Эврика! (дайджест новостей науки)

«Кривой свет» на что-либо сгодится

Поток света, бегущий по дуге в свободном пространстве, может стать инструментом в целом ряде приложений, если научиться тонкой манипуляции таким пучком. Новый способ создания криволинейных лучей продемонстрировали физики из университета Тель-Авива.

Речь идет о так называемых лучах Эйри (Airy beam), предсказанных много десятилетий назад, но впервые показанных на практике лишь в 2007 году. «До сих пор эти лучи получали только с помощью линейных дифракционных элементов, — пишут авторы эксперимента в статье в «Nature Photonics», — мы испытали новый способ генерации таких пучков».

Ученые применили процесс смешения трех волн в асимметричных нелинейных фотонных кристаллах. При прохождении через такие кристаллы свет меняет длину волны. Настраивая параметры такого взаимодействия, убедились физики, можно менять и свойства выходящего из «смесителя» луча Эйри.

«Мы нашли способ произвольно отклонять пучок Эйри влево или вправо», — говорит лидер группы исследователей профессор Эди Арье. Также ученые разработали алгоритм, позволяющий точно контролировать положение пика интенсивности набора таких пучков.

Профессор полагает, что через пять-десять лет эта технология может привести к появлению любопытных вещей, скажем, освещенных пространств без видимого источника света, новых избирательных фильтров молекул для фармацевтики и химической промышленности, необычных устройств связи. 

------------------------------------

Рыба-ласточка, она же рыба-садовод

Рифовые рыбы Stegastes nigricans занимаются своего рода сельским хозяйством — они культивируют водоросли определенного вида, заботясь о своем садике и собирая с него урожай. Новые детали явления раскрыли биологи из университетов Киото и Эхимэ.

S. nigricans защищают свои садики от морских ежей и других рыб. Кроме того, они занимаются прополкой участка от сорняков, а проще — от других нежелательных водорослей, которые рыбки не могут переварить в силу отсутствия определенных ферментов.

Рыбы-ласточки вырывают ростки сорняков и выносят их за пределы своего участка, создавая на нем фактически монокультуру водоросли (чаще это красная Polysiphonia), которую употребляют в пищу.

И хотя рыбки водоросли поедают, перед нами все же пример мутуализма — взаимовыгодных отношений между разными видами. Японцы поставили опыт, чтобы узнать, как облюбованные Stegastes nigricans водоросли будут расти без их заботливого обслуживания. Оказалось, что сорняки быстро забивают исходные растения. Без охраны и прополки водоросль Polysiphonia была против них неконкурентоспособна.

Интересно также, что некоторые рыбы-ласточки культивируют сразу набор из нескольких подходящих им водорослей, а другие — строго один вид, получая его зато в большем количестве на единицу площади.

Для полноты картины ученые рассмотрели 320 территорий 18 видов «ласточек» из коралловых рифов в Египте, Кении, Маврикии, на Мальдивах, в Таиланде, Борнео, Окинаве и также из Большого Барьерного рифа. Оказалось, что «земледелие» присуще всем этим рыбкам, но в тонкостях поведения имеются отличия. Подробности исследования изложены в статье в BMC Evolutionary Biology.

------------------------------------

Дайте муравью точку опоры

Ученые Франции и Испании выяснили, что симбиоз муравьев вида Azteca andreae и растения цекропии (Cecropia obtusa), произрастающего в Гвиане, обеспечил мурашам возможность охотиться на очень больших насекомых.

Взаимовыгодные отношения растения и древесных мурашей рода Azteca — не новость. Цекропия предоставляет насекомым жилье и пищу, а те в свою очередь охраняют растение от вредителей, поедающих листья. Однако представители вида Azteca andreae развили другую тактику сотрудничества: они не питаются плотью дерева, а ловят с его помощью насекомых.

Группа рабочих муравьев распределяется по краю листа и ждет подходящего момента (когда будущая добыча усядется на лист, чтобы пере-дохнуть или пообедать). Мураши крепко держатся за оборотную сторону листа, цепляясь за его похожую на вельвет поверхность при помощи миниатюрных коготков на лапках (это напоминает принцип зацепления застежки-велькро).

Такой захват позволяет насекомым удерживать добычу весом в среднем в пять тысяч раз, превышающим их собственный! Как пишут авторы открытия в статье в журнале «PLoS ONE», самой большой жертвой голодных мурашей, которую они наблюдали, стала саранча. Ее вес составил 18,61 грамма. Это в 13 350 раз больше веса одного рабочего муравья!

------------------------------------

Органики в космосе — как грязи

Молекулы антрацена зафиксировали в космосе специалисты из института астрофизики Канарских островов и университета Техаса.

