Технологии
Как микробы помогут колонизировать космос и создавать энергию: ученые это выяснили
Мир моделей метаболизма в масштабе генома (GEM) представляет собой захватывающий и многообещающий подход, который значительно расширяет возможности в разных областях науки и технологий.
После многолетних исследований микробов ученые из Висконсинского университета в Мадисоне смогли создать цифровые модели, которые воспроизводят внутреннюю работу микробов. Это открывает широкие перспективы для решения глобальных проблем, таких как изменение климата и колонизация космоса.
Используя методы GEM, ученые научились моделировать сложные биологические процессы на компьютерах. Вместо традиционных, более затратных и времязатратных экспериментов, которые проводятся в лабораториях, GEM позволяет исследовать, как микробы и другие живые организмы взаимодействуют с различными химическими веществами, вырабатывают полезные химикаты, такие как топливо и биопластик, и адаптируются к разнообразным условиям. С помощью этих моделей можно также предсказать, как микробы будут вести себя в других условиях, например, на других планетах.
Что такое модели метаболизма в масштабе генома?
Модели метаболизма в масштабе генома — это цифровые карты всех известных химических реакций, происходящих в клетках организма. Эти реакции жизненно важны для превращения пищи в энергию, построения клеточных структур и удаления вредных веществ. Для создания таких моделей ученые начинают с анализа генома организма, который содержит инструкции для производства белков, называемых ферментами. Эти ферменты необходимы для всех биологических процессов, включая преобразование питательных веществ в энергию и строительные материалы для клеток.
Когда ученые связывают гены, кодирующие эти ферменты, с химическими реакциями, которые они осуществляют, можно создать сложную модель, которая отображает взаимосвязь между генами, химическими реакциями и метаболитами (продуктами метаболических процессов). С использованием этих данных ученые применяют вычислительные симуляции для создания условий, имитирующих работу живых клеток или микробов. Математические алгоритмы позволяют делать прогнозы относительно того, как будут происходить химические реакции в определенных условиях.
Решение энергетических и климатических проблем
Один из ключевых аспектов применения GEM — решение проблем, связанных с энергетикой и климатом. В настоящее время большинство химических веществ, используемых в таких отраслях, как сельское хозяйство, фармацевтика и энергетика, производятся из ископаемых ресурсов. Однако эти ресурсы являются ограниченными, и их использование значительно способствует изменению климата. В ответ на эти вызовы ученые исследуют возможность получения биотоплива и биопродуктов из растительных отходов, что могло бы заменить ископаемые источники энергии.
Одним из примеров такого исследования является модель метаболизма в масштабе генома для бактерии Novosphingobium fragranceivorans, которая может перерабатывать сложные химические вещества в растительных отходах и превращать их в полезные вещества для производства биопластика, топлива и фармацевтических препаратов. Глубокое понимание этого процесса позволяет ученым точнее моделировать условия, которые необходимы для синтеза этих химикатов, что в свою очередь поможет создать более дешевые и доступные материалы, заменяющие ископаемое топливо.
Микробы и колонизация космоса
Не менее важной областью применения моделей GEM является исследование возможности выживания микробов в экстремальных условиях других планет. На Земле уже существуют микроорганизмы, которые могут выживать в чрезвычайно жестких условиях, таких как высокая соленость или кислотность. Примеры таких организмов включают Chromohalobacter canadensis, который живет в соленых водоемах, и Alicyclobacillus tolerans, способный существовать в кислых условиях.
Микробы, которые могут выживать в таких суровых условиях, имеют потенциал не только для выживания, но и для изменения окружающей среды на других планетах, что может способствовать созданию условий для жизни людей в будущем. Используя технологии GEM, ученые могут моделировать условия других планет и изучать, как микробы могут адаптироваться и выживать в этих условиях, не отправляясь при этом в космос.
