Космические полеты повреждают митохондрии

Многие типичные последствия космических полетов могут быть связаны с общей причиной - повреждением митохондрий, энергетических установок клеток. Об этом свидетельствует наиболее полный на сегодняшний день анализ медицинских данных с МКС.

Космические путешествия вредны для здоровья: повышенное радиационное облучение и отсутствие гравитации вызывают у космонавтов не только мышечную атрофию, потерю костной массы и лихорадку, но и сердечно-сосудистые, генетические и даже мозговые нарушения. В связи с этим ученых Исследовательского центра Эймса, возглавляемых Афшином Бехешти (Afshin Beheshti), заинтересовало, может ли существовать универсальный механизм, который мог бы объяснить все эти процессы.

Поиск причины

Несколько междисциплинарных групп проанализировали все доступные на данный момент данные по культурам клеток мышей и 59 космонавтов: активность генов, синтез белка, метаболизм и эпигеном от клетки до уровня органа. Ученые пришли к одинаковому выводу: пребывание в космосе нарушает функцию митохондрий, необходимых компонентов наших клеток, которые с помощью молекулы АТФ поставляют энергию, запускающую все процессы в нашем организме.

Митохондрии - это электростанции наших клеток Фото: © Луиза Ховард

Обнаружилось, что активность генов и метаболизм митохондрий значительно изменились во всех исследованных тканях и органах мышей, которые были на МКС, и в пробах космонавтов. Анализы показали, что пребывание в космосе подвергает митохондрии огромному стрессу. В результате их генная активность и внутренние процессы в клетке изменяются, что вызывает частично пониженную, частично избыточную функцию.

Клеточный стресс во всех тканях

Это усиливает клеточный стресс и снижает защиту от агрессивных реакций окисления почти во всех тканях. Митохондриальный стресс проявляется также в продуктах распада в крови и моче космонавтов, что указывает на повышенное повреждение ДНК, нарушения иммунной системы и обмена веществ. Производство защитных Т-клеток снижено, но активируются многие воспалительные нейромедиаторы. Митохондриальные изменения затрагивают даже корни волос - это может объяснить, почему в космосе их рост часто останавливается.

Особенно страдает печень (ее клетки у космонавтов очень активны и подвержены стрессу), отвечающая в том числе за метаболизм липидов и регулирующая жиры в крови, а именно эти нарушения отмечаются у космонавтов. Риск сердечно-сосудистых расстройств растет - дисфункция митохондрий может вызвать приступы, похожие на инсульт.

Как противодействовать последствиям клеточного стресса

Длительные миссии могут оказывать более глубокое влияние на биологию человека, чем предполагалось ранее. Пребывание в космосе вызывает изменения, аналогичные изменениям при некоторых митохондриальных заболеваниях, что может иметь отдаленные кумулятивные последствия, из-за которых в таких полетах вряд ли можно будет выжить без эффективных мер противодействия.

С потерями мышц и костной ткани можно бороться обычными физическими тренировками. Однако это увеличивает нагрузку на печень и приводит к повышенному выбросу сигнальных веществ, вызывающих воспаление. Поэтому будущие космические путешественники должны получать соответствующие лекарства, как и пациенты с митохондриальными заболеваниями. Насколько хорошо эти биокатализаторы помогают против «болезни космонавтов», можно будет в ближайшем будущем проверить на МКС - сначала на культурах клеток и на мышах.

Источник: scinexx.de

Нейтрино открыли в Солнце второй путь синтеза

Наше солнце - это гигантская термоядерная печь. Огромное давление солнечной гравитации и высокая температура, превышающая 15 миллионов градусов, заставляют внутри него плавиться ядра водорода, приблизительно 600 млн т которого каждую секунду превращается в гелий.

На Солнце большинство этих термоядерных реакций происходит за счет прямого слияния протонов. Этот так называемый протон-протонный синтез составляет около 99 процентов солнечного синтеза. Но еще в 1938 году физиками Гансом Бете и Карлом Фридрихом фон Вейцекером было независимо друг от друга предсказано, что в звездах должен существовать второй путь синтеза, катализируемый более тяжелыми элементами: углеродом, кислородом, азотом - так называемый цикл CNO.

