Slik gjør du Sahara ørkenen grønn igjen


Sahara er verdens største varme ørken, men deler av det kan bli gjort grønt hvis massive sol- og vindparker setter opp butikk der, finner en ny studie.

Disse gårdene kan øke regnet i Sahara, spesielt i den nærliggende Sahel-regionen, et semiaridområde som ligger sør for den gigantiske ørkenen, sa forskerne i studien, som ble publisert online 7. september i tidsskriftet Science.

"Denne økningen i nedbør fører igjen til en økning i vegetasjonsdekselet, noe som skaper en positiv tilbakemeldingsløype," studerer ledende forsker Yan Li, en postdoktoral forsker i naturressurser og miljøvitenskap ved University of Illinois, sa i en uttalelse.

Forskere visste allerede at vind- og solenergi gårder kan øke varmen og fuktigheten i områdene umiddelbart rundt dem. Men denne studien er blant de første til å modellere hvordan vind- og solkraftbruker vil påvirke Sahara, samtidig som man vurderer hvordan voksende grønne planter og trær vil reagere på disse endringene, sa Li, som startet studiet mens en postdoktorale forsker i Avdeling for atmosfærisk og Oceanic Science ved University of Maryland. [The 10 Biggest Deserts on Earth]

"Tidligere modelleringsstudier har vist at storskala vind- og solaranlegg kan produsere betydelige klimaendringer på kontinentale skalaer," sa Li. "Men mangel på tilbakemeldinger fra vegetasjonene kan gjøre de modellerte klimainnslagene svært forskjellige fra deres faktiske oppførsel."

Li og hans kolleger simulerte hva som ville skje hvis vind- og solkraftbrudd dekket over 3,4 millioner kvadratkilometer (Sahara). I gjennomsnitt vil vindkraftparkene generere ca 3 terawatts, mens solkraftbrukerne vil generere 79 terawatts elektrisk kraft på ett år, fant de.

Det er mye energi. En terawatt kan strømme rundt 10 milliarder 100-watt pærer samtidig. "I 2017 var den globale energibehovet bare 18 terawatts, så dette er åpenbart mye mer energi enn det som trengs for hele verden," sa Li.

Modellen viste også at vindparker forårsaket lokaliserte lufttemperaturer til å varme.

"Storere oppvarming av natten skjer fordi vindturbiner kan forbedre vertikal blanding og bringe varmere luft fra oven," forskerne skrev i studien. Regn økte også så mye som 0,01 tommer (0,25 millimeter) per dag, i gjennomsnitt, i områder med vindparker, fant forskerne.

"Dette var en nedgang i nedbør over det som ble sett i kontrolleksperimentene," sa Li.

Sahara-ørkenen kunne få mye mer regn hvis regionen hadde flere vind- og solbruk.

Sahara-ørkenen kunne få mye mer regn hvis regionen hadde flere vind- og solbruk.

Kreditt: Lisensiert under CC-BY 4.0. Li et al. (2018, Science)

Sahel ville se enda mer regn; en økning på 0,04 tommer (1,12 mm) om dagen i områder med vindparker, noe som vil bidra til at vegetasjonen vokser, sier forskerne. Det betyr en økning på mellom 8 og 20 tommer (200 og 500 mm) av regn om året i Sahel, nok til at det ikke vil bli klassifisert som en ørken. (Ørkener, per definisjon, er områder som mottar mindre enn 10 tommer (250 mm) årlig nedbør.)

Solkraftbrukerne ville også ha en positiv effekt på temperatur og nedbør, forskerne bemerket.

"Vi fant ut at den store installasjonen av sol- og vindparker kan gi mer nedbør og fremme vekst i vegetasjonen i disse regionene," studerer medforsker Eugenia Kalnay, en fremtredende professor ved Institutt for atmosfærisk og oceanisk vitenskap ved Universitetet i Maryland, sa i uttalelsen. "Økningen i nedbør er en konsekvens av komplekse land-atmosfære-interaksjoner som oppstår fordi solpaneler og vindturbiner skaper roligere og mørkere overflater på overflaten."

Hvis denne modellen noen gang blir en realitet, kan økningen i nedbør og vegetasjon, kombinert med ren elektrisitet som følge av solenergi og vindenergi, bidra til landbruk, økonomisk utvikling og sosial velvære i Sahara, Sahel, Midtøsten og andre nærliggende regioner, sier Safa Motesharrei, en systemforsker ved University of Maryland, i uttalelsen.

"Sahara har vokst i noen tiår, og sol- og vindparker kan bidra til å stoppe utvidelsen av denne tørre regionen", Russ Dickerson, leder for luftkvalitetsforskning og professor ved Institutt for atmosfærisk og oceanisk vitenskap ved Universitetet i Maryland som ikke var involvert i studien, sa i en uttalelse. "Dette ser ut som en vinn-vinn for meg."

Opprinnelig artikkel om Live Science.

Ja, du kan koke vann ved romtemperatur. Dette er hvordan


Noen ganger er det riktig på boksen med risblanding – høyhøydeversjonen av matlagingsinstruksjonene. Vanligvis betyr dette at risen din må koker litt lenger hvis du er i Denver eller på toppen av Mount Everest. Selvfølgelig er det bare en vits. Ingen kokker ris på toppen av Everest. Men hvorfor er instruksjonene enda forskjellige? Hvorfor er det viktig hvor du lager mat? Svaret har å gjøre med kokende vann.

Gå spør noen folk på gaten om vannets kokepunkt. Noen kan si 212 ° F eller enda bedre 100 ° C – men det er ikke alltid sant. Når du øker høyden over havnivået, senker vannets kokepunkt med ca 1 ° F for hver 500 fot økning. Det betyr at vannet ditt i Denver kommer til å bli 203 ° F, og dette vil få innvirkning på matlagingen.

Men hvorfor?

Vanndamptrykk

Det er mange fantastiske ting om vann – en interessant "factoid" er at på jordens overflate kan du finne vann i alle tre faser: solid (vi kaller denne isen), flytende vann og som en gass. Vi kaller gassfasen av vann "vanndamp."

Du kan tenke at du trenger å koke flytende vann for å skape vanndamp – men det gjør du ikke. Du trenger bare noe flytende vann ved romtemperatur (eller temperatur). Bilde et glass vann. Hvis du kunne zoome inn med supervisjon (ikke faktisk mulig), ville du se at dette vannet er laget av en mengde molekyler-vannmolekyler. Selv om disse molekylene selv er laget av tre atomer (to hydrogener og ett oksygen), la oss bare tenke på dem som små baller.

Disse små vannballene beveger seg rundt i vannet, men holder seg ganske nært til sine naboer. Denne bevegelsen skyldes ikke strøm i vannet, i stedet er det termisk bevegelse. Tenk deg disse små ballene som jiggler rundt i en gigantisk samling baller. Jo hetere vannet, desto større bevegelse av disse vannballene. Men vent! Hastigheten til vannpartiklene er ikke alle de samme. Selv om det er en gjennomsnittlig ballhastighet, går noen raskere, og noen går langsommere. Det er akkurat som høyden på en gruppe voksne mennesker. Det er en gjennomsnittlig høyde, men alle er ikke det samme. Noen mennesker er veldig høye, men det er bare en liten brøkdel av den totale gruppen.

Hvis du har et glass vann som sitter ute på et bord, holder ikke vannballene bare seg som en væske. Noen av disse ballene har nok termisk energi til å bryte seg bort og bli fri. Fri fra væskenivået betyr at vannet er nå en gass-vanndamp. Koking er ikke nødvendig for å få denne vanndampen. Men vent! Det fungerer også den andre veien. Noen av vannballene i gassfasen kan samhandle med væskevannet og bli med i flytende vannballer.

Vann i en lukket beholder (som en vannflaske) vil etter hvert nå en likevektstilstand mellom vanndamp og flytende vann. Ved denne likevektstilstanden er frekvensen som vannballer befriet fra væskestanden, den samme som mengden vannballer som kommer inn i væskestaten. Trykket av denne vanngassen i likevekt kalles damptrykket (forutsatt at det er all vanngass og ingen luft i beholderen).

Du kan se bevis på denne vanndampen i en lukket beholder ved å se på vannet som kondenserer på veggene. Her er et bilde.

Når du øker temperaturen på vannet, er det flere og flere vannpartikler som har nok energi til å forlate vannfasen og bli vanndamp. Så vanndampstrykket vil øke med temperaturen på vannet (dette er viktig).

Kokende vann

Nå for kokende vann. Her ser det ut som vann når du får det til 100 ° C (i slowmotion). Ja, jeg vet at du har sett dette før. men det er fortsatt kult.

