Бактерии во рту человека размножаются благодаря редкой форме деления клеток, показало исследование

Одна из самых разнообразных экосистем на планете находится ближе, чем вы думаете, — прямо у вас во рту. Ваш рот — это процветающая экосистема, состоящая из более чем 500 различных видов бактерий, живущих в отдельных структурированных сообществах, называемых биоплёнками. Почти все эти бактерии растут, делясь на две части, при этом одна материнская клетка даёт начало двум дочерним.

Новое исследование Морской биологической лаборатории (MBL) и ADA Forsyth раскрыло необычный механизм деления клеток у Corynebacterium matruchotii, одной из самых распространённых бактерий, живущих в зубном налёте. Эта нитевидная бактерия не просто делится, она разделяется сразу на несколько клеток — редкий процесс, называемый множественным делением. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Команда наблюдала, как клетки C. matruchotii делились одновременно на 14 различных клеток, в зависимости от длины исходной материнской клетки. Кроме того, эти клетки растут только на одном полюсе материнской нити, что называется «удлинением кончика».

Нити C. matruchotii служат основой для зубного налёта, который представляет собой биоплёнку. Зубной налёт — это всего лишь одно микробное сообщество в огромной популяции микроорганизмов, которые живут и сосуществуют в здоровом человеческом теле — среда, известная как «микробиом человека».

Это открытие проливает свет на то, как эти бактерии размножаются, конкурируют за ресурсы с другими бактериями и сохраняют свою структурную целостность в сложной среде зубного налёта.

«У рифов есть кораллы, у лесов есть деревья, а в зубном налёте в наших ртах есть Corynebacterium. Клетки Corynebacterium в зубном налёте подобны большому, кустистому дереву в лесу; они создают пространственную структуру, которая обеспечивает среду обитания для многих других видов бактерий вокруг них», — говорит соавтор работы Джессика Марк Уэлч, старший научный сотрудник ADA Forsyth и адъюнкт-учёный MBL.

Химики создали гель для предотвращения утечек и увеличения срока службы литий-ионных батарей

Новый тип геля, разработанный химиками из Университета Мартина Лютера Галле-Виттенберг (MLU), может помочь сделать литий-ионные батареи более безопасными и мощными. Гель предназначен для предотвращения утечки легковоспламеняющейся жидкости электролита.

Первые лабораторные исследования показали, что он также повышает производительность и срок службы батарей. Исследователи опубликовали свою работу в журнале Advanced Functional Materials.

Литий-ионные аккумуляторы — мощные батареи. «Они заряжаются быстрее, чем обычные аккумуляторы, и поэтому могут использоваться практически во всех сферах жизни», — говорит профессор Вольфганг Биндер, руководитель исследовательской группы макромолекулярной химии в MLU.

«Однако электролиты, которые переносят ионы, проводящие ток между электродами, очень огнеопасны. Это может привести к возгоранию или взрыву батареи в случае её повреждения».

Исследователи из MLU работают над повышением безопасности литий-ионных батарей. «Мы разработали полимер, который можно заливать в ячейку батареи. Электролит связывается с этим веществом, однако ионы могут свободно циркулировать между электродами», — объясняет доктор Аня Маринов, химик из MLU.

«Наполнитель имеет гелеобразную консистенцию и сочетает в себе высокую проводимость жидкостей с термической стабильностью и прочностью полимеров».

Гелевые аккумуляторы с традиционным электролитом, по сути, не представляют собой ничего нового: они используются, например, в качестве стартерных батарей в мотоциклах. Однако в сочетании с ионами лития они представляют собой неизведанную технологическую территорию.

Во многом это связано с одной конкретной проблемой. «В обычных литий-ионных батареях жидкие электролиты создают стабилизирующий слой на электродах при первой зарядке. Это имеет решающее значение для производительности и срока службы батареи», — объясняет Маринов.

«Однако для гелевых электролитов нам требовалась принципиально новая конструкция». Исследователи решили эту проблему, встроив в молекулярные цепи полимера ионный каркас.

Треснувший кусок металла зажил сам по себе в ходе эксперимента, поразившего учёных

В ходе эксперимента учёные наблюдали, как металл исцеляет сам себя. Если этот процесс удастся полностью понять и контролировать, мы можем оказаться в начале совершенно новой эры инженерного дела.

В исследовании, опубликованном в прошлом году, команда из Сандийской национальной лаборатории и Техасского университета A&M проверяла устойчивость металла, используя специализированную технику просвечивающего электронного микроскопа, чтобы тянуть концы металла 200 раз каждую секунду.

Затем они наблюдали самовосстановление на сверхмалых масштабах в куске платины толщиной 40 нанометров, подвешенном в вакууме.

Трещины, вызванные описанным выше видом деформации, известны как усталостное повреждение: повторяющиеся напряжения и движения вызывают микроскопические разрывы, что в конечном итоге приводит к поломке машин или конструкций.

Удивительно, но примерно через 40 минут наблюдения трещина в платине начала срастаться и затягиваться, а затем снова пошла в другом направлении.

«Это было совершенно потрясающе наблюдать воочию», — сказал материаловед Брэд Бойс из Сандийской национальной лаборатории, когда были объявлены результаты.

«Мы, конечно, не искали этого. Мы подтвердили, что металлы обладают собственной естественной способностью к самовосстановлению, по крайней мере, в случае усталостного повреждения на наноуровне».

Это точные условия, и мы пока не знаем, как именно это происходит и как мы можем это использовать. Однако если вспомнить о затратах и усилиях, необходимых для ремонта всего — от мостов до двигателей и телефонов, — то становится ясно, насколько велика может быть разница между самовосстанавливающимися металлами.

