Черви-солдаты. Гемолимфа насекомых и кислород. Нейтроны и квантовая природа. Новости QWERTY №309
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал Крти. А меня зовут Владимир. Я очень надеюсь, что это видео вы смотрите без каких-либо ограничений и без тормозов. Крти выпускает свои ролики исключительно здесь, на YouTube, а какие-то сторонние платформы мы не поддерживаем. И если видео вот там выходит, это перезаливы спорадические от разных каналов, вокруг которых нет какой-то определённой экосистемы комментариев, естественно, своевременности. Так что сейчас как никогда становятся актуальными все методы добраться до ограниченного контента вроде Пина.
Ну а мы начинаем выпуск самых интересных новостей науки за предыдущую неделю, и как обычно, все ссылки на источники и подробности в описании.
Мелкие паразиты — плоские черви, живущие внутри улиток, ведут войны за своё существование. Оказывается, у них есть особая каста, поведение которых напоминает поведение муравьёв-солдат. И будьте аккуратны при приёме пищи во время этой новости.
Информация не из удобоваримый: плоский червь три мато плохи пумилио. Он заражает рыбу, улиток и теплокровных, в том числе человека. К человеку он попадает через сырую или недоваренную рыбу. Последствия варьируются от обычного нарушения пищеварения до серьёзных проблем с сердцем и инсультов. Однако полная термическая обработка рыбы или её заморозка на неделю убивает этих паразитов.
Однако я не об этом, а об уникальном практически социальном поведении этих червей, ранее замеченном только у муравьёв и термитов. Учёные впервые подтвердили, что у этих паразитов есть целая каста солдат, которые не могут размножаться и целью своей жизни видят защиту своей колонии. Исследования проводились теми червями, которые заражались меланией улиток меланоидес ту беркута.
Внутри своего хозяина черви живут тихо и мирно, постепенно подъедая железы. Потом трематоды производят потомство, которое отправляется на поиски следующего хозяина — рыбы, а в конечном итоге — теплокровного человека, потом всё по кругу. Но репродуктивный цикл нам здесь, опять же, не так интересен. А интересно то, что кроме потомства, нацеленного на размножение, есть ряд червей, которые никогда не будут размножаться. Это маленькие червячки-солдаты без половых органов, но зато с огромными мускулистыми челюстями, способными буквально выгрызать червей.
Солдаты гораздо меньше других обычных червей, но армия челюстей значительно повышает шансы паразита на выживание и распространение. Солдаты находят червей других видов внутри улитки, ведь эти трематоды далеко не единственные её паразиты. ВГ заю в них своими челюстями и поедают внутренности. Именно наличие касты солдат позволяет этим плоским червям доминировать над другими видами паразитов. В Южной Калифорнии эти черви убивают 94% других паразитов улиток.
Это открытие удивительно тем, что позволяет выявить сложную социальную структуру у таких примитивных существ. Ну и ещё позволяет разобраться с тем, как в принципе появляется социальное поведение у животных. А может быть, поможет в будущем и бороться с этими трематодами.
Одно из самых удивительных существ на Земле — голый землекоп — продолжает нас удивлять. Голый землекоп — это настоящий супергерой мира грызунов. Живёт до 40 лет, устойчив к раку, к боли, к кислородному голоданию — и это только некоторые из его суперспособностей.
А теперь нам нужно небольшое лирическое отступление в сторону иммунитета, а точнее, в сторону генов и белков cd1, которые есть у всех млекопитающих. Когда в организм вторгается что-то чужеродное, вроде вредной бактерии, белки cd1 поднимают флаг в виде липидных антигенов, на которые реагируют т-лимфоциты — воины иммунной системы, уничтожающие врага. У разных животных количество генов cd1 отличается: у мыши их два, у морских свинок целых девять, но они есть всегда.
Учёные, кстати, подсчитывают количество генов cd1, потому что набор этих генов влияет на борьбу организма с инфекциями. Если испытывать лекарства на этих животных, то нужно понимать, какой набор генов cd1 у них есть, насколько хорошо они сами справляются с инфекциями, чтобы определить, а насколько же действенно лекарство.