Se på boblene og svar på følgende spørsmål (denne er en klassiker):

Hva er boblene i kokende vann laget av?

Spør vennene dine. Spør dine fiender. Spør deg selv.

Er boblene laget av luft? Hva med litt hydrogen og litt oksygen? Nei. Boblene er vanndamp – de er små lommer med vann i gassfasen. Jeg mener, de kunne ikke være luft. Hvor kommer denne luften fra? Det eneste alternativet er at boblene er laget av vanndamp.

Så, hva skjer for å gjøre disse kokende boblene av vanndamp? Det handler om temperatur og damptrykk. Når temperaturen på vannet øker, øker også gjennomsnittshastigheten til vannpartiklene. På et tidspunkt har vannmolekyler nok energi til å presse tilbake andre vannmolekyler i væskefasen for å danne en boble. Men du må ha vannet varmt nok slik at partiklene beveger seg fort nok.

Men vent! Det handler også om damptrykk. For å holde boblen fra å kollapse, må trykket inne i boblen være lik trykket utenfor boblen. Inne i boblen er damptrykket og utsiden vanntrykket. Dette betyr at for vann å koke, må temperaturen øke til damptrykket er lik utetrykket og en boble kan danne seg.

Hva med det ytre presset? Det avhenger av to ting. Først, selve vannet. For at vannet ikke skal kollapse, må dypere vann ha høyere trykk. Så, vanntrykket avhenger av dybden, tettheten av vann og gravitasjonsfeltet (siden det skyldes vekten av vannet). For et typisk glass vann er trykket ved 2 centimeter under overflaten bare en økning på 0,2 prosent over atmosfæretrykket. Og det er den andre tingen som bidrar til det totale trykket – atmosfæren. Atmosfæren presser også ned på væskens overflate for å øke trykket i væsken.

Nedre trykk

Nå for den morsomme delen. Hva om jeg reduserte atmosfæretrykket og presset på noe flytende vann? Dette vil redusere trykket i væsken også. Hvis jeg reduserer dette trykket nok, kan jeg bringe det ned til samme nivå som damptrykket. Boom. Nå har vannpartiklene nok energi til å danne sine små, småkokende bobler – uten å øke temperaturen.

Jeg kan til og med få vann til å koke ved romtemperatur. Ja, du trenger en vakuumpumpe og en sterk beholder for å få dette til å fungere, men du kan gjøre det.

Legg merke til at jeg holder fast på kokende vannflaske for å bevise at det ikke er varmt. Stol på meg. Å vent. Du trenger ikke å stole på meg. Du kan gjøre dette på egen hånd. Du trenger bare en av disse store plastsprøytene. Ta sprøyten og legg litt vann i den med svært lite luft. Nå forsegle enden og varme opp vannet bare litt. Her kan du se min versjon.

Jeg brukte varmt lim og en gummipropp (sammen med et LEGO-stykke) for å forsegle hullet. Sprøyten ble deretter oppvarmet til ca. 42 ° C (litt over 100 ° F). Nå kan jeg trekke stemplet ut for å redusere trykket i væsken og fremkalle kokingen.

Det er ganske vanskelig å trekke stemplet tilbake for å senke presset, men du kan gjøre det. Å, hvorfor varme vannet opp? Vel, jeg kan ikke få et perfekt støvsuger ved å trekke stemplet, så jeg trenger litt kokende hjelp ved å starte vannet ved høyere temperatur.

Dette er akkurat det som skjer når du lager risen din i høy høyde. Vel, ikke akkurat det samme – det er ikke et menneske som trekker tilbake på en gigantisk plunger som holder luften på jorden. Jordens gravitasjonsfelt gjør det for deg.


Flere flotte WIRED-historier

Sea Level Rise truer tusenvis av arkeologiske skattejakter


Den moderne menneskelige besettelse med strandpromenaden er ikke noe nytt. For titusenvis av år har vårt slag vært bundet til kysten og dets bounty av mat. Innlandet er også bra, men ingenting stemmer overens med produktiviteten til sjøen.

Problemet med kystlivet er at mens matforsyningen er relativt stabil, er ikke havnivået. De har alltid steget og falt som klimaet forandrer seg gjennom tusenårene, og takket være den høye produktiviteten til industrialderen, er de midt i en ganske betydelig opptakt. I de kommende tiårene kan stigende sjønivåer sette i fare utallige milliarder dollar i fast eiendom og infrastruktur langs verdens kyster og forflytte millioner av mennesker.

Mens klimaforandringene bringer menneskehetens fremtid i fare, tåler det også fortiden. En ny studie ut i PLOS One kvantifiserer at i foruroligende detaljer: Bare i det sørøstlige USA vil en stigning på en meter på havet øke tusenvis av arkeologiske steder, fra innfødte amerikanske bosetninger til tidlige europeiske kolonier. 19659002] Forskerne begynte sin arkeologiske regnskap med det som er, helt ærlig, et rot av data. Stater er føderalt mandat til å holde oversikt over arkeologiske steder, men de går ikke alle sammen på samme måte. De kan samle ulike former for informasjon, alt fra de forskjellige artefaktene som er funnet i oppgjørstidspunktet.

Så forskerne jobbet med et pågående prosjekt kalt Digital Index of North American Archaeology, en paraplydatabase som samler dette rotet av data inn i noe mer overkommelig. Så var det et spørsmål om å gifte seg med steddata for nettsteder i ni sørøstlige stater, inkludert Florida, Georgia og Carolinas, med høydedata-plotting hvilke steder vil være i trøbbel. (Ingen av disse steddataene er for øvrig spesielt nøyaktig. Sikkerhetsformål.)

Resultatene er ikke oppmuntrende. Med en havnivåstigning på en meter – som kunne skje før slutten av dette århundret – vil statene miste over 13.000 totalt sett, 4000 alene i Florida. Med en stigning på 5 meter, ville de tapt stedene i regionen øke 32.000.

Det er alt litt demoraliserende, vet jeg. Men denne undersøkelsen er et forsøk på å få noen ordre til det som raskt blir kaos. "Det vi håper å komme i gang, er en samtale i amerikansk arkeologi og verdensarkeologi, sier medforfatter Josh Wells fra Indiana University South Bend." Hva er virkningen av klimaendringer på posten som vi forstår det, og til i hvilken grad trenger vi å triage og fokusere vår innsats på å gjenopprette det vi kan før det er borte? "

De må jobbe raskt, fordi gissel allerede har begynt. "Dette pågår nå med havnivåer som kommer langsomt opp, økte stormstopp," sier studien medforfatter David Anderson fra University of Tennessee. "Vi ser erosjon av kystnære arkeologiske steder."

Det er den store skalaen her som er så skremmende. Hvordan sparer du 13.000 individuelle nettsteder? Vel, det gjør du ikke. Arkeologer må møte realiteten at hvis havnivået stiger, må de velge et utvalg få steder å konsentrere seg om, katalogisere dem så godt de kan, kanskje med smarte nye digitale teknikker, og gjøre det som er mulig for å sikre at de overlever .

Du kan for eksempel bygge en havmur rundt et spesielt viktig sted, men det kan forstyrre andre nettsteder. "Når du bygger disse barrierer, tar du vanligvis jord," sier Anderson. "Du tar materialer fra steder som selv inneholder arkeologiske og historiske ressurser."

Teoretisk sett kan du også flytte strukturer. Egyptene gjorde dette med Abu Simbel-templene da en ny damme truet med å senke dem på 1960-tallet. Men hva velger du å lagre? Hvem velger hva du skal lagre? (Irony among ironies: Washington, DC og dets mange kulturelle steder kan etter hvert være i fare, forteller studien. Lincoln-minnesmerket sitter 10 meter over havet, noe som virker som mye før du faktor i trusselen om flom. Regjeringen må kanskje flytte monumenter en dag, lenge etter at mannen som har skutt Paris-avtalen, har forlatt kontoret.)

Det er også den menneskelige kostnaden. Arkeologiske steder vil bli nedsenket, men det vil også moderne samfunn. Dette skjer også allerede. I 2016 annonserte den føderale regjeringen at det ville flytte et bånd av den indianske stammen fra Biloxi-Chitimacha-Choctaw fra kyst Louisiana, hvor stigende farvann truet med å feie samfunnet bort. Klimaendringer tvang dem ikke bare fra deres hjem, men historisk og kulturelt viktige steder.

