На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)

Друзья

10 456 подписчиков

Свежие комментарии

  • Юрий Ильинов
    Цивилизация будущего Период существования СССР – это величайший и наивысший на сегодняшний день период Русской истор...Как согласовать ж...
  • Юрий Ильинов
    Третья мировая война. Война нового поколения «Холодная война» Так называемая «холодная война» – это Третья мировая ...Как согласовать ж...
  • Юрий Ильинов
    День военного разведчика в России День военного разведчика в России отмечается ежегодно 5 ноября и является професси...Как Киев помог Пх...

Наклон головы собак при взаимодействии с человеком объяснили усиленным вниманием

https://sci

 

Наклон головы собак при взаимодействии с человеком объяснили усиленным вниманием

Венгерские этологи считают, что наклоны головы у собак во время общения с человеком могут указывать на усиленный ментальный процесс, например, усиленную внимательность или припоминания, которые помогают лучше понять намерения человека.

Во время опытов ученых наклоны головы собак чаще всего были реакцией на проговаривание владельцем слов, значение которых животным известно. Это указывает на то, что исследования могут быть связано с обработкой в ​​мозгу содержательных стимулов. Результаты опубликованы в журнале Animal Cognition. Владельцы собак или те, кто просто имел опыт общения с ними, скорее всего, замечали, что при обращении к четвероногим те иногда наклоняют голову в сторону, внимательно наблюдая за человеком. Явление распространенное и известное, но до сих пор малоизученное. В предыдущих исследованиях ученые выяснили, что когда собаки слышат известную им команду из уст человека, то слегка могут поворачивать голову в левую сторону, тогда как на бессмысленные стимулы они склонны реагировать поворотом головы вправо. Предполагают, что это как-то связано с тем, что собаки обрабатывают положительные голосовые стимулы преимущественно правым полушарием мозга, то есть так проявляется функционизированная способность полушарий мозга при обработке звуковых стимулов. Впрочем, что касается наклонов головы, то это все еще менее понятно. Исследований, которые изучали бы причины столь странного на первый взгляд поведения, нет. Но если она может быть связана с обработкой звуковых стимулов, то возможно, одаренные собаки, которые могут изучать значения слов, обозначающих определенные объекты, чаще наклоняют голову. Это предположили ученые из Университета Лоранда Этвеша, которые много лет занимаются изучением когнитивных способностей собак.

Ученые провели изучение сорока собак. Из них 33 были обычными домашними любимцами, которые всегда рады поиграть со своими игрушками. Еще семь, породы бордер-колли, ученые отнесли к категории одаренных, которым легко удается выучить названия объектов всего лишь после нескольких повторений их хозяев. Данные о наклоне головы получили из предыдущего исследования, в ходе которых собак снимали на видеокамеру в процессе того, как они изучают названия новых игрушек. В новом исследовании ученые сосредоточились на выявлении наклонов головы и их направления у собак в то время, как их просили взять какую-нибудь игрушку, название которой они учили.

Тестирование проводилось после прохождения тренировки по изучению названий объектов. При анализе результатов внимание обращалось и на расположение собственника в соответствии с собакой.

Предположение ученых подтвердились. Одаренные собаки, которые способны лучше обычных обрабатывать человеческую речь и единственные среди исследуемых в работе изучили названия нескольких объектов, они действительно чаще наклоняли голову, когда их просили взять определенную игрушку. Они делали так в 43% случаев, тогда как обычные собаки — только в 2%. Таким образом поведение не связано только с обработкой знакомого слова, иначе так поступали бы все собаки, поскольку каждая из них раньше слышала названия игрушек во время тренировок. Скорее она связана с ментальным процессом, например, повышенной внимательностью, что помогает лучше понять намерения человека. Именно в этом исследовании одаренные собаки услышав не просто знакомое, а известное слово, вероятно, пытаются вспомнить его значение, и это проявляется наклонами головы. Возможно, так проявляются их попытки сопоставить услышанное с соответствующим изображением объекта в голове.

Интересно, что сторона наклонностей оказалась исключительно индивидуальной особенностью. Если собака наклоняет голову, то она делать это в одном и том же направлении каждый раз, независимо от игрушки и попыток. Направление оказалось независимым и от расположения владельца, который подавал команды. Однако из-за низкой выборки одаренных собак и взаимодействие собаки с человеком в исследовании, авторы отмечают, что их результаты неполные, и является лишь первым шагом к пониманию изучаемого ими явления. Они настаивают на проведении масштабных изучений, чтобы с большей уверенностью говорить о связи наклона головы у собак и процесса обработки в их мозгу человеческой вокализации.

