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Des scientifiques étudient les origines de la vie en simulant l’évolution cosmique

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Les acides aminés constituent les millions de protéines qui animent les rouages ​​chimiques de la vie, y compris les fonctions corporelles essentielles chez les animaux. En raison de la relation entre les acides aminés et les êtres vivants, les scientifiques sont impatients de comprendre les origines de ces molécules. Après tout, les acides aminés ont peut-être aidé la vie à proliférer sur Terre après avoir été délivrés ici il y a environ 4 milliards d’années par des morceaux d’astéroïdes ou de comètes.

Mais si oui, les acides aminés ont-ils été produits à l’intérieur des astéroïdes ou des comètes ? Ou les ingrédients bruts de la vie sont-ils sortis intacts du nuage moléculaire interstellaire de glace, de gaz et de poussière qui composait notre système solaire et d’innombrables autres composants ?

Si des acides aminés se formaient dans notre système solaire, la vie pourrait être unique ici. Mais si elles provenaient d’un nuage interstellaire, ces matières premières pour la vie auraient également pu se propager à d’autres systèmes solaires.

Des scientifiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, ont cherché à explorer comment les acides aminés et les amines – leurs cousins ​​chimiques – se sont formés en simulant une petite évolution cosmique en laboratoire. Les chercheurs ont fabriqué des glaces comme celles des nuages ​​interstellaires, les ont soufflés avec des radiations, puis ont exposé les matériaux restants, qui comprenaient des amines et des acides aminés, à l’eau et à la chaleur pour reproduire les conditions qu’ils auraient rencontrées à l’intérieur des astéroïdes.

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a déclaré Dana Kasem, qui a travaillé sur l’expérience lorsqu’elle était étudiante postdoctorale à la NASA Goddard de 2020 à 2022. Kasem est maintenant chercheuse scientifique au Southwest Research Institute de San Antonio et auteur principal d’une étude publiée le 9 janvier dans le revue Nature. ACS Chimie de la Terre et de l’Espace.

Pour leur étude, Kasem et ses collègues ont fabriqué de la glace à partir de molécules couramment observées par les télescopes dans les nuages ​​interstellaires, telles que l’eau, le méthanol, le dioxyde de carbone et l’ammoniac. Ensuite, à l’aide de l’accélérateur de particules Van de Graaff à Goddard, ils ont zappé la glace avec des protons à haute énergie pour imiter le rayonnement cosmique que la glace subirait dans un nuage moléculaire. Le processus de rayonnement a décomposé des particules simples. Ces molécules ont été recombinées en amines et en acides aminés plus complexes, tels que l’éthylamine et la glycine. Les acides aminés sont laissés dans un résidu collant.

« Nous nous attendons à ce que ce résidu soit transféré du nuage interstellaire au disque protoplanétaire qui crée le système solaire, y compris les astéroïdes », a déclaré Kasim.

Les simulations d’astéroïdes sont venues ensuite. En immergeant les restes dans des tubes d’eau et en les chauffant à différentes températures et pendant des durées variables, les scientifiques ont reproduit les conditions à l’intérieur de certains astéroïdes il y a des milliards d’années, qu’ils appellent « hydroaltération ». Ensuite, ils ont analysé les effets de ces conditions aqueuses chaudes sur les molécules.

Ils ont découvert que les types d’acides aminés et d’acides aminés créés en laboratoire parmi les étoiles glacées, et leurs rapports, restaient constants quelles que soient les conditions des astéroïdes. Cela signifie que les amines et les acides aminés peuvent rester intacts lorsqu’ils voyagent du nuage interstellaire vers un astéroïde. Mais chaque molécule a réagi différemment aux conditions de type astéroïde en fonction de la quantité de chaleur appliquée par les chercheurs et de la durée. Les niveaux de glycine ont doublé après 7 jours de simulation d’astéroïdes, par exemple, tandis que les niveaux d’éthylamine ont à peine bougé.

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De nombreux autres scientifiques ont créé des glaces interstellaires et les ont enveloppées de rayonnement. Comme l’équipe de Goddard, ils ont également découvert que ce processus produit des amines et des acides aminés. Mais le groupe de composés produits en laboratoire ne correspond pas au groupe détecté dans les météorites. Les météorites sont des morceaux d’astéroïdes et éventuellement de comètes que les scientifiques peuvent trouver sur Terre et explorer en laboratoire.

