Нобелевская премия 2018 и планета «Гоблин». Главное на QWERTY
[музыка] Рад приветствовать вас на научно-популярном канале QWERTY. Меня зовут Владимир, это выпуск самых интересных новостей науки прошедшей недели. В этом ролике самое дальнее карликовая планета солнечной системы, самый пористый в мире материал и всё про Нобелевской премии по медицине, химии и физике. Все подробности будут по ссылкам в описании.
В комментариях к прошлому видео вы спрашивали, зачем нужна технология super resolution, если для старых пленочных фильмов гораздо удобнее провести реставрацию оригинала. И да, эта тема невероятным образом победила в голосовании за самую интересную новость. Удивлён.
Для аналоговых фильмов и мультфильмов действительно предпочтительней покадрово отсканировать оригинал пленки и отреставрировать его вручную. Но здесь есть несколько "но". Во-первых, оригинальной пленки есть не у всех кинолент, что-то могло и потеряться за долгое время. Во-вторых, процесс этот очень трудоемкий и длительный и требует значительных ресурсов. В-третьих, если для оцифровки нетленной классике кино не жалко времени и денег, то как быть со школьными выпускными 2005 года? Хочется же в HD качестве. Или, например, улучшить изображение сканированных старых фото в мгновение ока.
Кроме того, эта технология используется для улучшения потокового видео. Имплейс, так сказать, то есть даже стрим любимого блогера на 3 часа может стать гораздо интересней с технологией super resolution. Что уж говорить о более серьёзных трансляциях. Поэтому вариант применения компьютерного зрения однозначно имеет место быть. Мощная статья про тонкости процесса есть на Хабре.
Но если вы тоже хотите почувствовать себя немножко реставратором, то можете поиграться с бесплатными фильтрами обработки контента по ссылочкам в описании. Вы любите смотреть РЕН ТВ? Тогда эта новость для вас. Поиски загадочной планеты X способны объяснить странные орбиты внешних объектов солнечной системы. Ведутся с 1846 года, с момента открытия планеты Нептун. И уже тогда научное сообщество заговорило о наличии двух крупных массивных транснептуновых планет.
Транснептуновыми объектами называют небесные тела, которые удалены от Солнца в среднем больше чем Нептун, то есть расстояние от них до Солнца превышает 30 астрономических единиц. Обнаружение других объектов каждый раз подогревало интерес научного сообщества. Орбиты как минимум 7 транснептуновых объектов очень похожи. Они вытянуты в одну сторону, и ни одна планета из ныне существующих не может оказать на них такое воздействие. Поэтому стоит искать дальше.
В 2016 году учёные Калтеха Константин Батыгин и Майкл Браун, который открыл множество транснептуновых объектов, снова предположили, что объяснить странные орбиты может существование загадочной планеты X с массой в 10 раз больше земной. И вот в 2015 году был обнаружен очередной объект, вписывающийся в эту теорию — это карликовая планета Гоблин.
Её радиус составляет 300 километров и на настоящий момент это самая далекая планета солнечной системы. На расчёты и орбиты ушло почти четыре года, но оно того стоило. Один год на планете длится сорок тысяч лет, перигелий Гоблина составляет 65 астрономических единиц, а афелий более 2300 астрономических единиц. Параметры орбиты напоминают параметры орбит других транснептуновых объектов, что снова подтверждает теорию планеты X.
Учёные решили поэкспериментировать и смоделировать влияние гравитационных сил солнечной системы на карликовую планету Гоблин и оказалось, что она на грани — слишком далеко, чтобы внутренние планеты оказывали на неё хоть какое-то воздействие. А большая полуось орбиты слишком мала, чтобы избежать воздействия галактического прилива. При этом орбита стабильно даже при столкновении с другими небесными телами.
Удивительно, ведь при такой орбите малейшее отклонение могло дестабилизировать объект. Но вот если ввести в уравнения планету X, то всё сразу становится на свои места. Так Гоблин подкинул нам ещё один повод для размышления о поисках загадочной планеты X.
Продолжаем. Учёные из Дрезденского технического университета создали вещество с рекордной пористостью. Она получила название Тут 60 и на настоящий момент является веществом самой большой площади внутренней поверхности из всех твёрдых материалов. Из-за сложности производства она гораздо дороже алмазов и золота и может синтезироваться только небольшими партиями по 50 миллиграмм. Есть вещества, на один грамм которых приходятся сотни квадратных метров площади. К ним относятся, например, активированный уголь, цеолиты или предыдущий рекордсмен — металлорганическое вещество НЮ 110.
