Животные фотосинтезируют. Лазер притягивает объекты. РНК увеличивает мозг. Новости QWERTY №243
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. А меня зовут Владимир. У физики есть разделы, которые не очень-то на слуху. Например, трибология — это наука, изучающая контактное взаимодействие твёрдых деформируемых тел при их изменении. Сюда относится трение, изнашивание, крашение, смазывание и другие процессы.
Работает трибология не только в отношении механизмов. Недавно с помощью этой науки показали, почему люди так любят ощущение тающего во рту шоколада. Если вам в рот попадает кусочек хорошего тёмного шоколада, то нужно знать, что он от соприкосновения с языком, пережёвывания и взаимодействия со слюной превращается в жидкую тягучую эмульсию и начинает выделять жир, обволакивающее ртовую полость жировой плёнкой. Это создаёт ощущение шелковистости и гладкости. Именно это ощущение и является настолько приятным большинству людей помимо сладостей.
Ну а выяснили это при помощи искусственного языка. Всё дело, как это часто бывает, в смазке: лучше, когда в шоколаде больше жира, и он расположен только на внешних слоях плитки. Возможно, эти знания приведут к созданию каких-то революционных видов шоколада. И да, если после новогодних праздников у вас осталась плиточка шоколада, вы можете проверить это ощущение гладкости от тающего шоколадного эмульсии во рту прямо сейчас, пока идет выпуск самых интересных новостей науки за предыдущую неделю. И как обычно, все ссылки на источники и подробности в описании.
Не могу сразу отпустить тему пищи, но речь теперь пойдёт не об удовольствиях, а о расплате. Учёные считают, что обнаружили ещё одно вредное свойство фастфуда. Помимо влияния на избыточный вес, сердечно-сосудистые заболевания и риск диабета, фастфуд приводит к появлению отклонения в структуре печени. Конкретно он оказывает влияние на развитие неалкогольной жировой болезни печени (НЖ). Её развитие приводит к циррозу, появлению рубцов и плачевным последствиям в виде дисфункции или рака.
Исследования проводились по данным пятилетней давности по 4 тысячам американцев. Учитывались многие параметры, в том числе и потребление фастфуда, и выводы были следующие: если в рационе хотя бы пятую часть калорий занимает фастфуд, то у людей начинается умеренное накопление жира в печени. Если же вдобавок имеются заболевания вроде диабета или есть ожирение, то при таком же рационе жировой ткани в печени будет значительно больше, чем тех, кто либо совсем не ест фастфуд, либо он составляет менее 1/5 калорий. Здоровой печени жира, кстати, не более 5 процентов. В общем, учёные считают, что если даже один раз в день перекусывать на бегу, это значит заработать себе НЖ.
Какие у вас ассоциации с притягивающим лучом? Я сначала вспомнил гравипушку и знаменитого молчана, а затем трактор Бим из космического симулятора. Оба девайса взаимодействуют с объектами через гравитацию, но учёные создали притягивающий луч, который работает иначе. Они использовали лазер, воспользовавшись тем фактом, что свет может как передавать момент, то есть создавать давление, так и передавать энергию. На принципе светового давления работает солнечный парус у экспериментальных космических аппаратов, которые разгоняются при помощи давления фотонов.
И самое время вспомнить оптический пинцет — инструмент, при помощи которого можно удерживать и перемещать микроскопические объекты вплоть до клеток, вслед за пушком лазера. Но по сути, от лазера можно добиться и большего: заставив его перемещать объекты вдоль луча, но против направления излучения, то есть притягивать предметы. В новых экспериментах учёные добились эффекта притягивания макроскопических объектов на три порядка более сильного, чем эффект давления света на солнечном парусе. Но для этого был использован и иной принцип — эффект гнутца.
Суть заключалась в следующем: объекты, на которые светил лазер, находились в разрежённом газе, в подвешенном состоянии и облучались лазером, но нагревались они с противоположной стороны той, на которую попадал пучок света. В экспериментах использовалась тонкая плёнка из композитографена и оксида кремния на стеклянной подложке. При облучении стекло пропускало лазер, а молекулы композита, получая энергию, нагревались как раз с противоположной стороны пленки. Это приводило к возникновению силы гнутца: когда молекулы газа получают энергию с теплой стороны пленки и начинают подталкивать объект с его более горячей стороны, то есть в сторону луча лазера. В экспериментах эта сила составляла почти 1 микрон.
Да, вот этот материал был разработан специально для эксперимента. Да, размеры притягиваемого объекта не превышали 5 мм. Хотя это уже макроскопический объект, а не микроскопическая бактерия. И да, это всего лишь демонстрация возможностей, но возможности для тонкой настройки этой системы еще много, и возможно, что где-нибудь в условиях разреженной атмосферы Марса подобный притягивающий луч найдёт своё применение.
По существу, следующие новости сообщу, что доктор Реже на Льбушвуд однозначно одобрил бы эксперимент по фотосинтезу у млекопитающих. В природе фотосинтез присущ археям, бактериям и растениям. В лабораториях учёные экспериментируют с симбиотическим фотосинтезом у рыб и амфибий, когда симбионтами выступают фотосинтезирующие водоросли. Но есть как минимум одна причина, когда фотосинтез может быть полезен для млекопитающих, и это остеоартрит.