Kassem et ses collègues ont voulu enquêter sur cette divergence, ils ont donc conçu une expérience, la première à ajouter une simulation d’astéroïde à une expérience sur la glace. Le processus a commencé avec l’idée de Christopher Mattreese, un chercheur scientifique de Goddard qui était le chercheur principal de ce projet. Materez s’est demandé si les conditions des astéroïdes étaient le chaînon manquant entre la glace interstellaire fabriquée en laboratoire et les compositions de météorites.

« Les expériences de laboratoire qui se concentrent uniquement sur le rayonnement de la glace ne capturent pas pleinement la réalité de la chimie de ces composés », a déclaré Materissi. « Donc, une partie de l’objectif de ce travail était de voir si nous pouvions combler cet écart. »

L’équipe de recherche n’a pas encore comblé l’écart. Ils ont découvert que même après avoir simulé les conditions des astéroïdes, les amines et les acides aminés qu’ils produisaient ne correspondaient toujours pas à ceux trouvés dans les météorites.

Cela peut arriver pour plusieurs raisons. Il faut faire une contamination potentielle. Étant donné que les météorites traversent l’atmosphère terrestre et passent un certain temps à la surface avant d’être capturées, leur composition chimique est susceptible de changer et de ne pas refléter pleinement les astéroïdes dont elles proviennent. Mais les scientifiques pourront s’attaquer à ce problème avec des échantillons purs de l’astéroïde Bennu, qui est actuellement transporté par le vaisseau spatial OSIRIS-REx de la NASA vers la Terre le 24 septembre 2023, pour être livré à la surface. Les scientifiques amélioreront également leurs expériences sur la glace après que le télescope spatial James Webb de la NASA aura renvoyé des informations détaillées sur les types de glace qui composent les nuages ​​moléculaires interstellaires.

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« Nous ne sommes pas encore à la fin de ce travail, et nous avons encore beaucoup à faire », a déclaré Matterici.

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Un nouveau capteur qui ressemble à un nez artificiel peut sentir des composés organiques

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Un nouveau capteur qui ressemble à un nez artificiel peut sentir des composés organiques

La plupart d’entre nous portent un téléphone doté d’un microphone et d’une caméra capables de simuler nos sens de la vision et de l’ouïe. Ce que nos téléphones ne peuvent pas faire, et ce qu’aucun autre appareil ne peut faire, c’est imiter notre odorat. Mais maintenant, une équipe de chercheurs en Corée du Sud a développé un appareil électronique organique capable, au moins en partie, de détecter et d’identifier les molécules odorantes dans l’air (La science-fiction. Statut. 2024, identification numérique : 10.1126/sciadv.adl2882).

Les composants essentiels de ce capteur prothétique ressemblant à un nez sont en réalité trois protéines de récepteurs olfactifs humains différentes à partir desquelles ils ont été conçus et purifiés. Escherichia coli. Le capteur contient des groupes de ces trois récepteurs olfactifs liés à une fine couche de graphène. Les récepteurs sont ensuite connectés à des neurones artificiels qui forment un réseau neuronal. Lorsque des molécules d’odeur gazeuse se lient à ces récepteurs, elles s’activent et créent un signal électrique à travers la feuille de graphène qui est unique à cette odeur.

Le modèle d’activation qui en résulte est ce qui permet à l’appareil de « distinguer les odeurs ainsi que la concentration », dit-il. John Hak Oh, ingénieur en polymères à l’Université nationale de Séoul qui a dirigé l’équipe de recherche. Les capteurs commerciaux d’aujourd’hui ne peuvent détecter que la présence et la concentration de composés organiques dans l’air. La capacité du capteur OH à identifier un composé dans l’air en fait donc « une percée dans la détection chimique ».

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Jianguo MeiUn chimiste des polymères de l’Université Purdue qui n’a pas participé à la recherche est d’accord, qualifiant le travail de « grand pas vers l’objectif tant recherché de créer un nez électronique ».

Dans l’étude, Oh et son équipe ont formé le réseau neuronal de l’appareil en leur fournissant quatre acides gras à chaîne courte différents, allant de trois à six molécules de carbone. À partir de là, l’appareil peut distinguer ces quatre acides gras avec une précision de plus de 90 % et déterminer leur concentration dans l’échantillon d’air. « Malgré les structures chimiques [of the fatty acids] « Ils sont vraiment similaires et ce capteur peut faire la différence », explique Oh.

