Бозон Хиггса, идеальный отпуск и безвкусные помидоры - обзор наиболее интересных научных сообщений июля

Открытие частицы, похожей на бозон Хиггса, визуализация нитей тёмной материи, опровержение гипотезы «мышьяковой» ДНК, влияние просмотра телевизора на размер талии, составление рецепта идеального отдыха, а также причины бедности и богатства наций, малого числа женщин-учёных и снижения вкуса помидоров - такие новости были наиболее интересными в мире науки в прошедшем месяце.

Главным научным событием июля, а также, без сомнения, и всего нынешнего года стала находка частицы, похожей на бозон Хиггса. Официальные сообщения об этом триумфе теории и эксперимента передавались в выпусках новостей по всему миру и заполнили социальные сети. Бозон Хиггса – это частица, которая играет ключевую роль в современной физике микромира. Учёные искали её почти полвека как недостающее звено Стандартной модели – современной теории элементарных частиц, которая предполагает наличие частицы, отвечающей за массу других частиц.

И вот, 4 июля 2012 года Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) объявил об открытии подобной частицы. При этом присутствовал и сам 83-летний предсказатель бозона Питер Хиггс. Это не просто рядовое описание еще одной новой частицы (новых адронов, например, в последние годы было открыто предостаточно), это открытие по-настоящему нового типа материи, что совсем не означает, что цель работы Большого адронного коллайдера достигнута и его можно закрывать. Напротив, самое интересное только начинается – на смену поискам теперь приходит всестороннее изучение хиггсовского бозона и попытки увидеть Новую физику в его свойствах. Открытие нового бозона может иметь важные последствия для наших представлений об устройстве Вселенной. Кроме того, это один из редких примеров «открытия на кончике пера», то есть обнаружения нового свойства нашего мира сначала в теории, а затем экспериментально. Почитать про открытие можно здесь (ещё графики и их подробное описание), здесь (ещё информация на сайте TWiki, статья Physics Analysis Summary), а особенно здесь - Подробный обзор на русском языке «Хиггсовский бозон: открытие и планы на будущее».

Вы не замечали, что в последние годы помидоры стали не очень вкусными? Думаете, дело в химии? Оказывается, ответ знают генетики. Известно, что в течение последних 70 лет селекционеры старались выводить сорта томатов с равномерно созревающими плодами. Они нравятся производителям, потому что их легче собирать и продавать - сразу видно, когда плод созрел. Правда, такие помидоры водянисты на вкус, в них понижено содержание сахаров, но массовое производство оправдывает недостатки.

Биологи из США и Испании расшифровали генетическую основу произошедшего изменения. Оказалось, что равномерное созревание вызывается мутацией, выводящей из строя регуляторный ген, который стимулирует развитие хлоропластов в незрелых плодах. У растений с «испорченным» геном незрелые плоды имеют равномерную бледно-зелёную окраску и так же равномерно краснеют. Но при этом из-за пониженного уровня фотосинтеза в них образуется меньше сахаров и других растворимых веществ, что и лишает помидор вкуса и аромата.

Также ученые показали, что если вставить в геном таких растений «работающий» ген, можно получить помидоры с ещё более высоким содержанием ценных веществ, чем у диких сородичей. Не исключено, что таким образом авторы не только объяснили причины снижения вкусовых качеств помидоров, но и описали способ, как сделать помидоры сверхвкусными.

Вероятно, в честь июльской премьеры фильма «Тёмный рыцарь: Возрождение надежды» физики из британского университета Лейчестера решили проанализировать реальные возможности полёта человека с помощью специального плаща, которым пользуется Бэтмен. Человек-летучая мышь действительно мог неплохо летать, но испытывал бы большие проблемы с посадкой. По расчётам учёных, площади плаща и связанной с ней подъемной силой достаточно для поддержания тела Бэтмена с условной массой в 90 килограммов на лету. При этом можно лететь с достаточно высокой скоростью - от 60 до 100 километров в час. Тем не менее, Бэтмен будет опускаться очень быстро - он опустится со здания высотой в 150 метров за три секунды и пролетит при этом примерно 350 метров. Физики отмечают, что человек-летучая мышь вряд ли сможет пережить приземление, так как скорость в последние мгновения полета будет достигать 80 километров в час. Таким образом, полёт при помощи плаща Бэтмена возможен, но крайне опасен для жизни человека из-за высокой скорости приземления, заключают ученые.

На территории современной Европы в середине юрского периода обитали двуногие хищные ящеры. В июле появилось сообщение об интересной находке детёныша динозавра из семейства мегалозаврид в известковом карьере Риголь на территории немецкой Баварии. Некоторые части его тела были покрыты перьями, при этом более похожими на волосы современных млекопитающих, чем на настоящие перья птиц. В частности, исследователей заинтересовало то, что этот маленький ящер обладал пушистым «беличьим» хвостом.