-

Контрастная окраска больших панд оказалсь эффективной маскировкой

  • Макс Яначек

Группе исследователей из Великобритании, Китая и Финляндии путем анализа фотографий больших панд в природе и применение компьютерного моделирования удалось установить, что контрастный черно-белый окрас больших панд помогает им «слиться» с их естественной средой обитания.

Черные пятна обеспечивают маскировку на фоне темных стволов деревьев, а белый мех сливается с цветом листьев и снега. Промежуточные же оттенки меха оттеняют камни и грунт, отмечается в журнале Scientific Reports. Окрас тела животного играет важную роль, это связано с образом жизни, средой обитания. Большинство млекопитающих имеют окраску серых и коричневых оттенков, но среди животных есть небольшое количество исключений, окраска которых требует эволюционного объяснения. К таким относится большая панда (Ailuropoda melanoleuca), черно-белый окрас которой хорошо заметен на любом фоне.

Существует несколько гипотез, объясняющих появление контрастной расцветки меха у панд. Например, он может помогать при передаче сигналов и коммуникации между животными этого вида. Наличие различных окрашенных участков кожи или меха способна улучшить терморегуляцию животных, поглощая или отражая энергию солнечных лучей. При апосематизме или «предостерегающая» окраска, яркая окраска животных, противоположность камуфляжа, является предупреждением для хищников, животное агрессивное, но не съедобная. Известно также, что окраска тела может повторять цвет среды, в которой живет животное, чтобы обеспечить слияние со средой. Возможно, что окраска панд помогает маскироваться от хищников — тигров (Panthera tigris), леопардов (Panthera pardus) и горных красных волков (Cuon alpinus), которые охотятся на них. Проверкой гипотезы о камуфляже занялись ученые из Университета Бристоля, Китайской академии наук и Университета Ювяскюля.

Ученые анализировали фотографии пятнадцати больших панд в естественной, привычной для них среде обитания — в отдаленных влажных горных лесах Китая. Фото животных были сделаны на разных расстояниях (примерно от 5 до 150 метров) и в разные сезоны.

Ученые пытались установить, как происходит маскировка больших панд: благодаря соответствию фона или наличию разрывного (деструктивного) окраса — когда внешний вид животного создает ложные края или границы, которые мешают распознавать ее форму. Исследования проводились с помощью инструментов, позволяющих проанализировать и сравнить цвета и узоры различных природных объектов, а именно — окраса тела животного и фона среды обитания. Ученые провели количественную оценку соответствия фона и количественную оценку деструктивного окраса меха животных. Методом цветного картирования ученые проверили, как совпадает окрас гигантской панды с вариацией естественного цвета фона. Для сравнения использовали данные других видов животных, которые, имеют ярко выраженную камуфляжную окраску и виды, которые имеют четко выраженный предостерегающий окрас.

Также ученые использовали в анализе компьютерные модели, имитирующие трихроматичное зрение человека, а также дихроматичное зрение кошачьих (диких кошек, например снежных барсов) и собачьих (например, шакалов).

Ученые подтвердили, что мех большой панды имеет схожий внешний вид с природной средой. Черные пятна шерсти сочетаются с темными тенями и стволами деревьев, тогда как белые пятна сочетаются с листьями и снегом (если есть). В частности, белый цвет меха ассоциируется с листьями, зимой покрытыми снегом, а летом слой воскового налета на листьях вызывает зеркальное освещение. Поэтому белые пятна могут обеспечить сокрытие в хорошо освещенных лесных прогалинах даже без снега, когда неплотные кроны деревьев позволяют яркому свету проникать в лес. Кроме того, редкие полутона шерсти совпадают с цветом почвы, скалами, листьями и затененными участками фона. Эти полутона обеспечивают промежуточный окрас, который преодолевает разрыв между очень темными и очень светлыми визуальными элементами в среде обитания. Вероятно, средние тона позволяют эффективно сочетать фон, чем если бы панда была просто черно-белой.

Модели зрения (человек и хищные кошачьи и собачьи) показали, что у большой панды окрас функционирует в зависимости от расстояния. На коротких дистанциях окрас животного сливается с фоном среды. На длинных расстояниях (по крайней мере 12 метров) маскировка начинает происходить за счет деструктивного окраски меха. Когда животное находится еще дальше, она и ее фон будут размытыми для хищников — на большом расстоянии контур животного будут незаметен.