Flyttinger kan imidlertid vanskeligere saker. Etter hvert som havnivået øker, må flere og flere mennesker flytte innlandet. Og utvikling der kunne ødelegge de arkeologiske områdene som ellers ville overleve havnivået stige.

Ja, det er skummelt ting. Men denne undersøkelsen er et stort skritt mot å øke havnivået, ikke bare mer forståelig, men overkommelig. Tross alt har vi en fremtid for å beskytte og en fortid å bevare.

Ser den vakre intelligensen av mikrober


Intelligens er ikke en kvalitet for å tilskrive lett til mikrober. Det er ingen grunn til å tro at bakterier, slimformer og lignende enkeltcelle former for liv har bevissthet, forståelse eller annen evne implisitt i virkelige intellekt. Men spesielt når disse cellene kommuniserer i store mengder, oppstår deres oppsiktsvekkende kollektive talenter for å løse problemer og kontrollere deres miljø. Disse atferdene kan bli kodet genetisk i disse cellene ved milliarder av evolutionsår, men i den forstand er cellene ikke så forskjellige fra roboter som er programmert til å reagere på sofistikerte måter til deres omgivelser. Hvis vi kan snakke om kunstig intelligens for sistnevnte, er det kanskje ikke så uhyrlig å referere til den underappreciated cellular intelligensen av den tidligere.

Quanta Magazine


 forfatterfoto

Om

Originalhistorie utgitt med tillatelse fra Quanta Magazine, en redaksjonelt uavhengig publikasjon av Simons Foundation, som har til formål å styrke den offentlige forståelsen av vitenskapen ved å dekke forskningsprosesser og trender innen matematikk og fysikk og biovitenskap.

Under mikroskopet er den utrolige utøvelsen av cellens kollektive intelligens avslører seg med spektakulær skjønnhet. Siden 1983 har Roberto Kolter, professor i mikrobiologi og immunobiologi ved Harvard Medical School og meddirektør for Microbial Sciences Initiative, ledet et laboratorium som har studert disse fenomenene. I de senere år har det også utviklet teknikker for å visualisere dem. I den fotografiske essayboken Livet ved kanten av synet: En fotografisk utforskning av den mikrobielle verden (Harvard University Press), utgitt i september, Kolter og hans medforfatter, Scott Chimileski, en forsker og avbildning spesialist i laboratoriet hans, gir en forståelse av mikroorganismer som er både vitenskapelige og kunstneriske, og som gir et glimt av de cellular underverkene som er bokstavelig talt underfoot. Imagery fra lab er også på utstilling i utstillingen World in a Drop på Harvard naturhistoriske museum. Denne skjermen vil lukke tidlig i januar, men vil bli fulgt av en bredere utstilling, Microbial Life planlagt å åpne i februar.

Høy forstørrelse av slimformen Physarum polycephalum viser cytoplasma pumpes rasende gjennom sin store enkeltcelle.

Scott Chimileski / Roberto Kolter

Denne cytoplasmatiske strømningen tillater slimformen å presse frem mot næringsstoffer og potensielt teppe en overflate.

Scott Chimileski / Roberto Kolter

slimform Physarum polycephalum kvalifiserer noen ganger knapt som en mikroorganisme: Når den oser over bladkullet i et skogsgulv under det aktive amoeboidstadiet i livssyklusen, kan det se ut som en pølse gulaktig goo mellom en tomme og en meter over. Til tross for sin størrelse, er Physarum en stor enkeltcelle, med titusenvis av kjerne som flyter i en uavbrutt masse cytoplasma. I dette skjemaet er Physarum en ypperlig effektiv jeger. Når sensorer på cellemembranen oppdager gode kilder til næringsstoffer, begynner kontraktile nettverk av proteiner (nært knyttet til dem som finnes i menneskelig muskel) å pumpe cytoplasmestrømmer i den retningen, og fremmer slimformen mot det de trenger.

Men Physarum er ikke bare refleksivt hevende mot mat. Når det beveger seg i en retning, fraråder signaler over hele cellen å motvirke det fra å presse motsatt langs mindre lovende ruter. Dessuten har slimformene utviklet et system for å kartlegge terrenget deres og memorisere hvor de ikke skal gå. Når de beveger seg, forlater de en gjennomskinnelig kjemisk sti som forteller dem hvilke områder ikke er verdt å revidere.

Etter Physarum utforsker et område og finner det mangler i næringsstoffer, det etterlater et kjemisk spor som en slags eksternisert minne som forteller slimformen ikke å gå tilbake dit.

Scott Chimileski / Roberto Kolter

Når bakterier var først observert gjennom et mikroskop, suspendert i væske på lysbilder, i deres enkelhet virket de som arketyper av primitive, ensomme celler. Sannheten er imidlertid at det i naturen er de fleste bakterier som er svært gregarious. Noen bakterier svømmer gjennom sitt miljø som ensomme individer, men de fleste bakterielle celler, og de fleste bakteriearter, foretrekker å leve i kompakte samfunn, kalt biofilmer forankret til overflater. (De enkelte svømmere representerer ofte offshoots av biofilmer, som søker å kolonisere nye steder.)

I en forstørrelsesøkende elektronmikrograf av en Pseudomonas aeruginosa biofilm, er de enkelte stavformede bakteriene forbundet med hårlignende Bacillus bakterier utskiller en ekstracellulær matrise som encases cellene og hjelper dem til å danne et mer strukturert fellesskap.

Steve Minsky

Videre, biofilmer er ikke bare tette akkumuleringer av bakterielle celler. De har forseggjort funksjonelle strukturer, innvendig og utvendig, som tjener cellernes kollektive skjebne, som det kan ses i bildene under Pseudomonas aeruginosa . Biofilmen er farget med Kongo-rød fargestoff, som binder til de ekstracellulære matriksproteinene som bakteriene utskiller som stillas for deres samfunn. Den dyp rynket overflaten av biofilmen maksimerer området der bakteriene kan absorbere oksygen; Det hjelper også dem med å samle næringsstoffer og frigjøre avfallsprodukter effektivt.

Da denne Pseudomonas biofilmen utvides, utvikler den en mer kompleks indre struktur. Bakterier i forskjellige deler av sin masse kan også utvikle mer spesialiserte funksjoner.

Scott Chimileski / Roberto Kolter

Innenfor biofilmen deler bakteriene arbeidet med å opprettholde kolonien og skiller seg fra til former som er spesialisert på deres funksjon. I denne biofilmen av den vanlige jordbakterien Bacillus subtilis for eksempel, deler noen celler ekstracellulær matrise og anker på plass, mens noen forblir motile; celler i kantene av biofilmen kan dele seg for vekst, mens andre i mellomfrigivelsen sporer for overlevende vanskelige forhold og koloniserer nye steder.

Den rynket strukturen av denne biofilmen Bacillus subtilis bidrar til å sikre at alle bakteriene i den har tilgang til oksygen (til venstre). En digital skannemodell av biofilmen bidrar til å illustrere hvordan bakteriefællesskabet kan variere strukturen i tre dimensjoner (høyre).

Scott Chimileski og Roberto Kolter

Man kan lure på hvorfor naturlig utvalg ville ha foretrukket denne kollektive oppførelsen i stedet for mer voldsom individualisme blant cellene. En del av svaret kan være hvilke evolusjonsteoretikere kaller inkluderende kondisjon: I den grad bakteriene i en biofilm er relatert, oppnås individuelle ofre av økningen i kondisjonen til hver celle millioner av kusiner. Men det kan også være at hver rolle i biofilmen har sine fordeler: Cellene i kanten er mest utsatt for farer og må reprodusere rasende for å utvide biofilmen, men de har også tilgang til de fleste næringsstoffer og oksygen. Cellene på innsiden avhenger av andre for deres viktige rasjoner, men de kan overleve lenger.

De overflatene som biofilmene vokser over, er ikke alltid solide. Disse B. subtilis danner en pellicle-en slags flytende biofilm ved grensesnittet mellom vann og luft. De genetiske veiene som er involvert i å danne en pellicle er i det vesentlige de samme som de som brukes til å vokse over steiner, selv om de kan reagere på endringene i deres habitat ved å endre den presise blanding av proteiner i den ekstracellulære matrisen etter behov.

Bakterier kan vokse på tvers av usammenhengende overflater, også som dette B. subtilis kultur viser ved å danne en pellicle eller flytende biofilm, over luft-væskeflaten i et beger.

