Наногранулы яичной скорлупы и мозг в пробирке. Новости на QWERTY
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал Qwerty, а меня зовут Владимир.
В этом выпуске самых интересных новостей науки прошедшей неделе: микро мозги из пробирки, уникальные свойства яичной скорлупы, разница между материей и антиматерией, дрожжевые фабрики биосинтеза и многое другое. За другими событиями из мира науки добро пожаловать в наш Telegram. Ссылки на него и на все остальные подробности будут в описании.
По атаке в комментариях к прошлому выпуску вы заявили, что новость про сахар оказалась самой интересной. То вот вам удивительный факт: в западной части сахары есть необычное геологическое образование, видимое из космоса, называется "Глаз сахары". Диаметр глаза — 50 километров, а его форма — это серия почти идеальных концентрических разноцветных колец. Вряд ли это жерло вулкана, вряд ли это кратер от метеорита; считается, что это результат постепенной эрозии древнейших горных пород, залегающих под плоскостью пустыни в форме купола. Центральной части глаза — два с половиной миллиарда лет. На этих ступенчатых просторах живут семьи кочевников.
Ну, а мы начинаем наш выпуск. Всем Пасхи! А какая Пасха без куриных яиц? Но сегодня мы взглянем на них не с кулинарной, а с физической точки зрения. Они, без сомнения, прочны. Снаружи они могут выдержать приличное давление — попробуйте раздавить сырое куриное яйцо в руке, у вас вряд ли получится. Попробуйте со всей силы! Во многом это объясняется куполообразной формой, но не только этим.
Механические свойства скорлупы меняются со временем, и свежепрессованные яйца гораздо более прочные, чем когда потянутся уже на подходе. К тому же изнутри они разбиваются гораздо проще, чем снаружи. Почти на 95 процентов скорлупа состоит из неорганической карбонатной фазы кальцита, но также в ней присутствуют и белки с неоднородной структурой на основе особого вещества остеопонтин.
До сих пор было неясно, как же эта неоднородность влияет на свойства скорлупы. И если бы не исследования интернациональной группой биологов, вы бы не смогли бы всю пасхальную неделю рассказывать своим близким и друзьям, что благодаря остеопонтину и его неравномерному распределению в скорлупе формируются наногранулы. Скорлупу можно выделить как минимум пять слоев, в каждом из которых свой средний размер наноструктур, причем их размер увеличивается от наружных слоев к внутренним — от 30 до 75 нанометров. Чем меньше гранулы, тем больше твердость слоя. Внешние слои самые твердые, до двух раз прочнее внутренних. Это сложно было бы узнать без рентгеновской томографии и электроно-атомно-силовой микроскопии.
К тому же, во время высиживания концентрация остеопонтина уменьшается, а вместе с ней изменяется размер наногранул и увеличивается хрупкость скорлупы. Побочным эффектом становится растворимость кальцита в скорлупе, а следовательно, он становится доступным для строительства скелета цыпленка. Внутренние слои буквально перетекают в косточки птицы. Исследования в теории могут помочь генетически скорректировать куры, чтобы они несли более прочные яйца, которые не трескаются во время транспортировки и не заражаются сальмонеллой.
Но и вообще о яйцах надо узнать больше. Есть такое вещество — наскопин, он содержится в маке и используется в качестве лекарства от кашля уже лет пятьдесят. Там за границей это алкалоид опия, но он не вызывает привыкания, как морфин и не делает из человека наркомана. А еще, по некоторым данным, он может подавлять рост раковых клеток, и в некоторых странах он действительно используется как лекарство от рака.
Выделять наскопин из растительного сырья достаточно сложно. Просто подумайте, какой контроль мужчин за легальным выращиванием мака, хотя его и получают тоннами на химзаводах, синтезировать его весьма затратно. Поэтому ученые решили наладить микробный способ производства с помощью дрожжей.
Совсем недавно в новости про пиво без хмеля мы говорили о том, что потенциал дрожжей практически бесконечен. И вот, пожалуйста! О том, какие гены в маке отвечают за производство наскопина, знали еще с 2012 года, и с тех пор пытались внедрить их в обычные дрожжи. В процессе работ удавалось наладить синтез наскопина в дрожжах из его предшественников, то есть промежуточных веществ. Но ведь и их надо как-то получать, так что это была лишь подготовка, репетиция.
