Бактерии во рту человека размножаются благодаря редкой форме деления клеток, показало исследование
Одна из самых разнообразных экосистем на планете находится ближе, чем вы думаете, — прямо у вас во рту. Ваш рот — это процветающая экосистема, состоящая из более чем 500 различных видов бактерий, живущих в отдельных структурированных сообществах, называемых биоплёнками. Почти все эти бактерии растут, делясь на две части, при этом одна материнская клетка даёт начало двум дочерним.
Новое исследование Морской биологической лаборатории (MBL) и ADA Forsyth раскрыло необычный механизм деления клеток у Corynebacterium matruchotii, одной из самых распространённых бактерий, живущих в зубном налёте. Эта нитевидная бактерия не просто делится, она разделяется сразу на несколько клеток — редкий процесс, называемый множественным делением. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Команда наблюдала, как клетки C. matruchotii делились одновременно на 14 различных клеток, в зависимости от длины исходной материнской клетки. К��оме того, эти клетки растут только на одном полюсе материнской нити, что называется «удлинением кончика».
Нити C. matruchotii служат основой для зубного налёта, который представляет собой биоплёнку. Зубной налёт — это всего лишь одно микробное сообщество в огромной популяции микроорганизмов, которые живут и сосуществуют в здоровом человеческом теле — среда, известная как «микробиом человека».
Это открытие проливает свет на то, как эти бактерии размножаются, конкурируют за ресурсы с другими бактериями и сохраняют свою структурную целостность в сложной среде зубного налёта.
«У рифов есть кораллы, у лесов есть деревья, а в зубном налёте в наших ртах есть Corynebacterium. Клетки Corynebacterium в зубном налёте подобны большому, кустистому дереву в лесу; они создают пространственную структуру, которая обеспечивает среду обитания для многих других видов бактерий вокруг них», — говорит соавтор работы Джессика Марк Уэлч, старший научный сотрудник ADA Forsyth и адъюнкт-учёный MBL.
Химики создали гель для предотвращения утечек и увеличения срока службы литий-ионных батарей
Новый тип геля, разработанный химиками из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU), может помочь сделать литий-ионные батареи более безопасными и мощными. Гель предназначен для предотвращения утечки легковоспламеняющейся жидкости электролита.
Первые лабораторные исследования показали, что он также повышает производительность и срок службы батарей. Исследователи опубликовали свою работу в журнале Advanced Functional Materials.
Литий-ионные аккумуляторы — мощные батареи. «Они заряжаются быстрее, чем обычные аккумуляторы, и поэтому могут использоваться практически во всех сферах жизни», — говорит профессор Вольфганг Биндер, руководитель исследовательской группы макромолекулярной химии в MLU.
«Однако электролиты, которые переносят ионы, проводящие ток между электродами, очень огнеопасны. Это может привести к возгоранию или взрыву батареи в случае её повреждения».
Исследователи из MLU работают над повышением безопасности литий-ионных батарей. «Мы разработали полимер, который можно заливать в ячейку батареи. Электролит связывается с этим веществом, однако ионы могут свободно циркулировать между электродами», — объясняет доктор Аня Маринов, химик из MLU.
«Наполнитель имеет гелеобразную консистенцию и сочетает в себе высокую проводимость жидкостей с термической стабильностью и прочностью полимеров».
Гелевые аккумуляторы с традиционным электролитом, по сути, не представляют собой ничего нового: они используются, например, в качестве стартерных ба��арей в мотоциклах. Однако в сочетании с ионами лития они представляют собой неизведанную технологическую территорию.
Во многом это связано с одной конкретной проблемой. «В обычных литий-ионных батареях жидкие электролиты создают стабилизирующий слой на электродах при первой зарядке. Это имеет решающее значение для производительности и срока службы батареи», — объясняет Маринов.
«Однако для гелевых электролитов нам требовалась принципиально новая конструкция». Исследователи решили эту проблему, встроив в молекулярные цепи полимера ионный каркас.
Треснувший кусок металла зажил сам по себе в ходе эксперимента, поразившего учёных
В ходе эксперимента учёные наблюдали, как металл исцеляет сам себя. Если этот процесс удастся полностью понять и контролировать, мы можем оказаться в начале совершенно новой эры инженерного дела.
В исследовании, опубликованном в прошлом году, команда из Сандийской национальной лаборатории и Техасского университета A&M проверяла устойчивость металла, используя специализированную технику просвечивающего электронного микроскопа, чтобы тянуть концы металла 200 раз каждую секунду.
Затем они наблюдали самовосстановление на сверхмалых масштабах в куске платины толщиной 40 нанометров, подвешенном в вакууме.
Трещины, вызванные описанным выше видом деформации, известны как усталостное повреждение: повторяющиеся напряжения и движения вызывают микроскопические разрывы, что в конечном итоге приводит к поломке машин или конструкций.
Удивительно, но примерно через 40 минут наблюдения трещина в платине начала срастаться и затягиваться, а затем снова пошла в другом направлении.
«Это было совершенно потрясающе наблюдать воочию», — сказал материаловед Брэд Бойс из Сандийской национальной лаборатории, когда были объявлены результаты.
«Мы, конечно, не искали этого. Мы подтвердили, что металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталостного повреждения на наноуровне».
Это точные условия, и мы пока не знаем, как именно это происходит и как мы можем это использовать. Однако если вспомнить о затратах и усилиях, необходимых для ремонта всего — от мостов до двигателей и телефонов, — то становится ясно, насколько велика может быть разница между самовосстанавливающимися металлами.
