Реактор познавательный

Гигантских крыс предложили привлечь к борьбе с контрабандой образцов дикой природы

Распространенные в Африке гигантские хомяковые крысы обладают острым обонянием, что ранее позволило использовать их для обнаружения взрывных устройств и возбудителя туберкулеза. Теперь международная группа исследователей показала, что грызунов вида Cricetomys ansorgei можно натренировать улавливать запахи чешуи панголина, слоновой кости, рога носорога и африканского черного дерева. Эти ресурсы дикой природы часто становятся предметом контрабанды.

Африканских хомяковых крыс Cricetomys ansorgei, обученных выявлению контрабанды, планируют одевать в специально изготовленные жилеты с шариком в области груди. Потянув за него при обнаружении цели, животные смогут оповещать дрессировщика

Эксперимент по проверке такой возможности провели в исследовательском центре некоммерческой организации APOPO со штаб-квартирой в Танзании, которая специализируется на дрессировке хомяковых крыс.

Ранее одно из животных, прошедших подобное обучение — самца по кличке Магава, — наградили золотой медалью PDSA за работу по разминированию в Камбодже. За свою жизнь эта хомяковая крыса-сапер отыскала более 100 мин и других неразорвавшихся боеприпасов. В 2022 году в APOPO сообщили о смерти животного в преклонном возрасте восьми лет.

В новом проекте задействовали 11 хомяковых крыс Cricetomys ansorgei, но к его завершению три особи выбыли из-за болезни и смерти. Обучение включало несколько этапов, во время которых грызунов с помощью поощрений тренировали распознавать и запоминать целевые запахи, а также отличать их от посторонних.

Сначала животные выучили запах чешуи панголина (Manis spp.) и находящегося под угрозой исчезновения африканского растения Dalbergia melanoxylon, чья древесина высоко ценится. Затем грызунов натренировали обнаруживать рог носорога и слоновые бивни. В финале эксперимента семеро испытуемых сумели верно выявить все четыре целевых образца среди 146 других объектов.

Как утверждают авторы научной работы, которую недавно опубликовал журнал Frontiers in Conservation Science, обученные хомяковые крысы успешно находили потенциальные контрабандные объекты, даже когда их пытались скрыть среди ложных целей. Также животные справились с заданием после продолжительного перерыва в контакте с образцами.

По словам ученых, полученные в эксперименте результаты заложили основу для более масштабного обучения хомяковых крыс обнаружению контрабанды по запаху. Среди основных преимуществ Cricetomys ansorgei специалисты отметили небольшие размеры и чуткий нюх, низкие затраты на подготовку и содержание, способность работать с разными дрессировщиками и длительный срок жизни.

Все перечисленное позволит этим животным стать экономически эффективным инструментом по борьбе с незаконной торговлей ресурсами дикой природы, считают исследователи.

Далее ученые планируют проработать возможность задействовать обученных крыс в морских портах, через которые могут переправлять грузы с контрабандой. Для этого грызунов предполагают одеть в специально изготовленные жилеты с прикрепленным в области груди шариком, издающим звуковой сигнал. Потянув за него при обнаружении цели, хомяковые крысы смогут оповещать дрессировщика.

Статья спизжена отсюда

Физики проследили фазовый переход магии в квантовой системе

То, насколько классический компьютер сможет воссоздать определенное квантовое состояние, описывается свойством под названием «магия». Ученые из США выяснили, существует ли резкий переход между состоянием «можем обойтись обычным компьютером» и «подойдет только квантовый».

Квантовый компьютер, на котором проводились эксперименты

Стабилизаторные состояния — класс квантовых состояний, поддающийся эффективному моделированию на классических компьютерах. Свойство «магии» в квантовой механике — характеристика квантовых состояний, описывающая степень их отклонения от стабилизаторных состояний.

Магия делает квантовые состояния трудными для моделирования, но в то же время необходима для реализации универсальных и устойчивых к ошибкам квантовых вычислений. Понимание отвечающих за это свойств механизмов значительно улучшит характеристики квантовых компьютеров.

Авторы нового исследования ранее опубликовали статью, в которой показали существование фазового перехода в запутанности системы. Они выявили, что в зависимости от частоты измерений фазовое состояние квантовой системы может сохранять или разрушать запутанность.

«Суперпозиции и запутанности оказывается недостаточно, чтобы сделать квантовые компьютеры более мощными, чем классические. Чтобы достичь преимущества, необходим еще один компонент — магия, или отклонение от стабилизаторного состояния. Если в квантовой системе нет магии, ее можно смоделировать на классическом компьютере, но это делает квантовый компьютер избыточным. Лишь при наличии значительного количества магии можно превзойти возможности классического компьютера», — объяснил Прадип Нироула (Pradeep Niroula), первый автор новой научной работы.