Давайте по порядку. Представим, что хрящевая ткань разрушается из-за того, что в ней нарушены некоторые восстановительные анаболические процессы. Хрящи вообще сложно восстанавливать, потому что их питают не кровь (нет в них сосудов), а питает их синовиальная жидкость. Поэтому для них важны четкие процессы обмена веществ. Остеоартрит, по сути, это результат нарушения обмена веществ хрящевой ткани. Нарушается синтез белков из-за того, что не хватает двух веществ: это АТФ (молекула энергии) и никотинамид-аденин-динуклеотидфосфат — это поставщик электронов для реакции восстановления и окисления.
Эти вещества можно было бы доставлять в хрящи либо напрямую, и это неэффективно, либо менять на биологическом уровне работу обмена веществ, что опасно. Поэтому учёные вспомнили, что те же растения во время фотосинтеза вырабатывают и АТФ, и Н-АДФ. Это происходит внутри хлоропластов, так называемых тилакоидов — специальных пузырьках. Тилакоиды — это те самые фабрики, которые могут помочь с синтезом необходимых веществ прямо в клетках хрящевой ткани.
Для этого их нужно взять, обернуть в некую оболочку, которая скроет их от иммунитета хозяина и запустить в клетки. И так и сделали. Для начала они подобрали неисправные хрящевые клетки — хондроциты. Затем они взяли тилакоиды шпината и поместили их в оболочку из мембранных хрящевых клеток, спрятав их от иммунитета неисправных антрацитов. Получившиеся пузырьки охотно поглотили и интегрировали тилакоиды в своё внутриклеточное пространство. Затем хрящевые клетки осветили, то есть облучили светом. А это можно было сделать прямо через кожу и измерили содержание АТФ и Н-АДФ.
Оказалось, что содержание нужных молекул в хрящах с тилакоидами по сравнению с контрольными группами значительно выросло. Что означало запуск фотосинтеза в модифицированных хрящах. Эксперимент, конечно же, проводился на мышах. Получается, что лечение фотосинтезом для них прошло успешно, хрящевая ткань начала восстанавливаться. То есть вместо изменений метаболизма, потенциально опасных для организма, учёные взяли рабочий инструмент, предложенный давным-давно эволюцией, и использовали его для корректировки метаболизма и анаболических процессов.
И возможно, что таким способом можно лечить и другие заболевания, связанные с нарушениями метаболизма. Очень хочется понимать, что привело к увеличению мозга человека миллионы лет назад: что отделило нас от приматов и сделало нас теми, кем мы являемся сейчас? Многие генетические мутации, постепенно изменявшие мозг homo, уже известны. Но сейчас я расскажу вам ещё об одной. Но для начала давайте вспомним, что в нашей ДНК есть участки, которые непосредственно кодируют белки. Эти участки считываются в матричную РНК. Затем она выходит в цитоплазму клетки, и по ней собирается белок, который участвует в строительстве клеток или других процессах.
Однако не все участки ДНК нужны для создания белков. В больших количествах ДНК присутствуют и не кодирующие участки. Они тоже транскрибируются в РНК, но никакого синтеза не происходит. Далеко не всё мы знаем о роли этой РНК, но недавно завеса тайны чуточку приподнялась. Учёные исследовали длинную не кодирующую РНК. У неё есть особенность: она не может выйти за пределы ядра клетки в цитоплазму, но при этом ума как были найдены матричные РНК, удивительно похожие на длинную некодирующую РНК.
После подробного изучения выяснилось, что в длинной не кодирующей РНК миллионы лет назад произошли мутации, позволяющие всё-таки покинуть ядро. Может быть, далее с ней происходили иные мутации, которые могли привести к изменению мозга. Поиск по геном обезьян и человека показал, что у них действительно существуют гены, кодирующие белки и похожие на последовательности в длинно-никодирующие РНК, причём имеющие признаки мутации, позволивших не кодирующие РНК выйти в цитоплазму. Таких генов было несколько десятков.
Но это голая теория, нужны были подтверждающие эксперименты. И тогда учёные взяли неорганоиды — сгустки нервных клеток, мини-модели мозга, и внедрили в них те гены из всего этого ансамбля, которые были активны в человеческом мозге. Нейро-органоиды с добавленными генами выросли значительно крупнее контрольной группы. Но ещё интереснее, что бывшие с этими же добавленными генами тоже имели более крупный мозг, более хорошую память и лучшие когнитивные способности. То есть не кодирующие последовательности РНК давным-давно получили мутации, позволяющие выходить в цитоплазму. Там РНК научилась работать с молекулярными машинами синтеза, и затем произошли мутации, способствовавшие увеличению мозга человека, а возможно, и шимпанзе.
Ну и как минимум сейчас у учёных есть какие-то инструменты для увеличения мозга, как минимум мышей. Ну что, на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Мне будет очень приятно, если вы поставите лайк этому видео и поделитесь им со своими друзьями. И не забудьте, что каждую неделю мы проводим голосование за самую интересную новость этого выпуска, и вы можете оставить свой голос за неё в нашем Telegram-канале, ссылочка будет в описании. И до скорых встреч! Пока!