По мере развития технологии моделей метаболизма в масштабе генома открываются новые возможности для улучшения медицины, энергетики и исследований в космосе. Ученые продолжают разрабатывать новые методы, которые могут ускорить научные открытия, сделать их более доступными и менее затратными. Это позволит решать глобальные проблемы и создавать устойчивые решения для будущего человечества.
Источник: Inverse
Технологии
Древняя чернота “захватила” 44 000 км² Сахары и видна из космоса: что породило эту тень
Исследователи опубликовали потрясающее составное изображение, на котором показано вулканическое поле Харудж, расположенное в Сахаре, в центральной Ливии.
Это поле, покрытое древней окаменевшей лавой, выглядит как гигантская черная тень, испещренная золотыми пятнышками, благодаря солнечному свету, который отражается от песка, осевшего между трещинами в лаве.
Вулканическое поле Харудж охватывает около 44 000 квадратных километров и содержит более 150 потухших вулканов. Некоторые из этих вулканов образовались более 6 миллионов лет назад, а другие были созданы совсем недавно, всего несколько тысяч лет назад. Множество слоев лавы, нагроможденных в регионе, придают этому полю его уникальный внешний вид, с возвышающимися жерлами и конусами, некоторые из которых достигают высоты более 100 метров.
Для создания изображения исследователи использовали спутниковые снимки, которые были собраны за последние три года, а затем обработаны с помощью специальной компьютерной программы. Это позволило создать «пиксельную мозаику», исключая элементы, которые могли бы затемнять изображение, такие как облака или пыльные бури. На итоговом изображении яркие золотистые пятна от песка контрастируют с темным фоном из лавы.
Интересно, что вулканическое поле Харудж не расположено вблизи известных тектонических разломов, как большинство вулканов на Земле. Вместо этого, лаву в этом регионе поднял прилив горячего каменистого материала из мантии, который создал магматический резервуар под полем. Это привело к медленному выделению лавы из многочисленных жерл, подобно процессам, происходящим на гавайском вулкане Килауэа, а не к взрывным извержениям.
Некоторые ученые считают, что поле Харудж состоит из двух отдельных вулканических полей: Аль-Харудж-аль-Асвад на севере с более старой лавой и Аль-Харудж-аль-Абьяд на юге, образованным недавно. Однако на данный момент ученые не могут точно определить, где начинаются и заканчиваются эти два поля.
Источник: Live Science
Технологии
На Марс за 45 дней: в NASA испытали топливо для ядерного ракетного двигателя
Ядерный ракетный двигатель, использующий энергию деления атомов для создания тяги, может значительно ускорить путешествия в космос, включая миссии на Марс.
Такой двигатель позволяет космическому кораблю двигаться быстрее, поскольку основан на ядерном реакторе, который генерирует тепло для создания тяги. Новые исследования и успешные испытания топлива для такого реактора, проведенные в Центре космических полетов имени Маршалла, управляемом NASA, дали надежду на значительное сокращение времени полета на Марс.
С использованием современных химических ракетных двигателей путешествие на Марс занимает около 6 месяцев. За это время экипаж сталкивается с многочисленными трудностями: необходимостью защиты от космической радиации, большими запасами воды и пищи, а также с 20-минутной задержкой связи, что усложняет взаимодействие с Землей. Чтобы уменьшить эти проблемы, разработка ядерных ракетных двигателей стремится значительно ускорить процесс.
Ядерный ракетный двигатель использует ядерный реактор, который создает тепло, проходящее через активную зону с жидким водородом. В процессе деления атомов урана выделяется тепло, которое превращает топливо в газ, создающий тягу через сопло двигателя. Эти исследования уже показали, что ядерный двигатель может сократить время полета на Марс до 45 дней, что значительно быстрее текущих методов.
