Каждый год Канадский совет по естественным наукам и инженерным исследованиям (NSERC) проводит конкурс изображений научных исследований Science Exposed. Он помогает популяризовать науку среди населения. Изображения — эффективный способ распространять научное знание. Они передают красоту науки, показывают то, что редко можно увидеть в обычной жизни. Что нового ученые увидели в обычных каплях, как выглядит новорожденная улитка, кто защищает нейроны в головном мозге — в материале InScience.News.
На официальном сайте Канадского совета по естественным наукам и инженерным исследованиям опубликованы финалисты конкурса Science Exposed. У посетителей есть возможность проголосовать за то изображение, которое им больше понравилось.
Первые мгновения улитки
Изображение, сделанное Ребеккой Осборн из Университета Гвельфа, показывает крохотное существо, в котором даже не сразу узнается крошечный эмбрион улитки. Трехдневные малыши уже в этом возрасте способны ориентироваться в окружающей среде, воспринимая свет, давление и химические сигналы. Они могут это делать с помощью глазных пятен (маленькие черные точки). Эти пресноводные улитки — очень важные члены экосистем, так как перерабатывают многие вещества. Ученые используют их в качестве индикаторов: с помощью макрофотографии исследователи смотрят, какие последствия вызывают различные химические соединения через несколько поколений.
Умная медуза без мозгов
На фотографии Махсы Тагерзаде и Алексея Пшежецкого из Университета Макгилла изображена сеть нейронов, которая происходит из гиппокампа — важной части мозга, отвечающей за обучение и память. Нейроны на изображении принадлежат трансгенным мышам, которые страдали от заболевания, вызывающего гибель клеток и приводящего к потере памяти и слабоумию. Ученые выращивали эти нейроны в течение трех недель in vitro и окрашивали их в белый цвет. Нейроны, инфицированные синтетическим вирусом, окрашены в красный цвет.
Ячмень за кадром
Мэган Смит и Мэтью Баккер из Университета Манитобы создали изображение, на котором показан основной инструмент выживания ячменя. Похожие на соты клетки этого семени ячменя представляют их себя алейроновый слой — это защита для веществ, которые необходимы растению, чтобы выживать и прорастать. В этих маленьких отсеках хранятся жизненно важные материалы для семян, такие как ферменты, фенольные соединения и минералы, которые связаны вместе в богатых питательными веществами глобулах (красные). Желтые гранулы крахмала представляют из себя запас энергии для растущего ячменя.
Преодоление разрыва
В современном мире особый интерес ученых вызывают литий-ионные аккумуляторы. Исследователи стремятся к разработке более экологичных и эффективных технологий. Колин Версник из компании E-One Moli Energy (Canada) Ltd, которая занимается производством литий-ионных аккумуляторов, сделал микрофотографию электрода современной литий-ионной батареи с синими углеродными нанотрубками и крошечной красной сажей. Пучки нанотрубок создают электропроводящую сеть. Благодаря этому увеличивается плотность энергии, срок службы и скорость зарядки литий-ионных аккумуляторов.
Раковые клетки плавают в микроскопическом бумажном лесу
Саймон Латур из Университета Торонто создал фотографию раковых клеток, которые залил специальным гелем, из-за чего они стали красно-синими, на листе зеленой бумаги. Основная задача исследования — понять, как меняются свойства раковых клеток в зависимости от их окружения. С помощью фотографии Латур воссоздал различные типы опухолей, смешивая разные виды клеток и меняя гель.
Композиция с красными, желтыми, синими, зелеными и прозрачными каплями
Чжао Пан из Университета Ватерлоо и Флориан Вейер из Брюссельского свободного университета обнаружили удивительное поведение капель: угол двух скрещенных волокон может удерживать гораздо больший объем капли, нежели горизонтальное волокно. Более того, чем меньше угол пересечения волокон, тем больший объем капель они могут выдержать. Наименьшее количество воды содержит зеленая капля — всего 10 мкл. Волокна под углом 89° удерживают синюю каплю объемом 27 мкл, а волокна под углом 36° позволяют увеличить объем красной капли до 65 мкл.