Ces acides gras ont été choisis parce que leur présence a été impliquée dans des maladies telles que le cancer de l’estomac. C’est pourquoi Oh dit qu’un capteur comme celui-ci pourrait éventuellement aider au diagnostic médical. Il imagine également placer des capteurs sur des drones pour surveiller le contenu des émissions de la fabrication industrielle.

À l’heure actuelle, l’appareil n’a pas été testé de manière approfondie sur autre chose que ces acides gras. Oh dit que la méthodologie de l’étude n’était qu’un « point de départ pour une preuve de concept ». Son équipe teste actuellement plus de 20 récepteurs différents pour créer des capteurs d’odeurs plus avancés, capables de détecter d’autres types de molécules.

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La mission Euclid révèle 1,5 billion d’étoiles orphelines dérivant dans l’espace

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La mission Euclid révèle 1,5 billion d’étoiles orphelines dérivant dans l’espace

L’image, prise par le satellite Euclide, montre l’amas de galaxies de Persée baigné d’une douce lumière bleue émanant d’étoiles orphelines. Ces étoiles orphelines sont dispersées dans tout l’amas, s’étendant jusqu’à 2 millions d’années-lumière de son centre. Les amas de galaxies se détachent sous forme de formes elliptiques lumineuses sur l’étendue sombre de l’espace. Source image : ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, traitement d’image par M. Montes (IAC) et J.-C. Quelander (CEA Paris-Saclay)

Les premières images scientifiques d’Euclide ont révélé plus de 1,5 billion d’étoiles orphelines dans l’amas de Persée, mettant ainsi en lumière leurs origines et la structure de l’amas.

Plus de 1 500 milliards d’étoiles orphelines dispersées dans l’amas de Persée ont été révélées dans les premières images scientifiques de la mission spatiale Euclid.

Cette découverte a été menée par des astronomes de Université de Nottinghamoffre de nouveaux aperçus sur les origines de ces vagabonds célestes.

Situé à environ 240 millions d’années-lumière de la Terre, l’amas de Persée fait partie des structures les plus massives de l’univers, contenant des milliers de galaxies. Au sein de cette vaste étendue, le satellite Euclide a détecté de faibles lumières fantomatiques – des étoiles orphelines – dérivant parmi les galaxies de l’amas.

Une star orpheline surprend

Les étoiles se forment naturellement au sein des galaxies, donc l’existence d’étoiles orphelines en dehors de ces structures soulève des questions intéressantes sur leurs origines.

Le professeur Nina Hatch, qui dirigeait l’équipe du projet, a déclaré : « Nous avons été surpris de pouvoir voir si loin dans les régions extérieures de l’amas et de distinguer les couleurs précises de cette lumière. Cette lumière pourrait nous aider à cartographier la matière noire si nous comprenons. la source des étoiles à l’intérieur de l’amas. En étudiant leurs couleurs, leur luminosité et leur composition, nous avons découvert qu’elles provenaient de petites galaxies.

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Les étoiles orphelines se distinguent par leur couleur bleuâtre et leur disposition en amas. Sur la base de ces caractéristiques distinctives, les astronomes impliqués dans l’étude suggèrent que les étoiles se sont détachées des franges des galaxies, perturbant complètement les amas de galaxies plus petits, appelés nains.

Modèles orbitaux inattendus

Après s’être séparées de leurs galaxies mères, les étoiles orphelines devaient orbiter autour de la plus grande galaxie de l’amas. Cependant, cette étude a révélé un résultat surprenant : au lieu de cela, les étoiles orphelines tournaient autour d’un point situé entre les deux galaxies les plus brillantes de l’amas.

Le Dr Jesse Golden-Marks, un astronome de Nottingham impliqué dans l’étude, a commenté : « Cette nouvelle observation suggère que l’amas massif de Persée pourrait avoir récemment subi une fusion avec un autre amas de galaxies. Cette récente fusion aurait pu provoquer une perturbation gravitationnelle, provoquant la déviation des galaxies les plus massives ou des étoiles orphelines de leurs orbites attendues, conduisant au désalignement observé.