Scott Chimileski / Roberto Kolter

Ekspansiv vekst er ikke den eneste måten mikrobielle samfunn kan bevege seg på. Nedenfor, B. subtilis engasjerer seg i en oppførsel som kalles dendritisk swarming, hvor celler raskt presser utover i forgreningskolonner som effektivt kan bane en overflate. Biofilms svømmer når de oppdager at de er i miljøer rik på næringsstoffer: Swarming hjelper en biofilm å utnytte dette verdifulle territoriet før noen konkurrerende samfunn kan.

Minst to viktige endringer i differensiering av cellene i en biofilm finner sted for å muliggjøre swarming . For det første utvikler motile celler på periferien av filmen ekstra flagellae, noe som gjør dem i stand til å svømme mer energisk. For det andre begynner noen kantceller også å skille overflateaktivt stoff, et glatt materiale som hjelper de bevegelige cellene til å glide raskere over overflaten.

Når biofilmer vokser i flate laboratorieretter, forblir de dendritiske kolonnene av swarming biofilms nøyaktig forskjellige: De strekker seg og spole inn og rundt hverandre, men de krysser ikke. Det ser ut til å være delvis fordi det overflateaktive stoffet bunker opp rundt biofilmgrenene som en barriere. På samme måte kan noen bakterier svømme i flere terrasserte strukturer under laboratorieforhold. Hva implikasjonene for dette alternativet er for bakterier i naturen er fortsatt et mysterium.

Disse bakteriene engasjerer seg i atferden kalt dendritisk swarming, noe som gjør at et mikrobielt samfunn kan ekspandere raskt til ønskelige, ressursrike omgivelser.

Scott Chimileski / Roberto Kolter

En annen type atferd demonstrert av biofilmer som vokser under laboratorieforhold, er spiralmigrasjon, vist i tidsfristen under Bacillus mycoides . Disse bakterielle cellene vokser i lange kjeder eller filamenter som krøller enten med klokken eller mot klokken. De spesifikke fordelene ved denne spiralbevegelsen er fortsatt undersøkt, ifølge Chimileski, men de må være betydelige fordi B. mycoides utmerker seg ved å ta over tilgjengelige miljøer. " Bacillus mycoides er en av de enkleste bakteriearter å dyrke fra jorden," forklarte han. Når forskere isolerer mikrober fra jord og dyrker dem på agarretter, spesielt ved romtemperatur, "mycoides vil ofte spre seg over hele platen og overhale alle de andre organismene. Av denne grunn vurderes det om det er noe slags gener for mange mikrobiologer. »

Det er nysgjerrig at retningen av spiralvandringen med urviseren eller mot klokka virker som et arvelig trekk: Ulike bakteriestammer , selv innenfor samme art, spiral i forskjellige retninger. Det er enda et eksempel på hvordan bakterier, som adlyder instruksjoner i deres individuelle DNA, kan manifestere problemløsende atferd som er overraskende komplekse og adaptive på det kollektive nivået av biofilmer.
Disse geometriske og formodentlige funksjonelle mønstrene som biofilmer produserer i kulturen, er spennende vakre. Likevel bemerker Chimileski at det er mye igjen å oppdage når det gjelder å oversette atferd sett i laboratoriet til naturlige mikrobielle samfunn.

Chimileski påpeker at "mest naturlige biofilmer er flereartede økosystemer, og celler i naturlige biofilmer vokser vanligvis sakte . "Han fortsatte:" Jeg liker å tenke på hvordan vi vokser bakterier i en petriplate, hvor en enkelt art er i seg selv og har alt den trenger for å vokse til optimale temperaturer, som å "skru opp volumet" på biologien til organismen. "Under laboratorieforhold kan forskere studere hvilke gener som er involvert i komplekse multicellulære atferd, og de kan måle fordelene til bakteriens art. Men i naturlige miljøer kommer biofilmer vanligvis ikke til å danne nøyaktig samme mønstre som i laboratoriet på grunn av begrensede næringsstoffer eller konkurranse med andre arter. "Så den samme biologien kan forekomme på en jordpartikkel i hagen din på mindre størrelse og over lengre tidsperioder," sa han, selv om det er mindre lett å visualisere.

Spiral migrasjon er en oppførsel favorisert av meget vellykket jordbakterie Bacillus mycoides . Samfunnene i disse cellene utvides ved å danne lange filamenter av celler som spoler enten med klokken eller mot klokka – en orientering som er stamsspesifikk og genetisk bestemt.

Biofilmsatferd vitner for bakteriers evne og åpenhet til å danne kollektiver – men at åpenheten har grenser, som vist i denne kulturen med flere samlivende biofilmer. Her, tilstøtende biofilmer som består av de samme bakteriene eller nært beslektede stammer, smelter sammen. Men de tilstøtende biofilmene som består av flere divergerende bakterier, holder seg tydelige og kan til og med prøve å eliminere eller kontrollere hverandre.

Biofilmer er så intolerante for andre stammer og arter fordi de investerer betraktelig i produksjon av overflateaktivt middel, ekstracellulær matrise og andre molekyler som bakteriologer klassifiserer som offentlige varer-de som bakteriene utskiller for andre medlemmer av deres samfunn. Bakteriene beskytter disse sjalu, fordi ikke-relaterte freeloading-celler kan ha stor fordel ved å bruke dem først.

Biofilmer fjerner slike freeloaders på forskjellige måter. For eksempel er B. subtilis kolonier i dette bildet vedtar en strategi for "kin diskriminering", der de utskiller antibiotika forbindelser som er toksiske for andre arter, men ikke for seg selv. Proteus mirabilis bakterier forsvarer sine interesser på en annen måte basert på "selvgjenkjenning": The P. mirabilis biofilmer undersøker inntrengende celler, stikker noen fra en annen art med en spearlike struktur og injiserer dem med giftstoffer som vil drepe nesten alle, men nært beslektede arter.

Flere forskjellige stammer av B. subtilis vokser side ved side i denne parabolen. Fordi biofilmene diskriminerer ulike bakteriestammer, kan de slå seg sammen med nærstående, men danne grenser mot andre.

Scott Chimileski

Farger som vises i biofilmkulturen av Streptomyces coelicolor i videoen nedenfor reflekterer naturlige pigmenter som bakteriene produserer. Verdien av pigmentene for biofilmene er ikke helt klar, men det er sannsynligvis ikke knyttet til fargen. I stedet er disse pigmentmolekylene ofte bioaktive på forskjellige måter. "Det blå pigmentet som ses i denne videoen er actinorhodin, som er teknisk et antibiotikum," sa Chimileski, men la til at begrepet er misvisende i denne konteksten. "Killing eller veksthemming forekommer vanligvis bare i svært høye konsentrasjoner i forhold til det som er ute i naturen." Derfor sa han det er "en fremvoksende oppfatning at drap er sannsynligvis ikke den økologiske funksjonen til mange eller mest antibiotika. I stedet virker disse bioaktive molekylene som signaler eller utviklingsmetoder "til andre celler.

Denne utsikten er ekkoet i et notat fra Gleb Pishchany, en annen forsker i Kolters laboratorium som studerer hvordan ulike bakterier samholder seg. "En fascinerende mulighet er at i naturlige økosystemer, Streptomyces bruker pigmenter og andre bioaktive molekyler" ved "lavere konsentrasjoner som signaler som utveksles mellom mikrobiologiske samfunn av multispecies", skrev han. Pigmentene kan bidra til å samle assosier av bakterier som tømmer seg i hverandres mindre naboinstinkter, og derved opprettholde en mer samvirkende og fruktbar felleseksistens.

I denne pulveriserte kolonnen av Streptomyces coelicolor kommer pigmenteringen fra actinorhodin, et molekyl med antibakterielle effekter. Biofilmer kan bruke bioaktive pigmenter som signaler for å kontrollere atferdene til andre mikroorganismer i sitt felles miljø.

Disse slående fotografier av mikrobe-fellesskap ble fanget av DSLR-kameraer. Chimileski samler stillbilder med makrolinser mens han jobber på benken, mens videoene er laget i en inkubator dedikert til tidsforskjell mikroskopi. Han stiller kameraet for å få et bilde hvert 10. minutt, selv om han øker frekvensen til hvert minutt eller to for at det skjer raskere atferd, for eksempel bevegelsene i slimformene. Som et resultat av dette, øker bevegelsene til mikrober i disse videoene vanligvis mellom 5000 og 50.000 ganger deres faktiske hastigheter. Chimileski bruker ikke falsk farge for å forskjønne bildene: Bortsett fra å bruke farger for å plukke den ekstracellulære matrisen i enkelte kulturer, viser han den naturlige fargestofferingen av mikroorganismer.

