Прямо сейчас более полумиллиона единиц космического мусора (в основном это фрагменты спутников и зондов) вращаются вокруг нашей планеты. Этот мусор представляет угрозу для спутников, космических аппаратов и космонавтов на борту этих транспортных средств.

Учёные ищут самые разные способы избавления от космических загрязнений. Один из самых перспективных проектов стартовал ещё в 2014 году, когда совместными усилиями учёных и инженеров из NASA, Стэнфордского университета и Агентства передовых оборонных исследовательских проектов DARPA была создана уникальная технология, позволяющая людям карабкаться по абсолютно гладким стеклянным стенам.

Эту систему учёные создали, вдохновившись ящерицами гекконами, которые могут часами висеть на гладком потолке или стекле, не прикладывая практически никаких усилий. Даже мёртвые животные сохраняют свою уникальную способность. Секрет в том, что лапки геккона покрыты множеством микроскопических волосков, сцепляющихся с опорной поверхностью посредством ван-дер-ваальсовых сил.

Исследователи из Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) решили адаптировать эту технологию под захват и утилизацию космического мусора, который скапливается на орбите Земли. Захваты, разработанные инженерами, имитируют структуру лапок геккона до мельчайших подробностей благодаря наличию пучка из синтетических волосков, называемых стебельками. Кончик каждого стебелька фактически представляет собой крошечную присоску. Как только захватам сообщается некоторая сила, поверхность контакта волосков и объекта увеличивается, они сцепляются, то есть при прижатии захвата к поверхности можно захватывать любой объект. А как только сила надавливания уменьшается, то «липкость» захвата постепенно сходит на нет.

И вот теперь специалисты впервые продемонстрировали, как технология работает на практике. Они представили небольшого (размером с тостер) робота, конструкция которого во многом повторяет анатомию гекконов.

Устройство способно захватывать, удерживать и перемещать даже предметы в условиях микрогравитации, при этом форма объекта и его гладкость не имеют значения. А всё потому, что в разработке присутствует личное изобретение учёных из Стэнфорда – так называемый сухой клей.

По словам члена исследовательской группы и разработчика «космического клея» Хао Цзяна (Hao Jiang), стандартный липкий материал не очень хорошо работает в космосе. Некоторые клеи замерзают в холодном пространстве или плавятся на солнечных лучах. Они также могут кипеть, испаряться, высыхать или денатурироваться в бесполезную слизь или порошок. Хуже того, многие клеи работают только в том случае, если два объекта плотно прижаты друг к другу, однако в космосе (вспоминаем первый закон Ньютона) они могут просто оттолкнуться друг от друга.

Там, где даже случайный толчок может отправить тело в далёкий полёт (а космический мусор, кстати, подчас разгоняется до скорости), нужно что-то принципиально новое, полагают эксперты. Здесь важнее всего манёвренность.

Отталкиваясь от этой идеи, инженеры сделали для своего робота-уборщика захваты, покрытые шипами – каждый шириной в 0,1 миллиметра. Они имитируют волоски на лапках геккона: при контакте с объектом они прилипают к гладкой поверхности.

Листов, покрытых шипами и нанесённых на захваты, использовали по два на каждую «роборуку»; кроме того, учёные добавили шкивы (фрикционные колёсики, которые передают движение приводному ремню или канату за счёт силы трения). При контакте с объектом эти шкивы помогали листам с шипами равномерно распределять нагрузку, а также двигаться – таким образом увеличивалась прочность захвата (цель захватывали сразу два набора шипов).

Такая технология помогает небольшому роботу удерживать даже крупные обломки космического мусора, отмечают авторы. Кстати, по приблизительным оценкам, из полумиллиона фрагментов мусора порядка 20 тысяч в поперечнике более десяти сантиметров.

