Tag: Science Advances

  • Mokslininkai nustebo: valgant kartu su kitais, cukraus šuoliai po pietų gali būti mažesni

    Bendri pietūs ar vakarienė gali turėti netikėtą poveikį ne tik nuotaikai, bet ir organizmo reakcijoms. Naujas tyrimas rodo, kad suvalgius tą patį maistą, gliukozės koncentracija kraujyje po valgio gali kilti mažiau, kai valgoma drauge, o ne vienumoje.

    Tyrimą atliko Hebrajų universiteto ir Šibos medicinos centro mokslininkai. Dalyviams buvo pateiktas vienodas, standartizuotas maistas su angliavandeniais, o vėliau lyginta, kaip kito gliukozės rodikliai skirtingomis sąlygomis.

    Rezultatai parodė, kad valgant kitų žmonių akivaizdoje gliukozės šuoliai po valgio buvo mažesni, o rodiklis greičiau grįžo prie pradinio lygio. Tai reikštų, kad vien socialinis kontekstas gali būti susijęs su efektyvesniu organizmo atsaku į angliavandenių apkrovą.

    Kas yra socialinė fiziologija?

    Tyrimo autoriai šį reiškinį sieja su socialinės fiziologijos idėja. Ji teigia, kad žmogaus organizmas gali kitaip reguliuoti vidinius procesus, kai šalia yra socialinis partneris, net jeigu nėra aktyvaus bendravimo.

    Pasak mokslininkų, panašūs dėsningumai fiksuoti ir kituose eksperimentuose. Socialinis artumas sietas su geresniu kūno temperatūros reguliavimu šaltyje ir silpnesnėmis streso reakcijomis tiek suaugusiesiems, tiek kūdikiams.

    Ką tai reiškia kasdienybėje?

    Tyrimo išvados nereiškia, kad bendri pietūs yra gydymo priemonė ar kad jie gali pakeisti mitybos korekcijas, fizinį aktyvumą ar gydytojo priežiūrą, jei yra sutrikęs cukraus reguliavimas. Tačiau jos papildo supratimą, kad sveikatą gali veikti ne vien kalorijos ar maistinių medžiagų sudėtis, bet ir socialinė aplinka.

    Praktiniu požiūriu tai gali būti dar viena priežastis dažniau rasti laiko pavalgyti su artimaisiais ar kolegomis, ypač jei dienotvarkė linkusi stumti žmones į nuolatinį skubėjimą ir valgymą vienumoje. Vis dėlto norint daryti tvirtas išvadas apie ilgalaikę naudą, reikalingi didesni ir įvairesni tyrimai, vertinantys skirtingas mitybos schemas ir žmonių sveikatos būklę.

    Tyrimas publikuotas mokslo žurnale Science Advances.

  • Mokslininkai aptiko gyvūną, kuris DNR lūžius taiso per kartas: tokio reiškinio dar nebuvo

    Mokslininkai aptiko gyvūną, kuris DNR lūžius taiso per kartas: tokio reiškinio dar nebuvo

    Belgijos mokslininkų komanda, tirdama mikroskopinius organizmus, aptiko išskirtinį reiškinį: bdeloidinė rotiferė Adineta vaga gali perduoti palikuonims stipriai pažeistą genomą ir leisti DNR taisymui tęstis per kelias kartas. Tokia transgeneracinė sugadintų chromosomų „paveldėjimo ir remonto“ grandinė iki šiol nebuvo patikimai aprašyta kituose gyvuose organizmuose.

    Rotiferės, panašiai kaip geriau žinomi tardigradai, gali beveik visiškai išdžiūti ir vėl „atsigauti“ grįžus vandeniui. Tyrime jos buvo veikiamos protonų spinduliuote 100, 250 ir 500 grejų dozėmis, kurios, tyrėjų vertinimu, gali sukelti atitinkamai apie 88, 220 ir 440 dvigrandės DNR lūžių visame genome.

    Kas nustebino tyrėjus

    Eksperimento pradžia atrodė paprasta: apšvitintai A. vaga pateliai padėjus kiaušinį, iš jo buvo sukurta genetiškai identiška, kloninė populiacija. Logiška būtų tikėtis, kad visi klonai turės panašų, „užfiksuotą“ spinduliuotės paliktą DNR pažeidimų vaizdą.

    Tačiau sekoskaitos duomenys parodė keistą dalyką: dideli chromosomų „iškritimai“ skirtinguose individuose skyrėsi, o trūkstama genetinė informacija tarsi palaipsniui atsistatydavo. Tai leido įtarti, kad taisymas vyksta ne viename organizme ir ne vienu etapu, o išsitęsia per laiką ir kartas.

    „Išskirtiniausia tai, kad jos kažkaip stabilizuoja chromosomų galus, išlaiko DNR fragmentus ir gali juos perduoti kitai kartai, kur taisymas tęsiasi“, – sakė evoliucinė biologė Karine Van Doninck.