Chimileski dyrker vanligvis bakteriekolonier ved 30 ° C, en temperatur på hvilken han kan samle bilder av langsommere voksende arter i flere uker. Selv om varmen og fuktigheten som er egnet for biofilmvekst er mindre enn ideell for kameraer, sa han at utstyret er vurdert for ekstreme forhold. De få kameraene som har fungert, gjorde det av en mekanisk grunn: Antall skudd han trenger for å dokumentere mikrobiell atferd, er så stor at skodder på kameraene til slutt bryter ned etter hundretusenvis av klikk.

Original historien utgitt med tillatelse fra Quanta Magazine, en redaksjonelt uavhengig publikasjon av Simons Foundation, som har til formål å styrke den offentlige forståelsen av vitenskapen ved å dekke forskningsprosesser og trender innen matematikk og fysikk og biovitenskap.

Gamle hus av de døde avslører glimt av neolitisk sivilisasjon


Denne artikkelen ble opprinnelig publisert i The Conversation. Publikasjonen bidro med artikkelen til Live Science's Expert Voices: Op-Ed & Insights.

Denne sommeren utgravde University of Reading Arkeology Field School en av de mest ekstraordinære nettstedene vi noensinne har hatt gleden av å undersøke. Nettstedet er en tidlig Neolithic lang barrow kjent som "Cat's Brain" og vil sannsynligvis dateres til rundt 3.800 f.Kr. Det ligger i hjertet av den frodige Vale of Pewsey i Wiltshire, Storbritannia, halvveis mellom de ikoniske monumentene i Stonehenge og Avebury.

Det har lenge vært antatt at neolithiske lange barrows er begravelsesmonumenter; ofte beskrevet som "hus av de døde" på grunn av deres likhet i form til lange hus. Men det begrensede beviset på menneskelige rester fra mange av disse monumentene kaller denne tolkningen, og tyder på at det fortsatt er mye å lære om dem.

Faktisk kan vi ved å referere til dem som lange barrows kanskje mangle de Hovedpoenget. For å illustrere dette, oppdaget våre utgravninger ved Kats hjerne ikke noen menneskelige rester, og i stedet for en grav avslørte de en tømmerhall som tyder på at det var veldig mye et hus for de levende. Dette gir en interessant mulighet til å revurdere disse berømte monumentene.

Tømmerhallen på Kats hjerne var overraskende stor, og de måler nesten 20 meter lang og ti meter bred på forsiden. Det ble bygget med innlegg og strålelåser, og noen av disse tømmerene var kolossale med dype kutte grunngraver, slik at det generelle utseendet er en robust bygning med plass til et stort antall mennesker. Strålesluttene langs forsiden av bygningen er vesentlig dypere enn de andre, noe som tyder på at fasaden kan ha vært imponerende stor, monumental faktisk, og en pause halvveis langs denne linjen indikerer inngangsveien.

Tømmerhaller som disse er et aspekt av de tidligste stadiene av den neolittiske perioden i Storbritannia, og det synes lite tvil om at de ble skapt av tidlige pionerer, neolithiske folk. Ofte synes de å ha vart bare to eller tre generasjoner før de blir bevisst ødelagt eller forlatt. Disse husene behøver imidlertid ikke å være boliger, og i lys av størrelsen deres kunne de ha fungert som store fellesmøter.

Det er verdt å pause her og tenke på bildet av et hus – for ordet «hus» blir ofte brukt som en metafor for en bredere sosial gruppe (tenk på House of York eller Windsor, eller – hvis du er et Thrones-fan som meg – House Lannister eller House Tyrell).

På denne måten kunne disse store tømmerhallene symboliserer en kollektiv identitet, og deres konstruksjon er en mekanisme hvorved det banebrytende samfunnet først etablerte den identiteten. Vi kan forestille oss en rekke funksjoner for denne bygningen, og ingen av disse er gjensidig eksklusive: seremonielle hus eller boliger for forfedrene, for eksempel eller lagerhus for hellige arvestykker.

Fra dette perspektivet er det ikke et stort skritt av fantasien for å se dem som blant annet menneskelige rester. Dette gjør dem ikke begravelsesverdige monumenter, noe mer enn kirker representerer begravelsesmonumenter til samfunnet vårt. De ble ikke adskilt og delt fra bygninger for de levende, men representerte en kombinasjon av de to husene til de levende i en verden som er mettet og uadskillelig fra forfedrene.

Disse husene ville ha vært fylt med symbolikk og mening og belastet med åndelig energi; Selv prosessen med å bygge dem er sannsynlig å ha tatt dyp betydning. I dette lyset er det interessant å merke seg at mot slutten av våre utgravninger i sommer, på samme måte som vi var likevel, oppdaget vi to dekorerte kalkblokker som var blitt deponert i et posthull under konstruksjonen av tømmerhallen. 19659003] Dekorasjonen på disse blokkene består av bevisst opprettede fordybninger og snittede linjer, som har bredere paralleller på andre tidlige neolithiske steder, som for eksempel Sussex-flintmyntene.

Kontrovers omgir ofte dekorerte krittstykker; kritt er mykt og lett merket, og noen mennesker antyder at de er "dekorert" med ingenting mer enn riper på dugger. Men det er ingen tvil om at kattens hjernemerker er menneskelig håndverk og oppdagelsen skal gi en ny undersøkelse av dekorerte kalkplakk mer utbredt.

For øyeblikket forblir det opprinnelige formålet med utskjæringene uklart, men tydeligvis var de av betydning. De vil ha hatt mening og potens for de menneskene som skapte dem, og ved å deponere dem i et posthull, kan selve bygningen ha blitt gjennomsyret av den kraften, og markere den med individuell eller samfunnsidentitet. Oppdagelsen legger til måten vi forstår disse monumentene og vekten på argumentet om at disse bygningene representerer mer enn bare "de døde hus".

Over tid ble de dype grøfter gravd på hver side av tømmerhallen ved Kats hjerne og Krysset kritt kan ha blitt stablet over smuldrende bygningen etter at den var gått i bruk, lukke den ned og omdanne huset fra en trekonstruksjon til et permanent jordmonument. formen og symbolikken som har vært kjent for alle som så det. Med denne transformasjonen ble identiteten til denne tidlige neolithiske gruppen endelig og permanent innskrevet på landskapet.

Nå har vi med denne undersøkelsen fått et glimt av livene og troene til våre forfedre for nesten 6000 år siden. [19659018] Utgravingene i Cat's Brain, inkludert de dekorerte krittblokkene, vil fungere på Digging for Britain, for å bli vist på BBC4, klokken 21 på onsdag 22. november.

Jim Leary, direktør for arkeologifeltskolen, University of Reading

Denne artikkelen ble opprinnelig publisert på The Conversation. Les den opprinnelige artikkelen. Følg alle ekspertstemmer og debatter – og bli en del av diskusjonen – på Facebook, Twitter og Google +. Utsikten uttrykt er forfatterens og gir ikke nødvendigvis gjenspeiler utgiverens synspunkter. Denne versjonen av artikkelen ble opprinnelig publisert på Live Science.

#BlackHoleFriday Tar NASA By Storm


Av |

                    

 #BlackHoleFriday Tar NASA By Storm

Artistens oppfatning av et svart hull med en accretion-disk og jets av varmt plasma.

Kreditt: NASA / JPL-Caltech

Det er svart fredag, og hvis du er en romvifte som ser ut til å unnslippe fra å handle galskap, har NASA det du trenger: #BlackHoleFriday.

For femte året på rad viser NASA sitt nyeste og største sorte hul oppdagelser med en kosmisk overtakelse av rombyråets hjemmeside og sosiale medier.

"Det kan være en fredags shoppingferie, men for oss er det romversjonen – den femte årlige #BlackHoleFriday ," NASA-tjenestemenn skrev i en uttalelse. "I dag vil NASAs sosiale medier-kontoer og nettsider legge ut bilder og dele informasjon om svarte hull, områder i rommet hvor gravvektens trekkraft er så sterk at lyset ikke klarer å unnslippe. NASA-instrumenter har de siste årene malt et nytt bilde av disse merkelige objekter som til mange er de mest fascinerende gjenstandene i rommet. "

Du kan få mest mulig ut av #BlackHoleFriday på NASA.gov her. Og hvis du leter etter romalder swag, arrangerer European Space Agency butikken en virkelig Black Hole Friday Sale online. Du kan se hva som er tilgjengelig på ESAshop her.