Когда учёные проводили исследования шестнадцати типов грызунов на предмет cd1, они были крайне удивлены, обнаружив, что голые землекопы утратили целый ряд генов cd1. Соответственно, у них отсутствуют и белки cd1, а значит, и вся иммунная система голых землекопов работает нестандартно. Более ранние исследования иммунной системы голых землекопов показали отсутствие естественных киллеров, обычно отвечающих за вычищение заражённых и опухолевых клеток. Один из генов cd1 — cd1 D — отвечает за появление естественных киллеров.
И сейчас становится очевидно, почему и как вся эта цепочка иммунного ответа не работает в принципе. Однако это означает лишь то, что иммунный ответ у голых землекопов работает как-то иначе. Так что на данный момент голые землекопы, мало того что заинтриговали нас ещё по одному пункту, но и предложили нам исследовать иные способы работы иммунитета. Когда отсутствие одной его части компенсируется другими иммунными путями, например, другими т-лимфоцитами и миелоидными клетками иммунной системы.
Сколько же ещё есть фишек у этих животных, о которых нам только предстоит узнать, а возможно и поставить на службу человечеству?
Биология нас сегодня не опускает, на очереди насекомые, у которых, как известно, нет крови, но есть гемолимфа. Традиционно считается, что насекомые дышат иначе, чем, например, млекопитающие. Вместо того чтобы вдыхать кислород через лёгкие и распространять его по органам с помощью крови, насекомые обзавелись особыми трубочками — трахеями, которые доставляют кислород с поверхности тела прямо к клеткам. Гемолимфа же переносит питательные вещества, работает с иммунитетом, отводит метаболиты.
Но именно газообменов уже давно возникает вопрос: а как некоторые очень активные и подвижные насекомые получают достаточно кислорода для того, чтобы поддерживать свой очень высокий метаболизм? Исследователи провели тщательный анализ гемолимфы у личинок плодовых мушек и обнаружили вот что: так-то клетки гемолимфы — гемоцианин — защищают от инфекции и помогают в заживлении ран. Однако если их удалить, то насекомым резко не достаёт кислорода.
И наоборот, если вокруг обычных личинок понизить уровень кислорода, то эти иммунные гемоцианина оксидаза 2. Когда он образует кристаллы внутри клетки, клетка называется кристаллической. Сам фермент не только участвует в окислении, как видно из названия, но ещё и работает как фермент. Гемоцианин, этот фермент у молюсков, заменяет гемоглобин и окрашивает их кровь в голубой цвет.
Как вы поняли, гемоцианин переносит кислород у молюсков. Так вот, профилаксида за 2 похоже делает то же самое у мушек: набрала кислорода у трахей, приняла кристаллическую форму, отплыла подальше к органам, там, где много углекислого газа, кристаллы растворились и кислород высвободили. Примерно как гемоглобин в эритроцитах. Газообмен через гемо лимфу в дополнение к системе трахей.
Однако нюансы биохимии и наличие этой способности у других насекомых ещё только предстоит выяснить.
Может ли частица находиться в двух местах одновременно? Разумеется, для этого мы и придумали квантовую физику. И речь не только о месте. Частица может одновременно иметь комбинацию нескольких состояний: или спирально, или заряда, сразу и плюс, и минус. Это называется суперпозиция. Но так ли это на самом деле? Может быть, квантовая физика просто помогает нам делать расчёты, а на самом деле все эти фотоны находятся в каждый момент в конкретном месте. Просто мы этого не знаем.
Упростить теории, описывающие поведение квантовых объектов, пытаются уже давно. В 1985 году был предложен один из способов — неравенство Легита-Гарра. Любая теория, описывающая наш мир без этих странностей с суперпозициями, будет подчиняться этому неравенству. Квантовая теория, соответственно, его нарушает.
