Зачем древние микробы ели метеориты и почему промерзают колибри. Главное на QWERTY №140
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. Сегодня понедельник, и значит, пора узнать о самых интересных новостях науки предыдущей недели.
В этом ролике: как добиться сверхплотной записи информации, зачем колибри почти промерзают до косточек, какая связь между концентрацией кальция и птичьим пульсом, как древние микробы пожирали метеориты и зачем нас покупать частный лунный грунт. Все подробности по ссылкам в описании.
А уже сегодня вечером, 14 сентября, на нашем канале выйдет ролик с пулковским астрономом Кириллом Масленниковым, который сделает настоящее сенсационное заявление. У нас и боев не меньше - левая сенсация! 14 сентября этого года пост-продакшн в разгаре. Нажмите на колокольчик, чтобы ненароком не пропустить.
Ну а лучшей новостью предыдущего выпуска стала новость о том, что ученые потенциально поняли, как можно разместить два бита информации на один атом, используя его орбитальный момент и спинное состояние. Если вы вдруг пропустили этот ролик, то освежите память, щелкнув по подсказке.
Мы тонем в информации! Дата-центры плодятся как грибы. Через три года информации станет столько, что если записать её всю на обычные жесткие диски объемом 1 терабайт каждый, то их масса составит 26 миллионов тонн. Как-то Ричард Фейнман сказал, что все книги, накопленные за историю человечества, можно было бы уместить в кубе со стороной в десятую долю миллиметра, если бы мы могли записывать один бит на один атом. Но это было в пятьдесят девятом году.
Сейчас куб понадобился бы капельку больше, но общая идея ясна: один или два бита на атом - по факту не так уж и принципиально важно. А как же записывать и считывать информацию? Давайте поговорим о магнитной записи.
Представьте себе жесткий диск: если на магните и участке там material пластин остается намагниченным и после отключения магнитного поля, таким образом информация хранится независимо. Чем больше отдельных участков диска соответствует битам, тем он более емкий.
Можно увеличивать размеры носителя, чтобы вместить в него больше информации, либо же уменьшать размеры участков. Сейчас в жестком диске один битовый участок занимает несколько нанометров в диаметре, и было бы идеально уменьшить его размеры до размеров атома, сделав из него отдельную магнитную единицу.
Мы умеем управлять отдельными атомами при помощи зондовой микроскопии, но такие аппараты несколько превосходят по размерам девайсы для записи информации, к которым мы привыкли. К тому же, для того чтобы управлять спинами отдельных атомов, и тем более орбитальными моментами, нужны близкие к абсолютному нулю температуры; иначе велика вероятность спонтанного размагничивания.
Даже если у вас есть пластинка железа размером всего лишь один квадратный сантиметр, на которую с помощью вот таких технологий записали 10 петабайт информации (это где-то 60 миллиардов фото на Фейсбуке), то для её хранения вам понадобятся такие условия, в которых сейчас размещают квантовые процессоры. А читать её вы пойдёте к местному Джимми Нейтрону.
Как-то, как низко может опуститься температура вашего тела? 32 градуса по Цельсию - вы почувствуете озноб, 27 - скорее всего, вы впадёте в ком, даже без препаратов спецслужб. 25, по данным, если можно так выразиться, врачей Третьего рейха, смерть лишь в трёх-четырёх документально зафиксированных случаях температура тела опускалась ниже 14 градусов.
Примерно переохлаждения, и потом человека удавалось откачать. Предвижу ваши попытки написать в комментариях, что для анабиоза нужны именно низкие температуры - 10 градусов по Цельсию. Остановитесь! Провалившегося под лёд несчастному никто не заменяет кровь на специальный раствор, ну, по крайней мере, пока он под водой. Именно эту и другие процедуры делают при анабиозе.
Но высокогорным омским колибри все эти процедуры не требуются. Они избрали интересную тактику для выживания. По ночам они впадают в оцепенение, чтобы снизить расход энергии: их метаболизм замедляется, а температура тела падает на 10, 20 или даже 30 градусов ниже обычного значения.
