Как атомные часы стали эталоном времени и что их может заменить в будущем?

Этот узор ценится мебельщиками и мастерами резьбы по дереву. В Финляндии спрос на карельскую берёзу настолько высок, что её продают на вес, а не по объёму.

Учёные выяснили, что узорчатая текстура карельской берёзы — результат аномалии роста берёзы повислой. Уникальный «мраморный» рисунок формируется из-за сложного взаимодействия генетических особенностей и внешних условий.

Ключевую роль играет камбий — слой клеток, отвечающий за рост ствола в толщину. В местах формирования узора в его работе происходят отклонения от нормы.

Во-первых, изменяется характер деления клеток: вместо преимущественно продольных перегородок клетки камбия начинают делиться поперечно. Во-вторых, нарушается правильная дифференциация тканей.

Всё это приводит к аномальным структурам в стволе, образующим «узор» на поперечном срезе: годичные кольца выглядят извилистыми, среди светлых волокон попадаются тёмные включения, создающие эффект мраморного рисунка. Не всегда условия способствуют образованию узоров, даже при семенном размножении ценный признак проявляется не у всех потомков.

Его наличие можно определить только на 8–15 год после посадки. Генетики стремятся по ДНК молодого дерева определить его предрасположенность к образованию «мраморного рисунка».

Два года назад они опубликовали работу, в которой говорилось о связи узора с определённым участком 10-й хромосомы у деревьев из двух известных семейств. В новой работе учёные проверили, работает ли «правило 10-й хромосомы» у берёз другого происхождения.

В ходе исследования было проанализировано 96 образцов из коллекций Института леса Карельского научного центра РАН. Были изучены берёзы из Карелии, Финляндии, Белоруссии и Ленинградской области.

По образцам учёные сопоставили почти 63 000 различий в геноме с присутствием или отсутствием рисунка. В итоге связь с 10-й хромосомой была подтверждена: большинство образцов с мутацией в этом участке имели «мраморный узор» на срезе.

Для надёжности специалисты провели для шести деревьев полногеномное секвенирование, то есть определили полный их геном. Затем проверили отобранные молекулярные маркеры на их потомстве и на неродственных деревьях.

В итоге генетики пришли к выводу, что за сильную связь с узором отвечает участок 10-й хромосомы, состоящий из 275 тысяч нуклеотидов, определяющих работу 22 генов. Полученные данные помогут в будущем выявлять перспективные сеянцы карельской берёзы задолго до появления внешних признаков.

Карельская берёза внесена в Красную книгу Республики Карелия. Специалисты заметили, что на появление берёзы «с рисунком» могут влиять и внешние факторы, такие как освещённость, плодородие почвы и плотность посадки.

Результаты их исследования опубликованы в журнале PLOS One. Эксперты проанализировали данные 69 предыдущих исследований, которые охватили почти 4,5 миллиона человек.

Помимо продолжительности сна, учёные оценили влияние физической активности и времени, проведённого сидя. Выяснилось, что по сравнению с оптимальным сном (7–8 часов) сон менее 7 часов в сутки связан с повышением риска деменции на 18%, а сон более 8 часов — на 28%.

Недостаток движения и продолжительное сидение также оказались дополнительными факторами риска. У людей, которые занимались физической активностью менее 150 минут в неделю и проводили сидя более 8 часов в сутки, вероятность развития деменции оказалась выше.

Авторы исследования отмечают, что сон, движение и физическая активность могут поддерживать кровоснабжение мозга, нормальную работу нервных клеток и снижать воспаление. Однако исследование выявило связь, но не доказывает, что слишком короткий или продолжительный сон непосредственно вызывает деменцию.

Ранее учёные выяснили, что сон дольше 8 часов способствует ускорению старения организма.

Однако ещё до этого многие учёные занимались исследованиями нейтрино. Нейтринные детекторы размещались глубоко под землёй в Индии и в Южной Африке, где в 1956 году Фредерик Райнес впервые зарегистрировал нейтрино космических лучей, за что получил Нобелевскую премию в 1995 году.