Подытоживая, ученые установили, что большая панда относится к видам животных, которые считаются хорошо замаскированными. Любая внешность в природе зависит от условий наблюдения и чувствительности восприятия, а также от остроты зрения наблюдателя. Очевидна панда для человеческого глаза является артефактом осмотра, когда человек видит панду на коротком расстоянии или в зоопарке.

В маскировке больших панд интересны некоторые аспекты их поведения. В частности известно, что большие панды кроме своего теплого меха способны использовать также конский навоз, чтобы повысить свою устойчивость к холоду.

-

Социальные контакты уподобили кишечные микробиомы вампиров

  • Карина Юнкова

Социальные взаимодействия летучих мышей вампиров имеют определяющую роль в сходстве их кишечным микробиомом.

К такому выводу пришли ученые из США, когда сгруппировали вампиров из разных диких колоний вместе и заметили, что со временем у животных становится все более подобным профиль кишечного микробиома. Степень сходства между двумя отдельными особями даже удалось предсказать по частоте их взаимодействия, отмечается в статье журнала Biology LettersВ зоологии Вампирами называют род летучих мышей, единственный современный представитель которого — Desmodus rotundus, населяет Центральную и Южную Америку. Эти небольшие, длиной около девяти сантиметров, рукокрылые известны тем, что их основным источником пищи является кровь других крупных млекопитающих. Это высоко социальный вид, который формирует длительные тесные связи между представителями групп, представленных преимущественно родственными самками и их потомством. Исследование социальной жизни летучих мышей даже показало, что самки вампиров, сформировали дружеские отношения, хотя и вылетают на охоту отдельно, но склонны встречаться на жертве для совместного ужина. Другими важными аспектами взаимодействия вампиров является груминг (сближающей уход за мехом друг друга) и разделения между собой выпитой крови путем ее отрыжки. Несмотря на частый оральный контакт, который способствует распространению микробов, а также однообразие диеты, их кишечные микробиомы должны были быть сильно подобными. Об этом рассказали ученые из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и Смитсоновского института тропических исследований.

Исследования провели на вампирах, живущих в дикой природе и на находящихся в неволе. В Белизе ученые собрали и изучили фекальные образцы 15 самок вампиров с дикой колонии. Дополнительно фекальные образцы для изучения отобрали у 15 взрослых самок, проживавших в шести американских зоопарках с рождения.

В Панаме из трех различных природных колоний, расположенных друг от друга на расстоянии в среднем 200 километров, и которые не могли контактировать между собой, ученые отобрали 26 особей, которых сгруппировали в искусственную колонию вместе с пятью детенышами. В течение четырехмесячного периода воздержания от каждой особи ученые регулярно отбирали образцы фекалий для изучения кишечного микробиома. Также обращали внимание на социальную структуру колонии, то есть кто, с кем, как часто и каким образом взаимодействует. После эвтаназии животных ученые изучили их кишечники.

Ожидаемо, летучие мыши из одной колонии имели наиболее подобный кишечный микробиом, а летучие мыши из разных колоний — имели больше различий в микробном составе. Высокое сходство, хотя и меньшее, чем у тех, которые выросли вместе, обнаружили в конце исследования у вампиров, которых искусственно сгруппировали в одну колонию. Ученые выяснили, что степень сходства микробиом между разными летучими мышами можно предположить на основании того, как часто они взаимодействуют, особенно занимаются грумингом или передачей крови. Следующим шагом ученые видят изучения биоразнообразия кишечного микробиома вампиров, чтобы выяснить, какие именно микробы проявляют наибольшую вариабельность и чаще всего передаются. В этой работе примерно 76% микроорганизмов из кишечника животных ученым не удалось отнести ни к одному известному таксону.

Более о вампирах, чтобы их полюбить Ученые описали социальное дистанцирование о жизнь вампиров. Самка вампира усыновила детеныша умершей подруги.

-

Магнитное поле лишило звезду статуса экстремально гелиевого сверхгиганта

  • Ян Глинка

Астрономы исследовали открытую 50 лет назад звезду HD 144941, которая заместила весь водород в своей атмосфере гелием, и лишили его статуса экстремально гелиевого сверхгиганта.