Хотя это наблюдение беспрецедентно, оно не является неожиданным. В 2013 году материаловед из Техасского университета A&M Майкл Демкович работал над исследованием, в котором предсказывалось, что подобное заживление нанотрещин может происходить благодаря тому, что крошечные кристаллические зёрна внутри металлов по сути смещают свои границы в ответ на стресс.
Демкович также работал над этим исследованием, используя обновлённые компьютерные модели, чтобы показать, что его теории десятилетней давности о самовосстановлении металлов на наноуровне соответствуют тому, что происходит в данном случае.
То, что процесс автоматической починки происходил при комнатной температуре, — ещё один многообещающий аспект исследования. Металл обычно требует большого количества тепла, чтобы изменить свою форму, но эксперимент проводился в вакууме; ещё предстоит выяснить, произойдёт ли такой же процесс с обычными металлами в обычной среде.
Возможное объяснение связано с процессом, известным как холодная сварка, который происходит при температуре окружающей среды, когда металлические поверхности сближаются настолько, что их атомы сцепляются друг с другом.
«Невзламываемая» квантовая связь стала ближе к реальности благодаря новым, исключительно ярким фотонам
Учёные создали «исключительно яркий» источник света, способный генерировать квантово-запутанные фотоны (частицы света), которые могут быть использованы для безопасной передачи данных в будущей высокоскоростной квантовой сети связи.
Будущий квантовый интернет сможет передавать информацию с помощью пар запутанных фотонов — это означает, что частицы обмениваются информацией во времени и пространстве независимо от расстояния. На основе странных законов квантовой механики информация, закодированная в этих запутанных фотонах, может передаваться на высоких скоростях, а их «квантовая когерентность» — состояние, в котором частицы запутаны, — гарантирует, что данные не могут быть перехвачены.
Но одна из ключевых проблем в создании квантового интернета заключается в том, что сила этих фотонов может ослабевать по мере их распространения; источники света не были достаточно яркими. Чтобы построить успешный квантовый интернет, способный отправлять данные на огромные расстояния, фотоны должны быть достаточно энергичными, чтобы предотвратить «декогеренцию» — когда запутанность теряется и информация, которую они содержат, исчезает.
В исследовании, опубликованном 24 июля в журнале eLight, учёные из Европы, Азии и Южной Америки создали новый тип источника квантового сигнала, используя существующие тех��ологии, и добились чрезвычайно высокой яркости.
Они добились этого, объединив фотонный точечный излучатель (генератор одиночных фотонов, или частиц света) с квантовым резонатором (устройством для усиления квантовой сигнатуры), чтобы создать новый мощный квантовый сигнал.
Особый интерес в недавнем исследовании вызывает тот факт, что отдельные технологии были независимо проверены в лабораториях, но тестировались только по отдельности. В данном исследовании они впервые были использованы в сочетании друг с другом.
Гигантский удар астероида сместил ось самого большого спутника Солнечной системы, показало исследование
Около 4 миллиардов лет назад в спутник Юпитера Ганимед врезался астероид. Теперь исследователь из Университета Кобе понял, что ось самого большого спутника Солнечной системы сместилась в результате удара, что подтверждает, что астероид был примерно в 20 раз больше того, который положил конец эпохе динозавров на Земле, и вызвал один из крупнейших ударов с чёткими следами в Солнечной системе.
Ганимед — самый большой спутник в Солнечной системе, больше даже, чем планета Меркурий, и интересен тем, что под его ледяной поверхностью находятся океаны жидкой воды. Как и земная Луна, он находится в приливном захвате, то есть всегда показывает одну и ту же сторону планете, вокруг которой вращается. На значительных участках его поверхности спутник покрыт бороздами, образующими концентрические круги вокруг одного конкретного места, что привело исследователей в 1980-х годах к выводу, что они являются результатом крупного столкновения.
«Спутники Юпитера — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — обладают интересными индивидуальными характеристиками, но моё внимание привлекли именно эти борозды на Ганимеде, — говорит планетолог из Университета Кобе Хирата Наоюки. — Мы знаем, что эта особенность появилась в результате столкновения с астероидом около 4 миллиардов лет назад, но мы не знали, насколько большим было это столкновение и какое влияние оно оказало на спутник».
Данные с удалённого объекта скудны, что сильно затрудняет исследования, поэтому Хирата первым понял, что предполагаемое место удара находится почти точно на самом удалённом от Юпитера меридиане. Исходя из сходства с ударом о Плутон, который вызвал смещение оси вращения карликовой планеты, и того, что мы узнали благодаря космическому зонду New Horizons, это позволило предположить, что Ганимед тоже подвергся подобной переориентации. Хирата — специалист по моделированию столкновений со спутниками и астероидами, и это позволило ему рассчитать, какое именно столкновение могло вызвать такую переориентацию.
В журнале Scientific Reports исследователь из Университета Кобе опубликовал данные о том, что диаметр астероида, вероятно, составлял около 300 километров, что примерно в 20 раз больше того, который столкнулся с Землёй 65 миллионов лет назад и положил конец эпохе динозавров, и образовал переходный кратер диаметром от 1400 до 1600 километров. (Переходные кратеры, широко используемые в лабораторных исследованиях и вычислительном моделировании, представляют собой полости, образовавшиеся непосредственно после выемки кратера и до того, как материал осядет в кратере и вокруг него).
