Учёные обнаружили новый способ получения энергии чёрной дырой

Даже если объект свободно падает в чёрную дыру, его траектория искривляется из-за увлечения инерциальных систем отсчёта. Это заставляет объект двигаться по орбитальной траектории с нарастающей скоростью.

В результате чёрная дыра передаёт часть своей энергии вращения объекту, что является частью механизма Пенроуза. Однако учёные обнаружили, что аккреционный диск, состоящий из ионизированного газа и пыли, также может генерировать энергию.

Аккреционный диск вращается, создавая мощное магнитное поле. Увлечение инерциальных систем отсчёта влияет на разные части диска: внутренняя часть движется быстрее, чем ожидалось, а внешняя — медленнее.

Это создаёт относительное движение ионизированной материи относительно магнитного поля. Такое взаимодействие вызывает эффект динамо, при котором дополнительная энергия передаётся от вращающейся чёрной дыры к диску.

Это усиливает электромагнитную активность системы, генерируя больше энергии, чем предсказывалось ранее. Хотя влияние увлечения инерциальных систем отсчёта незначительно для чёрных дыр звёздной массы, оно становится важным для сверхмассивных чёрных дыр.

Именно в этих случаях эффект достаточно велик, чтобы можно было наблюдать его проявление в квазарах и анализировать энергетические спектры, где видны разрывы и аномалии. Это открытие помогает объяснить, каким образом чёрные дыры и квазары генерируют огромное количество энергии, наблюдаемой астрономами.

В эксперименте участвовали африканские бирюзовые карпозубочки — одна из популярных моделей для изучения старения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Исследователи круглосуточно отслеживали поведение 81 рыбы на протяжении всей жизни с помощью камер и алгоритмов машинного обучения. Анализ показал, что различия в поведении проявлялись уже в раннем возрасте.

Те рыбы, которые в будущем жили дольше, были более активными днём и в основном спали ночью. Особи с более короткой продолжительностью жизни, напротив, чаще демонстрировали низкую активность и дневной сон.

Учёные смогли создать так называемые «поведенческие часы» — модель, которая позволяет прогнозировать продолжительность жизни по активности и режиму сна в молодости. По словам исследователей, поведенческие сигналы могут помочь лучше понять процессы старения и в будущем использоваться для раннего прогнозирования возрастных изменений у других животных и, возможно, у человека.

Дополнительный анализ показал, что у короткоживущих рыб сильнее активны гены в печени, связанные с синтезом белка и поддержанием клеточных функций.

Результаты их работы опубликованы в журнале Nature. В экспериментах на мышах исследователи обнаружили, что с возрастом меняется состав кишечного микробиома.

Определённые бактерии начинают более активно вырабатывать среднецепочечные жирные кислоты. Эти молекулы стимулируют иммунные клетки кишечника, которые, в свою очередь, выделяют воспалительные сигналы и нарушают передачу сигналов по блуждающему нерву — одному из основных каналов связи между кишечником и мозгом.

В итоге работа гиппокампа — области мозга, отвечающей за формирование памяти, — ухудшается. Дальнейшие эксперименты показали, что пересадка микробиома старых мышей молодым приводит к снижению результатов в тестах на обучение и память у молодых особей.

Однако подавление активности определённых бактерий или стимуляция блуждающего нерва, например, с помощью гормонов кишечника или препаратов-агонистов рецептора GLP-1, частично восстанавливали когнитивные функции животных. Авторы исследования подчёркивают, что работа проводилась только на мышах, и говорить о прямом эффекте у людей пока преждевременно.

Но полученные данные указывают на то, что возрастные изменения памяти могут быть связаны с работой кишечника и микробиома. Это означает, что потенциальные методы профилактики могут быть направлены не только на мозг, но и на систему «кишечник — мозг».

Результаты исследования опубликованы в журнале Nutrients. Учёные подчёркивают, что у пожилых людей с нарушениями сна регулярное употребление сока кислой вишни связано с увеличением продолжительности отдыха.

В рамках предыдущих пилотных исследований участники эксперимента в течение двух недель ежедневно пили вишнёвый сок и в результате спали в среднем дольше и реже просыпались ночью, чем в период приёма плацебо. Авторы исследования объясняют этот эффект наличием в составе кислой вишни биологически активных веществ.

Среди них — мелатонин, который регулирует циркадные ритмы, триптофан, участвующий в синтезе серотонина, а также магний и флавоноиды с противовоспалительным действием. Исследователи считают, что сочетание этих соединений может оказывать комплексное влияние на стресс, настроение и гормоны сна.

Учёные обращают внимание на то, что бессонница наблюдается у 40–70 процентов пожилых людей, а приём лекарств нередко сопровождается побочными эффектами. Поэтому разработка безопасных диетических методов улучшения сна становится всё более важной задачей.

Вишнёвый сок, содержащий природные биоактивные вещества, рассматривается как один из таких потенциальных вариантов. Ранее появилась информация о том, что соединения из тёмной сладкой вишни замедляют рост рака молочной железы.

Причиной этого может быть патологический белок тау. Результаты исследования опубликованы в журнале npj Dementia.

В экспериментах на мышах учёные обнаружили, что изменённый тау влияет на использование глюкозы мозгом — основного источника энергии для нейронов. В нормальных условиях глюкоза поддерживает энергетический баланс клеток, но при патологии тау часть этой энергии идёт на усиленное производство возбуждающего нейромедиатора глутамата.

При этом уменьшается синтез тормозного медиатора ГАМК, что нарушает баланс возбуждения и торможения в нейронных сетях. Это приводит к повышенной активности коры головного мозга.

Электрофизиологические измерения показали признаки гипервозбудимости нейронов и нарушения синхронности мозговых ритмов. В результате у животных сокращалась продолжительность медленного и быстрого сна.

Авторы подчёркивают, что изменения в энергетическом обмене и нейронной активности происходят на ранних этапах тау-патологии — до выраженного повреждения нервных клеток. Это может объяснить, почему проблемы со сном часто появляются за годы до диагностируемых симптомов болезни Альцгеймера.

По мнению исследователей, восстановление баланса нейромедиаторов и метаболизма глюкозы в мозге может стать новым направлением для профилактики и лечения нейродегенеративных заболеваний.