Men hvis du virkelig må handle, har Space.com deg også dekket. Ta en titt på våre Black Friday og gaveguider for barn og voksne her:

Forfatter Bio


 Tariq Malik

Tariq Malik, Space.com Administrerende redaktør

Tariq ble med i Purchas Space.com-team i 2001 som en stab forfatter og senere redaktør, som dekker menneskelig romfart, leting og romforskning. Han ble Space.coms administrerende redaktør i 2009. Før han ble med på Space.com, var Tariq en medarbeidereporter for The Los Angeles Times. Han er også en Eagle Scout (ja, han har Space Exploration merit badge) og gikk til Space Camp fire ganger som barn og en femte gang som voksen. Han har journalistikk grader fra University of Southern California og New York University. For å se hans nyeste prosjekt, kan du følge Tariq på Google+, Twitter og på Facebook.

Galaktisk glød, trodde å være mørk materie, nå hint på skjulte pulsarer


I 2009 fant Dan Hooper og hans kollegaer en glød som kommer fra sentrum av vår galakse som ingen noensinne hadde lagt merke til før. Etter å ha analysert allment tilgjengelige data fra Fermi Gamma Ray Space Telescope, ble en satellitt lansert et år tidligere, konkluderte laget at midtpunktet i Milky Way utstråler flere gammastråler enn astrofysikere kunne regne for.

Quanta Magazine


 forfatter foto

Om

Originalhistorie utgitt med tillatelse fra Quanta Magazine, en redaksjonelt uavhengig publikasjon av Simons Foundation, som har til formål å styrke den offentlige forståelsen av vitenskapen ved å dekke utviklingsutviklinger og trender innen matematikk og fysikk og biovitenskap. 19659006] Funnet var så uventet at det på det tidspunkt hadde få trodd at det var ekte. Det bidro ikke til at Hooper ikke var medlem av Fermi-samarbeidet, men heller en outsider som plukket opp dataene som Fermi-laget ble offentliggjort. En av forskerne som jobber med Fermi, kalte sitt arbeid "amatørmessig" og hevdet at Hooper ganske enkelt ikke visste hvordan han skulle tolke dataene.

Men etter hvert som tiden gikk på, begynte astrofysikere å innse at det er mye mer høy energi stråling strømmer gjennom galaksen enn de kunne forklare. Bare et år før Hooper begynte å analysere Fermi-data, hadde en gamma-stråle detektor i New Mexico, Milagro, funnet en overflod av superenergiske gammastråler som syntes å komme fra hele galaktisk planet. Og i 2014 fant Alfa Magnetic Spectrometer et eksperiment på den internasjonale romstasjonen mer antimateriellstrømning gjennom galaksen enn det som kunne regnes for, og bekrefter tidligere observasjoner av satellitt- og ballongeksperimenter.

Dan Hooper, fysiker ved universitetet av Chicago og Fermilab, avdekket bevis på ekstra gammastråler som kommer fra det galaktiske senteret.

Fermilab

Disse tre uregelmessighetene – hvis det virkelig viste seg at noe foregikk i universet som vi ikke gjorde Jeg vet ikke om. En rekke astrofysikere, inkludert Hooper, begynte å argumentere for at to av disse mystiske signalene var et astrofysisk ekko av mørkt materie, den dypt mystiske substansen tenkte å utgjøre omtrent en fjerdedel av universet.

I år, nesten et tiår etter lanseringen av Fermi-teleskopet, har forskere nesten kommet til enighet. For det første er alle astrofysikere nå enige om at sentrum av vår Milky Way produserer mye mer gammastråling enn våre modeller av kjente gammastrålekilder, sier Luigi Tibaldo, en astrofysiker ved Stanford University og medlem av Fermi-samarbeidet, og dermed validerer Hooper's en gang "amatørmessig" krav.

For det andre er all den ekstra strålingen sannsynligvis ikke på grunn av mørk materie. En rekke nyere studier har overbevist mange forskere om at pulsars-raskt spinnende nøytronstjerner kan forklare alle tre mysterier.

Det eneste problemet er at ingen synes å kunne finne dem.

Dark Matter Days

Midt i galaksen er et overfylt sted, tett med stjerner, støv og antagelig mørk materie. Astrofysikere har lenge trodd at mørkt materiale sannsynligvis er laget av partikler som ikke lett kan samhandle med vanlig materie, såkalte "svake samspillende massive partikler", eller WIMPs. Noen ganger kan disse WIMPene kollidere med hverandre. Når de gjør det, kan de produsere gammastråler. Kanskje det bare er det som foregår i det galaktiske senteret, Hooper foreslo tilbake i 2009.

Teorien dovetailed med en annen ide som Hooper hadde fremsatt bare et år tidligere. I 2008 publiserte han og tre medforfattere et papir som hevder at kollisjoner av nøytralinoser – en type WIMP-genererte dusjer av eksotiske partikler som deretter forfalt i elementære partikler. Prosessen ville forklare de anomaløst høye nivåene av positrons (antimatter-motparten av elektroner) funnet tidligere av et rombasert eksperiment kalt Pamela.

I dette tilfellet var Hooper i godt selskap. Siden Pamelas første resultater, har "overdrivet" rundt 1000 papirer forsøkt å forklare positronoverskuddets mysterium, sa Tim Linden, en astrofysiker ved Ohio State University. De fleste av disse papirene favoriserte den mørke materielle tolkningen. I 2014 ble Pamela-resultatene støttet av data som kommer fra AMS.

Alpha Magnetic Spectrometer, sett her i forgrunnen av den internasjonale romstasjonen, kunne etter hvert avgjøre debatten om mørk materie-vs-pulsar.

Likevel begynte andre forskere å kaste hull i begge disse mørke materiebaserte forklaringene. I tilfelle av det galaktiske senteret, bør WIMP-kollisjoner skape en jevn, uklar glød av gammastråler, som et lyskaster sett gjennom tykk tåke. Når astrofysikere undersøkte gamma-strålelyset i detalj, fant de imidlertid et punktilistisk lappeteppe av lys. Det virket som om gammastrålene kommer fra mange individuelle punktkilder.

Og hvis WIMPs produserte alle de positrons, burde de også skape mange gamma stråler. Likevel, når astronomer ser på nærliggende dverggalaksier, antas å være hjemme for en stor mengde mørk materie, ser ikke gammastrålene ut.

Spenningen i disse mørke materie-modellene har tvunget astrofysikere til å betrakte litt mer astrofysisk prosaisk Alternativer.

Stigningen av pulsarer

Selv om de fleste forskere er ganske sikre på at mørkt materiale eksisterer (selv om vi ikke kan observere det direkte), blir modellene fortsatt ansett som eksotiske. Hva er mye mindre eksotisk er astrofysiske strålekilder som vi faktisk kan oppdage med våre teleskoper. Da dataene begynte å undergrave saken for mørkt materiale, begynte mange forskere, inkludert Hooper, å vurdere en mye mer verdslig forklaring: pulsarer.

Tracy Slatyer, en fysiker ved MIT, fant at pulsarer kunne forklare gammastrålen glød kommer fra det galaktiske senteret.

Katherine Taylor / Quanta Magazine

Pulsarer er ultralette, raskt roterende objekter-nøytronstjerner, de døde kjernene til massive stjerner som har gått supernova. De avgir stråle stråler som spinner rundt med pulsar som strålen fra et fyr. Da denne strålen krysser jorden, registrerer våre teleskoper en blits av energi.

I 2015 ble to grupper, en ledet av Christoph Weniger, en astrofysiker ved Universitetet i Amsterdam, og den andre av Tracy Slatyer, en teoretisk fysiker ved Massachusetts Institute of Technology-separat presentert bevis som ga pulsar teorien et stort løft. Hvert lag brukte litt forskjellige metoder, men i hovedsak delte de begge områdene av himmelen som dekker det galaktiske senteret i mange piksler. De regnet deretter antall svingninger i hver pikselovervåkning, hovedsakelig for fyrbjelker å svinge over jordens overflate. Forskerne oppdaget store forskjeller mellom piksler-varme og kalde flekker på himmelen, noe som er mye lettere å forklare om man antar at signalet kommer fra forskjellige punktkilder. "Dette er hva du forventer av pulsarer, fordi det kan være lysere pulsarer, eller flere pulsarer, i noen himmelposisjoner sammenlignet med andre," sa Linden.

De fleste astrofysikere tror nå at den merkelige overflod av positroner i galaksen kan også skyldes pulsarer. Pulsarer genererer store magnetfelt som spinner sammen med resten av objektet. Et spinnende magnetfelt vil generere et elektrisk felt, og dette elektriske feltet trekker elektroner fra overflaten av pulsaren og akselererer dem raskt. Etter hvert som elektronene svinger gjennom magnetfeltene, vil elektronene avgir høymangas gammastråler. En del av denne strålingen er energisk nok til å spontant morph i elektroner og positrons som så unnslipper fra pulsarens sterke magnetiske grep.