Но Тут 60 превосходит их всех. Внутренняя поверхность 1 грамма этого вещества занимает площадь в 7,8 тысяч квадратных метров, а это больше площади футбольного поля. Активированный уголь может дать полторы тысячи квадратов, а графин всего лишь 3000. Создать ультра пористые вещества достаточно проблематично, как минимум из-за того, что при попытке производства вся эта конструкция схлопывается.
Саксонским учёным потребовалось 5 лет, чтобы воплотить в жизнь проведенные расчёты, которые доказывали потенциальную теоретическую возможность существования и производства такого вещества. Такие материалы могут использоваться, кроме фильтрации, для хранения жидкости и газа, а также для ускорения химических реакций.
Ну а что, площадь позволяет! Вся прошлая неделя прошла под знаком воды. Лефке Нобелевский комитет огласил имена лауреатов по физике, химии и медицине, а сама долгожданная премия, выражение признания грандиозных заслуг, будет вручена в декабре. Нобелевская премия по химии разделилась на две части.
Первая часть отправилась американке Фрэнсис Арнольд за разработку метода направленной эволюции ферментов, а вторая часть — сэру Грегори Интеру и Джорджу Смиту за создание метода фазового дисплея антител и пептидов. Оба метода используются при разработке белков с заданными свойствами. Эволюция есть плод случайных мутаций. Свойства белков в организме могут меняться при изменении последовательности нуклеотидов в участках ДНК, которые кодируют эти белки в генах.
Если модификация прошла испытания естественным отбором, она закрепляется в геноме. Но этот процесс, мягко скажем, очень длительный. Толщины как дети, им — эволюцию пудовой. Здесь и сейчас! В 1993 году Фрэнсис Арнольд решила, что ранее используемый метод точечной коррекции гена для получения новых белков очень неудобен и нужно получать большое количество вариантов гена с небольшими изменениями, вносимыми в случайном порядке.
Сейчас технически это делают с помощью полимеразной цепной реакции. Пациент с повышенной вероятностью мутаций среди множества почти точных копий исходного гена находит такие, которые кодируют белки, ускоряющие химические реакции в организме, то есть ферменты, более или менее эффективно. Ну а найти лучшие из них уже делала не совсем естественный отбор, а весь процесс до боли напоминает эволюцию.
Ну или, если хотите, то игру в Бога, только ускоренную. Например, Арнольд за четыре стадии мутагенеза усилила активность одного из ферментов в 250 раз. Единственное, что этот метод не работает с белками, которые мы не умеем получать в бактериях.
Второе достижение — фазовый дисплей пептидов и антител. Это по сути метод, позволяющий на оболочке вирусов, бактерий, фагов нарисовать нужный белок, например антитела — оружие против чужеродных человеку объектов. Для этого в геном бактерии фага встраивают ген, кодирующий этот белок. Вирус с антителом на поверхности сам работает как антитела и его можно проверять на естественных мишенях — на бактериях или токсинах. И этот вирус можно опять же подвергнуть направленной эволюции, заставляя хаотично мутировать.
А лучшие варианты антител с читать через геном и использовать в борьбе, скажем, с опухолями. Обе эти методики, за которые дали Нобелевку, сейчас есть самая обычная рутина, но с их помощью уже совершили огромное количество прорывов. И если честно, эта премия больше похоже на премию по биологии, ну или хотя бы по биохимии.
Нобелевская премия по физике тоже разделилась на две части. Первая часть ушла американцу Артуру Ешкину за изобретение технологии оптического пинцета, а вторая ушла Жерару Муру и Эдуарду Стрикленду за методику генерации фемтосекундных лазерных импульсов.
Заслуга Ешкина в том, что он перенёс концепцию обычного пинцета в микромир. Более 40 лет назад с помощью лазерных пучков стало возможным перемещать микрообъекты с огромной точностью, не повреждая их, что обязательно произошло бы, если бы мы тыкали их механически. В 1987 Ешкин захватил в оптическую ловушку бактерии, которые не могли из ловушки сбежать, но зато спокойно в ней размножались. За счёт того, что свет давит на вещество, то есть электромагнитные волны передают ему импульс, возникает градиентная сила, которая толкает объект к центру лазерного луча, где эта сила максимальна.