    Kaip įmanoma „paveldėti“ sudaužytas chromosomas

    Įprastai stipriai suskilus chromosomoms kyla problema: dalijantis ląstelei fragmentai be centromeros dažnai „nepatenka“ į dukterines ląsteles, todėl genetinė medžiaga prarandama. Tyrėjai daro išvadą, kad bdeloidinių rotiferių chromosomos greičiausiai turi holocentrinę sandarą, kai centromeros funkcijos elementai išsidėstę ne vienoje vietoje, o per platesnius chromosomos regionus.

    Tokiu atveju net ir suskilę chromosomų gabalai gali išlikti „funkcionalūs“ segregacijos prasme, todėl gali būti perduodami toliau. Tai paaiškintų, kodėl pažeisti fragmentai ne iškart dingsta, o išsilaiko tiek ląstelių dalijimuose, tiek palikuonių kartose.

    Remontas, kuris gali užtrukti kelias kartas

    Antroji istorijos dalis yra pats taisymas. A. vaga genomas yra diploidinis, todėl kiekviena chromosoma turi homologą, kuris gali veikti kaip šablonas atkurti trūkstamas sekas.

    Nors ši rotiferė dauginasi nelytiškai, ji, pasak autorių, yra išlaikiusi neįprastą mejozės formą, kurioje homologinės chromosomos susiporuoja. Tuomet pažeistas DNR galas gali „susirasti“ atitinkamą vietą sveikesnėje homologėje chromosomoje ir palaipsniui atkurti prarastą seką, mechanizmą tyrėjai vadina BIHER.

    „Mūsų rezultatai rodo, kad pakartotinis BIHER iš principo gali atkurti pirminę sulūžusios chromosomos struktūrą, o kai kurie ištrynimai po tam tikro kartų skaičiaus gali visiškai išnykti“, – sakė molekulinis biologas Bernard Hallet.

    Tyrėjai pabrėžia, kad tokie gebėjimai greičiausiai neatsirado vien dėl atsparumo radiacijai. Rotiferės gyvena samanose ir kerpėse, kur drėgmės sąlygos smarkiai kinta, o išdžiūvimas gali sukelti DNR žalą, panašią į jonizuojančios spinduliuotės padarinius, įskaitant dvigrandžius lūžius.

    Mokslininkai tikisi, kad šis modelis padės geriau suprasti, kaip ląstelės tvarkosi su katastrofišku chromosomų suardymu, įskaitant procesus, siejamus su chromotripse ir sudėtingais genomo persitvarkymais. Tyrimo rezultatai publikuoti mokslo žurnale Science Advances.

  • Į narvalus įdėjo jutiklius: po Grenlandijos ledynais aptiko tai, kas kelia nerimą mokslininkams

    Į narvalus įdėjo jutiklius: po Grenlandijos ledynais aptiko tai, kas kelia nerimą mokslininkams

    Grenlandijos rytuose mokslininkai pasitelkė netikėtus „padėjėjus“ – narvalus, kuriems pritvirtinti palydoviniai jutikliai leido surinkti duomenis iš vietų, kur įprasti laivų matavimai beveik neįmanomi. Tyrimas, publikuotas žurnale „Science Advances“, rodo ženklus, kad į fjordus vis giliau skverbiasi šiltesnis Atlanto vanduo, galintis spartinti ledynų tirpsmą.

    Narvalai didelę gyvenimo dalį praleidžia po jūros ledu ir šalia ledynų, įskaitant atokų Scoresby Sound fjordų kompleksą – didžiausią fjordų sistemą pasaulyje. Žmonėms tai viena sudėtingiausių akvatorijų: tankus jūros ledas, dreifuojantys ledkalniai ir greitai kintančios sąlygos riboja ekspedicijas ir ilgalaikius stebėjimus.

    Per 2017–2020 metais vykdytą projektą tyrėjai šešiems narvalams pritvirtino palydovu duomenis perduodančius jutiklius, fiksavusius nardymo gylį, vandens temperatūrą ir elektrinį laidumą, pagal kurį vertinamas druskingumas. Įranga buvo suprogramuota registruoti per du giliausius nardymus per dieną, todėl kiekvienam gyvūnui pavyko sukaupti nuo 85 iki 332 dienų duomenų.

    Ką parodė narvalų duomenys

    Tyrėjai aiškina, kad paviršiuje fjorduose paprastai laikosi šaltesnis ir mažiau sūrus poliarinis vanduo, susidaręs tirpstant jūros ledui ir ledynams. Dėl mažesnio druskingumo jis „plūduriuoja“ viršutiniuose sluoksniuose, o giliau gali slinkti šiltesnis ir sūresnis vanduo iš Šiaurės Atlanto.

    Esminis atradimas – aptikti Atlanto vandens pėdsakai giliai fjorduose, maždaug 300 kilometrų nuo pakrantės, kur anksčiau matavimų beveik nebuvo. Tai svarbu, nes šiltesnis vanduo, pasiekęs ledynų frontus, gali didinti povandeninį ledo ardymą ir spartinti ledynų traukimąsi.