В 1961 году на X Международной (Рочестерской) конференции по физике высоких энергий академик Моисей Марков предложил регистрировать космические нейтрино сверхвысоких энергий в гигантских естественных водоёмах — озёрах, морях, океанах. Это предложение легло в основу создания крупнейших современных нейтринных телескопов, таких как Baikal-GVD (на озере Байкал), международный проект DUMAND (около Гавайских островов) и IceCube (на Южном полюсе).

Проект Deep Underwater Muon And Neutrino Detector (DUMAND) стал первым в истории масштабным проектом по созданию глубоководного нейтринного телескопа. Его планировали развернуть в Тихом океане у берегов острова Гавайи (в районе мыса Keahole Point) на глубине около 4800 метров.

Однако возникла проблема — как опускать детекторы в воду в условиях качки? Самый первый детектор утонул, так как оторвался трос, не выдержав сопротивления воды даже при небольшой качке.

Вторая проблема — прозрачность воды. Чем прозрачнее вода, тем больше может быть расстояние между детекторами, и самих детекторов может быть меньше.

В 1976 году один из американских учёных выступил с сообщением, что самая чистая вода на Земле находится в Байкале. Так тема создания детектора на Байкале получила своё развитие.

Американский астрофизик Фрэнсис Хальзен решил избежать многих описанных проблем, сделав ставку на лёд Антарктиды. В рамках проекта AMANDA модули были опущены на глубину от 500 до 1500 метров подо льдом.

Однако оказалось, что имеющиеся во льду пузырьки воздуха создают помехи при регистрации нейтрино. Поэтому, когда стали строить IceCube, детекторы опустили уже на глубину 1500–2500 метров.

Сверлили лёд перегретым паром, и нужно было успеть быстро опустить гирлянду с модулями в скважину, пока она не замёрзла. Это была сложнейшая технологическая задача.

Фрэнсис Хальзен получил премию за создание IceCube — это несколько десятилетий колоссальной работы, и научной, и организаторской. IceCube занимает объём 1 кубический километр, в нём около 5000 модулей и 86 гирлянд.

Хальзену удалось зарегистрировать несколько нейтрино с такими высокими энергиями, которые раньше никогда не регистрировались на Земле. Открытие высокоэнергетических нейтрино — безусловный прорыв в науке.

Однако пока неизвестно, откуда они прилетели и как образовались, как получили такую энергию. Но это не должно пугать — термоядерная энергия на Земле тоже не быстрая история.

Планируется строить ещё более крупные нейтринные телескопы — на Байкале или в Южно-Китайском море. И IceCube тоже планирует расти — до 10 кубических километров.

Об этом сообщил главный научный сотрудник Института ядерных исследований РАН Жан-Арыс Джилкибаев в беседе с «Лентой.ру».

Хотя Нобелевскую премию по физике Фрэнсис Хальзен получил не за идею, а за её реализацию спустя более 40 лет, вклад Маркова в эту область был значительным. Метод регистрации космических нейтрино в больших объёмах прозрачной воды или льда был предложен Марковым.

Нейтрино очень слабо взаимодействует, поэтому нужна большая масса мишени. Вырыть её под землёй тяжело, а в естественной среде можно использовать прозрачный лёд или воду, где заряженные частицы оставляют черенковское излучение, — пояснил учёный.

Сначала пытались создать установку объёмом около кубического километра в океане, но проект оказался слишком сложным и был закрыт. Тогда Хальзен предложил регистрировать нейтрино во льду Антарктиды, где толщина щита достигает четырёх километров.

Его идею поддержали, и после создания прототипа и детектора IceCube удалось зарегистрировать нейтрино. Параллельно развивалась советская ветка: после закрытия доступа к американскому проекту академик Евгений Чудаков предложил разворачивать детектор на Байкале, а с 1980 года работы возглавил Григорий Домогатский.

Сейчас на Байкале работает детектор объёмом около кубического километра. Премию должны были получить два человека: Хальзен и Домогацкий.

Но Домогацкого уже нет с нами. Однако Хальзен получил премию заслуженно, — сказал учёный.

Нейтринная астрономия — это новое окно во Вселенную. Нейтрино приходят даже из скрытых источников, откуда не доходит свет.

Сейчас работают три установки: IceCube, Байкальский детектор и строящийся детектор в Средиземном море. Это совершенно новый шаг в развитии науки, новое направление — нейтринная астрономия и астрофизика, — заключил Джилкибаев.