Но если таких лучей 2, то объекта можно управлять уже во всех трёх измерениях, передвигать и подвешивать. Оптический пинцет стал инструментом, который помог совершить ему множество открытий, получить кучу премий. С его помощью можно собирать искусственные клетки, измерить силу, с которой одна молекула тащит другую молекулу, исследовать молекулярные двигатели и даже двигать. А там и до даже бывшие сотрудники решки на получали Нобелевку за развитие его идей в 1997. А сам Ешкин только сейчас, в 96 лет, и это рекорд по возрасту лауреата. Соучастники Ешкина премию тоже работали с лазерами.
Физиков всегда требовалось сокращать время воздействия лазером на какой-то объект и в то же самое время увеличивать мощность этого воздействия. К 1985 году эволюции лазеров зашла в тупик: мощность так возросла, а импульсы стали такими короткими, что лазерные установки просто разрушались. Но Мур и Стрикленд преодолели этот порог с помощью техники черты рваного усиления импульсов. Терпи! Рваный импульс может иметь продолжительность всего в одну фемтосекунду, квадриллионую долю секунды, а его мощность может быть порядка квадриллиона ватт. Эти лазеры сейчас везде — не в у касках, конечно, но в исследовательских лабораториях и в медицинских кабинетах.
С их помощью можно увидеть, как электрон покидает атом или ускорить многократно химические реакции или даже буквально вскипятить вакуум. Нобелевская премия по физиологии и медицине вручена за открытие лечения рака, методов иммунотерапии, и её получили иммунологи из Штатов и Японии Джеймс Эллисон и Судзуки Ханзё. Никаких неожиданностей! Эллисон с 2016 года является наиболее вероятным кандидатом в лауреаты. Новый механизм лечения основан на том, что наш собственный иммунитет вполне себе способен бороться с раковыми клетками.
Но режим работы Т-лимфоцитов может варьироваться: то вы переигрываете, то вы не доигрываете. Когда они в запале атакуют клетки собственного организма или наоборот не атакуют врагов, но у Т-лимфоцитов есть особые контрольные точки, разнообразные белковые рецепторы-рычажки, которые либо подстегивают их работу, либо замедляют. И если рецептор тормоз отключить, это произойдёт активация иммунитета.
В 1996 году впервые была опубликована статья о том, что один такой рецептор, одну молекулу, заблокировали у мышей при помощи антигена и у них развился противоопухолевый иммунитет и затормозился рост опухолей. Эти работы, к которым Эллисон был причастен, легли в основу для разработки лекарства — это пилим Wmap, который был одобрен в 2011 году. С тех пор Эллисон только и делал, что получал престижные награды, до прошлой недели, когда он получил наискучающую Нобелевскую премию.
С Ханзё работал с другим белком PD1, который оказался связанным с механизмом клеточной смерти у раковых клеток. В 2000 году я сняла, что PD1 — это тоже тормоз иммунитета, и даже нашёлся белок, который этот тормоз активировал. Неудивительно, что раковые клетки частенько вырабатывают этот активатор тормоза. Поэтому когда учёные решили блокировать белок, активирующий тормозный рецептор, то иммунитет от этого только разыгрался, что и было подтверждено статьёй в 2005 году.
И уже в 2014 году одобрили ещё один препарат — пенбрализумаб. Сейчас таких препаратов, подтягивающих иммунитет против рака, уже 6, а в процессе разработки ещё десятки, работающие при разных видах опухолей или зависящие от генетических особенностей пациента. И пусть это только начало пути, с мощными эффектами и очень дорогостоящим лечением. Оно кардинально отличается от существующих методов хирургии и химио- и радиотерапии, которые направлены на борьбу с самими раковыми клетками.
Ну что ж, а на этом сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр, оставляйте своё мнение в комментариях, ставьте лайк этому видео, если вам понравилось, и делитесь им со своими друзьями. Не забудьте подписаться на QWERTY здесь, на YouTube, щёлкнув колокольчик в Instagram и Telegram. А проголосовать за самую интересную новость этого выпуска можно в подсказках к этому видео, а не наверху. И до скорых встреч! Пока! [музыка] Вот [музыка]