« Cette lumière diffuse est plus de 100 000 fois plus faible que le ciel nocturne le plus sombre de la Terre », a déclaré le Dr Matthias Kluge, premier auteur de l’étude, de l’Institut Max Planck de physique extraterrestre de Munich, en Allemagne. Mais ils sont répartis sur un volume si important que lorsqu’on les additionne, ils représentent environ 20 % de la luminosité de l’ensemble du groupe.

La tâche et les capacités d’Euclide

Lancée le 1er juillet 2023, la mission Euclid de l’ESA est conçue pour explorer la formation et l’évolution de l’univers sombre. Le télescope spatial créera une carte remarquable de la structure à grande échelle de l’univers dans l’espace et dans le temps en observant des milliards de galaxies situées à 10 milliards d’années-lumière, sur plus d’un tiers du ciel. Euclide explorera comment l’univers s’est étendu et comment sa structure a été façonnée tout au long de l’histoire cosmique, révélant davantage le rôle de la gravité et la nature de l’énergie noire et de la matière noire.

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« Ce travail n’a été possible que grâce à la sensibilité et à la netteté d’Euclide », a déclaré le Dr Mireya Montes, astronome de l’Institut d’astrophysique des îles Canaries qui a participé à l’étude. La conception révolutionnaire d’Euclid signifie qu’il peut capturer des images avec la même clarté qu’une photographie Le télescope spatial HubbleMais il couvre une superficie 175 fois plus grande.

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Améliorez le contrôle des contraintes sur les ponts grâce à une surveillance avancée

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Améliorez le contrôle des contraintes sur les ponts grâce à une surveillance avancée

Un article récemment publié dans Rapports scientifiques Fournit un aperçu des nouvelles procédures de construction tout en améliorant la résistance et la précision du contrôle des contraintes dans les ancrages actifs et les unités de précontrainte courtes pour les ponts à longue portée, en ciblant spécifiquement les dangers potentiels.

Améliorez le contrôle des contraintes sur les ponts grâce à une surveillance avancée
Extensomètres pour le renforcement passif de l’arc du pont Tajo : (a) Extensomètres pour le renforcement des piles d’ancrage ; (b) Echelle d’expansion en renforcement des demi-arches. Crédit image : https://www.nature.com/articles/s41598-024-61873-y

arrière-plan

Les fermes à câbles ou les suspensions sont couramment utilisées dans la conception de ponts à longue portée. La durabilité de ces solutions dépend de la fatigue et/ou des dommages causés par la corrosion dus aux charges dynamiques telles que la circulation et le vent. L’impact de la fatigue, de la corrosion et des dommages causés par les câbles en service est principalement évalué par le suivi des contraintes axiales.

Diverses méthodes et dispositifs directs et indirects ont été développés pour mesurer la contrainte des câbles de pont. Les jauges de contrainte directes comprennent des cellules de pesée, des capteurs à réseau de Bragg à fibre optique et des capteurs de contrainte magnétoélastiques. Au lieu de cela, les méthodes à corde vibrante sont généralement utilisées pour évaluer les contraintes indirectes et rapides dans les câbles de pont.

Les éléments structurels auxiliaires utilisés lors de la construction de ponts, tels que les pylônes de câbles temporaires, subissent également des pertes de précontrainte instantanées élevées. Par conséquent, il est essentiel de surveiller la contrainte de précontrainte et la variation temporelle de cette contrainte pour garantir que le composant fonctionne comme souhaité.

Méthodes

Les chercheurs ont présenté une revue des systèmes actuellement utilisés pour contrôler la surveillance des contraintes dans les érections de ponts et les unités de précontrainte pendant la phase de construction du pont Tage, une infrastructure à grande vitesse unique en Espagne conçue et construite entre 2012 et 2016.

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Le pont Tajo a été soigneusement planifié pour répondre à des normes élevées de vitesse, d’efficacité et de sécurité grâce à une ingénierie avancée et une esthétique moderne. Pour étudier expérimentalement la réponse structurelle de la travée de l’arc central du pont, les chercheurs ont conçu un système de surveillance de l’état structurel (SHMS) qui comprend plusieurs dispositifs et systèmes.