    „Narvalai lankėsi fjordų vietose, kur anksčiau buvo atlikta labai mažai matavimų, ir ten, toli nuo pakrantės, aptikome Atlanto vandens požymių“, – sakė Grenlandijos gamtos išteklių instituto jūrų biologas Madsas Peteris Heide-Jørgensenas.

    „Tai visiškai nauja, kad galime tai parodyti“, – pridūrė jis.

    Kodėl tai svarbu klimato prognozėms

    Šiltesnio vandens patekimas į fjordus dažnai priklauso nuo povandeninių slenksčių ties fjordų žiotimis – natūralių „barjerų“, kurie gali riboti gilesnių srovių įsiveržimą. Tačiau kai slenksčiai yra gilesni, o Atlanto vandens daugiau, šiltesnis vanduo gali „persilieti“ per šį barjerą ir priartėti prie ledynų.

    Mokslininkai narvalų surinktus duomenis sugretino su istorinių laivų matavimų archyvais ir statistiškai apjungė į modelį, siejantį temperatūrą, druskingumą ir gylį. Išvada – Atlanto vandens sluoksnis regione tapo storesnis, o viršutinis poliarinio vandens sluoksnis – plonesnis, o tai rodo besikeičiantį pusiausvyros tašką tarp Arkties ir Atlanto įtakos.

    „Dideliuose klimato modeliuose, kuriais prognozuojama klimato kaita, ledynų tirpsmas vaidina labai svarbų vaidmenį, todėl būtina geriau suprasti šiuos procesus, ypač turint omenyje, kiek daug ledo yra Grenlandijoje“, – sakė Kopenhagos universiteto mokslininkė Susanne Ditlevsen.

    Tokie duomenys laikomi itin vertingais, nes užpildo spragas vietovėse, kur iki šiol dominavo pavienės, nereguliarios ekspedicijos. Kuo tiksliau aprašomi šiltesnio vandens keliai į fjordus, tuo patikimiau galima vertinti, kaip greitai ledynai reaguos į šiltėjantį vandenyną ir kokią įtaką tai turės ateities jūros lygio kilimui.

    „Dabar staiga turime matavimų iš vietų, kurias galime naudoti savo modeliuose, ir tai suteikia daug išsamesnį vandenyno vaizdą. Naudoti gyvūnus tokiu būdu yra išties įspūdinga“, – sakė S. Ditlevsen.

  • „Sniego rijikai“ sugrįžta vis anksčiau: karščio bangos beveik padvigubina sniego tirpsmą

    „Sniego rijikai“ sugrįžta vis anksčiau: karščio bangos beveik padvigubina sniego tirpsmą

    Vakarų JAV mokslininkai vis dažniau fiksuoja vadinamuosius sniego rijikus – specifines karščio bangas, kurios pavasarį ir vasaros pradžioje staigiai paspartina kalnų sniego tirpsmą. Tyrimų duomenys rodo, kad tokių epizodų metu tirpsmo tempas gali būti beveik dvigubai didesnis nei įprastai.

    Šis reiškinys kelia nerimą regionams, kurių upės, ežerai ir vandens saugyklos priklauso nuo lėto, nuoseklaus vandens išsiskyrimo iš kalnuose sukaupto sniego. Kalnų sniego danga veikia kaip natūralus vandens rezervuaras: žiemą sukaupia kritulius, o šiltuoju metų laiku juos palaipsniui atiduoda.

    Kas išskiria šias karščio bangas?

    Mokslininkai pabrėžia, kad ne kiekvienas pavasario atšilimas tampa sniego rijiku. Pagrindinis kriterijus yra bent trijų dienų laikotarpis, kai temperatūra laikosi mažiausiai 6 laipsniais Celsijaus aukščiau daugiametės normos, o naktimis temperatūra nenukrenta žemiau nulio.

    Būtent šiltos naktys yra kritinis veiksnys, nes įprastai naktinis atvėsimas leidžia sniego paviršiui dalinai vėl sušalti ir pristabdo vandens skverbimąsi į gilesnius sluoksnius. Kai naktimis išlieka šilta, sniego danga netenka galimybės atsinaujinti, todėl tirpsmas pereina į spartesnę, sunkiau kontroliuojamą fazę.

    Beveik dvigubai spartesnis tirpsmas

    Publikacijoje, paskelbtoje mokslo žurnale „Science Advances“, pateikiama išvada, kad įprastomis sąlygomis tirpsmo sezono metu sniegas netenka maždaug 9 milimetrų vandens ekvivalento per dieną. Sniego rijikų epizodais šis rodiklis išauga iki maždaug 17 milimetrų per dieną.

