Специалисты вычислили толщину коры полушарий мозга и толщину кортикоспинального тракта, который связывает головной и спинной мозг.
Одновременно со сканированием мозга с помощью специальных тестов у испытуемых оценивали «умелость» левой руки.
Оказалось, что смена ведущей руки привела к реорганизации мозга. «За короткое время иммобилизация правой руки вызвала изменения в сенсорных и моторных областях мозга», — объясняет руководитель исследования Ники Лангер. Серое и белое вещество этих областей в левом полушарии, которое контролирует движения правой руки, уменьшилось, а в тех же областях правого полушария, которое контролирует движения левой руки — увеличилось. Все это произошло за 16 дней переучивания.
Ученые подчеркивают, что за это время двигательные навыки левой руки совершенствовались — она стала гораздо лучше справляться с повседневными обязанностями. Причем чем более умелой стала левая рука, тем большая масса серого и белого вещества мозга приросла в правом полушарии. То есть, левая рука для успешной работы привлекла дополнительные мозговые ресурсы.
Полученные результаты могут быть использованы для реабилитации больных после инсульта, подчеркивают исследователи. Так, если пациенту надо разработать одну руку, то его вторую руку будет полезно обездвижить. Тем самым в мозгу произойдет перераспределение ресурсов в нужную сторону.
Уильям Ратклифф и его коллеги из университета штата Миннесота взяли одноклеточные грибы — хлебопекарные дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) и поместили их в колбы с питательной средой, которая постоянно взбалтывалась на специальном устройстве.
Десять популяций дрожжей росли в таких условиях в течение двух месяцев, а затем исследователи посмотрели, что из этого получилось.
Оказалось, что во всех колбах большинство клеток дрожжей сгруппировалось в сообщества (наподобие снежинок), состоящие из нескольких сотен клеток. Такие «снежинки» стали преобладать над отдельными клетками. Биологи объясняют, что сообщества в данных условиях получают адаптивное преимущества перед отдельными клетками, так как они тяжелее и способны быстрее перемещаться в жидкости, получая больше кислорода.
Интересно, что клетки в сообществах приобрели некоторые черты, характерные для клеток многоклеточного организма. Они держались вместе, и «снежинки» не распадались после клеточного деления, а образовывали дочерние «веточки». Когда исследователи изменили режим взбалтывания, «снежинки» стали меняться, но делали это, как единые организмы, не распадаясь на клетки.
Посмотрев, как ведут себя отдельные клетки в сообществах, биологи увидели, что некоторые клетки погибали, и это можно было сравнить с запрограммированной клеточной смертью — апоптозом.
Погибающие клетки служили точками отрыва дочерних «снежинок» от материнских. Таким способом «снежинки» регулировали размер своего потомства.
Как считают авторы эксперимента, они продемонстрировали, что переход от одноклеточности к многоклеточности — важнейшая ступень эволюции, мог произойти много быстрее, чем считалось ранее.
Материю, которая невидима, не излучает и не поглощает свет, называют темной, она обнаруживается по создаваемой ею гравитации. Что представляет собой темная материя, до сих пор неизвестно. Возможно, это еще не открытые элементарные частицы или маломассивные черные дыры…
Природа темной материи — одна из величайших загадок современной космологии. Мысль о том, что может существовать материя, которую невозможно увидеть, владеет умами астрономов вот уже 85 лет. В настоящее время проблема темной материи представляет сущность всей астрофизики.
Первые идеи о том, что наша Галактика содержит, по меньшей мере, в два раза большую массу, чем та, которую можно отнести к светящейся материи (звезды, газ), провозгласили в 1922 году. Я.Каптейн и Дж. Джинс, а затем, позднее на десять лет, и Я. Оорт.
Ф.Цвикки первым в 1933 году указал на то, что сумма масс видимых галактик в скоплении галактик в созвездии Волос Вероники существенно меньше общей массы этого скопления, производящей гравитационное поле. Цвикки пришел к выводу о том, что либо это скопление гравитационно не связано и является молодым, либо видимая материя не надежный проводник на пути определения массы.