Продемонстрировать эти процессы внутри Солнца помогли нейтрино. Это практически безмассовые частицы, которые выделяются как побочный продукт реакций синтеза. Каждую секунду сотни миллиардов таких солнечных нейтрино незаметно проходят через тело каждого из нас, поскольку они практически не вступают во взаимодействие с другим веществом. Обнаружить эти частицы можно только в детекторах, содержащих огромное количество воды, льда или другого вещества.

Внутри Солнца водород превращается в гелий несколькими способами Фото: SOHO / NASA & ESA

Если нейтрино сталкивается с атомом, это вызывает крошечную вспышку света, которая улавливается фотосенсорами. Затем по энергии и спектру этих световых сигналов ученые могут сделать выводы о свойствах нейтрино и их происхождении. Однако обнаружить солнечные нейтрино особенно сложно, потому что из-за низкой энергии их можно легко перепутать с нейтрино, высвобождающимися во время реакций радиоактивного распада.

Одной из систем, с помощью которых можно зафиксировать солнечные нейтрино, является подземный детектор Borexino в лаборатории Гран-Сассо. Ее ученым удалось в последние годы зарегистрировать их в протон-протонных столкновениях. Однако, чтобы обнаружить гораздо более редкие нейтрино из цикла CNO, пришлось разработать дополнительные этапы очистки и статистические методы фильтрации.

Теперь исследователям впервые удалось напрямую продемонстрировать второй цикл солнечного термоядерного синтеза. С помощью детектора нейтрино под итальянскими Альпами они обнаружили частицы, которые выделяются как побочный продукт цикла CNO. Это важный прорыв в исследованиях Солнца и астрофизике.

«Коллаборация Borexino показала результаты, которые представляют собой веху в физике нейтрино. Это грандиозное достижение приближает нас к полному пониманию нашего Солнца и образования массивных звезд».
Физик Габриэль Ореби Ганн, Калифорнийский университет, Беркли

Источник: wissenschaft.de

Электроны-убийцы в огнях пульсирующего сияния

Компьютерное моделирование объясняет, как электроны с широким диапазоном энергий падают в верхнюю и среднюю атмосферу Земли во время явления, известного как пульсирующее полярное сияние. Результаты, опубликованные Geophysical Research Letters, предполагают, что электроны с более высокой энергией, возникающие в результате этого процесса, могут вызвать разрушение части озона в мезосфере, примерно в 60 километрах над поверхностью Земли. Исследование было результатом сотрудничества ученых из Японии (Университет Нагоя) и из США (НАСА).

Северное и южное сияния похожи на разноцветные шторы красного, зеленого и пурпурного цветов, распространяющиеся по ночному небу. Но есть еще один вид полярных сияний, который наблюдается реже. Это пульсирующее полярное сияние, больше напоминающее нечеткие клочья плывущих облаков.

Ученые только недавно разработали технологии, позволяющие понять, как формируется пульсирующее полярное сияние. Международная группа, возглавляемая Ёсизуми Миёси из Института исследований космоса и окружающей среды Земли Нагойского университета, разработала теорию, объясняющую выпадение электронов большой энергии при пульсирующих полярных сияниях, и провела компьютерное моделирование , подтверждающее их теорию.

Их выводы предполагают, что электроны как низкой, так и высокой энергии возникают одновременно в результате взаимодействия между волнами хоруса и электронами в магнитосфере Земли. Волны хоруса - это плазменные волны, генерируемые вблизи магнитного экватора. Образовавшись, они перемещаются на север и юг, взаимодействуя с электронами в магнитосфере Земли.