    Praktiškai tai reiškia, kad tas pats vandens kiekis, kuris įprastai į upes patektų per ilgesnį laiką, per karščio bangą išsilaisvina gerokai greičiau. Vandens ūkio sistemoms tai sudėtinga, nes infrastruktūra dažnai projektuojama prielaidai, kad tirpsmas bus tolygus ir užsitęsęs.

    Rizika: potvyniai ir sausros vienu metu

    Staigus tirpsmas per trumpą laiką gali padidinti potvynių riziką, ypač jei rezervuaruose nėra pakankamai laisvos talpos priimti netikėtą srautų šuolį. Toks scenarijus tampa dar pavojingesnis, kai sutampa su intensyviomis liūtimis ar jau įmirkusiu dirvožemiu.

    Kita medalio pusė yra sausra: karščio banga nesukuria papildomo vandens, ji tik paankstina jo patekimą į upes. Dėl to vėlyvą vasarą, kai vandens poreikis dažnai didžiausias, jo gali pritrūkti, nes natūralus sniego rezervuaras ištuštėja anksčiau.

    Tyrėjai atkreipia dėmesį, kad ryškiausi staigaus tirpsmo epizodai buvo fiksuojami ir per dideles sausras, įskaitant Kalifornijoje 2013–2015 metais. Tai rodo, kad ekstremalūs karščio epizodai gali dar labiau aštrinti vandens stygiaus pasekmes.

    Reiškinys dažnėja ir ankstėja

    Analizuojant ilgalaikius stebėjimus Vakarų JAV nustatyta, kad sniego rijikų paplitimas keičiasi šylant klimatui. Nuo XIX amžiaus vidurio šių epizodų arealas plečiasi, o patys reiškiniai pasireiškia anksčiau nei prieš kelis dešimtmečius.

    Kalnų vakaruose, vadinamajame Mountain West regione, nuo XX amžiaus šeštojo dešimtmečio per metus paprastai būdavo fiksuojami keli tokie epizodai. Mokslininkai pabrėžia, kad ankstyvesnė šių karščio bangų pradžia apsunkina planavimą, nes vandens ūkio sprendimai dažnai paremti istorine sezoniškumo logika.

    Tyrimo autoriai akcentuoja ir dar vieną problemą: dalis klimatinių ir hidrologinių modelių ne visada tiksliai atkuria trumpalaikius, bet labai staigius tirpsmo šuolius. Todėl geresnis sniego rijikų atpažinimas gali padėti tiksliau prognozuoti srautus ir iš anksto paruošti vandens saugyklų valdymo scenarijus.

  • Mokslininkai atskleidė bičių magnetinį kompasą: kaip jos randa kelią į avilį ir kodėl tai svarbu

    Bitės orientuojasi ne vien pagal Saulę, kvapus ar regą – nauji tyrimai rodo, kad jos gali reaguoti ir į Žemės magnetinį lauką. Tai vadinama magnetorecepcija – gebėjimu užfiksuoti nematomą magnetinę kryptį ir ją panaudoti navigacijai.

    Šią savybę tyrėjai sieja su itin smulkiomis magnetinėmis dalelėmis, kurios gali veikti kaip biologinis jutiklis. Panašus principas aptinkamas ir kituose gyvūnuose, pavyzdžiui, migruojančiuose paukščiuose ar jūrų vėžliuose, tačiau vabzdžių atveju jis ilgai kėlė ginčų.

    Ilgalaikio eksperimento metu buvo lyginama, kaip skirtingų rūšių bitės ir kai kurios vapsvos reaguoja į kontroliuojamus magnetinio lauko pokyčius. Paaiškėjo, kad reakcija pastebima ne tik labai socialių rūšių kolonijose, kur informacija perduodama per bičių šokį, bet ir vienišą gyvenimo būdą turinčiuose vabzdžiuose.

    „Mūsų duomenys rodo, kad magnetinis laukas gali būti svarbus trumpų atstumų navigacijai, ypač kai kiti signalai tampa nepatikimi“, – teigė tyrime dalyvavę mokslininkai.

    Praktiškai tai gali būti ypač svarbu apsiniaukusiomis dienomis ar sudėtingoje aplinkoje, kai Saulės padėtis sunkiai nustatoma, o kvapų taką išsklaido vėjas. Tokiu atveju magnetinis pojūtis galėtų veikti kaip atsarginė sistema, padedanti bitei tiksliau grįžti į avilį arba rasti naujus žydinčius plotus.

    Tyrimo autoriai pabrėžia, kad magnetorecepcija greičiausiai nėra pagrindinis orientacijos būdas – bitės vis tiek plačiai naudoja regą, atmintį ir kvapus, o kolonijose didelę reikšmę turi šokiu perduodama informacija. Vis dėlto atradimas stiprina mintį, kad bičių navigacija yra daugiasluoksnė ir paremta kelių signalų deriniu.

    Rezultatai paskelbti mokslo žurnale „Science Advances“. Mokslininkai tikisi, kad tolesni darbai padės tiksliau nustatyti, kuriose bičių kūno vietose veikia magnetinis jutiklis ir kaip magnetinė informacija integruojama su kitais pojūčiais.

