Мотивы однополых связей в природе. Нобелевская премия по медицине, физике, химии.Новости QWERTY №275
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал "Кверт". Меня зовут Владимир. Известно более полутора тысяч видов животных, от пингвинов до морских ежей и шимпанзе, представители которых вступают в однополые связи. Причины такого поведения интересуют учёных с эволюционной точки зрения, потому что для того, чтобы закрепиться в популяции, явление должно быть выгодным. Оно должно помогать либо размножаться, либо выживать.
Поэтому и интересно поведение, которое не очень-то помогает в репродукции. Исследовать на этот счёт стали млекопитающих, минимум 260 видов в 62 семействе. Это около 4% всех видов, и половина всех семейств демонстрируют однополые связи. Причём под ними подразумевается очень многое: от простого ухаживания до полового акта.
Наиболее распространено подобное поведение у приматов, затем у парнокопытных, хищников (в том числе, львов и волков), кенгуру, грызунов и так далее. Но распределение неравномерное. Если однополые связи встречаются, например, у одного вида грызунов, совершенно необязательно, что они будут наблюдаться у их самых близких родственников. Среди самцов и самок частотность примерно одинаковая.
Интересно, что в нашем эволюционном прошлом, когда жил общий предок млекопитающих, вероятность однополых связей была крайне мала. Явление возникло примерно с появлением обезьян старого Света, предков менин, то есть наших очень далёких предков. Такое поведение появлялось, затем терялось несколько раз в ходе эволюции независимым образом для разных видов.
Очевидно, это было связано с социальным образом жизни групп животных. После всех исследований учёные сделали вывод: однополые сексуальные связи — это адаптивное поведение, которое нацелено на поддержание социальных отношений и уменьшение конфликтов. Управление социальным напряжением. Львы, например, таким образом убеждаются в верности, ведь им приходится полагаться друг на друга, чтобы защититься от общего врага.
Наибольшее распространение однополые связи получили у тех видов, самцы которых более склонны уничтожать, убивать друг друга. Выходит, что у животных есть разные причины для занятий сексом, точно так же как и у людей. При этом это исследование не может быть применено для исследования сексуальной ориентации у человека, потому что у животных однополое поведение могло быть относительно краткосрочным для выполнения каких-то определённых задач.
То есть у них не формировалось устойчивое предпочтение однополых связей. Зато я точно знаю, какое предпочтение сформировалось у вас — это предпочтение смотреть самые интересные новости науки по понедельникам. И, как обычно, все ссылки на источники и подробности в [музыка] описании.
Как обычно, в это время года мы рассказываем о нобелевских событиях. Прошлая неделя была Нобелевской, и мы расскажем о трёх номинациях. Начнём с премии по медицине или физиологии. И в этом году она более медицинская, чем физиологическая. Нобелевская премия 2023 года по медицине была присуждена Каталин Карика и Дрю Вайсману за открытия, касающиеся нуклеотидных модификаций, которые позволили разработать эффективные мРНК вакцины от COVID-19.
Их основное достижение в том, что они поняли, как мРНК взаимодействует с нашей иммунной системой. Но зачем это нужно? Дело в том, что это позволило создать совершенно новый вид вакцины. Когда-то ранее все вакцины состояли из самих патогенов, из инактивированных вирусов или бактерий, либо из мёртвых, либо из их кусочков.
Но это означало, что для каждой дозы вакцины этот самый патоген, бактерию или вирус нужно было вырастить на специальной фабрике — довольно громоздко и даже опасно. Поэтому появились векторные вакцины, они доставляют в организм не сам опасный вирус, а его генетический материал при помощи какого-либо другого безобидного вируса.
Вирусного вектора клетки организма производят нужные антигены по этой инструкции, и таким образом происходит знакомство иммунной системы с патогеном, и вырабатывается иммунный ответ. Это, однако, не отменяло необходимости выращивать вирус-доставщики. Да и сами эти доставщики тоже могли вызывать ненужные иммунные реакции.
И тогда Вайсман и Карика задумались: а может быть, нужно поступить проще и доставлять в организм сразу отдельные кусочки мРНК — матричной РНК, на основе которой прямо в организме будут производиться нужные отдельные вирусные белки, с которыми далее и будет знакомиться иммунная система.
мРНК — это уже не сам генетический материал, а как бы слепок с него — непосредственная инструкция по производству белка. Вот только иммунная система чужую мРНК, полученную в пробирке, сразу атакует как вирусную. Что, собственно, и есть правда. Для того, чтобы она стала основой для производства патогенного белка, с которым будет знакомиться иммунная система, такую мРНК нужно модифицировать, замаскировать её.
Этот способ маскировки и обнаружили Нобелевские лауреаты в 2005 году. Дело в том, что организм человека специально метит ту мРНК, которую сам производит. К стандартному набору нуклеотидов РНК (аденина, урацилу, цитозину, гуанин) он добавляет кое-что ещё в подборе нужной комбинации молекул и состояла их идея.
В итоге оказалось, что нужна всего лишь одна замена — модификацию урацила на уридин нужно было заменить на N1-метилуридин по нужной медикам инструкции. С тех пор и появились многочисленные мРНК вакцины. Эта же технология использовалась для производства коронавирусных мРНК вакцин в период пандемии, самые известные от компании Модерна и Бионтех с Файзером.
Несмотря на то что COVID-вакцины есть не только на основе мРНК, есть, ну скажем, векторные — тот же самый "Спутник". Однако именно эта технология позволила разработать самые первые вакцины достаточно быстро. Кстати, лауреаты далеко не сразу поверили в победу.