В новой экспериментальной работе дрожжи обладали всеми ферментами, чтобы поэтапно синтезировать наскопин из глюкозы, запустить конвейер из простейшего доступного сырья. Этот удивительный штамм дрожжей насчитывает двадцать пять генов из других организмов: из микробов, из растений и даже из крыс. Да, его собственные гены тоже подредактированы с помощью CRISPR. Но теперь на литр ростовой среды можно получать до нескольких миллиграммов наскопина!
Конечно, для промышленного производства нужно хотя бы в сто раз больше, но это один из первых шагов на пути к микробиологическому синтезу сложных растительных веществ для наших с вами нужд. Нейробиологи приблизились к выращиванию человеческих мозгов образно говоря. Они провели исследование, в ходе которого получили органоиды из нейронов, которые, к тому же, обладают своей собственной сосудистой сетью.
Их размер не превышает трех с половиной миллиметров, но, зато, по словам ученых, по своей сложности они приближаются к мозгу эмбриона на втором триместре развития. Донорами материала для органоидов выступили пациенты-добровольцы, которым проводили операцию на мозге. Полученные от доноров нейроны ученые превратили в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки и заставили их развиваться дальше, до клеток-предшественников нейронов и до клеток эндотелия, из которых дальше получаются кровеносные и лимфатические сосуды.
Через тридцать четыре дня оба типа клеток соединяли в гелевой основе и выращивали еще недель 5. В итоге получался органоид, имеющий все необходимые типы клеток и развитую сосудистую сеть. Параллельно недозревший органоид имплантировали в гель, а в живой мышиный мозг. Через две недели обнаружили, что они образовали такую же развитую сосудистую сеть.
В будущем такие мозговые органоиды смогут помочь людям с утраченными фрагментами мозга. Благодаря сети сосудов их легче вырастить до необходимого размера в лаборатории, а затем пересадить в живой мозг. Возможно, когда-нибудь ученые смогут выращивать настоящие целые мозги, и тогда все страдающие смогут получить хотя бы кусочек.
Одной-двумя сотни галактик никого не удивишь, а вот когда вместе собираются тысячи галактик, это колоссально. Сейчас я говорю о скоплении Персея, одном из самых массивных объектов нашей вселенной, одном из самых ярких источников рентгеновского излучения на нашем небе и обладателя невероятно, просто сумасшедшего горячего покрова межгалактического газа.
Не путайте его с двойным скоплением в Персее, это просто два рассеянных звездных скопления, видимых невооруженным глазом. Когда два скопления галактик сталкиваются, это балет невообразимых масштабов, в котором меньшие галактики за счет гравитации стремятся к плотному центральному ядру более крупного скопления и вызывают его колебания. Это и произошло в скоплении Персея. В этом вихре родились колоссальные спиральные структуры. Астрономы уже давно наблюдают за волнами температуры и плотности в скоплении Персея.
Эта спираль растянулась на два миллиона световых лет со скоростью 480 тысяч километров в час. Её возраст — 5 миллиардов лет. Наибольший интерес вызывает так называемый "холодный фронт" в невероятном завихрении вокруг центрального ядра скопления. Этот холодный фронт плотного газа только называется холодным, как только ученых повернулся язык сказать "холодный".
Прагма с температурой в 30 миллионов кельвинов в два раза горячее, чем в центре Солнца, хотя по сравнению с окружающим его менее плотным газом температура 80 миллионов Кельвинов — он и правда прохладен. Детальное изучение показало, что эту структуру вполне можно сравнивать с атмосферными явлениями на Земле. Но вот только почему-то со временем она помнит это почти треть возраста вселенной.
Граница холодного фронта не сгладилась благодаря турбуленции, а сам фронт разделился на две части. Компьютерная симуляция подсказала, что возможно резкие края сохраняются благодаря магнитным полям, которые в миллионы раз слабее обычных магнитов с холодильника, но значительные для межгалактического пространства.
Анти-материи в наши дни никого не испугать. Да, IV онлайн, мы еще не доросли, чтобы стрелять зарядами из антиматерии из турелей. Никакой бомбы из нее, как предполагалось в "Ангелах и демонах" Дэна Брауна, не сделать. Энергии от аннигиляции всей анти-материи в ЦЕРН хватит только на то, чтобы зажечь обычную лампочку на несколько минут. Но интерес к ней все равно имеется, ведь если найти малейшее отличие в энергетическом спектре частиц и античастиц, можно объяснить, а куда же делась вся антиматерия после Большого Взрыва.