Ее мощное магнитное поле, а также отсутствие следов продуктов ядерных реакций указывают, что звезда является молодым богатым гелий светилом, а не маломассивным звездным остатком в конце эволюции или результатом слияния гелиевых карликов. Анализ данных спектрографа Очень большого телескопа о HD 144941 учёные опубликовали в Astronomy Astrophysics. Гелиевые особенности спектра HD 144941 впервые заметили еще в 1970 году. С тех пор звезду отнесли к так называемым экстремально гелиевым звездам — экстремального подкласса светил с малой массой, сравнительно большим радиусом и высоким дефицитом водорода в атмосфере. Впрочем, уже первый спектральный анализ, по сравнению с моделями формирования звездных атмосфер, не увидел в зрении следов продуктов никаких ядерных реакций, которые указали бы на ее принадлежность к спектральному классу В — бедных водород карликовых звезд.

Однако, водорода в ней не более 5%, что отличает HD 144941 от любых других богатых гелием звезд — например, массивных звезд с высоким содержанием гелия. В них его обычно от 30 до 50%. Так основным механизмом объяснений характеристик звезды стало то, что ее, вероятно, образовали два гелиевых белых карлика, слившиеся вместе. Впрочем, через некоторое время космический телескоп «Кеплер» заметил на поверхности HD 144941 пятна, которые обычно свидетельствуют о магнитном поле звезд более раннего возраста. Именно поэтому группа исследователей из Австрии и Ирландии взялась за спектрополяриметрические характеристики звезды, которые указали на ее магнитные свойства.

Астрономы обработали спектрополяриметрические наблюдения спектрографа Очень большого телескопа, FORS 2. Это данные о спектре излучения звезды вместе с направлением поляризации света, которые скажут о ее химическом составе, однородности поверхности, а также величине и особенности магнитного поля. В частности последнее связывают с замеченной «Кеплером» изменчивость в видимой поверхностной яркости HD 144941.

Также с помощью Очень большого телескопа удалось оценить и атмосферные параметры HD 144941: микро- и макротурбулентность газов звездной атмосферы, ее эффективную температуру, поверхностную гравитацию и даже приблизительную скорость вращения.

Так, сравнивая параметры HD144941 с другими звездами и моделируя ее эволюцию, выяснилось, что содержание металлов в ней примерно в четыре раза выше, чем оценивали раньше. Хотя это все еще достаточно низкий — примерно на уровне одной десятой солнечного. Однако в отличие от типичных экстремально гелиевых звезд, HD144941, не страдает от недостатка углерода, а альфа-элементы, такие, как неон или сера, являются чрезмерными по сравнению с железом, обычно встречающихся у звёзд с толстым диском или гало. Массу HD144941 оценили в 8,1 солнечной, в температуру — в 22 000 кельвинов. Астрономы считают, что HD 144941 — сверхбыстрая звезда, выброшенная примерно 6,2 миллиона лет назад из спирального рукава Стрельца или в результате динамического вылета ее из кластера, или в результате взрыва сверхновой в двойной системе.

Так ученые пришли к выводу, что вместо того, чтобы быть сравнительно тяжелой и мало массивной звездой, HD144941 является экстремальным членом массивных магнитных звезд богатых гелий, в которых он заменил почти весь атмосферный водород. Также, если нормировать содержание металлов на содержание водорода и сравнивать с содержанием этих элементов в молодых звездах в окрестностях Солнца, то значение приблизятся к солнечным и сделают HD144941 похожей на типичную молодую звезду с Млечного Пути. Ученые считают, что в результате HD144941 обязана своим гелием звездному ветру-он увлекает за собой плазму, но гелий падает обратно в атмосферу и со временем скапливается, снижая абсолютное содержание других химических компонентов.

Звезда потеряла свой статус экстремально гелиевой звезды, однако стала молодой, сильно обогащенной гелием звездой, в которой процесс накопления гелия происходил гораздо эффективнее, чем у звезд подобного типа. По подсчетам, HD144941 подниматься по галактической широте, пока, вероятно, не взорвется сверхновой примерно на 1,1 килопарсека над плоскостью Галактики, возможно, оставив после себя магнетар.

Фото в анонсе: Очень большой телескоп в пустыне Атакама.

-

Когда растения начали «чувствовать» гравитацию?

  • Макс Яначек

Первая флора Земли отрастила корни и начала чувствовать притяжение планеты примерно 500 миллионов лет назад, в конце кембрия, однако по-настоящему эта способность развилась у них только в начале каменноугольного периода. К такому выводу пришли австрийские исследователи и их коллеги из Китая.