Несколько позже, в 1970 году, К.Фримэн пришел к заключению, что большие вращающиеся спиральные галактики окружены невидимыми дисковидными гало. В случае типичной спиральной галактики ее видимая часть простирается примерно на 50 тыс. св. лет от центра данной галактики. Однако облака атомного водорода движутся вокруг центра какой-либо галактики на расстоянии примерно 80 тыс. св. лет и более. Измерения показывают, что водородные облака движутся с очень большими скоростями вокруг центра галактики. Измерения скоростей облаков, находящихся на различных расстояниях от центра галактики, позволили сделать вывод о напряженности гравитационного поля на этих расстояниях и, следовательно, определить распределение масс, производящих такое поле. Поэтому мы вынуждены констатировать, что кроме светящегося ядра должно существовать темное гало из невидимой материи.
Позднее Я.Э.Эйнасто исследовал распределение невидимой материи вокруг галактик даже на больших расстояниях, используя измерения движений малых галактик-спутников вокруг больших галактик, и получил аналогичный вывод о невидимых гало. В то время возможная физическая природа темной (скрытой) материи была абсолютна неизвестна. Насколько же мы продвинулись за последние 30 лет?
Первый Симпозиум MAC, посвященный проблеме скрытой материи во Вселенной, состоялся в 1985 году. Дж. Корменди и Г.Кнапп в предисловии к трудам этого Симпозиума («Proceedings of the IAU Symposium № 117») отметили, что: «впервые Международный астрономический союз созвал симпозиум по объектам совершенно неизвестной природы». К сожалению, сегодня мы должны повторить, что природа темной материи все еще неизвестна.
30 или даже 20 лет тому назад астрономы думали, что масса темной материи, преобладающая во Вселенной, определяет динамику Вселенной и кривизну трехмерного пространства. Сегодня мы знаем гораздо больше о скрытом секторе Вселенной.
Наблюдение в пределах измерений температуры в космическом микроволновом фоновом излучении, информация о распространенности гелия и других легких элементов во Вселенной и образовании структуры во Вселенной указывают на то, что «нормальная» (то есть барионная) материя ответственна лишь за примерно 4 % материального содержания Космоса. Звезды, планеты, газ, пыль и мы сами — все это состоит из барионной материи. Остальные 96 % — «темный» сектор с примерно 23 % темной материи и примерно 73 % темной энергии. Мы знаем, что темная материя вызывает эффект гравитационного притяжения, как и обычная барионная материя. А темная энергия, реально преобладающая во Вселенной, вызывает эффект гравитационного отталкивания. Физическая природа темной энергии совершенно неизвестна.
На первый взгляд любая классификация, кроме хорошо известной барионной материи, напоминает пародию А. Аверченко: «История мадианитян затерялась во мраке веков и неизвестна; тем не менее, ученые различают в ней три отчетливых отдельных периода: первый, о котором ничего неизвестно, второй, о котором можно сказать то же самое, и третий, который следует за двумя первыми».
Один из самых простых вопросов, который можно задать о Вселенной, звучит так: «Из чего она сделана?» Этот вопрос приводит современных космологов в некоторое замешательство, и они отвечают на него, пожимая плечами. В масштабах столь малых, как наша Галактика, и столь больших, как видимая Вселенная, большая часть массы Вселенной является скрытой и невидимой.
Кроме методов исследования темной материи, названных выше, следует упомянуть также гравитационное влияние темной материи на распространение света от удаленных источников (гравитационное линзирование). Важные части информации поступают также из анализа КМФ-излучения и анализа процесса образования структуры Вселенной из малых начальных неоднородностей. Сила гравитации темной материи весьма существенна для процесса образования крупномасштабной структуры, то есть образования скоплений галактик и самих галактик. Развивая самосогласованный сценарий такого процесса, большинство космологов предпочитают тип темной материи, известный как холодная темная материя. Она называется холодной, так как в то время, когда гравитация темной материи становится важной для формирования структуры, скорости движения ее элементов были намного меньше скорости света.