Ils comprennent un système de gestion et de normalisation du projet (M&USP) contenant des bases de données de projet fournies par les équipes de conception et de construction du pont et un système de capteurs (SS) comprenant 114 capteurs installés à divers endroits du pont. Par exemple, les cellules de pesée dans les câbles de suspension, les ancrages des pylônes à câbles fixes et les gabarits des trains dans les renforts en demi-arc.

Un système d’acquisition et de traitement de données (DA&PS) pour différents systèmes de capteurs est inclus dans le SHMS. De plus, un système de gestion et de traitement des données (DM&PS) a été conçu et programmé. Il a été utilisé pour transmettre, visualiser et stocker des données et créer des systèmes d’alerte précoce.

Enfin, un système d’évaluation de la sécurité des structures (SS&AS) a été développé. Il était composé de toutes les parties impliquées dans la construction du pont, y compris les équipes techniques et administratives. Ce sous-système a permis de surveiller les données matérielles et de les comparer avec les données théoriques du projet. Les résultats de la comparaison ont mis à jour les bases de données M&USP et les flux SHMS.

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Le SHMS proposé a été utilisé pour surveiller la déformation subie par le renforcement des demi-arcs, des piliers d’ancrage et des tours d’ancrage. De plus, l’accélération de la moitié nord de l’arc, le gradient de température dans différentes sections structurelles et le vent soufflant sur la structure ont été surveillés.

Résultats et discussion

S’appuyant sur l’expérience du Tajo Bridge, les chercheurs ont reconsidéré de nouveaux systèmes de surveillance pour contrôler le stress. Les cellules de pesée pour stabilisateurs actifs doivent être capables de caractériser avec précision la force axiale totale transmise par le hauban de pont ou l’unité de précontrainte et fournir une solution robuste pour les environnements difficiles, les chocs et les impacts.

De plus, ils doivent fournir une mesure directe sans avoir recours à des intégrateurs de signaux. En conséquence, la cellule de pesée conçue est constituée d’un anneau métallique qui permet le passage du hauban de pont ou de l’unité de précontrainte. Il peut être placé entre les panneaux d’ancrage et de distribution sur la coque.

Trois dispositifs sont installés simultanément pour surveiller les supports du pont, notamment des cellules de pesée sur les ancrages actifs, des jauges de contrainte unidirectionnelles sur le ruban qui constitue les supports et des accéléromètres piézoélectriques sur les supports. Ceux-ci ont aidé à détecter divers phénomènes structurels pendant la construction, notamment les variations de contraintes lors de la construction du pont, les variations de contraintes dérivées du bétonnage de sections successives, l’analyse de la variation de force due à la contrainte de différents câbles et la détection des variations de force liées aux réajustements de charge dans les câbles de suspension.

De plus, un réseau de cellules de pesée simultanées multi-déformations est proposé dans chaque tour d’hébergement pour surveiller les unités de précontrainte courtes. Il garantissait une précontrainte correcte et une estimation précise des pertes subies par le contact précontraint.

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Conclusion

Dans l’ensemble, cette étude s’est concentrée sur l’amélioration de la gestion des contraintes pour les haubans de pont, les câbles de suspension et les unités de précontrainte courtes en se concentrant sur un paramètre uniforme : la contrainte. Des cellules de pesée avancées sont conçues et installées sur des points de montage actifs pour un contrôle de pression puissant et précis. En outre, la mise en œuvre d’un nouveau réseau de cellules de pesée multi-jauges de contrainte simultanées pour les unités de précontrainte courtes s’est avérée cruciale dans les situations où les pertes de précontrainte peuvent atteindre des ampleurs importantes.

Pour valider ces développements, les chercheurs ont présenté l’expérience pratique et les résultats obtenus en appliquant ces méthodologies pour surveiller la réponse structurelle lors de la construction du pont Tajo en utilisant la technique en porte-à-faux à haubans. Ces méthodes peuvent aider à déterminer les pertes de précontrainte, qui ont dépassé 10 % dans le pont du Tajo, et à planifier de nouveaux processus de précontrainte dans ces structures vitales.

Référence du journal

Gut-Alonso, A., García-Sanchez, D., Ramos-Gutierrez, O. R. et Wintertimanis, F. (2024). Améliorer le contrôle de la précision des mesures de contraintes dans la construction de ponts à longue portée. Rapports scientifiques, 14(1), 10961. https://doi.org/10.1038/s41598-024-61873-y, https://www.nature.com/articles/s41598-024-61873-y

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