Электроны с низкой энергией (синие) и с высокой энергией (желтые) образуются в процессе, который генерирует пульсирующее полярное сияние Фото: проект PSA

Это взаимодействие заряжает электроны энергией, рассеивая их в верхние слои атмосферы, где они выделяют световую энергию, которая проявляется в виде пульсирующего полярного сияния. Электроны, которые возникают в результате этих взаимодействий, варьируются от электронов с более низкой энергией, всего в несколько сотен килоэлектронвольт, до электронов с очень высокой энергией, в несколько тысяч килоэлектронвольт или «мегаэлектронвольт».

Миёси и его команда предполагают, что высокоэнергетические электроны пульсирующих полярных сияний являются «релятивистскими» электронами, также известными как электроны-убийцы, из-за повреждений, которые они могут причинить, проникая в спутники.

«Наша теория показывает, что так называемые электроны-убийцы, которые осаждаются в средней атмосфере, связаны с пульсирующим полярным сиянием и могут быть вовлечены в разрушение озона».
Ёсизуми Миёси

Затем команда намерена проверить свою теорию, изучив измерения, сделанные во время полета космической ракеты под названием «Потери из-за пульсации авроральных микровзрывов» (LAMP), запуск которой планируется в декабре следующего года. Во время экспериментов LAMP можно будет наблюдать электроны- убийцы, связанные с пульсирующим полярным сиянием.

Источник: phys.org

На Солнце может быть до пяти бурь в месяц

Появление солнечных пятен на нашей центральной звезде соответствует примерно одиннадцатилетнему циклу подъема и спада. Этот цикл назван в честь немецкого астронома Самуэля Генриха Швабе (1789–1875).

Солнечный цикл Швабе то и дело сопровождается фазами повышенной активности, которые, в свою очередь, сменяются периодами затишья. Сейчас - конец минимума активности.

Какой же будет солнечная активность в следующие 11 лет - слабой или интенсивной?

Комиссия НАСА пока предполагает довольно слабый солнечный цикл. Однако исследование, проведенное высокогорной обсерваторией в Колорадо, предполагает, что будет один из самых сильных циклов с XVIII века. По данным IWF, находящегося в австрийском Граце Института космических исследований, в земной атмосфере можно было бы в таком случае измерить в среднем до пяти солнечных бурь в месяц.

Солнечные бури, гигантские облака электрически заряженных солнечных частиц, несущиеся по Земле с большой скоростью, представляют собой серьезную угрозу для нашего высокотехнологичного общества. Они вызваны сильными извержениями на Солнце и распространяются в космосе в виде огромных плазменных облаков. В земной атмосфере они могут вызывать электромагнитные помехи, которые могут негативно влиять на системы связи и энергетики, а также серьезно угрожать спутникам.

Разница между солнечным максимумом (слева) и спокойной солнечной поверхностью во время минимума активности Фото: НАСА / SDO

Исследователи ждут новых данных измерений предстоящего солнечного цикла

«Чем больше возможностей дает нам Солнце для измерений, тем лучше мы его понимаем и тем лучше научимся предсказывать экстремальные солнечные бури».
Кристиан Мёстль (Christian Möstl), ведущий автор исследования

Команда IWF совместно с коллегами из других стран подсчитали по двум прогнозам количество солнечных бурь, которые в недавно начавшемся солнечном цикле повлияют на Землю и космические зонды, например Parker Solar Probe, НАСА. Свои расчеты они опубликовали в Astrophysical Journal.

За последние одиннадцать лет на Солнце мало что происходило. 24-й цикл был одним из слабейших за всю 260-летнюю историю наблюдений. Исследование, проведенное High Altitude Observatory, показывает, что, учитывая длину и амплитуду предыдущих циклов, нам следует ожидать один из самых сильных солнечных циклов с XVIII века.

Согласно новому IWF-исследованию, в этом случае на Землю обрушится в среднем до пяти солнечных бурь в месяц. Такой ситуации у нас не было с 1990-х годов.