Многие космологи убеждены в том, что холодная темная материя состоит из частиц, образовавшихся в раннем, горячем периоде эволюции Вселенной, но все еще существующих сегодня. Список возможных частиц-кандидатов, которые могут составлять темную материю, очень велик. Он состоит главным образом из гипотетических, все еще неведомых частиц, например аксионов или суперсимметричных реликтов. Сейчас начаты прямые и косвенные эксперименты по их поиску. Прямое обнаружение темной материи, вероятно, уже доступно. Однако! Мы должны повторить: относительно физической природы темной материи мы, к сожалению, все еще находимся в потемках.
Кроме гипотетических неизвестных частиц, которые так важны для физики, имеются и другие кандидаты на включение в список подозреваемых в том, что темная материя состоит из них. Некоторые из них даже более экзотичны, чем неизвестные частицы. Среди них — релятивистские темные тела: первичные черные дыры и первичные кротовые норы.
Гипотеза о существовании первичных черных дыр также имеет долгую историю. Чтобы быть кандидатами на включение в список подозреваемых в том, что они составляют темную материю, черные дыры должны обладать довольно малыми массами, не более 0,5 массы Солнца. Такие черные минидыры не образуются в нынешней Вселенной. Если же мы обратимся к прошлой истории Вселенной, то легко заметим, что условия в самом начале расширения Вселенной, около 13 млрд. лет назад, были благоприятны для образования черных минидыр. Действительно, вся материя тогда пребывала в состоянии ужасно высокой плотности, и никакого добавочного сжатия не требовалось. Фактически эта материя расширялась с очень высокой скоростью. Поэтому могла образоваться черная дыра, если скорость расширения в небольшом объеме была несколько ниже или если количество материи было несколько больше, чем в соседних объемах того же размера. Тогда гравитационные силы могли замедлить расширение в этом объеме и через некоторое время превратить его в сжатие, образуя черную мини-дыру.
В 1961 году Я.Б.Зельдович и я, а в 1971 году С. Хокинг указали на такую возможность. Таким образом, мы приходим к выводу, что на ранних стадиях во Вселенной могли существовать крошечные черные дыры и что их массы могли быть меньше масс звезд. Какова же судьба этих объектов?
Эволюция крошечных черных дыр зависит от величины их масс. Черные мини-дыры излучают энергию посредством квантового механизма. Этот процесс абсолютно пренебрежимо мал для черных дыр с массой порядка звездной массы. Чем меньше масса черной дыры, тем больше квантовый выход излучения и тем быстрее происходит процесс преобразования массы черной дыры в энергию излучения. Крайне медленный процесс потери энергии черной дырой из-за квантового излучения известен как квантовое испарение (хокинговское испарение).
Излучение энергии черными дырами с малой массой нельзя называть «испарением»: это весьма значительное свечение. Во время этого свечения масса таких черных дыр уменьшается с постоянно возрастающей скоростью. Когда их масса падает до одного миллиона тонн, процесс излучения превращается во взрыв. Последние тысячи тонн взрываются за одну десятую долю секунды, высвобождая энергию, равную выделяемой при взрыве одного миллиона мегатонных водородных бомб. Вычисления показывают, что все первичные черные дыры, начальные массы которых были менее миллиарда тонн, полностью «испарились» к нашему времени. Более массивные черные дыры сохранились до наших дней. Можно ли обнаружить их астрономическими средствами, предполагая, что они действительно существуют во Вселенной?
Чтобы найти достаточно малые черные дыры, необходимо искать излучение их жестких квантов. Наблюдения таких квантов, идущих из Космоса, могли бы помочь в отождествлении первичных черных дыр. До сих пор не обнаружена ни одна из них. Мы можем лишь заключить, что число черных дыр с массой около миллиарда тонн не превышает одной тысячи на кубический световой год. Если бы их было больше, можно было бы обнаружить их суммарное излучение. Квантовое излучение массивных первичных черных дыр пренебрежимо мало, их можно считать кандидатами в объекты, составляющие темную материю.