Det er mange trinn i denne prosessen, og mye usikkerhet. Nærmere bestemt vil forskere vite hvor mye av pulsarens energi som går inn i å lage disse elektron-positronparene. Er det en brøkdel av et prosentpoeng? Eller en betydelig sum, noe som 20 eller 40 prosent av pulsarens energi? Hvis den sistnevnte, kan pulsarer gjøre nok positrons for å forklare antimatteroverskuddet.

Forskere måtte finne en måte å måle antall elektroner og positrons som kommer ut av pulsarer. Dessverre er dette en ekstremt vanskelig oppgave. Elektroner og positrons, blir ladede partikler, vil sløyfe og vri seg gjennom galaksen. Hvis du oppdager en fra Jorden, er det vanskelig å vite hvor det kommer fra.

High-Altitude Water Cherenkov Gamma Ray Observatory (HAWC) oppdager høymodulære gammastråler og kosmiske stråler.

Gamma stråler på andre hånd, hold deg til en rett vei. Med dette i bakhodet har forskere som jobber med High-Altitude Water Cherenkov Gamma-Ray observatoriet i Mexico nylig utført detaljerte studier av to relativt lyse og relativt nærliggende pulsarer, Geminga og Monogem. De undersøkte ikke bare gammastrålene som kommer fra selve pulsaren, men også de superenergiske gammastråler (1000 ganger mer energiske enn overskytende strømmen fra galaktisk senter) som dukket opp som en relativt bred halo rundt pulsarene. I løpet av denne haloen kollapsede højenergikroner fra pulsarene med lavenergimikroner fra omgivende stjernelys. Kollisjonene overførte store mengder energi til pokyfotonene, som en sledgehammer som smadret golfballer i bane.

Tidligere i år utgav et lag som inkluderte Hooper og Linden en studie som sammenlignet lysstyrken av pulsarene med lysstyrken av deres glorier. De konkluderte med at 8 til 27 prosent av Geminga sin energi måtte konverteres til elektroner og positrons, sa Linden. For Monogem var det dobbelt så mye. "Dette betyr at pulsarer produserer en enorm befolkning av elektroner og positrons i vår galakse," sa Linden.

Slatyer sa at forskningen er "første gang vi virkelig har hatt et håndtak på spekteret av højenergit positrons produsert av pulsarer, så dette er et stort skritt fremover. "

Arbeidet bidrar også til å forklare det underlige overskuddet av svært høye energi gamma stråler som ble funnet for et tiår siden av Milagro detektoren i New Mexico. Strålingen kan komme fra pulsar-genererte elektroner og positrons akselerere omgivende stjernelys.

Dark Matter's Revenge

En hindring forblir: å finne nok pulsarer til å ta hensyn til all den mystiske utslipp. "Vi bør se ca 50 [bright] pulsarer i det galaktiske senteret for å produsere overskytende," sa Linden. "I stedet har vi bare funnet en håndfull." På samme måte vet vi ennå ikke om nok pulsarer i resten av galaksen for å forklare positronoverskuddet eller overflaten av ultrahøye-energi gammastråler funnet av Milagro og HAWC .

Problemet forstyrrer ikke pulsarforstanderne så mye. De håper at i den nærmeste fremtid vil en ny generasjon radioteleskoper – som MeerKAT i Sør-Afrika og den planlagte etterfølgeren, Square Kilometer Array i Sør-Afrika og Australia – finne de hittil usynlige radiokilder i vår galakse.

Så er den mørke saken-vs.-pulsars-debatten avgjort? For positrons synes det å være slik. Mens mange flere forskere pleide å favorisere den mørke materielle tolkingen, sto de fleste nå mot pulsarer.

Og i det galaktiske senteret er pulsarer "Occams barberkandidat," sa Slatyer. "Du kunne forklare dataene like bra med et mørk materie-utslett scenario, men vi visste at pulsarer var der, og vi vet ikke om mørk materie ødelegger, slik at du kan vurdere pulsar scenariet å være enklere."

Ifølge Slatyer kunne den mørkemessige forklaringen til det galaktiske senteret fortsatt gjøre et comeback, og det er faktisk en annen måte å teste hypotesen om mørkemateriale på. Når kosmiske stråler interagerer med interstellært materiale, og i teorien – under mørke materielle annihilations, produserer de antiprotoner, antipartikkel tvilling av en proton. Pulsarer kan ikke produsere antiprotoner. Hvis forskerne skulle finne flere antiprotoner enn det som kunne regnes av kosmiske stråler, ville oppdagelsen øke mørkhetsscenariet. Dette er nøyaktig hva foreløpige resultater fra AMS har vist: et mulig overskudd av antiprotoner som kan være i samsvar med utslettende mørkestoffpartikler. AMS-forskere drar ikke noen konklusjoner om antiprotonskilden, men to papirer kom ut i år som argumenterte for at mørkt materiale kunne ligge bak antiprotonoverskuddet.

For Linden ville pulsarbekreftelsen bety enda mer. I flere tiår sa han, når vi har tenkt på energien til kosmiske stråler i vårt univers, har vi alltid tenkt på supernovaer, og produserer protoner som deretter genererer alle de kosmiske strålene som oppdages. "Vi har hatt dette virkelig flotte bildet der supernovaer produserer alt," sa Linden. "Alt knytter sammen og ser perfekt ut."

Men ved å sette opp den modellen, blir energien fra pulsarer generelt forsømt, tilførte han – til tross for at pulsarer er blant de høyeste energien i rommet. "Så hvis dette nye bildet holder opp, og pulsarer produserer disse overskuddene, endrer det virkelig vår fortolkning av kilden til den mest energiske strålingen i galakser, og kanskje gjennom hele universet," sa Linden.

Det kan være et tilfelle av Pulsars: 3, Dark Matter: 0, i det minste for nå. "Men jeg ville lyve hvis jeg sa at jeg ikke ville at disse signalene skulle vise seg å være mørk materie," sa Linden. "Det ville være så, så mye mer spennende."

Originalhistorie utgitt med tillatelse fra Quanta Magazine, en redaksjonelt uavhengig publikasjon av Simons Foundation, som har til formål å styrke den offentlige forståelsen av vitenskapen ved å dekke utviklingsutviklingene og trender i matematikk og fysikk og biovitenskap.

Amazonas beste vitenskapelige leker for barn


Hvis du har en liten paleontolog, en stjernegaller eller en spirende kjemiker, kan en av disse vitenskapsprosessene være riktig for barnet ditt. Her er en titt på noen av de beste Amazon Black Friday-avtalene.

Scientific Explorer Magic Science for Wizards Only Kit: Anbefalt for barn i alderen 6 og opp, dette vitenskapssettet er magisk: Barn kan late som deres veivisere mens de lærer om vitenskap. For eksempel å kaste en stave, trenger noen trollmann en troll og denne krever en morsom kjemisk reaksjon. Det finnes forsyninger og instruksjoner for ni eksperimenter, for eksempel å lage vanlige pulver mystisk skum i en Fizzy Frenzy, ved hjelp av Hocus Pocus Powder for å gjøre disse pulverene forandre farge, skape en testrørkrystallkule og mer. Akkurat nå er settet til den laveste prisen Amazon noensinne har tilbudt, og selger for 8,32 dollar eller 65 prosent av den normale noteringsprisen.

Scientific Explorer My First Mind Blowing Science Kit: Dette 20-delt kit gjør det mulig for din unge forsker å utforske og lære grunnleggende vitenskap fra kjemiske reaksjoner på bruken av vitenskapelige verktøy, "ifølge produsenten Scientific Explorer. Kitet er bygd på STEM-prinsipper (vitenskap, teknologi, ingeniørfag og matematikk) og inkluderer lekestøtter for å konstruere og utforske. "Mind-blowing" -eksperimentene inkluderer å lage en solnedgang i et reagensrør og lage en fargeskiftende vulkan. Kittet anbefales for barn 6 og eldre, med voksen tilsyn. For Black Friday selger kitet for $ 8.22 på Amazon, 66 prosent av den normale noteringsprisen.

Elego EL-KIT-012 UNO Prosjekt Smart Robot Bilmonteringssett V 3.0: Du og barna dine kan jobbe sammen på dette prosjektet for å bygge en smart robotbil som du kan kjøre med en fjernkontroll. Og det er mye læring underveis: Smartbilsettet vil gi barna praktisk erfaring med Arduino programmering og elektronikkmontering. Pakken inneholder mer enn 10 oppgraderinger, for eksempel innebygd ekstern sensor for infrarødt lys på brettet, tre linjesporingsmoduler og et oppgradert batteri. Kitet selger for tiden for $ 57,59, 20 prosent av den listede prisen.