Учёные изучили 6 видов омских колибри. Вы просто прочитайте эти названия - это музыка для слуха! Черногрудой, реально сверкающий фиалка. Ух, имечко просто для питомца, it's perfect world. Так вот, ночью температура воздуха падала до 3-5 градусов по Цельсию, и в ответ на это все виды колибри впадали в оцепенение и снижали температуру тела. Всё по-разному, но самым мощным видом стал черный металлах мозг: он спокойно держал температуру всего на один градус выше окружающей среды.
А рекорд был зафиксирован - 3 с четвертью градуса по Цельсию! Причём его оцепенение могло длиться до 13 часов. Колибри подсказывают лайфхак, который при видимой противоположности привычки: "Простите, жрать по ночам" направлен на достижение одного с ней эффекта. Оказалось, что оцепенение и низкая температура тела не дают колибри терять массу тела по ночам. Знаете ли, это огромная проблема при их сверхскоростном метаболизме.
А так они причесали свой метаболизм оцепенением, приспособились чуть ли не к заморозке и стали доминировать в Андах. Поехали дальше! С птицами ещё не закончили. Сердце воробья, когда он не дерзит, делает 500 ударов в минуту, а когда он летит на драку - до 1000. Сердце рубинова горлова колибри делает 20 ударов в секунду!
Понятно, зачем сверхбыстрый метаболизм необходим птицам для полета, но как у млекопитающих? Вот кит - 9 ударов в минуту, а мышь - уже 500. Похожая частота у мелких млекопитающих и птиц ещё не говорит о схожем механизме. Чтобы сердце билось, нужен запас ионов кальция: они заставляют двигаться сократительные белки в клетках сердца - кардиомиоцитов.
Кальций попадает в клетку из межклеточного пространства и запасается в особых хранилищах внутри клеток. Их называют саркоплазматический ретикулум. Ему в любом случае нужно преодолеть барьер - либо в мембрану клетки, либо мембрану этого самого хранилища, чтобы добраться до сократительных белков и запустить их. Это движение начинается с подачи сигнала: ионами натрия увеличивается их концентрация на мембране, следом пошел кальций из хранилища - сократительные белки, сердце стукнуло.
Концентрация натрия упала, и чем быстрее происходит этот процесс, тем быстрее бьётся сердце. Как же ещё сильнее ускориться? Если посмотреть на кардиомиоциты млекопитающего (он слева), то видно т-трубочки - выемка, направленная прямо к хранилищу кальция (выделенного серым). Она сокращает расстояние до внешней мембраны, и натриевый сигнал быстрее добирается до пункта назначения. Вот так умеют разгонять свое сердце всякие мелкие грызуны.
У птиц, как выяснили учёные из МГМ, всё получается несколько иначе: строение в сердце ближе к рептильному и ускорительных т-трубочек, у них возможно, даже и нет. Это выяснят в следующих исследованиях. Зато повышенная концентрация кальция точно есть - в полтора-два раза выше по сравнению с млекопитающим.
Запас кальция, проникающего в цитоплазму клетки из кольцевого хранилища, даёт возможность ускорить сокращение белков и сердцебиение. Это как разогнать паровой котёл, подкидывая всё больше угля в топку и не используя прежние решения. И нет, это не плохо!
Колибри, например, умеют летать спиной вперёд. Попробуйте сказать, есть что у неё что-то инженерно не в порядке. Запишите это на видео, пришлите нам в редакцию, и мы попробуем не смеяться!
Если вы считаете, что для поддержания жизни обязательно требуется пища в виде органики, травы или мяса, то вы ошибаетесь! Существуют категории живых организмов, которые могут питаться неорганикой, например, минералами. Их называют хемосинтетиками, и к ним могут относиться только археи и бактерии: всякие серные бактерии, железобактерии и подобные археи.