В 1994 году П. Иванов, П.Насельский и я в Центре теоретической астрофизики (Дания) указали на эту возможность. В то время поступило сообщение об обнаружении микролинзирования звезд в Большом Магеллановом Облаке массивными компактными гало-объектами (МАСНО) нашей Галактики с вероятными массами около 0,1 массы Солнца (МС). Среди других возможностей сделано предположение, что такими объектами могли быть черные дыры. Как мы подчеркнули выше, черные дыры с массами порядка 0,1 МС могут иметь только изначальное происхождение. Следовательно, новое открытие дало добавочные аргументы в пользу возможности того, что холодная темная материя состоит из первичных черных дыр. Для образования первичных черных дыр массой 0,1 МС необходимо существование флуктуаций гравитационного поля в ранней Вселенной. С другой стороны, флуктуации гравитационного поля на больших и меньших масштабах должны быть очень небольшими, чтобы соответствовать астрономическим наблюдениям. Согласно нашим вычислениям, такие условия возможны в начале расширения Вселенной. Холодная темная материя (или ее часть), вероятно, состоит из первичных черных дыр.
Теперь несколько слов о первичных кротовых норах. Согласно общей теории относительности, кротовая нора — сильно искривленное пространство в виде тоннеля, соединяющего две дыры (входа) в пространстве. Материя или излучение могут упасть в одну дыру, распространиться по тоннелю и выйти наружу из другой дыры, и наоборот. По одной из гипотез, первичные кротовые норы, вероятно, уже существовали в начале расширения Вселенной.
Возможно, первичные кротовые норы сохранились после первых стадий расширения Вселенной. Хокинговское квантовое испарение не действует в таких объектах, благодаря чему они могут сохраняться в течение космологических промежутков времени, если не подвержены другим неустойчивостям. Не исключено, что некоторая часть холодной темной материи состоит из первичных кротовых нор.
Итак, вполне возможно, что темные объекты — первичные черные дыры и первичные кротовые норы — могут разрешить загадку темной материи. Насколько хороши или плохи эти теории, мы узнаем лишь тогда, когда станут известны результаты следующего поколения наблюдений, направленных на изучение холодной темной материи (прежде всего, с помощью космической обсерватории «Планк»), а также других методов наблюдения. Будем надеяться, что наши гипотезы выдержат испытание временем.
Загадки-шутки пригодятся в любой веселой компании, так как сложно догадаться какой же ответ, а над разгадкою будет смеяться каждый.
1. Человек попал под дождь, и ему негде и нечем было укрыться. Домой он пришел весь мокрый, но ни один волос на его голове не промок. Почему?
2. Когда сетка может вытянуть воду?
3. На полке рядом стоят два тома одного произведения. Сколько страниц находится между 1-й страницей 1-го тома и последней страницей 2-го тома, если в первом томе 320 страниц, а во втором 290 страниц?
4. С какой посуды нельзя ничего поесть?
5. Где вода стоит столбом?
6. Возможно ли такое: две головы, две руки и шесть ног, а в ходьбе только четыре?
7. Какое слово всегда звучит неверно?
8. Каким будет сивый конь, если его искупать?
9. Что такое: летит, шуршит, а не шуршавчик?
10. Два рога — не бык, шесть ног без копыт, когда летит — воет, сядет — землю роет.
11. Чем отличается конь от иголки?
12. На край стола поставили металлическую банку, плотно закрытую крышкой, так, что 2/3 банки свисало со стола. Через некоторое время банка упала. Что было в банке?
13. Попробуйте правильно подсчитать кучки песка. Была одна кучка песка, в течение недели (7 дней) к ней досыпали по такой же кучке песка, а на 8-й день половину забрали.