    Platesniame kontekste tokie tyrimai svarbūs ir dėl sparčiai kintančios aplinkos. Navigacijai gali turėti įtakos šviesos tarša, intensyvesnė žemdirbystė, buveinių fragmentacija, taip pat ir žmogaus kuriami elektromagnetiniai triukdžiai, nors jų poveikis bičių orientacijai dar nėra iki galo aiškus.

    Bičių elgsenos tyrimai pastaraisiais metais sparčiai plečiasi: mokslininkai analizuoja jų mokymąsi, atmintį, sprendimų priėmimą ir socialinius signalus. Magnetorecepcijos patvirtinimas vabzdžiuose gali atverti naują kryptį, aiškinantis, kaip apdulkintojai prisitaiko prie besikeičiančių sąlygų ir kaip geriau apsaugoti jų populiacijas.

  • Mįslė pagaliau įminta: kas sukėlė bronzos amžiaus žlugimą ir didžiąsias sausras Viduržemio jūroje

    Mįslė pagaliau įminta: kas sukėlė bronzos amžiaus žlugimą ir didžiąsias sausras Viduržemio jūroje

    Dvi sistemos, viena katastrofa

    Tarptautinė mokslininkų komanda, remdamasi paleoklimato duomenimis ir pažangiu klimato modeliavimu, atkūrė sąlygas rytinėje Viduržemio jūros dalyje maždaug prieš 3 200 metų. Tyrėjai teigia, kad tuometinė ilgalaikė sausra nebuvo vieno reiškinio pasekmė.

    Jų išvada tokia: sutapo du nepriklausomi atmosferos ir vandenynų cirkuliacijos mechanizmai, kurie paprastai veikia atskirai. Tačiau retu atveju, kai abu vienu metu pereina į sausrai palankią fazę, kritulių kiekis regione gali smukti ilgiems metams.

    Kodėl tai kirto civilizacijoms

    Simuliacijos rodo, kad būtent toks sutapimas įvyko vėlyvajame bronzos amžiuje. Ilgalaikis kritulių sumažėjimas lėmė ne tik menkesnį derlių, bet ir grandininį poveikį: maisto trūkumą, kainų šuolius, įtampas tarp bendruomenių ir augantį politinį nestabilumą.

    Istoriškai dauguma tuometinių valstybių ir miestų centrų buvo ypač priklausomi nuo žemdirbystės bei reguliarių sezoninių liūčių. Net keli iš eilės sausi metai galėjo sutrikdyti sandėliavimą, kariuomenės aprūpinimą ir mokesčių surinkimą, o tai silpnino valdžios gebėjimą valdyti krizę.

    „Ekstremalus sausros epizodas galėjo tapti ne vienintele, bet lemiama kibirkštimi, kuri pradėjo arba smarkiai paspartino sisteminį žlugimą“, – sakė tyrimo autoriai, apibendrindami modelių ir proxy duomenų sutapimą.

    Klimatas ne vienintelis kaltininkas

    Mokslininkai pabrėžia, kad civilizacijų nuosmukį greičiausiai lėmė keli vienu metu veikę veiksniai. Archeologijoje seniai minimi karai, migracija, politinės krizės, taip pat tarptautinės prekybos ir tiekimo grandinių byrėjimas.

    Naujasis darbas svarbus tuo, kad klimatinį spaudimą pateikia kaip realistišką foną, galėjusį paaštrinti visus kitus procesus. Kai ištekliai mažėja, o gyventojų judėjimas didėja, konfliktų ir valdžios krizės rizika šokteli net ir santykinai stipriose valstybėse.

    Tyrėjai taip pat atkreipia dėmesį į kultūrinį kontekstą: laikotarpis po Mikėnų civilizacijos smukimo siejamas su ankstyvųjų graikų pasaulio transformacija. Tai padeda tiksliau suprasti istorinę aplinką, kuri vėliau atsispindėjo antikinėje literatūroje.

    Ką tai sako apie šiandieną

    Nors prieš daugiau nei tris tūkstančius metų sausras sukėlė natūralūs klimato svyravimai, tyrimas parodo svarbią riziką: keli reiškiniai, užsikloję vienu metu, gali sukelti daug stipresnes pasekmes nei kiekvienas atskirai. Tokie sutapimai apsunkina prognozes ir didina ekstremalių įvykių tikimybę.

    Mokslininkų teigimu, dabartinė klimato kaita turi kitą pagrindinę priežastį, nes ją daugiausia skatina žmogaus veikla. Vis dėlto istorinių megasausrų mechanizmų supratimas gali pagerinti rizikų vertinimą regionams, kuriuose vandens stygius tampa vis aktualesnis.

    Išsamūs rezultatai paskelbti mokslo žurnale „Science Advances“.