Vitenskapelig Explorer My First Mind Blowing Science Kit: Baking soda vulkan? Kryss av. Magisk, fargeskiftende materiale? Kryss av. Sikker, barnevennlig materiale? Kryss av. Dette settet inneholder 11 klassiske eksperimenter som gir barna en introduksjon til vitenskapen. Kitet er tilpasset barn i alderen 6 og oppover, og er på salg for 8,22 dollar, som er 66 prosent av listeprisen på 23,99 dollar.

Paleo Expedition – Dino Utgravningssett – Spinosaurus: Tapp inn i barnets spirende paleontolog med dette spinosaurusutgravningssettet. Den miniatyrgraven gir alle verktøyene for å finne dino bein, inkludert en børste og barneglassbriller. Ved $ 15,49 er settet 20 prosent av sin normale pris på $ 19,37.

Scientific Explorer Newton Microscope: Utforsk verden av de svært små med dette begynnelsen mikroskop kit. Pakken inneholder glidelåser, glassflasker og alle verktøyene som trengs for å kikke på de minste gjenstandene. Mikroskopet gir opptil 900X forstørrelse. Dette mikroskopet er for tiden tilgjengelig for $ 18,00, 31 prosent av listeprisen på $ 25.99.

K'NEX Utdanning – Intro til enkle maskiner: Levers og remskiver Sett – 178 stykker – For klasse 3-5 – Byggelæringsleketøy: Lær det grunnleggende innen ingeniørarbeid med denne K'nex-introduksjonen til enkle maskiner. Legetøyet inneholder grunnleggende løftehjul og remskiver, sammen med brukervennlige instruksjoner for å hjelpe unge byggere. K'nex-systemet er for tiden 12 prosent av sin faste pris, på 29,98 dollar.

Young Scientist Club The Magic School Bus Utforsk Nature's Wonders: Lite naturalister og fans av "The Magic School Bus" -serien vil elske dette settet komplett med forstørrelsesglass, børster og ballonger som vil hjelpe dem til å gjøre alt fra lage blad kunst for å oppløse eggskjell. Vitenskapssettet er for øyeblikket $ 15,91, en rabatt på 20 prosent av den vanlige prisen på $ 19,99.

Min første lab forberedt Slide Set Combo Pack – Skumle Crawlies og ekstraordinære Ordinære: Bug elskere glede meg! Dette settet av forberedte labglass vil tillate små forskere å få nærbilde og personlige med regnorme, myrer, myggputer og menneskehår. Lab-lysbildene er for tiden en stjele på $ 10,52, 42 prosent av den vanlige prisen på $ 17.99.

Thames & Kosmos Optical Science: Elever i grunnskolen kan lære om bøyning av lys og oppfatning av farge, og de kan se noen fantastiske optiske illusjoner med dette optiske vitenskapssettet. Pakken inneholder 3D-briller, linser, fargevogger og et kamera obscura. Dette settet er rettet mot barn i alderen 8 og eldre, og er for tiden 27,99 dollar, en reduksjon på 20 prosent av listeprisen.

Celestron 21035 70mm Travel Scope: Star-gazers kan nå ta på seg kjærligheten til nattehimmelen når du er på farten. Dette reise teleskopet er perfekt for spirende astronomer og passer i en ryggsekk eller reise sak. Teleskopet har en 20x forstørrelse, som kan avsløre detaljer om månen eller planeter, eller gi et nærbilde av dyrelivet. Teleskopet er for tiden $ 59,99, 33 prosent av sin faste pris på $ 89,95.

Brainwright GeoBrix, Løs Bygg Opprett Puslespill: Dette enkle settet gir mer enn et dusin romlige utfordringer. Kombinasjonene av figurer kan brukes til å lage 20 forskjellige objekter, inkludert den vanskeligste utfordringen, en 3D-kube. GeoBrix-puslesettet er best for barn i alderen 8 og oppe, og er for tiden 12,32 dollar, som er 38 prosent av listens pris på 19,99 dollar.

Thames & Kosmos Wind Power (V 3.0) Science Kit: Lær det grunnleggende om vindkraft med dette spesielle settet. Kittet leveres med instruksjoner og verktøy for å lage din egen vindturbin med justerbare kniver. Barn kan lære hvordan man optimaliserer kraften ved å justere vindturbinbladene. Vindmøllesettet er for øyeblikket $ 38,49, 30 prosent av den vanlige prisen på $ 54,99.

Opprinnelig publisert på Live Science.

Denne nye roboten vil bidra til å holde hjertepumping


Du vil ikke være blant de første menneskelige cyborgene. Fordi leger ikke erstatter alle lemmer med super sterke roboter, vil de ikke gi deg kameraer for øyne. Mer enn sannsynlig, vil de redde livet ditt ved å pakke hjertet ditt i en robot.

I dag i tidsskriftet Science Robotics presenterte forskere en ny type enhet for å holde hjertet pumpe: det vugger orgelet og bruker en sonde for å ankre til veggen som skiller hjerteets nedre kamre. Roboten kan nøyaktig manipulere et bestemt kammer, og det kan føre til enheter som lar leger hjelpe et hjerte i sin normale funksjon i stedet for å stole på en transplantasjon. (En annen slags robotkjerte som ble annonsert tidligere i år omsluttes organet som en ermet, men denne nye roboten kan fungere på et enkelt sykt kammer.)

Payne et al., Sci. Robot. 2, eaan6736

I disse dager holder legene et hjerte som pumper blod med noe som kalles en ventrikulær hjelpemiddel. Dette er en pumpe som er ekstern til kroppen som hjelper ferje blod rundt når hjertet ikke kan klare seg selv. Problemet er, fordi blodet strømmer gjennom maskineri, må pasienten ta blodfortynnere for å sikre at arbeidene ikke blir gummierte. Og leger liker ikke å sette folk på blodfortynnere hvis de kan unngå det.

Denne nye roboten er innarbeidet rett inn i hjertet, og virker for å oppmuntre organs normale funksjon. Biten som hviler på hjertet er en myk robot laget av polymerer, noe som betyr at den er bra, myk, slik at den bedre overholder organet og ikke irriterer kjødet. Men det er også mykt i sin drift: I stedet for å bruke tradisjonelle motorer som er kompliserte og store, er den pneumatisk aktivert, noe som er en mildere måte å manipulere hjertet på.

Den andre delen av roboten er en stang som faktisk kommer inn i hjertet og anker til veggen som skiller en ventrikel fra den andre, kjent som en septum. En nål pierces septumet og en leveringsaksel åpner et anker på den andre siden av veggen som en paraply. Deretter plasserer en operatør en disk på den andre siden for å fullføre ankeret.

Så i tillegg til den myke roboten på utsiden pumpe den frie veggen i ventrikken, trekker akselen septum mot veggen, klemmer ventrikken for å få blodstrømmende. Uten å trekke på septum, ville enheten ikke egentlig kopiere slag av et hjerte. "Septum er svært aktivt engasjert i ventrikulær sammentrekning," sier studiekonsulent Nikolay Vasilyev, en forsker i Institutt for kardiologisk kirurgi på Boston Children's Hospital. "Når hjertet trekker sammen, er det ikke bare de frie veggene som beveger seg. Septumet tykner under sammentrekningen og beveger seg innover i den respektive ventrikel. "

Ved å manipulere både utsiden av orgelet med en myk robot og rive på septumet med en stang, hjelper denne enheten hjertepumpen blod mye mer presist enn Andre enheter: Systemet leser enten de elektriske signalene fra hjertet eller trykkendringer i ventrikkelen til tider dets bevegelser i samklang med organets normale drift.

Forskerne har allerede vist roboten som arbeider i en levende gris. Det neste trinnet kan være å faktisk implantere saken i et dyr og sy det opp, så se på roboten i løpet av måneder.

"Med hensyn til teknologisk utvikling tror jeg at vi nesten er på scenen hvor en stor selskap eller et basseng av investorer tar denne teknologien til neste nivå og lager et produkt ut av det, sier universitetet i Leeds-robotisten Pietro Valdastri, som ikke var involvert i studien. "Jeg håper virkelig at dette kommer til å skje, da denne teknologien ser ganske klar til meg for denne typen hopp."

Roboter har allerede stjålet våre hjerter. Nå holder de dem til å slå også.