Квантовый вентиль, родственник логического вентиля в классических компьютерах, воздействует на кубиты и стремится создавать запутанность между ними, тогда как измерение одного из этих кубитов разрушает ее. Если добавить в квантовую схему несколько вентилей, можно проводить измерения в случайных местах и контролировать распределение запутанности в системе.

Ученые знают, что при малом количестве измерений вся квантовая система оказывается запутанной. Напротив, при слишком частых измерениях запутанность подавляется. Если же постепенно увеличивать частоту измерений, запутанность резко совершает фазовый переход от высокой к почти нулевой.

На этот раз ученые исследовали, существует ли фазовый переход в магии. Им удалось показать, что код, предназначенный для защиты квантовой информации от ошибок, с точки зрения магии демонстрирует явный фазовый переход из состояния «есть магия» в состояние «нет магии» без промежуточных этапов. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.

Вид на квантовый компьютер сбоку

Измерения также уничтожают магию, но для ее контролируемого добавления в систему необходимо выполнять малые изменения состояния кубитов. Изменения квантового состояния кубита называют поворотом, потому что оно теоретически описывается в трехмерной системе координат.

Физики использовали схему управления магией в случайном стабилизаторном коде через когерентные ошибки. Такие ошибки предсказуемы, постоянны и являются последствием эволюции квантовых состояний.

В эксперименте измерения в некоторых случаях уничтожали магию, возвращая состояния к стабилизаторным, а иногда оставляли магию неизменной. Конкурирующими силами в квантовых компьютерах оказались «количество измерений» и «угол вращения кубитов».

Ученые обнаружили, что при фиксированной скорости проведения измерений можно изменить угол вращения и перейти из фазы с высокой концентрацией магии в фазу без нее вообще. Авторы научной работы провели серию численных симуляций и показали, что фазовый переход магии действительно происходит, а затем проверили эту гипотезу экспериментально, используя реальные квантовые схемы. Эксперименты подтвердили симуляции.

«Мы наблюдали признак фазового перехода даже на фоне шума в системе. Наша работа открывает фазовый переход в магии. В прошлых исследованиях уже были обнаружены другие переходы в запутанности и зарядах, что поднимает вопрос: могут ли и другие ресурсы демонстрировать аналогичные переходы? Относятся ли они к какому-то универсальному типу переходов? Можем ли мы применить это знание для создания устойчивых к помехам квантовых компьютеров?» — отметил Неурула.

Наличие перехода может указывать на существование более общей теории, применимой к разным квантовым свойствам.

Статья спизжена отсюда

Фаюмские портреты

В заключение египетской серии.

Египет продержался три тысячи лет в более-менее неизменном виде. Затем пришел Александр, и мир от Нила до Инда в одночасье стал элиинистическим. Потом Cредиземноморье прибрали к рукам хозяйственные римляне.

Изменилась даже весьма консервативная погребальная традиция. Мумии делали по-прежнему, но вот лица мумий вместо резных масок стали закрывать деревянными дощечками с живописным портретом покойного.

Конечно, такое удовольствие было доступно только богатым. Большая часть портретов была найденf в некрополях большого оазиса Фаюм (80 км южнее Каира), поэтому стиль называется "фаюмский портрет". Их известно более 900, традиция держалась с I в. до н.э. по III в. н.э. и закончилась, видимо, с распространением христианства.

Как правило, писали такие портреты восковыми красками (энкаустика). В сухом египетском климате и в темных гробницах это обеспечило превосходную сохранность цвета.

(Metropolitan Museum, NYC)

Британские учёные создали первую в мире 3D-модель нейронных связей мозга мухи

Модель включает 139 255 нейронов и 50 миллионов связей, которые отвечают за сенсорное восприятие, память и даже брачные ритуалы дрозофилы. 3

Проект получил название FlyWire. Для его реализации учёные проанализировали гигантский массив данных, полученных с помощью серийной просвечивающей электронной микроскопии. Мозг мухи разрезали на тончайшие срезы, каждый из которых отсканировали с высоким разрешением. Затем эти изображения объединили в единый трёхмерный объём, а нейроны и связи между ними вручную проследили и аннотировали. 1

Модель мозга мухи позволяет учёным лучше понять, как работает мозг в норме и при различных патологиях

https://www.ixbt.com/live/science/139-000-neyronov-kak-na-ladoni-sozdana-pervaya-polnaya-3d-karta-mozga-drozofily.html

Зоологи неделю «спаивали» шершней, чтобы проверить их устойчивость к алкоголю

Израильские ученые установили, что восточные шершни (Vespa orientalis), распространенные на большей части Азии, Африки и Европы, исключительно устойчивы к этанолу. Эксперименты показали, что эти насекомые способны без негативных последствий выдерживать концентрацию спирта, высокотоксичную для большинства остальных животных.