  • Fizikai apsiriko dėl kvantinės medžiagos: atrado visiškai naują, ne kvantinę medžiagos būseną

    Fizikai apsiriko dėl kvantinės medžiagos: atrado visiškai naują, ne kvantinę medžiagos būseną

    Kas buvo laikyta kvantine medžiaga

    Fizikai dešimtmečius ieško vadinamųjų kvantinių sukinio skysčių – medžiagų būsenų, kuriose magnetiniai momentai nesusirikiuoja į įprastą tvarką net labai žemoje temperatūroje. Tokios sistemos laikomos perspektyviomis tiek fundamentaliems magnetizmo tyrimams, tiek ilguoju laikotarpiu galint prisidėti prie stabilesnių kvantinių technologijų.

    Naujas tarptautinės tyrėjų grupės darbas parodė, kad viena iš anksčiau daug žadėjusių kandidačių iš tikrųjų nėra kvantinis sukinio skystis. Vietoj to mokslininkai teigia aptikę iki šiol neaprašytą, ne kvantinę medžiagos būseną, kuri gali pakeisti tai, kaip vertinami tokie kandidatai.

    Medžiaga, kuri suklaidino tyrėjus

    Tyrime analizuotas kristalas cerio magnio heksaaliuminatas CeMgAl11O19 anksčiau buvo priskirtas kvantinio sukinio skysčio kandidatams dėl dviejų požymių. Pirma, matuota sužadinimų kontinuumo struktūra, antra, nebuvo aptikta įprastinė magnetinė tvarka.

    „Ši medžiaga buvo priskirta kvantiniam sukinio skysčiui pagal du požymius: kontinuumo stebėjimą ir magnetinės tvarkos nebuvimą“, – sakė Rice universiteto fizikas Bin Gao.

    Pasak autorių, išsamesni matavimai parodė, kad šie požymiai nebūtinai reiškia kvantinę kilmę. Kitaip tariant, kriterijai, kuriais iki šiol dažnai remtasi ieškant kvantinių sukinio skysčių, gali būti mažiau patikimi, nei manyta.

    Ką parodė išsamūs matavimai

    Tyrėjai taikė kelis eksperimentinius metodus, įskaitant rentgeno ir neutronų sklaidą, temperatūros mažinimą ir išorinio magnetinio lauko poveikį. Tokie matavimai leidžia atskleisti, kaip elgiasi sukiniai ir kokia yra sužadinimų, pavyzdžiui, sukinio bangų, sandara kristale.

    „Atidesnis stebėjimas parodė, kad šių reiškinių priežastis nebuvo kvantinio sukinio skysčio fazė“, – sakė Bin Gao.

    Autorių teigimu, QSL primenančius signalus sukūrė konkuruojančios magnetinės sąveikos ir neįprasta atomų sandara, o ne kvantinė sukinio skysčio būsena. Dėl to CeMgAl11O19 atmetamas kaip QSL pavyzdys, tačiau pats atrastas režimas laikomas nauju ir svarbiu reiškiniu.

    „Tai nebuvo kvantinis sukinio skystis, tačiau matėme elgseną, kurią buvome linkę sieti su kvantiniu sukinio skysčiu“, – sakė Rice universiteto fizikas Tong Chen.

    Kodėl tai svarbu kvantinėms technologijoms

    Kvantinių sukinio skysčių idėja siejama su galimomis praktiškomis kryptimis, nes tokiose sistemose gali atsirasti neįprasti kvazinariai ir topologiniai efektai. Teoriškai tai galėtų būti naudinga kuriant atsparesnius informacijos nešėjus, o kvantinių skaičiavimų kontekste tai siejama su siekiu mažinti klaidų tikimybę ir jautrumą trikdžiams.

    Tačiau naujasis rezultatas pabrėžia, kad vien tik kontinuumo požymis ir magnetinės tvarkos nebuvimas nėra pakankamas pagrindas tvirtai teigti, jog aptikta būtent kvantinio sukinio skysčio būsena. Mokslininkams tai reiškia griežtesnį kandidatų patikrinimą ir didesnį dėmesį alternatyvioms, ne kvantinėms interpretacijoms.

    „Tai nauja medžiagos būsena, kurią, kiek žinome, pirmieji aprašėme mes“, – sakė Rice universiteto fizikas Pengcheng Dai.

    Tyrėjai pabrėžia, kad šis darbas padės tikslinti eksperimentinius kriterijus ir geriau atskirti, kur iš tiesų pasireiškia kvantinis sukinio skystis, o kur panašius signalus sukuria sudėtinga, bet klasikinė magnetinė dinamika. Tyrimo rezultatai publikuoti žurnale Science Advances.

  • New study maps adolescent synapse hotspots, raising fresh questions about brain pruning and schizophrenia risk

    New study maps adolescent synapse hotspots, raising fresh questions about brain pruning and schizophrenia risk

    Researchers have identified previously overlooked synapse hotspots that form during adolescence, suggesting the teenage brain may actively build dense new connections alongside the well-known process of synaptic pruning. The findings, reported by Kyushu University scientists in Science Advances, add nuance to how neural circuits mature during a critical developmental window.