До сих пор считалось, что бюстгальтеры в виде, приближенном к современному, появились только около 100 лет назад. Однако теперь после находки археологами в замке Ленгберг в австрийсом Тироле, датируемой XV веком, «возраст» этого вида женского белья возрос почти на пять веков. Четыре сильно поврежденных предмета дамского гардероба эпохи позднего Средневековья были найдены в ходе реставрации замка еще в 2008 году. Экспертиза установила, что белье было сшито в период между 1440 и 1485 годами.

Чего только не придумано в мире животных для достижения успеха в деле продолжения рода. Самцы практически всех видов позвоночных животных используют сложные ритуалы ухаживания для привлечения особей слабого пола в сезон размножения. В июле в журнале Current Biology опубликована статья о самцах тропических рыб-харацинов, которые «выработали» уникальную стратегию для привлечения внимания самок - они вырастили специальные приманки на своих жабрах, напоминающие по форме и окраске насекомых, которыми питаются самки этих рыб. Это природный пример «приманки», но в этом случае «добычей» выступают особи противоположного пола. Таким образом, неполовой признак - пищевые предпочтения самок - превратился в один из факторов, напрямую влияющих на успешность самцов.

А вот самцы комнатных мух, добившиеся благосклонности самок, могут стать легкой добычей для голодных летучих мышей-ночниц. Такой вывод сделали немецкие учёные, четыре года пронаблюдав со скрытой камерой взаимоотношения мух и летучих мышей. Оказалось, что когда мухи спариваются, то издают серии щелчков в нескольких диапазонах частот, которые вероятно исходят от вибрирующих крыльев самца. Эти звуки и улавливают летучие мыши, которые, по расчётам учёных, совершали одну или несколько попыток поймать насекомых примерно в 30% случаев спариваний. В результате более половины спаривающихся мух закончили свою жизнь в желудке рукокрылого хищника.

В эволюции коммуникации животных появление обманных сигналов играет важную роль. Обман зачастую помогает выжить тому, кто подаёт ложный сигнал, а восприемник обманного маневра несёт убытки. Подобная манипуляция поведением родичей может быть полезна индивиду, поэтому закрепляется в ходе эволюции. Куколки жуков-носорогов научились обманывать своих соплеменников, дабы защитить себя от их непредумышленных, но всё же смертельных действий, которые своими движениями могут разрушить камеру куколки, а без неё ей не выжить. Японские энтомологи продемонстрировали, что куколки жуков издают серию вибраций, схожую с движениями кротов - их основных врагов. В ответ находящиеся рядом сородичи перестают двигаться, замирают, и благодаря этому куколка и камера остается неповреждённой. Так обманные сигналы появляются и закрепляются в ходе естественного отбора. Навыки манипуляции своими родичами в данном случае хотя и построены на обмане, но оказываются полезны для выживания.

Темная материя, российский «Радиоастрон» с линейкой, новая луна Плутона и звезды-вампиры

Считается, что Вселенная по своей структуре похожа на гигантскую трехмерную паутину, нити которой представляют собой скопления тёмной материи, а в точках пересечения этих нитей находятся плотные комки видимой материи - отдельные галактики и группы звездных мегаполисов. Ученые неоднократно объявляли об открытии этих нитей, однако все свидетельства об их существовании основывались в лучшем случае на косвенных данных. Тем не менее, в июле наступило некое просветление в поисках темной материи – учёным впервые удалось увидеть нить темной материи между галактиками. Она скопилась в «пуповине», содержащей раскаленный газ, и соединяющей галактики Abell 222 и Abell 223. Её общий вес составил примерно 100 триллионов солнечных масс, что равняется 30 массам нашей Галактики - Млечного пути.

Астрофизики получили первые результаты ранней научной программы российской орбитальной астрофизической обсерватории «Радиоастрон» («Спектр-Р»). Так, в частности, удалось узнать размеры компактного ядра галактики 0716+714, а также начать «рассматривать» ядра активных галактик и обнаружить компактные детали в ядре далекой галактики OJ287.

Новый, пятый по счету, спутник у карликовой планеты Плутон обнаружил космический телескоп «Хаббл». Новый спутник, получивший обозначение P5, - самый маленький среди спутников Плутона, его диаметр составляет от 15 до 24 километров. P5 ненамного меньше своего «предшественника», спутника Р4 - эта плутонианская луна, год назад также открытая с помощью «Хаббла», имеет диаметр от 13 до 34 километров. Новый спутник, как и P4, должен будет обрести официальное название. Согласно правилам Международного астрономического союза, спутники Плутона должны получать имена персонажей греко-римской мифологии, связанных с подземным царством Аида.