Вообще, неравенство Легита-Гарра заявляет следующее: любой микроскопический объект, который может находиться в двух или более различных состояниях, обязательно находится только в одном из них в каждый момент времени. Соответственно, всегда можно определить, в каком из этих состояний находится объект, не влияя при этом на саму систему. Ну то есть футбольный мяч не нарушает это неравенство. В каждый отдельный момент времени мы знаем, где он находится, как он крутится и как он выглядит, и это всё не зависит от нас, и наше наблюдение каким-то случайным образом не может вогнать его в ворота. За другими предметами мы уверены, что будет точно так же. Это макро-реализм.
Квантовая теория макроскопического реализма нарушает: частицы, как я уже говорил, могут одновременно находиться в разных состояниях, по крайней мере до того, как мы не проведём непосредственное наблюдение. Тогда состояние суперпозиции нарушается, и частицы приходится выбирать, в каком конкретном состоянии она предстанет перед взором наблюдателя.
Однако где-то между квантовым миром и макроскопическими объектами должна быть перемычка. Тот же мяч состоит из квантовых частиц. Тогда макроскопические объекты должны в какой-то степени подчиняться правилам квантового мира.
Тогда возникает вопрос: а можем ли мы заметить такое поведение макроскопических объектов, которые нарушает наше понимание, нашу привычку к макроскопическому реализму, чтобы нарушилось неравенство? И вот тут мы переходим к нейтронам. Учёные неравенство Легита-Гарра применили к нейтронам — частицам, которые, наверное, могли бы вести себя не как квантовые объекты, а как нормальные макроскопические предметы.
Почему нейтроны? Да потому что нейтронные пучки, создаваемые в нейтронных интерферометрах, это вполне себе макроскопические объекты. Но в то же время они описываются квантовыми характеристиками. В довольно сложном эксперименте учёные создавали нейтронный пучок, который делился на две на кристаллической пластине. А эти два пучка затем сливались воедино при помощи кремневой пластины.
Для каждого нейтрона, соответственно, было два пути, которыми они могли путешествовать от источника к детектору. В квантовой теории нейтроны могут лететь одновременно по двум. Но нейтронные пучки отстоят друг от друга на сантиметры, и по квантовым меркам это огромное расстояние. К тому же учёные не использовали прямое наблюдение — как мы помним, это может очень сильно повлиять на систему. Они использовали идеальное отрицательное наблюдение. Учёным было нужно, чтобы нейтронный детектор не срабатывал, то есть регистрировалось не присутствие объекта, а его отсутствие.
В итоге, после всех измерений, неравенство Легита-Гарра всё равно оказалось нарушенным. Поведение нейтронов нельзя было объяснить в рамках классического реализма. Они на самом деле перемещались по двум пучкам одновременно и находились одновременно в двух местах, разделённых друг от друга сантиметрами расстояния. Таким образом, идея, что нейтроны на самом-то деле путешествовали только по одному пучку, мы просто не знали, по какому именно — оказалась ложной.
Природа на самом деле такая странная, как её описывает квантовая теория, и похоже, ни одна макроскопическая реалистическая теория не будет полноценной без квантовой физики.
Лучшей новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что учёные смогли объяснить, как работает эффект плацебо. При ожидании обезболивания они выявили новый путь в мозге, который начинается в передней поясной коре, проходит через ствол мозга и завершается в мозжечке. При этом ствол мозга и мозжечок не были ранее замечены в работе с управлением болью. Учёные научились управлять нейронами из этого пути, что даёт надежду на создание методов обезболивания, не вызывающих побочных эффектов и привыкания. Особенно это важно для хронических болей.
Кстати, с плацебо-контролируемыми испытаниями связан интересный факт: некоторые люди, которые во время экспериментов получают не плацебо, а настоящее лекарство, но, разумеется, не знают об этом, также получают и бонусы от плацебо-эффекта, которые складываются с действием лекарства. Поэтому клинические испытания такого рода довольно сложны в анализе, поскольку должны учитывать ещё и этот непрямой эффект.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Мне будет очень приятно, если вы оставите под этим видео комментарий, например, всё ли вам было понятно про квантовую теорию и нейтроны или коснулось ли вас замедление тюба. Ну а проголосовать за самую интересную новость этого выпуска можно, как обычно, в нашем телеграм-канале. И до скорых встреч!