    Synapses are the communication points between neurons, and for decades a common model held that synapse numbers rise in childhood and then drop in adolescence as weaker links are removed. That pruning-focused framework has influenced theories of neuropsychiatric disorders, including the idea that excessive synapse loss could contribute to schizophrenia.

    The new work points to a more complex picture: localized bursts of synapse formation in specific parts of neurons. Using a tissue-clearing technique and super-resolution imaging, the team mapped dendritic spines across entire Layer 5 cortical neurons, which play a major role in integrating signals and producing cortical output.

    In young mice before weaning, dendritic spines were distributed more evenly along neurons. Between about three and eight weeks of age, the researchers observed a sharp rise in spine density in a single section of the apical dendrite, culminating in a tightly packed hotspot that was not present earlier.

    The authors argue this pattern means adolescent development is not defined solely by pruning, but also by targeted construction of new synaptic clusters. They also report that in mice carrying mutations in genes linked to schizophrenia risk, the hotspot did not develop normally because synapse formation during adolescence was reduced.

    While the results rely on mouse models and do not confirm the same mechanism in humans, they sharpen questions about which circuits are built during adolescence and how disruptions might alter brain function. The researchers say the next step is to identify the brain regions and inputs driving these newly formed connections during the adolescent period.

  • Explainable AI tool CANYA decodes protein aggregation patterns, offering new clues for amyloid diseases and drug manufacturing

    An AI tool has made a step forward in translating the language proteins use to dictate whether they form sticky clumps similar to those linked to Alzheimer’s Disease and around fifty other types of human disease. In a departure from typical “black-box” AI models, the new tool, CANYA, was designed to be able to explain its decisions, revealing the specific chemical patterns that drive or prevent harmful protein folding.

    The discovery, published today in the journal Science Advances, was possible thanks to the largest-ever dataset on protein aggregation created to date. The study gives new insights about the molecular mechanisms underpinning sticky proteins, which are linked to diseases affecting half a billion people worldwide.

    Protein clumping, or amyloid aggregation, is a health hazard that disrupts normal cell function. When certain patches in proteins stick to each other, proteins grow into dense fibrous masses that have pathological consequences.

    While the study has some implications for accelerating research efforts for neurodegenerative diseases, it’s more immediate impact will be in biotechnology. Many drugs are proteins, and they are often hampered by unwanted clumping.

    “Protein aggregation is a major headache for pharmaceutical companies,” says Dr. Benedetta Bolognesi, co-corresponding author of the study and Group Leader at the Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC).

    “If a therapeutic protein starts aggregating, manufacturing batches can fail, costing time and money. CANYA can help guide efforts to engineer antibodies and enzymes that are less likely to stick together and reduce expensive setbacks in the process,” she adds.

    Protein clumps are formed using a poorly understood language. Proteins are made of twenty different types of amino acids. Instead of the usual A, C, G, T letters that make up the language of DNA, a protein’s language has twenty different letters, different combinations of which form “words” or “motifs.”

    Researchers have long sought to decipher which combinations of motifs cause clumping and which others enable proteins to fold without error. Artificial intelligence tools that treat amino acids like the alphabet of a mysterious language could help identify the precise words or motifs responsible, but the quality and volume of data about protein aggregation needed to feed models have been historically scant or restricted to very small protein fragments.

    The study addressed this challenge by carrying out large-scale experiments. The authors of the study created over 100,000 completely random protein fragments, each 20 amino acids long, from scratch. The ability for each synthetic fragment to clump was tested in living yeast cells. If a particular fragment triggered clump formation, the yeast cells would grow in a certain way that could be measured by the researchers to determine cause and effect.

    Around one in every five protein fragments (21,936/100,000) caused clumping, while the rest did not. While previous studies might have tracked a handful sequences, the new dataset captures a much bigger catalogue of the different protein variants which can cause amyloid aggregation.

    “We created truly random protein fragments including many versions not found in nature. Evolution has explored only a fraction of all possible protein sequences, while our approach helps us peer into a much bigger galaxy of possibilities, providing lots of data points to help understand more general laws of aggregation behaviour,” explains Dr. Mike Thompson, first author of the study and postdoctoral researcher at the Centre for Genomic Regulation (CRG).

    The vast amount of data generated from the experiments was used to train CANYA. The researchers decided to create it using the principles of “explainable AI,” making its decision-making processes transparent and understandable to humans. This meant sacrificing a little bit of its predictive power, which is usually higher in “black-box” AIs. Despite this, CANYA proved to be around 15% more accurate than existing models.

    Specifically, CANYA is a convolution-attention model, a hybrid tool borrowing from two distinct corners of AI. Convolution models, like those used in image recognition, scan photos for features like an ear or a nose to identify a face, except in this case CANYA skims through the protein chain to find meaningful features like motifs or “words.”