Восточный шершень (Vespa orientalis)

В природе зрелые фрукты и другие растительные продукты могут образовывать спирт в процессе естественной ферментации или гниения. Поскольку такая пища очень питательна (калорийность этанола почти вдвое выше, чем у сахара), это привлекает к ней многих животных. Однако из-за токсичности алкоголя обилие подобной еды может навредить. Если концентрация этанола превышает 4%, отрицательные эффекты проявляются даже у видов, привычных к небольшому количеству спирта в пище, а более высокие значения чреваты смертью.

Однако зоологи из Тель-Авивского университета недавно выявили исключение из этого правила. В лабораторных экспериментах ученые на протяжении недели давали шершням Vespa orientalis сладкие растворы с разным содержанием этанола. Насекомые не пострадали, даже когда крепость достигла 80%. Статья об этом недавно вышла в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Исследователи начинали опыты с более низкого предела в 20%. Это максимальное значение, возможное при брожении натуральных дрожжей — микроскопических грибов, естественно обитающих на поверхности разных фруктов, ягод и цветов. Не увидев негативных реакций, ученые стали повышать содержание спирта, чтобы определить наивысшую концентрацию, которую способны переносить восточные шершни. В итоге ее довели до 80%.

Хотя после такой «трапезы» шершни какое-то время не могли нормально летать и передвигаться, а некоторых особей заметили лежащими на спине, вскоре насекомые пришли в себя. Переработав этанол, они как ни в чем не бывало продолжили строить гнездо. Исследователей это поразило, поскольку подобный эксперимент с медоносными пчелами привел к их гибели в течение 24 часов.

По мнению ученых, необычайная стойкость восточных шершней к спирту объясняется высокой скоростью метаболизма этанола в их организме, которую, вероятно, обеспечивает наличие у представителей рода Vespa нескольких копий генов, отвечающих за расщепление алкоголя (алкогольдегидрогеназы, НАДФ+).

Эта особенность могла развиться в процессе эволюции — в результате мутуалистических, то есть взаимовыгодных, отношений с натуральными дрожжами Saccharomyces cerevisiae, которые встречаются в природе, а также применяются в хлебопечении и производстве спиртного. Из прошлых исследований известно, что эти микроскопические грибы, не переносящие холод, зимуют и размножаются в кишечнике общественных ос, к которым принадлежат и шершни. В качестве «ответной услуги» дрожжи обеспечивают насекомых энергией, сбраживая фрукты и нектар, которыми те питаются. Чтобы выдерживать эту нагрузку, шершни, видимо, приобрели дополнительные гены, обеспечивающие устойчивость к алкоголю.

Авторы новой научной работы отметили, что их эксперимент и другие подобные исследования важны, поскольку расширяют знания о природе толерантности к этанолу. С их помощью ученые смогут лучше понять механизмы расстройств, связанных с употреблением алкоголя, и найти новые методы их лечения.

Статья спизжена отсюда

20 лучших микрофотографий Nikon Small World 2024

Компания Nikon объявила победителей конкурса микрофотографии Nikon Small World. В этом году престижный конкурс прошел уже в 50-й раз. На него поступило до 2100 заявок от студентов, преподавателей, исследовательских учреждений и ученых из 80 стран.

Место не заняло. Пальмовый долгоносик. Танта, Египет

20 место. Ранняя стадия дифференциации клеток нейробластомы мыши. Огаста, Джорджия, США

19 место. Семя смолёвки. Сан-Ансельмо, Калифорния, США

18 место. Яйцо насекомого, зараженное осой. Сан-Ансельмо, Калифорния, США

17 место. Органы размножения харовой водоросли (Chara virgata). Свосов, Жилинский, Словацкая Республика

16 место. Две водяные блохи (Daphnia sp.) с эмбрионами (слева) и яйцами (справа). Сувалки, Подляское воеводство, Польша

15 место. Отдельные чешуйки на крыле урании мадагаскарской (Chrysiridia ripheus). Сен-Лис, Верхняя Гаронна, Франция

14 место. Перекристаллизованная смесь гидрохинона и миоинозитола. Сувалки, Подляское воеводство, Польша

13 место. Глаза зеленого паука-краба (Diaea dorsata). Бедльно, Свентокшиское воеводство, Польша

