Стволовые клетки «каннибалы». Взрывающиеся термиты. Бескислородный фотосинтез. Новости QWERTY №312
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал "Крти", а меня зовут Владимир. Вчера вот случился очередной День знаний. Я помню, что вплоть до старшей школы я любил 1 сентября, начало занятий, потому что нам выдавали учебники на следующий год. Я брал самые интересные из них: физика, биология, даже алгебра, некоторые другие, и пролистывал, даже считывался. Мне хотелось знать, а что будет дальше. Сейчас мне тоже хочется знать, что будет дальше, но об этом в учебниках не пишут. Напишут, но не сейчас.
Зато самые интересные новости науки вполне могут сформировать образ того будущего, в котором мы определённо будем жить через некоторое время. Некоторые наши видео заметки этому вполне помогают. Так что давайте начинать этот ролик и, как обычно, все ссылки на источники и подробности в описании.
Одно из самых разрушительных событий во Вселенной — это событие разрушения, tidal disruption event, и вот как оно выглядит: звезда подходит на слишком близкое расстояние к сверхмассивной чёрной дыре и буквально оказывается вытянутой в струну, разорванной на части и поглощённой. В теории этот процесс хорошо описан ещё полвека назад, астрономы хорошенько полировали свои расчёты и ждут каждого подобного случая.
Вот только каждый подобный случай выбивается из общей канвы теории и преподносит сюрприз за сюрпризом. И вот эти сюрпризы: теория предсказывает, что аккреция материи на чёрную дыру, то есть поглощение материи, должно сопровождаться мощным рентгеновским излучением. Однако приливное разрушение светится в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах. Аккреционный диск вокруг чёрной дыры должен быть очень горячим, но наблюдаемые температуры соответствуют более холодной атмосфере звезды.
Модели предсказывают, что приливные разрушения будут очень яркими за счёт эффективного поглощения и излучения материи чёрной дырой, но яркость события гораздо ниже. Материал, попадающий в аккреционный диск, должен достигать высоких скоростей — до нескольких десятков процентов скорости света. На практике скорости наблюдаемого газа составляют лишь 10-20 000 км в секунду, несколько процентов скорости света. Чтобы разобраться с этими вопросами, учёные разработали первую в своём роде симуляцию приливного разрушения продолжительностью в один год.
Они использовали гидродинамическое моделирование частиц и эффектов общей теории относительности на суперкомпьютере. Масса звезды соответствовала солнечной, а масса чёрной дыры была в миллион солнечных масс. Результаты моделирования смогли объяснить расхождение между теорией и практикой. Всё дело было в сложном поведении останков звезды.
Далеко не всё вещество группируется в аккреционный диск. Много материи получает ускорение за счёт приливных сил и формирует нечто вроде асимметричного пузыря вокруг чёрной дыры. И вот часть материи получает ещё большее ускорение и выбрасывается за пределы гравитационного влияния чёрной дыры со скоростью до половины скорости света. Оболочка, Эдингтона, ведёт себя как трансформатор; она поглощает рентгеновское излучение и переизлучает его уже в видимом или инфракрасном диапазоне. Это объясняет и температуры, которые мы фиксируем на уровне всего лишь горячих облаков газа, а не супераскалённого аккреционного диска.
Так как оболочка формируется не моментально, то с разных углов зрения она может выглядеть по-разному: то более яркой, то более тусклой, а заодно и излучать в различных диапазонах. Так что все сюрпризы нашли своё объяснение. Такова сила симуляции: в данном случае не придётся переписывать теоретические выкладки, нужно лишь изменить характер распределения материи и добавить пузырь вокруг чёрной дыры.
Учебники переписывать можно не полностью. В основном клетки нашего тела не бессмертны. Ежедневно миллиарды клеток покидают сцену жизни: некоторые стареют, некоторые получают повреждения, их присутствие в организме нежелательно, и чтобы не создавать хаос, в них существуют механизмы самоуничтожения. Один из механизмов — запрограммированная клеточная смерть. Это хорошо известный апоптоз. Также есть специальные иммунные клетки — макрофаги. Эти уборщики уничтожают мёртвые и умирающие клетки тихо и без паники, уничтожая, не оставляя следов, то есть останков мусора.