И хотя они не бактерии, но тоже микроорганизмы, у них с бактериями имеются некоторые общие генетические особенности, одна из которых - способность питаться камнями. Теперь представим себе ситуацию: с некой заселенной планеты через безвоздушное пространство летит метеорит с микроорганизмами и прибывает на некую пустую планету без органики, не даже первичного бульона.
Что в такой ситуации поступит микроорганизмам? Как им выжить и захватить новую территорию? К кому обращаться с вопросом? Не хотите ли вы поговорить о спирали нашей дезоксирибонуклеиновой кислоте? Уже были эксперименты, показавшие, что железные метеориты могут служить подпиткой для бактерий: они окисляют железо и получают свои законные электроны в качестве энергии.
Но одно дело подпитаться, а другое дело - питаться. Эксперимент, призванный показать нормальность питания древних архей метеоритами, поставили на архее метала сфере Сену лион. Он мог бы выжить на Марсе и не робеет присутствия тяжёлых металлов, когда его колонии высадили на чистом, пористом, мультиметаллическом камне метеорите.
На измельчённом серном железном минеральном земного хорька получить достаточно вкусное для схемы литров в земном блюде оказалось, что метеоритные колонии растут быстрее. Археи для поглощения метеорита выделяли некие крошечные пузырьки, усиливающие химические реакции. Может быть, они даже снижали токсичность.
Из всех блюд именно метеорит понравился археям однозначно больше и снабдил их полноценным рационом. Турист, прилетевший на какой-нибудь третьей планеты от звезды, сел в ударный кратер и съел, для начала, свой космический корабль, а потом планетку и заселился. Такая биогеохимия кладёт еще один аргумент в копилку панспермии.
А, и кстати, совсем недавно, в феврале, был впервые на одном из метеоритов обнаружен белок внеземного происхождения - гимлета. Поехали дальше!
НАСА делает вполне возможные первые шаги к появлению космического пиратства. Агентство объявило конкурс на закупку лунного грунта у частных компаний. Это требуется в качестве одного из шагов для реализации миссии Артемиды, в рамках которой Штаты планируют вернуться на Луну в двадцать четвёртом году.
Но не просто попрыгать по поверхности, а обосноваться чуть основательнее. Для этого потребуется отстроить базу. Ясно, что ввозить стройматериал земли нелогично. Металл и кислород можно добывать из лунного грунта реголита, а воду брать с полюсов. Обязательно нужно обращать внимание на всяческие магнитные аномалии и черные монолиты правильных форм.
Говорят, так можно проложить дорогу к внеземному разуму. Есть видеоинструкция с 68 года. В конкурсе на сам может принять участие любой - а компании, причём победителем не можно будет вести груз на Землю, лишь передать его НАСА прямо на Луне.
До 24 года подтвердив факт добычи видеоматериала, глава НАСА заявляет, что глубинный смысл всего - создание правовой основы для космического шахтёрства и торговли. Интересный факт: на данный момент коммерческое использование космоса, ну, вообще никак не регулируется. Залежи чего бы то ни было за пределами Земли ничьи.
Собственность на такие ресурсы появляется только после их добычи. Это так решили только Штаты и Люксембург, а остальные страны молчат. Поэтому, если человечество не разработает единых норм к тому моменту, когда космические шахтёры наконец смогут добывать ресурсы на Луне и астероидах, шанс получить настоящих космических пиратов посерьёзнее весельчака в реале.
И вообще, кто-нибудь в курсе, разрабатывают ли в Сомали космическую программу?
Ну что ж, а на этом сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Оставляйте свое мнение в комментариях и проголосуйте, пожалуйста, за самую интересную новость выпусков в прикрепленном комментарии. Там можно будет выбрать один из нескольких вариантов ответа.
Не забудьте подписаться на QWERTY здесь, на YouTube, в Instagram и Telegram, и расскажите об этом выпуске своим друзьям. Не забудьте сегодня вечером специальный выпуск от нашего пулковского астронома.
До скорых встреч! Пока!
[музыка] Объехала! Вот [музыка]