Хотя это наблюдение беспрецедентно, оно не является неожиданным. В 2013 году материаловед из Техасского университета A&M Майкл Демкович работал над исследованием, в котором предсказывалось, что подобное заживление нанотрещин может происходить благодаря тому, что крошечные кристаллические зёрна внутри металлов по сути смещают свои границы в ответ на стресс.

Демкович также работал над этим исследованием, используя обновлённые компьютерные модели, чтобы показать, что его теории десятилетней давности о самовосстановлении металлов на наноуровне соответствуют тому, что происходит в данном случае.

То, что процесс автоматической починки происходил при комнатной температуре, — ещё один многообещающий аспект исследования. Металл обычно требует большого количества тепла, чтобы изменить свою форму, но эксперимент проводился в вакууме; ещё предстоит выяснить, произойдёт ли такой же процесс с обычными металлами в обычной среде.

Возможное объяснение связано с процессом, известным как холодная сварка, который происходит при температуре окружающей среды, когда металлические поверхности сближаются настолько, что их атомы сцепляются друг с другом.

«Невзламываемая» квантовая связь стала ближе к реальности благодаря новым, исключительно ярким фотонам

Учёные создали «исключительно яркий» источник света, способный генерировать квантово-запутанные фотоны (частицы света), которые могут быть использованы для безопасной передачи данных в будущей высокоскоростной квантовой сети связи.

Будущий квантовый интернет сможет передавать информацию с помощью пар запутанных фотонов — это означает, что частицы обмениваются информацией во времени и пространстве независимо от расстояния. На основе странных законов квантовой механики информация, закодированная в этих запутанных фотонах, может передаваться на высоких скоростях, а их «квантовая когерентность» — состояние, в котором частицы запутаны, — гарантирует, что данные не могут быть перехвачены.

Но одна из ключевых проблем в создании квантового интернета заключается в том, что сила этих фотонов может ослабевать по мере их распространения; источники света не были достаточно яркими. Чтобы построить успешный квантовый интернет, способный отправлять данные на огромные расстояния, фотоны должны быть достаточно энергичными, чтобы предотвратить «декогеренцию» — когда запутанность теряется и информация, которую они содержат, исчезает.

В исследовании, опубликованном 24 июля в журнале eLight, учёные из Европы, Азии и Южной Америки создали новый тип источника квантового сигнала, используя существующие технологии, и добились чрезвычайно высокой яркости.

Они добились этого, объединив фотонный точечный излучатель (генератор одиночных фотонов, или частиц света) с квантовым резонатором (устройством для усиления квантовой сигнатуры), чтобы создать новый мощный квантовый сигнал.

Особый интерес в недавнем исследовании вызывает тот факт, что отдельные технологии были независимо проверены в лабораториях, но тестировались только по отдельности. В данном исследовании они впервые были использованы в сочетании друг с другом.

Гигантский удар астероида сместил ось самого большого спутника Солнечной системы, показало исследование

Около 4 миллиардов лет назад в спутник Юпитера Ганимед врезался астероид. Теперь исследователь из Университета Кобе понял, что ось самого большого спутника Солнечной системы сместилась в результате удара, что подтверждает, что астероид был примерно в 20 раз больше того, который положил конец эпохе динозавров на Земле, и вызвал один из крупнейших ударов с чёткими следами в Солнечной системе.

Ганимед — самый большой спутник в Солнечной системе, больше даже, чем планета Меркурий, и интересен тем, что под его ледяной поверхностью находятся океаны жидкой воды. Как и земная Луна, он находится в приливном захвате, то есть всегда показывает одну и ту же сторону планете, вокруг которой вращается. На значительных участках его поверхности спутник покрыт бороздами, образующими концентрические круги вокруг одного конкретного места, что привело исследователей в 1980-х годах к выводу, что они являются результатом крупного столкновения.

«Спутники Юпитера — Ио, Европа, Ганимед и Каллисто — обладают интересными индивидуальными характеристиками, но моё внимание привлекли именно эти борозды на Ганимеде, — говорит планетолог из Университета Кобе Хирата Наоюки. — Мы знаем, что эта особенность появилась в результате столкновения с астероидом около 4 миллиардов лет назад, но мы не знали, насколько большим было это столкновение и какое влияние оно оказало на спутник».

Данные с удалённого объекта скудны, что сильно затрудняет исследования, поэтому Хирата первым понял, что предполагаемое место удара находится почти точно на самом удалённом от Юпитера меридиане. Исходя из сходства с ударом о Плутон, который вызвал смещение оси вращения карликовой планеты, и того, что мы узнали благодаря космическому зонду New Horizons, это позволило предположить, что Ганимед тоже подвергся подобной переориентации. Хирата — специалист по моделированию столкновений со спутниками и астероидами, и это позволило ему рассчитать, какое именно столкновение могло вызвать такую переориентацию.

В журнале Scientific Reports исследователь из Университета Кобе опубликовал данные о том, что диаметр астероида, вероятно, составлял около 300 километров, что примерно в 20 раз больше того, который столкнулся с Землёй 65 миллионов лет назад и положил конец эпохе динозавров, и образовал переходный кратер диаметром от 1400 до 1600 километров. (Переходные кратеры, широко используемые в лабораторных исследованиях и вычислительном моделировании, представляют собой полости, образовавшиеся непосредственно после выемки кратера и до того, как материал осядет в кратере и вокруг него).