Мечтают ли нейросети о падающем снеге?
Фрейзер Кинг из Университета Ватерлоо смог запечатлеть сложную структуру нейронной сети для расчета осадков. Исследователи используют искусственный интеллект сегодня, чтобы создать модель и попытаться предсказать, как глобальное потепление повлияет на весенние наводнения, развитие экосистем и доступность водных ресурсов. Каждый цвет на этом изображении — уникальный компонент нейронной сети, который активно взаимодействует с другими.
Микроскопические изумрудные лестницы
Мохаммад Чаудри из Университета Британской Колумбии во время работы над диссертацией исследовал жидкие кристаллы — промежуточную фазу между твердым телом и жидкостью. Они передают структурную информацию, а также представляют из себя невероятно красивое зрелище, если использовать поляризованную оптическую микроскопию. На фотографии изображено новое соединение, созданное Чаудри, которое было суспендированно в толуоле и зажато между двумя предметными стеклами.
Резонанс
Александра Настич из Университета Оттавы показала, как при травлении питтингового раствора у алюминиевого монокристалла нарушается кристаллическая решетка. Форма и размер ямок, которые хорошо видны на изображении, зависят от ориентации кристалла и природной дислокации. Любой обнаруженный след ямки в форме пирамиды говорит о том, что зарождающийся материал был подвержен механической нагрузке.
Злокачественные мазки
Хаолун Тиан из Королевского Университета показала, как деятельность человека определяет интенсивность и частоту цветения сине-зеленых водорослей. Они являются серьезной угрозой водному биоразнообразию и источникам питьевой воды для миллионов людей. Этот снимок был сделан с помощью беспилотника, летевшего на высоте 100 метров. Коллеги Хаолун Тиан собирают образцы воды из цветения водорослей в озере Дог, водоеме в исторической системе канала Ридо. Несмотря на кажущуюся красоту, водоросли очень опасны: в итоге они «задушат» рыбу и другие водные микроорганизмы, когда придет осень.
Наноструктуры металинзы
Металинзы — это массивы оптических элементов с наноструктурой. Сегодня ученые уделяют этой технологии особое внимание, ведь их можно использовать для более сложных настроек изображения, при этом с сохранением его должного качества. Научная группа Масуда Пахлеванинежада из Королевского университета совместно с коллегами из Гарварда разработала металинзу для включения в эндоскопическую установку для того, чтобы визуализировать живые ткани внутренних органов. Металинза позволяет захватить большее количество деталей, нежели обычная линза, и при этом сохранить высокое разрешение. Благодаря этому исследованию в будущем будет возможно более точно изучать патологические изменения в тканях.
Микрофлюидно генерируемый кристалл соли
Микрофлюидика — это наука, которая занимается исследованием жидкостей в микролитровом масштабе. Филипп Хиллен и его коллеги из Королевского Университета создали кристаллы сульфата магния, испарив каплю соленой воды на микрофлюидно модифицированной поверхности. На фотографии показан как раз этот кристалл: идеально круглый, диаметром 500 микрон.
Таинственный фестиваль огней
Шама Назир из Университета Саймона Фрейзера смогла запечатлеть аномальные нервные стволовые клетки человека. Из неповрежденного мозга почти невозможно получить стволовые нейроны, однако наука шагает вперед, и теперь из нормальных клеток можно сделать плюрипотентные стволовые клетки (то есть «универсальные»). После этого их можно изменить и сделать стволовыми нейронами. Те, что изображены на этой фотографии, имеют мутацию, которая вызывает серьезное нарушение нервной системы. С помощью флуоресцентных красителей можно наблюдать структуры внутри клеток: ДНК в ядрах (синий цвет), лизосомы (пурпурный цвет) и митохондрии (желтый цвет). Благодаря культивированию таких клеток-мутантов ученые могут лучше понять развитие болезни и найти новые способы ее лечения.
