Создан наноматериал из молекул, закрученных одновременно в противоположные стороны

Материал, разработанный в Университете Бата (Великобритания), содержит в себе равное количество молекул, закрученных в одну сторону и в противоположную. Он позволяет точно определять направление вращения молекул и поможет решить проблему, с которой сталкиваются ученые, исследующие наиболее перспективные виды будущих фармацевтических препаратов, сообщает пресс-служба университета.

Многие биомолекулы обладают таким свойством как хиральность: две молекулы с абсолютно одинаковой структурой являются зеркальным отражением друг друга.  Самый яркий пример хиральности – это наши руки: левая отзеркаливает правую и наоборот. Другой пример, который мы встречаем в природе, – спираль ракушки, которая может быть закручена в правую или в левую сторону. «Зеркальные» молекулы с одинаковой структурой могут обладать совершенно разными свойствами. Условно, молекула, закрученная в одну сторону, пахнет лимонами, а когда вращается в другом направлении, – апельсинами.

Обнаружение этих искажений особенно важно в некоторых отраслях промышленности, таких как фармацевтика, парфюмерия, производство пищевых добавок и пестицидов. Недавно был разработан новый класс наноматериалов – плазмонные наноматериалы, – которые могут помочь различить хиральность молекул. Эти наноматериалы при воздействии света усиливают хиральные свойства молекул. Обычно они состоят из крошечных скрученных металлических «проволок», которые сами являются хиральными. Тем не менее, исследователи столкнулись со сложностью: стало очень трудно отличить поворот самого наноматериала от завихрения молекул, свойства которых которые необходимо изучить.

Чтобы решить эту проблему, команда с физического факультета Университета Бата создала наноматериал, который закручивается одновременно в одну сторону и в другую. Этот наноматериал имеет одинаковое количество молекул, закрученных в противоположные стороны, – это означает, что они компенсируют друг друга. Поэтому при взаимодействии со лазерными лучами этот материал остается в обычном состоянии, не проявляя свойств хиральности.

Команда использовала математический анализ свойств симметрии материала и обнаружила несколько особых случаев, которые могут выявить «скрытый» поворот и позволить обнаружить хиральность в молекулах с большой точностью

csi-dig.ru

В атмосфере суперземли впервые нашли водяной пар

Благодаря данным космического телескопа «Хаббл» астрономы выяснили, что атмосфера планеты K2-18b может более чем наполовину состоять из водяного пара. Это единственная известная ученым планета вне Солнечной системы, на которой есть и жидкая вода, и приемлемые температуры, то есть все условия для возникновения жизни

Масса K2-18b в 8 раз больше земной, по размерам же она вдвое больше нашей планеты. То есть K2-18b относится к типу суперземель – планет, чьи размеры находятся в промежутке между массами Земли и Нептуна. Это самый распространенный тип планет в нашей Галактике.

Для исследования атмосферы K2-18b ученые воспользовались данными телескопа «Хаббл». С 2016 по 2017 годы на его снимки попало восемь транзитов этой планеты – то есть она восемь раз заслоняла свою звезду для телескопа. Именно благодаря транзитам ученые получают основную информацию об атмосфере планет вне Солнечной системы. По спектру света от звезды, который проходит через атмосферу планеты, астрономы могут сделать вывод о том, какие химические элементы или соединения в ней находятся.

Результат показал, что в атмосфере K2-18b присутствуют пары воды, а также молекулы водорода и гелия. Авторы работы предполагают, что там должны быть также азот и метан, однако имеющиеся данные не могут подтвердить этой гипотезы.

По словам одного из авторов исследования, Ангелоса Циараса, K2-18b нельзя назвать «второй Землей», и не только потому, что она больше нашей планеты. Условия на ее поверхности гораздо суровее, и состав атмосферы у нее иной. Тем не менее, открытие позволяет приблизиться к ответу на вопрос о том, уникальна ли наша планета, и нет ли у нее аналогов во Вселенной.

Ученые считают, что K2-18b станет целью для будущих исследований, благодаря которым астрономы смогут узнать о климате на потенциально обитаемых планетах, об их составе и эволюции.

csi-dig.ru

Поздравляем всех учащихся с началом нового учебного 2019-2020 года!
 Желаем успехов в изучении химии, физики, астрономии, географии, биологии!

Водоросли у Антарктиды стали лучше поглощать углекислый газ

За последнюю четверть века океан вблизи Антарктиды стал поглощать углекислый газ из атмосферы гораздо быстрее. Ученые считают, что это связано с увеличением количества водорослей и характером перемешивания воды, который изменился из-за глобального потепления.