«Природа гораздо умнее нас и она может нас многому научить. Теперь мы начали понимать, что нужно растениям для того, чтобы закрепиться в почве и достичь нутриентов и воды в ее глубинных слоях. Это может помочь нам выяснить, как создать сорта злаков, способных расти в очень засушливой местности», — рассказывает Ючжу Чжан из Института науки и технологий Австрии в Клостернойбурге.

Как сегодня считают ученые, первые деревья появились в середине девонского периода, примерно 400 миллионов лет назад. Их появление резко изменило облик всей планеты — сухопутные растения сделали ее «зеленой», а также породили множество новых видов животных, в том числе сухопутных насекомых и грибков, которые питаются исключительно растительной биомассой.

То, как выглядели первые деревья, пока остается загадкой для палеонтологов — известно лишь небольшое число «окаменелых лесов», особого типа отложений этого времени, в которых сохранились полноценные стволы и корневые системы этих деревьев оказались под землей благодаря извержению пепла или лавы.

Исследование показывает, что флора того времени имела вид очень причудливых объектов — роль листьев в нее выполняла особая кора, в которой происходил фотосинтез, а на вид они были похожи на карликовые деревья с современной тундры.

Относительно недавно ученые начали сомневаться в этой идее. К примеру, три года назад геологи нашли свидетельства того, что первые грибы появились на суше уже 440−460 миллионов лет назад, и они вряд ли могли бы существовать на суше сами по себе, без помощи растений или других источников органики, которой они должны были бы питаться.

Год назад генетики и палеонтологи показали, что растения и мхи должны были выйти на сушу гораздо раньше, в конце кембрийского или ордовикского периодов, объединив данные раскопок и результаты сравнения геномов мхов, папоротников и других «древних» растений.

Подобные открытия, как отмечает Чжан, заставляют ученых задуматься о том, как возникли первые наземные растения и как именно они приобрели важнейшую особенность всех современных представителей флоры — способность «чувствовать» притяжение планеты и отращивать корни.

Ответ на этот вопрос получить очень не просто, потому что в прошлом ученые детально изучали устройство «датчиков гравитации» только в цветковых растений, а не их примитивных родственников и предшественников. Более того, многие биологи подозревают, что растения могут иметь не один, а несколько подобных регуляторов роста корней, большая часть которых остается неизвестной для нас.

Австрийские исследователи и их коллеги из Китая заполнили этот пробел и раскрыли историю эволюции этой ключевой особенности растений, сравнив то, как чувствуют гравитацию мхи, папоротники, плауны, водоросли, а также цветковые и голосеменные растения. Для этого ученые прорастили семена и споры всех этих представителей флоры, дождались появления у них корней, повернули их на 90 градусов и начали смотреть за тем, в какую сторону они будут расти. Параллельно ученые изучали то, как были устроены клетки их корни и как они реагировали на внезапное изменение вектора гравитации.

Как оказалось, все сухопутные растения, кроме мхов, умели чувствовать гравитацию, однако скорость их реакции на подобные сдвиги сильно отличалась. Корни цветковых и голосеменных растений начинали поворачиваться вниз уже через 4−6 часов после начала эксперимента, тогда как папоротники и мхи меняли вектор роста лишь через несколько дней.

Причина этого крылась в различиях устройства клеток корней растений. Во всех них присутствовали особые структуры, так называемые амилопласты. Они представляют собой скопление крахмала, чья плотность несколько выше, чем в окружающей их цитоплазмы клеток. Благодаря этому, при наличии гравитации они будут «тонуть» и падать вниз, что помогает флоре чувствовать притяжение Земли и корректировать направление роста корней, используя особые гормоны-ауксины.

Чжан и его коллеги обнаружили, что амилопласты были распределены по корням различных растений неодинаковым образом. Они присутствуют только в клетках на кончике корня цветковых и голосеменных представителей флоры, тогда как у папоротников и плаунов были случайным образом разбросаны по всему организму.

Аналогичные различия были характерны для того, какие клетки производили ауксины и как они распространялись по корням.

Соответственно, наличие амилопластов почти у всех представителей сухопутной флоры говорит о том, что они научились «чувствовать» гравитацию и отращивать корни практически сразу после выхода на сушу. Это произошло, как предполагают ученые, около 500 миллионов лет назад.

-

Робособаки из Китая

  • Карина Юнкова

В опубликованном на YouTube ролике показано, как роботы, переносящие человека, тянут минивэн и перетягивают канат.