12 место. Крыльевые чешуйки бабочки (Papilio ulysses) на игле медицинского шприца. Оберцент-Айрленбах, Гессен, Германия

11 место. Слизевик на гнилой ветке с каплями воды. Банд, Веспрем, Венгрия

10 место. Споры черного трюфеля (Tuber melanosporum). Прага, Чешская Республика

9 место. Пыльца в паутине паука-крестовика (Araneus). Бендорф, Рейнланд-Пфальц, Германия

8 место. Нейрон, густо покрытый дендритными шипиками из полосатого тела мозга взрослой крысы. Веллингтон, Новая Зеландия

7 место. Поперечный разрез листа песколюбки (Ammophila arenaria). Мария Энцерсдорф, Австрия

6 место. Слизевик (Cribraria cancellata). Хельсинки, Ууденмаан-Ляэни, Финляндия

5 место. Скопление яиц осьминога (Octopus hummelincki). Нью-Йорк, Нью-Йорк, США

4 место. Часть тонкого кишечника мыши. Чарльстон, Южная Каролина, США

3 место. Лист марихуаны, луковичные железы — трихомы, пузырьки внутри — каннабиноидные везикулы. Порт Таунсенд, Вашингтон, США

2 место. Электрическая дуга между штифтом и проводом. Верона, Венето, Италия

1 место. Дифференцированные клетки опухоли мозга мыши. Огаста, Джорджия, США

Ода греческой вазе

What leaf-fring'd legend haunts about thy shape...

What mad pursuit? What struggle to escape?
               What pipes and timbrels? What wild ecstasy?

Бутылочка для ароматическиз масел, 550-500 до н.э. Горлышко находится с обратной стороны, можно поставить на стол, используя мошонку и кончик фаллоса как ножки.

Reflects an element of playfulness recurrent throughout Greek art, утверждает куратор коллекции в Metropolitan Museum.

Про Басилевса. Вернее, /B/асилевса

Сегодня речь пойдет о византийском императоре Константине V Копрониме.

Солид императора Константина V

Данное прозвище басилевса - Копроним (Κοπρώνυμος, Навозник) возникло в связи с тем, что согласно легенде во время крещения будущий император насрал в купель (по другой версии - будущий император насрал на пурпурную ткань, в которую его запеленали после крещения).

По правде говоря, подобные легенды тиражировали противники императора из числа иконопочитателей.

Будучи ярым иконоборцем, Константин V в 754 году созвал собор, осудивший почитание икон. Ещё до начала собора императором был написан трактат, в котором он изложил свою точку зрения на эту проблему. По иронии судьбы, текст трактата не сохранился, его тезисы известны из сочинений противника иконоборчества Патриарха Константинопольского Никифора.

В своём сочинении император Константин осуждал не только почитание икон, но и высказывался за запрещение почитания Богоматери и святых. Позднее Константином был издан указ, законодательно закреплявший эти запреты.

Муравьиная матка «переработала» больное потомство

Если муравьиная матка замечает у личинок признаки болезни, то не «выхаживает» потомство, а съедает. Как такой каннибализм помогает появлению здоровых муравьев, выяснили ученые из Великобритании.

Матка черного садового муравья съедает личинок

Муравьи — насекомые, которым свойствен ряд интересных для науки особенностей. Например, считается, что они стали социальными и научились общаться с помощью феромонов (ароматических соединений) больше 100 миллионов лет назад. Кроме того, они приспособились строить гнезда так, чтобы не заражаться смертельными болезнями от сородичей.

Специалисты из Оксфордского университета в Великобритании обнаружили еще один механизм, защищающий муравьев от инфекций. Они заметили, что матка съедает заболевающих личинок, а полученную энергию направляет на создание здорового потомства. Статья с соответствующими выводами появилась в научном журнале Current Biology.

Авторы публикации провели эксперимент с участием маток черного садового муравья (Lasius niger). Самкам «подбросили» личинок, которые были заражены грибковой инфекцией — смертельной, но пока не передающейся другим. В итоге матки уничтожили 92% инфицированных личинок и только 6% здоровых — относящихся к контрольной группе.

Матки по-разному вели себя с инфицированными, но не заразными, потенциально заразными и здоровыми личинками

Матки начинали поедать личинок, как только замечали первые признаки болезни. На уничтожение нездорового потомства уходило несколько часов. При этом сами матки не заражались — вероятно, они защищали себя, проглатывая антимикробный яд, который вырабатывает специальная железа на брюшке.

Ученые сравнили плодовитость самок, которые поедали зараженных личинок, и маток из контрольной группы. Оказалось, что «гигиенический каннибализм» позволил откладывать на 55% больше яиц, используя для размножения питательные вещества, полученные от проглоченного потомства.