Разработчики протестировали своего робогеккона в условиях временной невесомости – в параболическом полёте и в сжатом воздухе на базе Лаборатории реактивного движения NASA, а также отправили прототип на МКС – для проверки в реальных условиях. Первый тест показал, что устройство способно аккуратно захватывать и перемещать предметы форме куба, цилиндра и даже сферы, в JPL робот автономно крепился на объектах, которые более чем в сто раз превышали его размеры и массу, а на МКС аппарат провисел на стене в течение нескольких недель.

Одним из заданий для робота было догнать другого и вернуть его на место. И робогеккон успешно с этим справился, несмотря на то, что вес его цели составлял порядка 300 килограммов.

Теперь команда планирует протестировать захват объектов в вакууме, но для этого прототип ещё нужно будет доработать. В частности, инженерам предстоит усовершенствовать материалы, из которых создан робот: они должны быть долговечными и не бояться радиации и экстремальных температур.

К слову, разработчики уже отметили ещё одно потенциальное применение для их роботизированного геккона: теоретически он может помогать при стыковке космических аппаратов, а также перемещаться по ним снаружи для починки.

Полный текст исследования с описанием робота-уборщика космического мусора опубликован в издании Science Robotics.

Растения способны запоминать, как часто за сезон происходят случаи засухи, и включают гены борьбы с недостатком воды сообразно количеству и периодичности безводных дней, которые они пережили до этого, заявляют американские биологи в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Многие растения способны «запоминать» некоторые события в их жизни или даже передавать их следующему поколению при помощи так называемых эпигенетических механизмов. В этих случаях меняется не сама молекула ДНК, а «сложность» ее считывания клеточными механизмами. Добавление небольших молекул (метильных групп) к отдельным нуклеотидам, «кирпичикам» ДНК, затрудняет их считывание, благодаря чему тот или иной ген будет считываться реже, чем его обычная копия.

При помощи этих изменений некоторые арктические растения приспосабливаются к колебаниям климата, а черви-нематоды управляют работой генов долгожительства.

Группа биологов под руководством Зои Аврамовой из университета штата Небраска в городе Линкольн (США) обнаружила механизм эпигенетического приспособления к засухам, наблюдая за реакцией ростков арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) на засушливые периоды.

Аврамова и ее коллеги вырастили несколько кустов арабидопсиса в пробирках с питательной жидкостью. Каждый день они извлекали растения из сосудов и помещали их в сушилку на два часа, после чего возвращали в благоприятные условия до наступления следующих суток. После каждого сеанса «засухи» они замеряли количество воды в листьях и брали небольшие пробы ДНК и других молекул из клеток арабидопсиса.

Оказалось, что растения постепенно приспосабливались к регулярным засухам: доля воды в их листьях после «высушивания» неуклонно увеличивалась с каждым эпизодом обезвоживания.

Этот феномен сопровождался одновременным ростом активности генов RD29B и RAB18 во время каждого сеанса сушки. Иными словами, при каждой новой «засухе» эти гены были активнее, чем во время предыдущего периода безводья. В частности, частота считывания этих генов увеличилась в три раза на четвертый день эксперимента.

По словам биологов, растения обладают достаточно слабой памятью — «воспоминания» о пережитых засухах исчезают уже через неделю после обитания в комфортных условиях. Ученые полагают, что именно поэтому другие группы исследователей не могли обнаружить данный феномен.

Аврамова и ее коллеги планируют продолжить свои исследования «для определения тех сигнальных путей и механизмов, которые формируют эпигенетическую «память» на засухи в клетках растений».

Бабочки не имеют такого острого зрения как люди, но они превосходят нас по другим параметрам. Учёные установили, что бабочки из семейства парусников вида Graphium sarpendon, имеющие сине-зелёный узор, обладают большим полем зрения, лучше воспринимают быстродвижущиеся объекты и отличают ультрафиолет и поляризованный свет.

Согласно новому исследованию японских учёных, такие бабочки воспринимают наибольшее количество цветов среди других насекомых. Каждый их глаз обладает, по крайней мере, 15 различными типами фоторецепторов.