Океаны играют ключевую роль в круговороте углерода. Во-первых, они могут удерживать углекислый газ, растворяя его (это влияет на кислотность воды: реакция CO2 + H2O дает слабую угольную кислоту H2CO3). Во-вторых, они являются домом для водорослей, которые активно поглощают углекислый газ при фотосинтезе. Для того чтобы построить мало-мальски адекватные климатические модели и прогнозировать глобальное потепление, климатологам надо знать, сколько именно углерода удерживает и поглощает океан. В новом исследовании американские ученые выяснили это. Оказалось, что поглощение углекислого газа в антарктических водах выросло в пять раз.

Впрочем, речь идет только о летних месяцах и о процессе, который не отражает долговременной тенденции. Ученые говорят, что рост поглощения углекислого газа, который они наблюдали, связан с тем, что из-за изменения характера циркуляции воды условия для роста водорослей (в первую очередь  микроскопических диатомовых) стали более благоприятными. При этом дальнейшее таяние льдов должно притормозить прирост растительной биомассы. Сдержать глобальное потепление или тем более обратить его вспять новооткрытый феномен оказался не в состоянии, однако он проливает свет на работу биосистем Южного океана.

С конца XX века Южным океаном ученые называют воды, расположенные южнее 60 градуса южной широты. На севере в этих широтах располагается значительная часть Евразии и Северной Америки, но на юге вся планета по периметру опоясана водой. Берега Антарктиды по большей части расположены внутри Южного полярного круга (66°33′44″ южной широты), выступает за него только Антарктический полуостров. Именно моря вблизи этого полуострова изучали авторы новой работы, проанализировавшие данные экспедиций с 1993 по 2017 год. Сопоставляя информацию о концентрации углекислого газа и количестве различных водорослей, исследователи сделали вывод, что с ростом CO2 водорослей становилось больше. Причем этот эффект оказался наиболее выражен для самых южных, то есть наиболее холодных и не затронутых глобальным потеплением участков полуострова.

Последнее указывает на важность не столько температуры, сколько концентрации углекислого газа в воздухе и, следовательно, в воде вблизи поверхности. Исследователи пишут, что рост количества водорослей связан также с определенным характером циркуляции морской воды. Как только льды растают, этот процесс нарушится. После чего, вероятно, океан станет поглощать гораздо меньше углекислого газа. Этот уровень может оказаться даже меньше первоначальных значений, наблюдавшихся до 1990-х годов.

csi-dig.ru

Лауреат Нобелевской премии Кэри Муллис умер в возрасте 74 лет

В США в возрасте 74 лет ушел из жизни лауреат Нобелевской премии по химии Кэри Муллис.

Как сообщает The New York Times со ссылкой на супругу ученого, он скончался 7 августа в своем доме в городе Ньюпорт-Бич, штат Калифорния. Причиной cмерти стала сердечная и респираторная недостаточность.

Муллис получил Нобелевскую премию в 1993 году вместе со свoим британcким коллегой Майком Смитом. Иccледователи открыли пpостой и дeшевый метод анализа ДНК, пишет «Федеральное агентство новостей».

Также биохимик был известен своими неординарными взглядами. Так, он являлся убежденным сторонником теории об отсутствии связи между ВИЧ и СПИДом, а также отрицал изменение климата и истощение озонового слоя.

Ученым удалось запечатлеть движение атомов материи в 4D-формате

Ученые уже достаточно давно проводят исследования, направленные на то, чтобы выяснить, что же именно происходит, когда различные материалы испаряются, плавятся и кристаллизуются, другими словами, переходят из одного состояния материи в другое. И недавно, знания о происходящих во время фазовых переходов процессах были значительно дополнены, благодаря экспериментам ученых из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которым удалось запечатлеть превращения материала и движения атомов в трехмерном пространстве и во времени, в так называемом 4D-формате. Полученные результаты оказались удивительными, и они входят в противоречие с существующими теориями об образовании гранул в моменты фазовых переходов. А в будущем подобные знания можно будет использовать для создания новых материалов, химических соединений и биологических процессов.

В исследованиях ученые использовали один из самых современных трехмерных электронных микроскопов, находящийся в Национальной лаборатории в Беркли. При помощи этого микроскопа ученые наблюдали за поведением атомов сплава железа и платины, из которого были изготовлены наночастицы, размером в 1/10000 от толщины человеческого волоса. Эти частицы постепенно нагревались до температуры выше 500 градусов Цельсия, что вызывало фазовый переход этого материала из одного твердого состояния в другое. Трехмерные изображения атомов материала делались при помощи электронного микроскопа через 9, 16 и 26 минут после начала процесса нагревания. При этом, исследуемые образцы вращались в камере микроскопа, что позволило «посмотреть» на атомы с разных сторон.

При помощи специализированных алгоритмов ученые отслеживали движение и поведение 33 гранул, ширина каждой из которых была равна ширине 13 атомов. И все отслеживаемые гранулы находились в пределах одной единственной наночастицы.