    Attention AI models are used by language translation tools to identify key phrases in a sentence before deciding on the best translation. The researchers incorporated this technique to help CANYA figure out which motifs matter most in the grand scheme of the entire protein.

    Together, these two approaches help CANYA see local motifs up close while also spotting their bigger-picture importance. The researchers could use this information to not just predict which motifs in the protein chain encourage clumping, block it, or something in between, but also understand why.

    For example, CANYA showed that small pockets of water-repelling amino acids are more likely to spark clumping, while some motifs have a bigger impact on clumping if they’re near the start of a protein sequence rather than at the end. The observations align with previous findings researchers have seen under the microscope in known amyloid fibrils.

    But CANYA also found new rules driving protein aggregation. For instance, certain building blocks of proteins, so-called charged amino acids, are normally thought to prevent clumping. But it turns out that in the context of other specific building blocks, they can actually promote clumping.

    In its current form, CANYA primarily explains protein aggregation in yes or no terms, i.e. it works as a so-called “classifier.” The researchers next want to refine the system so it can predict and compare aggregation speeds rather than just aggregation likelihood. This could help predict which protein variants form clumps quickly and which do so more slowly, a vital factor in neurodegenerative diseases where the timing of amyloid formation matters just as much as the fact that it happens at all.

    “There are 1024 quintillion ways of creating a protein fragment that is 20-amino acids long. So far, we’ve trained an AI with just 100,000 fragments. We want to improve it by making more and bigger fragments. This is just the first step but our work shows it is possible to decipher the language of protein aggregation. This is incredibly important for our understanding of human disease but also to guide synthetic biology efforts” concludes Dr. Bolognesi.

    “This project is a great example of how combining large-scale data generation with AI can accelerate research. It’s also a very cost-effective method to generate data,” says ICREA Research Professor Ben Lehner, co-corresponding author and Group Leader at the Centre for Genomic Regulation (CRG) and the Wellcome Sanger Institute.

    “Using DNA synthesis and sequencing we can perform hundreds of thousands of experiments in a single tube, generating the data we need to train AI models. This is an approach we are applying to many difficult problems in biology. The goal is to make biology predictable and programmable,” he adds.

    The study is a joint collaborative effort by ICREA Research Professor Ben Lehner’s lab at the Centre for Genomic Regulation (CRG) and Benedetta Bolognesi’s lab at the Institute for Bioengineering of Catalonia (IBEC). Researchers from Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) and Wellcome Sanger Institute also collaborated in the study. It was funded by “La Caixa” Research Foundation, the European Research Council and the Spanish Ministry of Science and Innovation.

  • Study identifies DeltaFosB in the hippocampus as a key driver of cocaine relapse, opening a path to targeted treatments

    Study identifies DeltaFosB in the hippocampus as a key driver of cocaine relapse, opening a path to targeted treatments

    Scientists at Michigan State University have pinpointed a brain protein that appears to be essential for the circuit changes that fuel cocaine relapse, offering a clearer biological explanation for why cravings can persist long after use stops. The findings, published in Science Advances and supported by the US National Institutes of Health, focus on a molecule called DeltaFosB.

    The research highlights the hippocampus, a region central to memory and learning, and its interaction with reward pathways involved in drug seeking. By linking relapse risk to durable changes in these circuits, the study adds weight to the view that cocaine addiction is driven by brain biology rather than willpower alone.

    How cocaine rewires memory circuits

    Unlike opioids, stopping cocaine does not typically cause severe physical withdrawal, yet relapse remains common, and no FDA-approved medication is specifically indicated for cocaine use disorder. Cocaine’s surge of dopamine reinforces drug-taking, while memory-linked cues can later reignite the urge to use.

    Using mouse models and a specialized CRISPR-based approach, the team found that DeltaFosB acts like a genetic switch in a pathway connecting reward centers and the hippocampus. With repeated cocaine exposure, DeltaFosB accumulates and changes how neurons respond, increasing the drive to seek the drug.

    Genes that intensify cocaine seeking

    The researchers also identified genes influenced by DeltaFosB after longer-term cocaine exposure, including calreticulin, which helps regulate how neurons communicate. In experiments, higher calreticulin activity appeared to boost signaling in pathways that promote continued cocaine seeking.

    Crucially, the study suggests DeltaFosB is not merely associated with these adaptations but required for them to fully develop. When the protein’s role was disrupted, cocaine did not produce the same patterns of brain activity changes linked to persistent drug seeking.

    What this could mean for treatment

    Because many of the implicated genes and circuits are conserved across mammals, the authors say the findings could help guide human research, though direct clinical implications remain years away. The group is now collaborating with the University of Texas Medical Branch to develop compounds aimed at altering how DeltaFosB binds to DNA.

    Future work will also explore how hormones may shape these circuits and whether addiction-related brain adaptations differ between males and females. Such insights could eventually support more personalized approaches to treating cocaine use disorder.