Напомним, что фоторецепторы – это светочувствительные сенсорные нейроны сетчатки глаза, которые находятся во внешнем зернистом слое сетчатки. Именно эти светочувствительные клетки чувствительны к разным цветам.

Такие фоторецепторы можно сравнить с палочками и колбочками, которые присутствуют в человеческих глазах.

Биологи провели физиологические, анатомические и молекулярные эксперименты для того, чтобы изучить глаза 200 самцов-бабочек, собранных в Японии (G. s. nipponum). В исследование были использованы только самцы, потому что учёным не удалось поймать достаточное количество самок.

«Все фоторецепторы используются в одно и то же время, воспринимая цвет, яркость, движение и форму», — объясняет профессор Кентаро Арикава (Kentaro Arikawa) из Университета специальных исследований в Японии.

Большинство насекомых имеют только три вида фоторецепторов. Даже у людей не так много «инструментов» для цветного зрения, как у этих бабочек, хотя мы различаем миллионы цветов. Остаётся только догадываться, сколько цветов различают они.

По словам исследователей, бабочкам нужно только четыре вида рецепторов для цветного зрения. Тогда зачем этих насекомых природа наградила таким большим количество фоторецепторов?

Учёные подозревают, что некоторые рецепторы должны быть настроены только на конкретные вещи. Вероятно, бабочки с их помощью могут различать маленькие нюансы, которые недоступны другим насекомым.

Например, способность подмечать маленькие вариации в сине-зелёной гамме помогает самцам обнаружить и преследовать своих соперников, даже когда те летят на фоне голубого неба.

Пока остаётся много вопросов о природном использовании удивительной способности насекомыми. По словам Арикавы, в будущем он намерен продолжить исследования в этой области.

Результаты работы японцев опубликованы в научном журнале Frontiers in Ecology and Evolution

Крошечные размеры стрекозы Pantala flavescens не мешают ей быть рекордсменом по дальности полётов среди насекомых. Чемпиона установило новое исследование учёных из Ратгерского университета. По оценкам специалистов, уникальная стрекоза преодолевает больше 7000 километров и, вероятно, может и больше. Это ставит на второе место предыдущего рекордсмена по перелётам — бабочку-монарха, которая летает на расстояние чуть больше четырёх тысяч километров в каждую сторону во время своей миграции по Северной Америке.

Отметим, что расстояние, которое способна пролететь стрекоза, превышает даже путь знаменитого американского лётчика Чарльза Линдберга, ставшего первым, кто перелетел Атлантический океан в одиночку: из Нью-Йорка в Париж. Длина его маршрута составила около 5800 километров.

Любопытно, что сами исследователи также установили своеобразный рекорд, став первыми, кто использовал ДНК для изучения того, насколько далеко этот вид стрекозы может путешествовать.

«Это первый раз, когда кто-нибудь изучал гены, чтобы выяснить, как далеко эти насекомые способны путешествовать», — отмечает в пресс-релизе ведущий автор исследования Джессика Уэйр (Jessica Ware), доцент Рутгерского Университета (Rutgers University-Newark).

Она добавляет, что «если бы североамериканские P. flavescens размножались только с североамериканскими P. flavescens, а японские P. flavescens – только с японскими P. flavescens, мы бы увидели генетические отличия между ними».

Уэйр и её команда выяснили, что популяции стрекоз из Техаса, восточной Канады, Японии, Кореи, Индии и Южной Америки имеют практически идентичные генетические профили.

По мнению исследователей, это имеет только одно вероятное объяснение: стрекозы путешествуя на огромные расстояния, создают пары со своими сородичами в разных местах. Благодаря этому и создаётся общий генофонд всей популяции.