Но макрофаги не единственные, кто занимается этой грязной работой. Недавно выяснилось, что другой неожиданный участник уборочной бригады — это стволовые клетки. Но как же? Ведь их задача — это постоянно делиться, давая начало новым клеткам, таким образом заменяя старые. Но иногда они берут на себя роль уборщика и съедают старые клетки. Почему они так делают и как они определяют, кого нужно съесть?
Детали этого процесса мы смогли узнать только сейчас. Исследователи изучали волосяные фолликулы мышей. Волосные луковицы в их состав входят множество разных клеток. Эти фолликулы проходят через три стадии: активный рост, фазу покоя и фазу дегенерации. Во время дегенерации, когда луковица отключается от кровеносной системы, часть клеток начинает отмирать, в том числе и часть стволовых клеток. И вот тут стволовые клетки, которые не отмирают, начинают поедать своих отмирающих соседей.
Это делают не макрофаги. В условиях волосяных фолликул макрофаги очень медлительны, уборка может занять несколько дней, и кожа испытывала бы большой стресс. Поэтому в дело включаются стволовые клетки. В своей деятельности клетки руководствуются поступающими к ним сигналами и, в свою очередь, они сами постоянно отправляют в пространство сигналы. Если клетка волосяной луковицы здоровая, то она выделяет ретиноевую кислоту, а если она собирается отмереть, выбрасывает определённые липиды.
Здоровая стволовая клетка, почувствовав липиды, переключается на фагоцитоз — уничтожение других клеток. И после того как другая клетка совершает апоптоз, она подъедает останки, перемещаясь как макрофаг. Стволовая клетка не в состоянии, но вот близкого соседа поглотить вполне может. Постепенно липидов остаётся всё меньше, ретиноевая кислота начинает преобладать, и это сигнал стволовым клеткам вернуться в своё обычное нормальное состояние. Более того, поглощённые вещества они используют себе во благо, как строительный материал. Как знать, может быть, другие стволовые клетки в других локациях делают то же самое. Это ещё предстоит выяснить.
А ещё, возможно, это может открыть новый путь к омоложению. А сейчас можно вообразить себя детективами и попытаться раскрыть один секрет, который хранят некоторые растения. Связан он с фотосинтезом. Со школьной скамьи мы привыкли думать, что растения для фотосинтеза используют хлорофилл, превращая свет и углекислый газ в органику и выделяя кислород. Всё просто и понятно. Но периодически возникают вопросы: а зачем нужны растениям светлые участки, в которых как будто бы меньше хлорофилла?
Такое встречается, например, у тропических растений. Объектом для исследований учёных с Ростова стала драцена душистая — вечнозелёный кустарник с листьями, которые в центре тёмно-зелёные, а по краям светло-зелёные. Количество хлорофилла в светло-зелёных участках минимальное. Почти в 7 с поно раз меньше, чем в тёмно-зелёных частях. Логично было бы предположить, что фотосинтез в обесцвеченных участках протекает хуже.
Исследователи при помощи фотоаустинских методов измерили выделение кислорода над разными участками листьев и оказалось, что интенсивность фотосинтеза над тёмно-зелёными и над светло-зелёными... Интрига нарастает: как такое может быть? Это возможно в том случае, если в обычном фотосинтезе, выделяющем кислород, занято в обеих зонах одинаковое количество хлорофилла. То есть в тёмно-зелёной части примерно всего 1/7 пигмента производит кислород.
А чем же в таком случае занимается остальная основная масса? Предположение такое — тоже фотосинтезом, но несколько иным. А именно бескислородным: при нём растения не поглощают углекислый газ и не выделяют кислород, а лишь синтезируют АТФ — универсальный источник энергии для клеток. Для него, правда, требуется наличие ряда других веществ в атмосфере, вроде молекулярного водорода или серы. Такой фотосинтез характерен для некоторых типов архе и бактерий. Собственно, он более древний и примитивный, но также он был замечен и у высших растений.