Компания General Atomics Electromagnetic Systems совместно с NASA разработала новое топливо для таких реакторов и успешно испытала его. Топливо выдержало пик температуры 2327 градусов Цельсия, что подтверждает его способность работать в экстремальных космических условиях. Ожидается, что будущее топливо и ядерный ракетный двигатель будут в 2-3 раза более эффективными, чем современные химические двигатели, что позволит сократить полет на Марс до 2-3 месяцев, значительно улучшив условия для астронавтов.
Источник: IFLScience
Технологии
Как ведет себя железо в недрах Земли: ученые воспроизвели процесс и раскрыли эту тайну
Недавнее исследование, проведенное международной командой ученых, изучило поведение железа в экстремальных условиях давления и температуры, аналогичных тем, что присутствуют в недрах Земли.
Железо, являясь основным элементом внутреннего ядра нашей планеты, играет важную роль в геодинамике Земли. Определение температуры плавления и фазовой стабильности железа при таких условиях имеет ключевое значение для понимания структуры и термической истории Земли.
Команда исследователей, включающая ученых из Европейского центра синхротронного излучения в Гренобле и Политехнического института Парижа, использовала сверхбыструю рентгеновскую абсорбционную спектроскопию для анализа поведения железа при высоких температурах и давлениях, имитирующих условия, существующие в недрах Земли. Эти исследования помогли выяснить кривую плавления железа и структурные изменения, которые происходят в нем при экстремальных условиях.
Одной из важнейших целей работы ученых было исследование микроскопического поведения железа при давлениях, превышающих несколько мегабар, и температурах, достигающих тысяч градусов Кельвина. Полученные данные могут способствовать лучшему пониманию свойств ядра Земли, которое в основном состоит из железа, а также других элементов в меньших количествах.
Результаты исследования могут помочь уточнить верхний предел температуры плавления железа на границе, разделяющей внутреннее и внешнее ядро Земли. Эта температура играет ключевую роль в геодинамических процессах и в процессе кристаллизации земного ядра. Также, исследование предполагает, что понимание этих процессов может помочь в изучении того, как образуется внутреннее ядро Земли.
Эксперимент был проведен с использованием лазеров высокой мощности, которые создали горячую плазму в образце железа, генерируя ударную волну, создающую экстремальные условия. Рентгеновские лучи синхронизировались таким образом, чтобы захватить спектр железа в момент прохождения ударной волны через образец, что позволило точно зафиксировать пиковые давление и температуру в железе.
Ученые установили, что при давлении 240 ГПа и температуре 5345 К, непосредственно перед плавлением, структура железа представляет собой гексагональную плотноупакованную (ГПУ) фазу, а не объемноцентрированную кубическую (ОЦК), как предсказывали многие теоретические исследования. Эти результаты оказывают важное влияние на дальнейшие исследования, уточняя теоретические модели и создавая новые ограничения для кривой плавления железа при экстремальных условиях.
Полученные данные могут существенно продвинуть наше понимание геодинамики Земли и помочь в изучении процессов, происходящих в ее недрах, а также в термической эволюции планеты.
Источник: PHYS.org
-
Новости Вашингтона1 week ago
Мужчину нашли с модифицированным оружием после того, как он нацелил пистолет на людей
-
Новости Вашингтона1 week ago
Теперь провести время в Starbucks будет стоить дороже
-
Новости Вашингтона1 week ago
Число обращений в отделения неотложной помощи по причине гриппа возросло
-
Новости Вашингтона2 days ago
Законодатели штата Вашингтон отреагировали на исполнительные приказы Трампа
-
Новости Вашингтона6 days ago
Место бывшего склада Theo Chocolate станет новым центром для игры в пиклбол в Сиэтле
-
Новости Вашингтона7 days ago
Группы в Сиэтле отреагировали на соглашение о прекращении огня между Израилем и ХАМАС
-
Новости Вашингтона1 week ago
Столкновение между сутенерами привело к драматичной перестрелке на проспекте Аврора
-
Новости Вашингтона1 week ago
В Олимпии рассматривают шесть законопроектов, направленных на контроль над оружием