Китайская компания Unitree Robotics показала, что их четвероногие работы Laikago способны работать совместно для перевозки грузов. В опубликованном на YouTube ролике показано, как роботы, переносящие человека, минивэн, буксуют и перетягивают канат.

В последние годы робототехнические компании начали заниматься не только разработкой прототипов, но и выпуском коммерческих версий своих продуктов, в частности четвероногих роботов. Ghost Robotics продает ловкого работа Minitaur, у Boston Dynamics есть коммерческая модель Spot, а китайская компания Unitree Robotics продает работа под названием Laikago, который назван в честь первой собаки-космонавта.

Для демонстрации возможностей своих роботов разработчики придумывают различные трюки — например, весной этого года Boston Dynamics с помощью SpotMini в упряжке буксовал грузовик. Unitree Robotics сняла похожее видео — в нем показаны три разные сценарии коллективной работы Laikago Pro (более мощная коммерческая версия Laikago).

Несмотря на то, что официальная грузоподъемность Laikago Pro составляет пять килограммов, в опубликованном ролике показано, что роботы способны переносить взрослого человека вчетвером. Также на видео восемь роботов в упряжке буксируют небольшой минивэн с двумя пассажирами и перетягивают канат.

В Unitree Robotics есть и другие разработки — этой весной компания показала четвероногого робота AlienGo. В отличие от Laikago, новый робот имеет полноценный защитный корпус, а также несколько штатных визуальных датчиков.

-

Контактные линзы или очки?

  • Карина Юнкова

Выбор — очки или линзы, зависит только от личных предпочтений.

В недалеком прошлом для коррекции зрения использовались только очки. Сегодня с этой целью используются специальные контактные линзы для зрения, не заметные постороннему глазу и, которые совершенно не меняют внешность пользователя.

Несмотря на то, что очки более привычные для пользователя и просты в использовании, линзы имеют ряд преимуществ.

Преимущества линз:

  • Линзы закладываются за веко и плотно прилегают к роговице, благодаря чему они двигаются вместе с глазным яблоком и не искажают предметы, обеспечивая качественное периферийное зрение, в отличие от очков;
  • Они в меньшей степени, чем очки подвержены влиянию внешних факторов — дождь, снег, туман. С линзами можно носить защитные очки для плавания, альпинизма, а также очки, которые необходимы на некоторых видах производства;
  • Исключают получение травмы в отличие от очков, которые при падении могут разбиться на острые осколки;
  • С эстетической точки зрения преимущество линз заключается в том, что они не изменяют внешность. Это особенно ценно в подростковом возрасте, когда у ребенка может развиться комплекс из-за ношения очков.

Преимущества очков:

  • Разнообразие цен на очки делает их доступными различным категориям населения.
  • Очки просто использовать, в отличие от линз, которые требуют определенных навыков при их одевании/снятии. Линзы длительного ношения требуют особого ухода для чего надо дополнительно покупать жидкости, контейнера, что влечет за собой дополнительные расходы;
  • Используя очки, форму, размер и цвет, можно создать свой неповторимый имидж.

Идеальным вариантом будет комбинированное использование линз и очков, когда, например, человек целый день работает в очках, а на вечернюю прогулку одевает линзы.

-

Гусеничный подводный робот оценил углеродный цикл Тихого океана

  • Ян Глинка

Американские ученые представили результаты работы автономного гусеничного робота Benthic Rover II, который пять лет исследовал дно Тихого океана на глубине четырех километров.

С его помощью удалось оценить факторы, влияющие на глубоководный углеродный цикл, как-то концентрация растворенного в воде кислорода, способность океана поглощать углекислый газ, температуру и количество фитопланктона. Его заряди хватать на год непрерывной работы, за время которой он передает данные устройства на поверхности воды, откуда те, через спутник, получают ученые. Оценку работы Benthic Rover II ученые опубликовали в Science Robotics. Разработка робота Benthic Rover II или BR-II — результат 25-летней работы команды исследовательского института океанариума Монтерей, в Калифорнии (Monterey Bay Aquarium Research Institute). Это автономный робот весом более 1800 килограммов (что в воде, впрочем, всего 68 килограммов) и в полтора метра в высоту и 2,6 метра в ширину. Он имеет две гусеницы для передвижения дном Тихого океана и способен выдержать погружение на шесть километров вглубь.

Последние пять лет он работает на глубине четырех километров у побережья центральной Калифорнии. BR-II был специально разработан для работы в холодных, коррозионных условиях и условиях высокого давления. Причем его конструкция предназначена для небольшого контактного давления на поверхность дна, так что робот за собой оставляет только два небольших следа на илистом грунте. Заряда его аккумуляторов хватает на год, поэтому каждый год его вытаскивают на двое суток на поверхность, чтобы потом снова вернуть к работе.