Хотя измерить его довольно сложно в рамках одного растения, например, для этого точно и точечно измерять поглощение CO2. Так что пока что всё это лишь предположение. Но если всё верно, то тропические растения, как минимум, драцена, адаптировались так, чтобы использовать оба типа фотосинтеза в зависимости от потребностей. Но если даже один вопрос мы снимаем, то мы сразу получаем несколько других: если обычный фотосинтез настолько эффективен, то зачем нужно дополнительно оксигенный и избыток зелёного пигмента? Каково соотношение энергии, получаемой из обоих источников? И так ли протекают эти процессы в других растениях?
В общем, всё ещё есть чем заняться. Боевыми действиями в мире насекомых, особенно муравьёв и термитов, никого не удивишь. Но среди них есть персонажи, которые ведут себя буквально вот как этот уруй. Вернёмся ещё раз к тропикам: в одном из тропических лесов Французской Гвианы обитают камикадзе-неока, притес... Господи, прости, эти насекомые готовы пожертвовать собой ради спасения своей колонии и делают это довольно эпично.
Когда на колонию нападает враг, некоторые термиты, в основном это пожилые и менее ценные особи, идут на крайние меры. Они немного взрываются, выпуская ядовитую липкую смесь. Обездвиживание задокументировано давно, а сейчас уже разобрались с ними. Работы их пояс смертника ранее было загадкой. Исследователи выяснили, что весь секрет кроется в специфическом ферменте, называемом голубая ло каза Bp7 6, который накапливается в специальных полостях на спинке насекомых. Вы видите её прямо сейчас — голубые пятнышки внутри тел термитов.
Со временем количество ферментов в их телах увеличивается, превращаясь в своеобразную биологическую взрывчатку. В момент угрозы эти возрастные термиты заставляют полость лопнуть: фермент смешивается с другим веществом из их организма, образуя токсичную смесь, насыщенную бензохинон. Термит погибает, но забирает в Вальгаллу противников, либо если они не провалили спасбросок хотя бы обездвиживания, а соответствующие феромоны могут передаваться по цепочке и попадать к тем особям противника, которые даже не были рядом.
Учёных волновал вопрос, как ло каза сохраняет свою активность долгое время, находясь в твёрдом состоянии. Исследователи изучили трёхмерную структуру этого фермента с помощью рентгеновской кристаллографии и обнаружили довольно интересную деталь. Выяснилось, что две аминокислоты рядом с активным участком фермента, теми, которые при разрыве полости вступают в реакцию, связаны весьма прочно, что обеспечивает его стабильность и устойчивость. Такое строение позволяет ферменту оставаться в активной форме на протяжении всей жизни термита, даже в суровых условиях тропиков. Но при этом не может привести к созданию нового типа инсектицидов.
А может быть, даже к биоинтернету. Есть ли здесь потенциал для нового вида самообороны? Лучшей новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что уже второй пациент с параличом всех конечностей получил Нейролинк. Уже на второй день после операции он смог управлять компьютерным курсором и работать в программе 3D моделирования, а также играть в Counter-Strike. Также заявляется, что у Нейролинка теперь всё в порядке с имевшими ранее разбал электродами.
Да, у первого пациента Нолана Арбо около 85% электродов сместились и теряют сигнал. Однако это, по его словам, не мешает ему работать с компьютером и таким образом изучать новые языки. Ещё он говорит, что чип в будущем сделает его прогеймером в Call of Duty, так как по сути в его голове есть автоприцел. Поэтому, говорит он, впоследствии для подобных игроков, скорее всего, заведут специальные лиги. Интересно, что думают о этом Nav?
Ну что ж, а на этом на сегодня всё! Большое спасибо вам за просмотр! Напишите в комментариях, о каких учебниках вы читали или читаете, может быть, в начале учебного года. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно, как обычно, в нашем Telegram канале. Ссылочка будет в описании. И до скорых встреч! Пока!