В нашей Галактике расположены тяжёлые и чрезвычайно яркие объекты – так называемые звезд О-типа. Их масса больше массы Солнца по меньшей мере в 15 раз, а яркость - в миллионы раз. Оказалось, что они «имеют привычку» объединяться в пары с другими звёздами, при этом одна звезда склонна «по-вампирски» питаться материей своего соседа, то есть «высасывать» вещество с поверхности расположенных рядом с ними более крупных звезд.

В 2010 году группа канадских биологов представила на суд общественности выводы о «мышьяковой жизни», которые позволяли в недалеком будущем заняться переписыванием учебников по биохимии и эволюции. Они обнаружили колонии бактерий, которые используют атомы мышьяка в качестве замены фосфора в составе ДНК, что считалось немыслимым ранее. Таких микробов даже поспешили назвать «внеземными». Но нынешним летом исследователи новыми опытами опровергли свои же собственные выводы двухлетней давности, выяснив, что мышьяк не играет существенной роли в работе генетических механизмов клетки. Эти бактерии обладает крайне высокой устойчивостью к мышьяку, но при этом их жизненные процессы ничем не отличаются от процессов у нормальных бактерий.

Климат нашей планеты подвержен изменениям и не самую последнюю роль в этом сыграли сернокислые соли в древних океанских водах. Ученые из США и Канады, построив модель глобальной циркуляции соединений серы в атмосфере и океане, пришли к выводу, что повышение доли этих веществ приводило к глобальному похолоданию, а низкое их содержание в морской воде сопровождалось потеплением. По мнению ученых, повышение концентрации сернокислых солей в середине эоцена активизировало бактерий, питающимся метаном, что позволило значительно снизить долю этого парникового газа в воде океанов и в атмосфере. Это привело к похолоданию и переходу от «парникового» климата к современному ледниковому режиму.

Растущее год от года содержание углекислого газа в атмосфере вызывает всеобщую тревогу, поскольку чревато крайне неблагоприятными для всего человечества глобальными последствиями. Усилия многих исследователей направлены сейчас на выявление разных источников этого газа и на уточнение оценки их вклада в общую эмиссию этого важнейшего парникового газа. Что касается CO2, который выделяется в результате сведения тропических лесов - этих огромных хранилищ органического вещества, созданного в процессе фотосинтеза, - то здесь оценки очень приблизительные, как правило, рассчитанные с введением целого ряда допущений. Работа, опубликованная в одном из июньских номеров журнала Science, вносит существенные коррективы даже в недавно полученные оценки. В ней оценивали «валовую» эмиссию углерода в результате сведения лесов на территориях 75 развивающихся стран тропического пояса. Опираясь на подробные данные о состоянии растительного покрова, группа исследователей из США показала, что сведение тропических лесов ведет к меньшему поступлению углерода в атмосферу, чем думали (в 2–4 раза меньше оценок, даваемых еще недавно другими авторами). Что касается географического распределения эмиссии, связанной с вырубкой лесов, то наибольший вклад внесла Латинская Америка, несколько меньше приходилось на Южную и Юго-Восточную Азию и еще меньше на страны Африки. Если проанализировать эмиссию с территории отдельных стран, то на первом месте находятся Бразилия и Индонезия. Данные анализа Хэррис и её соавторов могут быть очень полезными для развивающихся стран, которые согласно Рамочной конвенции ООН об изменении климата (United Nations Framework Convention on Climate Change) сами устанавливают некоторые стандарты в ограничении вырубки лесов и выброса СО2.

Толщина антарктического ледового щита за последние 20 лет уменьшилась. Льды Восточной Антарктиды куда-то утекают, и теперь стало понятно, куда именно. Британские ученые с помощью радаров обнаружили гигантскую расщелину глубиной около 1,6 километра под движущимся ледником Ферриньо. Эксперты сопоставили данные и пришли к выводу, что большие объемы льда утекают именно в эту рифтовую долину. Также они уверены, что найденный каньон - не единственный в Антарктике, а значит, в будущем подледный рельеф материка может ускорить таяние льдов на континенте.

Понимание того, как разнообразие видов влияет на фундаментальные свойства экосистем, является важным как для выявления общих закономерностей экологии, так и для решения практических задач. Так, например, снижение устойчивости экосистем с малым числом видов используется в качестве одного из главных аргументов в защиту дикой природы, в пользу создания заповедников и заказников. Группа исследователей поставила задачу оценить, как влияет видовое разнообразие на фундаментальные свойства любой экосистемы - продукцию и разложение органического вещества. Авторы достаточно убедительно показали, что снижение видового разнообразия может влиять на базовые процессы в экосистемах - продукцию и разложение органического вещества в масштабах, сопоставимых с действием глобальных факторов трансформации природной среды.