«Матки, которые производят больше всего рабочих особей, имеют наилучшие шансы на выживание, поэтому возможность поедать и перерабатывать зараженных личинок обратно в потомство означает, что ценные ресурсы не будут потрачены впустую», — пояснили исследователи.

Важно, что личинок, болезнь которых приближалась к инфекционной стадии и которые могли стать заразными, матки не пытались съесть. Самки опрыскивали потенциально опасных личинок выработанным антимикробным ядом, но в 80% случаев все равно заболевали и умирали. Эксперимент показал, что действовать необходимо как можно раньше, и матки стараются следовать этому правилу.

«Гигиенический каннибализм» зафиксировали только у маток — взрослым рабочим муравьям такое поведение свойственно не было. Вероятно, дело в том, что рабочие муравьи могут вынести зараженных личинок из гнезда, а матки гнездо не покидают и вынуждены защищаться от болезней по-другому.

Статья спизжена отсюда

В решении задачи трех тел обнаружили «островки закономерности»

Когда в космическом пространстве три массивных тела воздействуют друг на друга через силы взаимного гравитационного притяжения, их движение становится непредсказуемым. Многие ученые пытались описать движение трех тел в одной системе и таким образом найти решение задачи, применимое для любых начальных условий объектов. Однако все было безуспешно. Теперь международная команда математиков и физиков провела тысячи моделирований задачи трех тел и выяснила, что среди множества ее решений есть и те, которые заключают в себе «островки закономерности», где объекты начинают вести себя предсказуемо.

Международная команда математиков и физиков под руководством Алессандро Трани (Alessandro Trani) из Института Нильса Бора (Дания) использовала суперкомпьютер для численного моделирования задачи трех тел и обнаружила в хаосе движения этих объектов пробелы — «островки закономерности». Эти «островки» показали, где объекты ведут себя предсказуемо и подчиняются определенным правилам: траектория их орбит напрямую зависит от того, как три объекта расположены друг относительно друга в момент сближения, а также от их скорости и угла сближения. Об исследовании рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте института.

Трани и его коллеги создали программу Tsunami, которая перебирала миллионы возможных комбинаций взаимодействия трех тел в системе, рассчитывала траекторию их движения, используя теорию общей относительности Эйнштейна и законы Ньютона. Эта программа предполагала использование статистического метода и наличие специальной карты, на которой каждая точка соответствовала конкретному набору начальных условий.

Затем каждой точке ученые присвоили свой цвет в зависимости от того, какой из трех объектов в итоге «выбрасывается» из системы в результате взаимодействия (в большинстве случаев — объект с наименьшей массой).

Если бы движения объектов в системе были случайными, то есть сама задача предполагала хаотичность, цвета на карте перемешались бы случайным образом. Однако в своем исследовании такой картины ученые не наблюдали. Они обнаружили на карте области, окрашенные в один цвет. По словам исследователей, эти области и есть «островки закономерности»: там начальные условия предопределяют дальнейшую эволюцию системы.

"Миллионы симуляций формируют грубую карту всех мыслимых результатов, когда встречаются три объекта, как огромный гобелен, сотканный из нитей начальных конфигураций. Именно здесь появляются острова закономерности"

Авторы работы посчитали, что на этих «островках» движение объектов подчиняется строгим математическим закономерностям, оно упорядоченно и предсказуемо. Это, в свою очередь, указывает на существование общего решения задачи трех тел.

Однако «островки закономерности», обнаруженные командой Трани в решении задачи трех тел, могут представлять проблему для исследователей. Дело в том, что этот подход хорошо вычисляет хаотичные траектории движения тел, но плохо работает, когда дело касается «закономерных» траекторий.

«Когда некоторые области на карте, предполагающие хаотичное движение объектов, внезапно переходили в фазу закономерного движения, наши статистические расчеты для этой фазы нарушались, что приводило к неточным предсказаниям. Теперь наша цель — научиться сочетать статистические методы с численными, чтобы обеспечить высокую точность предсказания, когда система начинает становится более закономерной», — пояснил Трани.

Открытые «островки закономерности» — важный шаг на пути к общему решению задачи трех тел. Исследователям еще предстоит провести серию компьютерных экспериментов, чтобы детально изучить свойства «островков» и понять механику их образования, а также оценить влияние на эволюцию системы.

В космосе наличие систем, состоящих из трех объектов, не редкость. Поэтому решение задачи трех тел — не просто теоретический вызов, а возможность постичь тайны Вселенной.

Статья спизжена отсюда