BR-II запускается из надводного корабля и падает через толщу воды, опускаясь на нужную глубину с 2:00. Типичная миссия начинается с того, что BR-II переходит от места посадки до нового, места, в чем ему помогает течение. Робот поддерживает постоянный курс по компасу, чтобы избежать пересечения собственных путей и отбора проб в местах, где он уже бывал.

На самом деле об экстремальных местах на Земле нам известно иногда даже меньше, чем мы знаем о Вселенной за пределами нашей планеты. Однако именно процессы в недрах Земли имеют прямое влияние на наши жизни. Океанские глубины покрывают более 65% земного шара и играют важную роль в глобальном углеродном цикле, на который сейчас сильно влияет выброс углекислого газа и, как следствие, меняется климат.

Чтобы понять текущие процессы в глубинах океана и смоделировать будущие изменения в углеродном цикле, в том числе способность океана поглощать атмосферный углекислый газ, необходимы долгосрочные наблюдения. Однако высокое гидростатическое давление, низкая температура, отсутствие света и постоянная коррозионная угроза для приборов — серьезные препятствия для длительного мониторинга.

Кроме защиты от суровых условий океана, для исследовательской работы BR-II наделили приборами для оценки течения (за ними он ориентируется в воде), респирометрами и оптиметры, по которым робот оценивает выделенный морскими жителями углекислый газ и концентрацию в воде кислорода, а также камерами, которые приносят фотографии океанического дна и данные о количестве фитопланктона. Полученную информацию BR-II по запросу передает на небольшой планер на поверхности воды, откуда исследователи уже через спутник ее получают.

Эффективность BR-II оценивалась по четырем критериям: пройденное расстояние, качество полученных камерой изображений и качество данных из инструментов. Процент ожидаемого и фактического пройденного расстояния варьировался от 0 до 98,5% и уже в ноябре 2020 роботу удалось пройти 1640 метров. Успех измерений Камерзе обеих сторон работа сильно варьировался в первые «пять лет эксплуатации, но с 2015 года стал стабильно высоким, от 96 до 100%. Поэтому уже с ноября 2015 года, когда BR-II уверенно можно было запускать каждый год, эффективность работы постоянно превышала 98%.

Характеристики придонной воды оставались относительно стабильными в течение всего периода работы BR-II на океаническом дне. Но концентрация растворенного кислорода в донной воде была намного изменчивее, и заметное уменьшение растворенного кислорода соответствует 30-летним наблюдением за этой областью океана. Это одно из самых важных изменений, происходящих в океане, которое все больше меняется в результате деятельности человека. Его уменьшение может вызвать серьезные изменения в продуктивности океана, его биоразнообразии и биогеохимических циклах. Анализ прямых измерений по всему миру показывает, что зоны минимального содержания кислорода в открытом океане расширяются на несколько миллионов квадратных километров и в сотнях прибрежных участков в настоящее время концентрация кислорода уже достаточно низкая, чтобы ограничить распространение и численность популяций животных и изменить круговорот важных питательных веществ. Принесенные BR-II данные только подтверждают эту тенденцию.

Концентрацию фитопланктона оценивали по его флуоресценции, которую проявляли с помощью синих диодов на борту робота. Оказалось, что в период с ноября 2015 по 2020 год произошло значительное увеличение количества фитопланктона, в свою очередь способствующего накоплению биомассы фитопланктона и истощению запасов кислорода.

Различия в полученных данных BR-II показывают, что небольшие наблюдательные кампании не способны выявить изменения, которые приводят к долгосрочным и критически важным для определения углеродного цикла в глубинах океана. Тенденция к снижению растворенного кислорода является критическим параметром и будет иметь решающее значение для прогнозирования изменений климата.

-

«Кьюриосити» откопал органические молекулы в образцах почвы Марса

  • Надежда Ядан

NASA представило результаты экспериментов методом мокрой химии с собранными на Марсе велосипедом «Кьюриосити» образцами почвы из кратера Гейл.