Если сопоставлять расстояние, которое преодолевают насекомые, и их размер, то открытие становится ещё больше удивительным. Обычно только сравнительно крупные животные способны преодолевать такие большие маршруты на запасе «топлива» в своём теле.

Так, птицы веретенники могут запасаться жиром, что помогает им преодолевать расстояния более 11 тысяч километров. Ещё более «крупный пример»: установлено, что длина миграционных путей горбатых китов составляет более девяти тысяч километров.

Стрекозы, ставшие рекордсменами, могут путешествовать на такие дальние расстояния благодаря технике полёта и стройной «конструкции» тела – увеличенной площади их крыльев. «Это позволяет им использовать воздушные потоки, чтобы преодолевать расстояния. Они взмахивают крыльями, а потом просто парят в воздухе в течение длительного времени, затрачивая минимальное количество энергии на перелёт», — объясняет Уэйр.

Добавим, что не все виды стрекоз любят совершать такие большие путешествия. Так, стрекоза Anax junius – типичный «домосед». По словам Уэйр, этот вид «никогда не бросает свой пруд, где он появился на свет, пролетая от силы 11 метров за всю свою жизнь».

С результатами исследования можно ознакомиться на сайте научного журнала PLOS ONE.

Лягушки способны захватывать даже достаточно крупных насекомых при помощи длинного языка благодаря уникальному составу слюны, становящейся липкой на воздухе и растворяющейся внутри рта, говорится в статье, опубликованной в Journal of the Royal Society Interface.

«На самом деле слюна лягушки имеет три режима работы. Когда язык касается насекомого, слюна остается почти такой же жидкой, как и вода, и она легко заполняет все трещины и дыры на поверхности панциря жертвы. Когда язык начинает оттягиваться назад, свойства слюны меняются, и она становится более вязкой, чем мед, в результате чего насекомое застревает в ней. Когда рот лягушки закрывается, она возвращается в жидкий вид, и насекомое сползает с языка в рот амфибии», — рассказывает Алексис Ноэль (Alexis Noel) из Технологического института Джорджии в Атланте (США).

Одной из отличительных черт всех лягушек, помимо квакания, является способность ловить насекомых и прочих мелких беспозвоночных при помощи языка, молниеносно «выстреливая» им при приближении жертвы на опасную дистанцию и приклеивая ее к языку. Сила этого приклеивания такова, что язык лягушки может выдержать примерно вдвое больший вес, чем масса его обладательницы.

Ученым достаточно давно известно, что одним из секретов этой формы охоты является крайне липкий язык, однако до сих пор они не знали, как лягушкам одновременно удается «приклеивать» насекомых к языку, «отклеивать» их во рту и при этом не приклеиваться языком к слизистой оболочке рта.

Ноэль и ее коллеги раскрыли секрет этого необычного «биоклея», используя камеру, способную делать 1400 фотографий в секунду. Подобная скорость, как объясняют ученые, была нужна по той причине, что самые обычные леопардовые лягушки (Rana pipiens) ловят сверчков, комаров и прочих насекомых всего за 0,07 секунды — в пять раз быстрее, чем моргает человеческий глаз.

Сняв несколько видеороликов, ученые использовали их при анализе физических свойств языка Rana pipiens и химического состава ее слюны. Как оказалось, секрет охотничьих успехов лягушек заключался в комбинации двух факторов: в том, как меняются свойства слюны со временем и как язык помогает ей удерживать добычу.

Когда лягушка «стреляет» языком и он ударяет по телу насекомого, жертва получает сильнейший удар, чья сила превышает массу сверчка или комара в 10 раз. В этот момент слюна обволакивает насекомое, покрывая его крайне вязким и липким слоем жидкости и соединяя с поверхностью языка.

Язык лягушек оказался одним из самых мягких и тягучих биоматериалов, известных человеку, — по замерам Ноэль, он в 10 раз мягче человеческого. Благодаря этому, язык в буквальном смысле становится «амортизатором», вбирая в себя энергию резких движений, при помощи которых насекомые пытаются оторваться от его поверхности, и не дает им сбежать.