Здесь предполагается, что все вещество было создано симметрично: на каждую частицу создалась античастица, но анти-материя вокруг нас не особо наблюдается. Никакой эти воды анти-терраты. Учёные ищут ответы. Понятно, что частицы и анти-частицы отличаются зарядом; электрон имеет отрицательный заряд, позитрон — положительный. Спин должен совпадать, это направление вращения, грубо говоря. Но масса их в теории может отличаться. Пока что все измерения масс протонов и антипротонов совпадали до 1/500 миллионов отношений зарядов к массам, так вообще до 13 знаков после запятой.
Если говорить о целых атомах и антиатомах, тут все сложнее, и точности измерения обычно гораздо ниже, чем с отдельными протонами и антипротонами. Для поисков асимметрии в атомах измеряются энергетические спектры, то есть выясняются частоты, с которыми атомы излучают электромагнитные волны. Частота волны укажет на энергетические уровни электронов, ну или позитронов, а по этой энергии можно судить о параметрах остальных частиц атома или анти-атома.
Коллаборация "Альфа" как раз этим и занималась. Антивещество, а точнее антиводород, получали с помощью анти-протонного замедлителя. Звучит как какая-нибудь вундервафля из "Гадкого я". А удерживали все это с помощью магнитных ловушек. Затем антивещество облучали лазерами и проводили измерения. Оказалось, что параметры частот энергетических переходов совпадают с учетом погрешности до двух триллионных. А это больше чем в сто раз превышает ранее полученную точность.
Различие между материей и антиматерией опять не обнаружили, хотя в ходе эксперимента были обнаружены очень интересные эффекты, вроде сверхтонкого расщепления спектральных линий. Ученые стали еще на один шаг ближе к беспрецедентно точному познанию мира.
Ещё одно изобретение из разряда "Очумелые ручки". Инженеры из MIT превратили экран обычного ноутбука в сенсорный с помощью зеркала и дверной петли. Звучит неправдоподобно, но это работает! Зеркало приклеивается к петле и устанавливается перед экраном ноутбука под углом так, чтобы на веб-камеру ноута попадало изображение экрана и небольшой области перед ним.
А камера могла фиксировать прикосновение пальца к экрану. Программка, основанная на технологии компьютерного зрения, определяет касание по отражению пальца от поверхности экрана и превращает его касание в действие мыши. На самом деле всё просто: при поднесении пальца к экрану камера начинает видеть не только его, но и его отражение. Если зазор между ними исчезает, то есть палец и отражение объединяются, программы считают, что касание имело место быть.
К сожалению, пока что технологии не совершенны. Например, камера не видит весь экран, хотя это можно излечить изогнутым зеркалом, но у вас уже сейчас есть шанс прослыть умным диком. Исходный код программы опубликован на GitHub, можете экспериментировать.
Всем и, судя по нашей ДНК, немного неандертальцы! Эти парни появились в Европе 240 тысяч лет назад, пережили несколько ледниковых периодов и 40 тысяч лет назад скоропостижно исчезли от наших предков-кроманьонцев. Их отличал крупный нос, другое строение зубов и скул, и больше мышц.
Ученые и раньше выдвигали гипотезы, для чего у них были такие отличия. Так считалось, что неандертальцы имели мощный прикус с упором на передние зубы, что большой нос помогал согревать и увлажнять вдыхаемый воздух в условиях холода, что по сравнению с кроманьонцами у неандертальцев была более эффективная вентиляция, они могли вдыхать больше воздуха.
И при всём этом они потребляли больше энергии. Международная группа антропологов и медиков решила проверить эти гипотезы. Они смоделировали в 3D черепа 5 неандертальцев, 2 гейдельбергских людей и 12 современных людей из разных уголков мира.
Оказалось, что прикус неандертальцев не отличается особой мощностью и соответствует прикусу у некоторых современных людей. А вот носовые полости действительно оказались аж на 30 процентов больше. Интересно, означает ли это, что у них было на 30 процентов больше носовой слизи? Прокачанный нос позволял не только лучше обогревать и увлажнять воздух, снижая риск простуды, но и прогонять через него вдвое больше воздуха.
А это значит, что дышать ртом неандертальцы начинали не после легкого трёхкилометрового забега, а гораздо позже! Вспомните книгу "Борьба за огонь", в которой древние могли бежать сутками. Ученые считают, что такое строение лица говорит о том, что они потребляли очень много энергии, возможно, во время охоты, а возможно, согреваясь за счет сжигания кислорода во время ледниковых периодов. А может быть и то, и другое.
Ну а на этом сегодня всё. Напишите, какая новость из этого выпуска понравилась вам больше других. Большое спасибо вам за просмотр! Подписывайтесь на канал на YouTube, в Telegram, Instagram и до скорых встреч! Пока!
[музыка]