В песке с дюн Багнольда исследователи нашли производные бензойной кислоты, ароматической карбоновой кислоты и молекулу, родственную с фосфорной кислотой. Также в образцах нашлись азотсодержащие органические молекулы и несколько еще не идентифицированных органических соединений. Результаты экспериментов со специфическим реагентом MTBSTFA ученые опубликовали в Nature Astronomy. С момента прибытия на Марс в 2012 году, марсоход «Кьюриосити» обработал огромное количество данных о прошлом и современном состоянии планеты в кратере Гейл, образовавшимся на около 3,5 — 3,8 миллиарда лет назад. Место посадки для марсохода выбрали неслучайно — судя по наблюдениям, в кратере когда-то мог быть водоем. На это указывают гора Эолида,, а также глина, появление которой требует присутствия воды. В частности глина заинтересовались ученых, ведь на Земле в ней неплохо сохраняется органика. Именно на ее поиски нацелен «Кьюриосити», который для этого был наделен бортовой химической лабораторией SAM (Sample Analysis at Mars).

Впрочем, найти сохраненное в марсианских породах органическое вещество, которая указывало бы на пригодность Марса для жизни по крайней мере в его прошлом, на поверхности планеты сложно — в течение миллионов лет она подвергалась мощному ионизирующему излучению. Ранее с помощью SAM ученым удалось выделить марсианские хлорированные углеводороды, серосодержащие органические вещества, фрагменты алкильных и ароматических соединений. Но из образцов, которые он получил с помощью бурения ему удалось получить пиролизом при температурах до 850 градусов Цельсия и идентифицировать с помощью масс-спектрометрии с газовой хроматографии на SAM. Впрочем, инструмент также может проводить мокрые химические эксперименты в пробирках с водными растворами, а потому на этот раз ему поручили исследовать пески с дюн Багнольда методом дериватизации.

Дюны Багнольда изучались в течение нескольких месяцев с полным набором инструментов на борту марсохода. С использованием реагентов MTBSTFA-DMF, которых специально разработали для восстановления полярных молекул, таких как карбоновые кислоты и аминокислоты, SAM анализировал собранные на поверхности планеты образцы. Песок с дюн получили и просияли с помощью ковша инструмента CHIMRA (Collection and Handling for In-Situ Martian Rock Analysis).

Скорее всего пески дюн подвергались воздействию ионизирующего излучения, поэтому найти в них много следов органических соединений ученые не рассчитывали. В планах было проверить протокол дериватизации на поверхности Марса, а также изучить молекулы, которые могут быть образованы в результате реакций внутри инструмента.

Одной из основных проблем при интерпретации источников органических веществ, обнаруженных в данных SAM, есть понимание степени влияния органических молекул, производимых в самом приборе, и собственно марсианских. Чтобы идентифицировать органические вещества, полученные масс-спектрометром SAM спектры сравнивали с сотнями тысяч спектров из библиотеки Национального института стандартов и технологий (NIST), а также с данными идентичных лабораторных экспериментов. Так удалось обнаружить бензойную кислоту и аммиак, фосфорную кислоту и фенол, а также несколько азотсодержащих молекул и еще не идентифицированных высокомолекулярных соединений.

По мнению исследователей, нелетучие органические вещества, такие как бензойная кислота или соли бензолкарбоксилата — это возможные продукты окисления метеоритного органического вещества, которые могут накапливаться в верхних слоях поверхности Марса. А обнаружены двенадцать азотсодержащих соединений могут быть продуктами разложения сложных азотсодержащих органических веществ.

Дериватизований фенол постоянно оказывается на хроматограммах SAM, и его содержание, вероятно, коррелирует с содержанием реагента MTBSTFA, что есть в системе обработки SAM. Однако, по словам ученых, нельзя исключить и вклад ароматических углеводородов, которые могли быть в исследуемых марсианских образцах.

Фосфорной кислоты проявляли в простых смесях минералов и органических молекул, найденных на Марсе. И хотя она считается потенциальным биомаркером, ее выявления в простых минеральных смесях предусматривает, что она может образовываться в простых минералах, например, фосфатах.

И хотя пока источник происхождения этих соединений выявить не удалось, работа расширила диапазон соединений, которые можно найти на Марсе, а также побочных продуктов, связанных с реагентом, что позволит улучшить исследовательские протоколы как миссии «Кьюриосити», так и будущих.

За восемь лет работы «Кьюриосити» рассказал о больших марсианских наводнения, озеро кратера Гейл, которое может оказаться цепочкой небольших «луж», а также увидел следы древних дюн серебристые и перламутровые облака после захода Солнца на планете. А самые интересные фотографии, снятые марсоходом мы собрали в статье «Селфи, иллюзии и панорамы».

Картина дня

наверх