В этом ему помогает слюна, густеющая при контакте с воздухом и возвращающаяся в жидкое состояние во рту лягушки. Липкость языка, покрытого подобной «затвердевшей» слюной, примерно в 50 раз выше, чем у полимерных клейких материалов, используемых сегодня для изготовления липких игрушек, способных «ходить» по потолку или ползать по телу. Благодаря этому лягушки могут ловить достаточно больших насекомых, удерживать и отпускать их.

«Большинство клейких материалов являются неэластичными субстанциями, особенно скотчи. Язык лягушек может присоединяться и заново отсоединяться от приклеенного к нему материала, обладая при этом более клейкой поверхностью, чем наши материалы. Возможно, что эта «технология» может быть использована для создания новых пластырей или приспособлена для решения других задач», — заключает Дэвид Ху (David Hu), коллега Ноэль по университету.

Австралийские исследователи открыли множество новых микроорганизмов, около трети из которых принадлежат к совершенно новым группам и сильно отличаются от своих сородичей. Неизвестные ранее микроорганизмы составили 20 новых типов. И это только 2% от того, что может существовать в природе.

Новое исследование, проведённое учёными из Университета Квинсленда (Австралия), помогло увеличить число известных геномов почти на 10%. В частности, команда расшифровала 7280 геномов бактерий и 623 генома архей. Все образцы были получены из окружающей среды, уточняют авторы работы.

«Реальная ценность этих геномов заключается в том, что многие из них существенно отличаются от ранее восстановленных геномов. Они увеличивают разнообразие и являются первыми известными представителями 17 новых типов бактерий и 3 типов архей», – рассказывает соавтор исследования профессор Джин Тайсон (Gene Tyson).

По его словам, большинство микроорганизмов не пригодны для «разведения» в лабораторных условиях. Из называют «микробной тёмной материей».

«Из-за сложных факторов, включая медленные темпы роста и особые требования к среде, возможно культивировать менее одного процента», – поясняет Тайсон.

Однако современные технологии секвенирования и методы метагеномики позволяют извлекать геномы микробов прямо из проб грунта, воды или другой среды, которую они населяют.

При этом сначала упорядочивается вся ДНК, то есть выявляется метагеном сообщества, а затем расшифровывается геном каждого отдельного организма. Это как если бы перед вами была куча пазлов из разных мозаик, которые необходимо собрать, поясняет соавтор работы Донован Паркс (Donovan Parks).

В ходе работы он вместе с коллегами анализировал последовательности ДНК из образцов, содержащихся в общедоступных базах данных. Эти хранилища содержат пробы самых разных сред – от почвы и океана до сточных вод и фекалий животных.

Неизвестные ранее микроорганизмы составили 20 новых типов. Для сравнения: человек и ящерица относятся к одному типу – типу хордовых. Поэтому открытие сразу двадцати новых типов – это «сумасшедшие новые уровни», отмечают специалисты.

Теперь команде предстоит выяснить, что представляют собой новые микробы и могут ли они быть чем-нибудь полезны. К примеру, некоторые микроорганизмы могут пригодиться в создании новых антибиотиков, в промышленности, а также для решения экологических проблем. Кстати, на благо окружающей среды микробы трудятся постоянно: уничтожают пластиковые отходы, помогают производить топливо.

Но, пожалуй, самым интригующим остаётся вопрос, сколько же ещё неизвестных организмов существует в природе. По приблизительным подсчётам, на нашей планете имеется около триллиона видов микробов, причём идентифицированы на данный момент лишь 2% из них (или даже меньше).

Тем временем другая команда микробиологов выяснила, что многие бактерии сложнее, чем казались. Детали их строения пришлось даже вносить в специальный каталог.

Научная статья по итогам исследования опубликована в издании Nature Microbiology.