Как ожидалось, структура с повышением температуры сплава изменилась от хаотичного состояния до состояния, при котором атомы железа и платины частично упорядочились друг относительно друга и начали взаимодействовать между собой. Однако, было замечено, что в материале начинали формироваться гранулы неправильной формы, в то время, как согласно существующим теориям, эти гранулы должны быть идеально круглыми. «Утешительным призом» для существующих теорий стало то, что формирующиеся гранулы не имели острых граней, а на границах гранул атомы находились в «смешанном» переходном состоянии, т.е. состояние одних атомов соответствовало старой фазе материала, а других — новой.

Все это может не показаться захватывающим для непосвященного человека, однако, все это является первым разом в истории науки, когда ученым удалось увидеть процессы образования гранул во время изменений фазового состояния материалов.

В вулканической породе нашли следы океана, утонувшего в Земле 3,3 миллиарда лет назад

Международная группа исследователей, среди которых были и российские ученые, проанализировала воду в образце древнего минерала коматиита и обнаружила, что вода в больших количествах наличествовала в земной мантии на глубинах в сотни километров более 3,3 миллиарда лет назад. Это весьма важный вывод, поскольку до недавних пор считалось, что движение тектонических плит началось на сотни миллионов лет позже.

Исследовать материал из глубокой мантии планеты очень сложно, поскольку туда нет прямого доступа. Ученым приходится полагаться на образцы, вынесенные на поверхность вулканической активностью, например на вулканические породы-коматииты. Однако по пути наверх они теряют значительную часть своих высоколетучих компонентов — воды и хлора. Это значит, что понять, есть ли вода в глубокой мантии и сколько ее там может быть, по большинству образцов невозможно. Лишь в 2016 году в образцах вулканических пород, вынесенных на поверхность в Канаде (древностью в 2,7 миллиарда лет), удалось найти «капсулы» с включениями древней затвердевшей магмы, окруженной другим по составу материалом. В ней были обнаружены высоколетучие компоненты. Так в 2016 году исследователи установили, что глубокие мантийные породы содержат большое количество воды и хлора. По их оценкам, воды в мантии на глубине 410—660 километров фактически может быть заметно больше, чем во всем Мировом океане.

Это весьма важный вывод по ряду причин. Во-первых, вода сильно влияет на физические свойства вещества мантии, изменяя ее способность к расплавлению и конвекции, подъему к поверхности. Соответственно, она влияет и на геологию планеты, и на частоту и интенсивность вулканических извержений. Зная о том, что подземная вода, связанная в магматических породах, по массе превосходит океаническую, можно намного лучше понять происходящее в земных недрах.

Второе важное последствие работы 2016 года — понимание того, что тектоника плит работала уже 2,7 миллиарда лет назад. Дело в том, что вода в мантии могла появиться только сверху и только с тектоникой плит. Океаническая часть земной коры за счет взаимодействия ее минералов и воды связывает большое количество последней. Океаническая кора периодически тонет в мантии под напором наползающих на нее соседних тектонических плит. В итоге породы ее попадают в глубокую мантию, насыщая последнюю водой. Если следы воды есть в коматиите 2,7 миллиарда лет назад, значит, тектонические плиты двигались уже тогда. Именно тектонике плит ставят в заслугу  относительную стабильность земного климата и отсутствие на нашей планете катастрофических извержений вроде тех, что периодически случаются на Венере.

В новой работе, вышедшей в Nature, исследователи проанализировали состав образца «капсулы» коматиитовой магмы из района Барбертон в ЮАР. Возраст образца надежно определен в 3,3 миллиарда лет. Его нагревали в специальной высокотемпературной установке, способной выдерживать до 1700 °С. Затем авторы анализировали соотношение изотопов различных атомов в этом образце. Оказалось, что в нем пониженное количество атомов дейтерия (тяжелого водорода) в сравнении с атомами обычного, «легкого» водорода. Водород там происходил от связанной в материале воды, поэтому соотношение его изотопов несет важную информацию о происхождении этой воды. Если бы вода в коматиите была привнесена не из морской воды с поверхности Земли, дейтерия и водорода в ней должно было бы быть нормальное количество. Однако если вода попала в древний коматиит сверху, с породами океанической коры, опустившейся вниз из-за тектоники плит, то дейтерия, более тяжелого изотопа, в ней должно быть меньше. Таким образом, работа показывает, что источником воды «подземного океана Земли» следует считать воды из поверхностного океана. Причем вода эта опускалась вниз уже как минимум 3,3 миллиарда лет назад.

Вопрос о том, когда на Земле началось движение плит, весьма важен. Считается, что тектоника плит прямо связана с обитаемостью планеты. Однако, по последним данным, жизнь на нашей планете древнее 4 миллиардов лет. Если тектоники плит, как считалось до недавних пор, не было до 3 миллиардов лет назад (а ряд работ называли и более поздние даты), то получается, что как минимум примитивная жизнь в ней не нуждается. Если же древность тектоники плит очень велика, то, возможно, жизнь все же коррелирует с этим явлением

csi-dig.ru