Видео НАСА Годдард: Солнечный цикл из космоса

Parker Solar Probe - отправленный НАСА в 2018 году солнечный зонд - предназначен для первого полета через внешний слой чрезвычайно горячей солнечной атмосферы - корону. Каждые несколько месяцев он приближается к Солнцу на расстояние нескольких миллионов километров.

Parker Solar Probe

По словам Мёстля, в случае повышения солнечной активности возможны беспрецедентные наблюдения солнечных бурь вблизи светила.

Источник: derstandard.at

Над Европой появился зеленый огненный шар

Столь удивительное небесное явление, как огненный шар, вызвало многочисленные сообщения из Австрии, Германии и Италии. Подобный феномен природы был замечен и в южном полушарии.

В прошлом бы это событие назвали бы важным небесным знамением: как и во время первого локдауна в начале апреля, в четверг вечером над Австрией можно было видеть большой зеленый огненный шар. Как сообщил хранитель коллекции метеоритов, находящейся в Музее естественной истории австрийской столицы Вены, Людовик Ферьере, из Германии, Италии и Австрии поступили многочисленные сообщения о наблюдениях за интересным световым явлением.

Видео: огненный шар над Центральной Европой

В четверг около 04.48 утра, несмотря на плохую погоду, к юго-западу от Вены можно было увидеть огненный шар. По словам Ферьере, на данный момент было получено более 30 отчетов о наблюдениях. Возможно, это небесное явление, возможно, связано с метеорным потоком Леонид, поскольку его пик был достигнут во вторник вечером. До сих все еще можно наблюдать метеориты, но такой огненный шар в небе - огромная редкость.

До сих пор неизвестно, полностью ли сгорело в атмосфере Земли летевшее небесное тело или произошло падение на Землю его остатков, то есть метеорита. В любом случае Ферьере просит, чтобы данные наблюдений за огненным шаром были внесены на соответствующую интернет-страницу отчетов.

Видео: огненный шар над Тасмановым морем.

На другой стороне земного шара подобное явление наблюдалось поздним вечером 18 ноября (по местному времени). Это событие зафиксировала камера австралийского судна RV Investigator, которое в то время занималось исследованиями в Тасмановом море. Огненный шар, такой же зеленый по цвету, как и шар над Австрией (зеленое свечение возникает из-за присутствия химического элемента магния), промчался наискосок по небу прямо перед кораблем и разбился на несколько частей.

Источник: derstandard.at

Что предсказывает туманность Голубое кольцо?

Ученые обнаружили редкий объект - туманность, представляющую собой кольцо из газообразного водорода со звездой в центре. Эта система, получившая название «Голубое кольцо», - остаток двух погибших звезд, орбитальный танец которых привел к их слиянию.

В 2004 году ученые из Galaxy Evolution Explorer заметили необычный объект: большую слабую каплю газа, в центре которой, казалось, была звезда. В ультрафиолетовых длинах волн, используемых спутником, пятно выглядело синим - хотя в действительности оно не излучает свет, видимый человеческим глазом. Тщательные наблюдения выявили в нем два толстых кольца - отсюда и название туманности «Голубое кольцо». В течение следующих 16 лет астрономы изучали ее с помощью нескольких телескопов, находящихся на Земле и в Космосе, но чем больше они узнавали об объекте, тем более загадочным он казался.

Большая часть звезд Млечного Пути находится в двойных системах - парах звезд, вращающихся вокруг друг друга. При достаточной близости звезд друг к другу, такие системы могут погибнуть при слиянии объектов. По мере развития они расширяются, и одна из звезд может поглотить своего орбитального спутника, заставляя его двигаться по спирали внутрь, пока оба объекта не столкнутся. Когда спутник теряет свою орбитальную энергию, он может с высокой скоростью выбрасывать вещество.

Загадочная туманность Голубое кольцо, состоящая из расширяющегося газообразного водорода (синий), исходящего от центральной звезды, которая является остатком ядра звездного слияния. Красные нити - это нити ударной волны в результате слияния Фото: НАСА / Лаборатория реактивного движения-Калтех / М. Зайберт / К. Хоадли

Чтобы проверить эту гипотезу, команда наблюдала за туманностью с помощью двух разных спектрографов на больших земных телескопах: десятиметровом телескопе Кека, который установлен на гавайской вершине Маунакеи, и поисковике планет в ближней инфракрасной области, десятиметровом телескопе Хобби-Эберли, находящемся в обсерватории Макдональд (Техас).