«Мы обнаружили антрацен в плотных облаках в направлении звезды Cernis 52 в созвездия Персея, примерно в 700 световых годах от Солнца», — уточняют исследователи.

Важность находки заключается в том, что перед нами органическое соединение, которое в сочетании с водой и аммиаком при облучении ультрафиолетом может образовывать аминокислоты — важные составляющие жизни.

Сюзанна Иглесиас Грот, один из авторов открытия, говорит: «Два года назад мы нашли другую органическую молекулу, — нафталин — в том же месте, так что все указывает на обнаружение области формирования звезд, богатой пребиотической химией».

Именно различная органика ответственна за аномалии в микроволновом излучении в данном регионе, — посчитали исследователи, о чем и написали в статье в «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society».

До сих пор антрацен обнаруживали только в метеоритах, но никогда в межзвездной среде. Это открытие — еще один довод в пользу панспермии или близкой идеи, что жизнь, хотя и возникла на Земле, имеет глубокие космические корни в виде пребиотических соединений, встречающихся в межзвездном пространстве, протопланетных дисках, кометах и метеоритах.

------------------------------------

«Отбросить плавники» помогли гены

Два уникальных гена, которые могли сыграть важную роль в постепенной эволюции рыбьих плавников, обнаружили сотрудники университета Оттавы. Моделью для изучения послужила давно «сотрудничающая» с наукой рыбка — полосатый данио (Danio rerio).

Хотя на раннем этапе эмбрионального развития и плавники, и конечности выглядят практически одинаково, в какой-то момент у будущих рыб начинают формироваться роговые нити (актинотрихии), которые и становятся основой плавниковых лучей. В нынешнем исследовании внимание специалистов привлек факт, что гены актинодин-1 и 2 особенно активны на этом отрезке развития.

Удаление перечисленных генов из эмбриона полосатого данио, как и ожидалось, привело к потере актинотрихии и регрессии протоплавников в промежуточные структуры (наподобие тех, что палеонтологи находят у ископаемых видов, двигавшихся по эволюционному пути от рыб к четвероногим существам).

Любопытно, пишется в «Nature», что удаление генов повлияло исключительно на плавники, хвосты же рыбок не изменились. Это вполне согласуется с нынешними представлениями об эволюции, базирующимися на исследовании ископаемых останков: известно, что у первых животных с протоконечностями хвосты действительно сохранялись.

Проведенный впоследствии канадцами поиск по генетическим базам данных показал: аналогичные гены есть и у других костных рыб (в том числе у китовых акул) и отсутствуют у млекопитающих, земноводных и птиц. Также эти рудиментарные гены присутствуют в эмбрионах цыплят и мышей, родившихся с лишними пальцами.

------------------------------------

Легкие на микрочипе — это не игрушка

Отчасти живой чип, воспроизводящий на клеточном уровне функции органа дыхания человека, откроет новую главу в биомедицинских исследованиях и фармацевтике. Так считают его авторы — Дональд Ингбер, директор института бионики Вайса, его коллеги по учреждению, а также ученые из медицинской школы Гарварда и Бостонского детского госпиталя.

Ключевой элемент легких — это трехслойная мембрана в альвеолах. Она обеспечивает не только газообмен, но и ряд других функций вроде активации иммунной системы. Состоит такая мембрана из клеток легких, проницаемого внеклеточного матрикса и клеток кровеносных капилляров. Именно этот «интерфейс» и воспроизвели исследователи внутри микроканального чипа.

В роли матрикса выступила тончайшая резиновая мембрана с множеством микроскопических отверстий. По обе стороны от нее ученые поместили живые человеческие клетки, соответственно капиллярные и клетки легких. Со стороны последних вакуумный насос имитировал цикл дыхания, а с противоположной стороны чипа ученые пропускали жидкость, имитирующую кровоток.

Со стороны клеток легких ученые ввели бактерии E. coli, а со стороны искусственных капилляров — белые клетки крови. Клетки легких обнаружили бактерии, через пористую мембрану они активировали клетки сосудов, которые, в свою очередь, вызвали иммунный ответ. Так белые клетки крови перешли к воздушной камере и уничтожили бактерии.

В статье в «Science» создатели чипа уверяют, что проверка воздействия на легкие человека токсинов или, напротив, лекарств с новым чипом окажется более быстрой и менее дорогой, нежели прежними методами. В планах: испытание нового чипа на газообмен между кровью и воздухом, а также создание аналогичных чипов — имитаторов кишечника и костного мозга. Позднее ученые попробуют объединить несколько таких устройств, сделав шаг к модельному «организму на чипе».