Известно, что успешных женщин-ученых существенно меньше, чем мужчин. Психологи, объясняя низкую представленность в науке женщин-учёных, настаивают на несовместимости женских черт характера с жесткими правилами выживания в современном научном мире. Доводы в пользу этой точки зрения имеются, но, возможно, есть и другие причины. В настоящее время наука всё больше напоминает по своим распорядкам биологические системы с их конкуренцией, борьбой за ограниченные ресурсы, симбиозом и паразитизмом. Это означает, что известные наработки из экологии вполне применимы и к научному сообществу.

Австралийские исследовательницы применили простейшую экологическую модель для объяснения, почему женщинам не удается добиться тех же результатов, что и мужчинам. Они взяли за основу базовую модель роста численности популяции - логистическое уравнение Ферхюльста. Это уравнение означает, что скорость прироста научного продукта индивида пропорциональна текущей результативности индивида в научном сообществе, а не просто зависит от времени, затраченного на исследование. Авторы публикации доказывают, что уменьшение временных затрат на научную работу приводит к несоразмерному продлению малорезультативной фазы роста. Поэтому у женщин, которые в силу сложившихся биологических и социальных обстоятельств отдают часть своего активного времени семейным заботам, оказывается растянута фаза накопления необходимого для карьерного роста научного багажа. Из-за этого их легко обгоняют конкуренты, занятые работой полное время, из-за этого откладывается фаза быстрого научного роста, столь необходимого и для внешней оценки и для самооценки.

Почему одни нации богатые, а другие — бедные? Недавно в копилку политэкономических идей внесли нетривиальный вклад профессор экономики Дарон Аджемоглу и профессор Джеймс Робинсон. Их совместная монография Why Nations Fail: The Origins of Power, Prosperity, and Poverty уже успела получить множество хвалебных отзывов от коллег по профессии с мировыми именами, включая и впечатляющую когорту нобелевских лауреатов. Для начала авторы расправляются с несколькими ходовыми теориями, рассматривающими причины неравномерного распределения богатств в глобальном масштабе. За этим критическим разбором следует основной тезис: бедные страны бедны в основном потому, что властьимущие там следуют политическим курсам, которые блокируют саму возможность долговременного экономического прогресса. Они выбирают плохие пути не по ошибке или неведению, а вполне сознательно, поскольку считают, что тем самым реализуют собственные жизненно важные интересы. Отсюда следует, что адекватное объяснение бедности и богатства народов нельзя выявить в рамках одного лишь экономического дискурса, даже дополненного историческими, географическими и социокультурными моментами. Его надо искать на стыке экономики и политики - конечно, с включением всех релевантных сопутствующих факторов. Детальный обзор книги на русском языке можно прочитать здесь.

Канадские исследователи выяснили, что существует связь между количеством времени, проведённым ребенком у телевизора, и физическим состоянием его же в школьном возрасте. Оказалось, что чем больше времени проводит ребенок у телевизора, тем слабее его мышцы и толще талия в подростковом возрасте. Учёные использовали данные долгосрочного исследования детского развития и заявления родителей о том, сколько времени проводит их ребенок перед телевизором в возрасте 2 и 4 лет. Так, например, значимым оказалось увеличение талии у четвероклассников, в детстве злоупотреблявших просмотром телепрограмм: к 10 годам талия такого ребенка увеличивается на 0,41 сантиметра. А для тех, кто смотрел телевизор более 18 часов в неделю, этот показатель составлял 0,76 сантиметра.

Лето еще не закончилось, сезон отпусков продолжается. Но вот британский ученый Дэвид Льюис из университета Сассекса считает, что многие люди проводят настолько напряжённый отпуск, что возвращаются домой более измотанными, чем восстановившимися. Ученый считает, что смысл отпуска состоит в том, чтобы дать организму человека зарядиться энергией и помочь людям вернуться домой посвежевшими и бодрыми. В этой связи он предложил всем нам рецепт идеального отдыха. Его составляющие – три дня вне рабочего места на удалении не более четырех часов от дома, максимальная релаксация и минимум забот. Согласно исследованию, идеальный отдых невозможен в отрыве таких сопутствующих факторов, как продолжительность, стоимость поездки, а также такие составляющие, как скука, релаксация и заботы. Такой отдых доступен почти каждому, а, следовательно, в августе и у нас есть возможность проверить выводы Льюиса.