«В действительности спектроскопические данные в сочетании с теоретическим моделированием показывают, что туманность Голубое кольцо согласуется с картиной сливающейся двойной звездной системы. Это указывает на то, что спиралевидный спутник, скорее всего, был звездой с малой массой».
Кери Хоадли, научный сотрудник в Калтехе и ведущий автор статьи

Туманность Голубое кольцо состоит из двух полых конусообразных облаков обломков, движущихся в противоположных направлениях от центральной звезды. Основание одного конуса устремляется почти прямо к Земле. В результате астрономы, рассматривающие туманность, видят два частично перекрывающихся круга Видео: Марк Зайберт

Хотя реликвии нескольких таких слияний двойных звезд наблюдались и раньше, все такие объекты были покрыты непрозрачной пылью и облаками, что мешало изучению свойств центрального звездного остатка. Туманность Голубое кольцо - единственный объект, позволяющий беспрепятственно рассмотреть его и его свойства, изучать данные о процессе слияния и предсказать судьбу многих тесно вращающихся двойных звездных систем.

Источник: phys.org

Генеалогическое древо Млечного Пути

Галактики растут неспешно, пожирая при этом своих соседей. Используя компьютерные симуляции, исследователи проследили эволюционную историю нашего собственного Млечного Пути, в котором сотни миллиардов звезд. Это довольно приличные размеры для галактики такого типа, но наша не всегда была столь большой - как, впрочем, и любая другая в сегодняшней Вселенной.

Галактики медленно растут в течение миллиардов лет, в основном за счет слияния друг с другом. Млечный Путь тоже участвовал в этом насильственном присоединении, поглощая любую меньшую галактику, которая проходила мимо за более 10 млрд лет его истории. Группа исследователей нашла умный способ задокументировать слияния Млечного Пути, используя комбинацию данных шаровых скоплений и ряда компьютерных симуляций.

Шаровые скопления - это плотные кластеры старых красных звезд. Часть из них считаются остатками ядер галактик, проглоченных Млечным Путем в прошлом. Астрономы нанесли на карту более 150 таких скоплений и, отслеживая их движение через нашу галактику, а также характеристики (например, возраст и химический состав), они сумели проследить, какие скопления могли войти в нашу галактику в разное время.

Затем исследователи использовали компьютерное моделирование формирования галактик, которое учитывало поведение шаровых скоплений. Они изучили галактики типа Млечного Пути и настроили нейронную сеть ИИ, чтобы реконструировать историю слияния на основе нынешней популяции шаровых скоплений.

Карта слияний Млечного Пути, показывающая, когда различные другие галактики (с фантастическими названиями) столкнулись с нашей Фото: Д. Круйссен / Гейдельбергский университет

После настройки они вводили в модель реальные данные нашей галактики и получили наиболее правдоподобную историю слияния. Она показывает, когда другие галактики вошли в Млечный Путь.

В результате стала видна история насилия. Галактики меньшего размера с такими удивительными названиями, как Кракен и Секвойя, миллиарды лет назад слились с нашей галактикой.

Галактика Кракен, проглоченная Млечным Путем

Часть из них были достаточно большими, чтобы исказить Млечный Путь. Он восстановился после столкновения только через миллиард с лишним лет. Всего Млечный Путь претерпел около пяти слияний с галактиками, содержащими не менее 100 млн звезд, и еще десять с галактиками, содержащими их не менее 10 млн.

Поскольку у нас есть доказательства (в виде оставшихся шаровых скоплений) только пяти столкновений, эти симуляции показывают, как можно обнаружить еще больше обломков, летящих через нашу галактику.

Источник: universetoday.com