Поры остеопороза
Остеопороз — серьезное заболевание костей, которое поражает миллионы людей. При этом лечение и исследования этой болезни стоят очень дорого. Однако наука не стоит на месте: сейчас появляются новые подходы с высоким разрешением для визуализации и оценки пористости кости. Биомедицинские исследователи Джошуа Тейлор и Жанна М. Андроновски из Мемориального университета Ньюфаундленда исследуют изменения в костях человека на клеточном уровне. Это трехмерное изображение было создано с помощью микрокомпьютерной томографии с синхротронным излучением в Canadian Light Source, единственном в Канаде центре синхротронного источника света. На этом изображении показаны сосудистые поры кости как маленькие (розовые и синие — 1,44 мкм), так и большие (желтые и зеленые — 464 мкм).
Трюки со светом для изучения миелина
Олигодендроциты представляют из себя специализированные клетки мозга, которые покрывают нейроны миелином — тонкими слоями мембраны, которые обеспечивают защиту. Когда ученые выращивают клетки под микроскопом, миелин вытекает из придатков клетки и, словно масло на воде, препятствует прохождению света. Дарьян Чицаз из Университета Магкилла запечатлела живой олигодендроцит, тело которого помечено флуоресцентным белком. Через красную сеть сложных ветвей видны голубые слои миелина. Визуализация этих клеток позволяет понять их сложную биологию.
Кристаллизуя новое завтра
Розмари Крэнстон из Университета Оттавы запечатлела кристаллы фталоцианина кремния, которые были сделаны во время исследования того, как формируется тонкая пленка органических полупроводников, которые используются в электронных устройствах. В таких приспособлениях используются материалы на основе углерода, а в обычных — кремний или германий. Органические полупроводники нуждаются в умеренных условиях обработки при производстве, что делает его низкозатратным. Органические полупроводники могут применяться в медицине и энергетике.
Глубокий синий лед
Вай Инь Чунг из Королевского университета работал гляциологом (специалист, изучающий лед) на Алечском леднике, самом длинном в Европе. «Я поражен силой огромного ледяного поля, когда оно стирает скалы с гор, стирая и поверхность земли. Этот опыт научил меня быть твердым и смелым, как кристально-голубой лед, перед любыми будущими вызовами, с которыми я могу столкнуться», — пишет он.
В стрессовых условиях
Горы появляются из-за столкновений тектонических плит. Из-за того, что на глубине температура гораздо выше, чем на поверхности, камни здесь текут подобно меду, а не ломаются. Это хорошо видно в микроскопическом масштабе: вертикальный слой на изображении Евы Госселин из Национального института научных исследований составляет всего 18 мм. Мелкозернистая матрица формировалась во время тектонического течения, а более крупные камни сопротивлялись деформации. Стрессовые условия, изображенные на этой фотографии, формировались во время появления Гренвилла в Квебеке — огромного горного пояса размером с Гималаи, которому миллиард лет.
La vie en rose
Для тропических и субтропических прибрежных сообществ коралловые рифы играют очень важную роль. Они обеспечивают «экосистемные услуги»: продовольствие, защиту от штормов и тому подобное. Тайлер Эдди из Мемориального университета Ньюфаундленда провел исследование, в котором оценил эти услуги, которые предоставляют коралловые рифы местной биосфере. Оказалось, что с 1950-х годов эффективность «работы» рифов снизилась вдвое. Это говорит о серьезном влиянии человека на жизнь тропических и субтропических сообществ.
Клетки микроглии, контролирующие мозг
Все знают, о том, что в мозге находятся нейроны — нервные клетки. Однако кроме них за работу органа-«начальника» отвечают множество других микроскопических существ. Одними из них являются глиальные клетки, из которых головной мозг в основном и состоит. Такими клетками могут быть, например, астроциты, олигодендроциты, эпендимальные клетки, микроглия. Они помогают поддерживать и защищать нейроны для нормального функционирования органа. В нашем мозге одной из наиболее распространенных клеток является микроглия, которая отвечает за иммунную защиту. Николя Тоекс и Батист Лакост, которые представляют Университет Оттавы и НИИ больницы Оттавы, смогли запечатлеть на этом изображении синюю сеть микроглии, которая сконцентрировалась вокруг клеточных тел (крупные пятна).
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