Сча Они подумали, что это какой-то пранк или даже антиваксер-шутка. И действительно, кто бы так не подумал? Вообще, это хороший повод задуматься о вакцинации, потому что COVID вроде как опять начинает поднимать голову.
Нобелевская премия по физике отправится Пьеру Агостини, Ференцу Краусу и Анли Илье за экспериментальные методы генерации антосенко электронов в веществе. Мы привыкли, что наш макромир размеренный, хотя всё равно постоянно ругаем его за его суету. Но если опуститься глубже на молекулярный, а затем на атомный уровень, вот там-то мы и поймём, где находится настоящая суета.
Перемещение и вращение атомов занимают фемтосекунды. Это 10 в минус 15 степени секунды, квадриллионные доли секунды. Спустившись затем на субатомный уровень и попробовав отследить перемещение электронов в оболочках атомов, мы поймём, что нужны ещё более мелкие промежутки — десятки и сотни атосекунд.
А атосекунда — это уже 10 в минус 18 степени, квинтиллионная доля секунды. В одной секунде столько атосекунд, сколько секунд прошло с момента возникновения Вселенной. И чем и каким образом вообще фиксировать такие быстрые изменения?
Понятно, что для этого нужен инструмент, скорость которого сопоставима с самим явлением. Когда-то всё, чем располагали физики, были именно фемтосекундные лазеры, которые могли возбуждать электроны. Этого было недостаточно. Говоря образно, нужны были более мелкие промежутки между вспышками фотокамеры, наблюдающей за электронами. То есть длина волны этой вспышки должна быть короче.
В 1987 году Ан Ли Илья работал над излучением инфракрасного диапазона в аргоне. Оказалось, что в этом случае даже длинные волны света могут вызывать генерацию коротких импульсов. Электроны, накачанные инфракрасным светом, после рекомбинации возбуждают гармоники более высоких порядков. Диапазон излучения меняется на более короткий — на ультрафиолетовый, а получаемые вспышки длятся как раз сотни атосекунд.
Все девяностые учёные потратили на то, чтобы понять механизм этого явления. А как только поняли, то создали работоспособный аппарат, генерирующий управляемые серии атосекундных вспышек. Это как раз и сделал Пьер Агостини. Тогда же получилось и впервые измерить время, за которое электрон отрывается от атома — это сделала команда Ференца Крауса при помощи одиночных вспышек.
Ну а затем атосекундные лазеры начали применять не только для наблюдений, но для управления квантовым состоянием электронов и генерации квантовой запутанности. Важная же история для совершенно разных сфер. Например, для электроники нужно понимать, как ведут себя электроны в различных материалах.
А в медицине таким образом можно идентифицировать отдельные молекулы. В общем, восторг и восхищение достижениями физики! Главное, чтобы заинтересованность этим всем длилась, ну хотя бы чуть больше, чем атосекунда.
Нобелевская премия по химии отправится Мунг Ба, Венди Луису, Брюсу и Алексею Якимову за открытие и исследование квантовых точек. Да, хоть это и звучит очень непонятно, на самом деле они сейчас везде! Это и телевизоры, и светодиодные лампы, и медицинское оборудование.
Квантовые точки — это очень маленькие наноразмерные частицы из кристаллических полупроводников, что важно. На таких масштабах, при таких размерах их оптические свойства зависят от возникающих квантовых эффектов. Крупные кристаллические полупроводники и нанокристаллы — это две большие разницы. Характеристики макрокристаллов будут определяться количеством электронов в элементе, но при уменьшении размера до считанных атомов на первый план выходят квантовые эффекты.
Изменяя размеры квантовых точек, можно менять их оптические свойства, цвет. Алексей Якимов получил первые квантовые точки из хлорида кадмия ещё в 1981 году. Он тогда работал в Питере и воплощал теорию из учебников в жизнь. Якимов отметил, что размер квантовых точек определял длину волны излучаемого стеклом света.
Когда в это стекло были помещены квантовые точки, независимо от Якимова, а его статью на русском языке в то время как-то за рубежом никто особо и не прочитал, Луис Брюс обнаружил, что наночастицы сульфида кадмия в коллоидном растворе со временем начинают менять свои оптические свойства. Ну потому что они со временем в коллоидном растворе просто растут.
А мы уже знаем, что при этом происходит. В конце концов, достигая размеров обычных кристаллов, они и свойства приобретали уже макрокристаллов. Но их размеры даже при одинаковых процессах постоянно получались произвольными. В итоге только в 1993 году Нги Ба, Винди с его командой научились синтезировать квантовые точки нужного размера, упорядочить весь этот хаос и разработав методику точного синтеза.
В будущем квантовые точки могут привести к прорыву в носимой электронике, микроселях, в разработке тонких солнечных панелей и даже в квантовой криптозащите. Предвкушая ваши вопросы, с 1999 года Алексей Якимов работает в США. Так что он по сути и советский, и российский, и американский учёный. Но страна его базирования сейчас — США. Кстати, секретарь комиссии на вопрос журналиста о национальности Якимова на фоне вторжения России в Украину ответил, что при определении наиболее важных научных открытий и людей, внёсших в них наибольший вклад, вопрос национальности не стоит.
Такая же позиция была и в завещании Альфреда Нобеля. Лучше новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что во второй раз живому человеку пересадили сердце генно-модифицированной свиньи. Лоуренс Фоссет не мог получить донорское сердце человека из-за проблем со здоровьем, поэтому решился на ксено-трансплантацию. Хотя у свиньи и были антигены, способные вызвать отторжение сердца человеческим организмом, но фот, конечно, получал иммуносупрессоры.
Кроме традиционных было ещё и экспериментальное средство — это средство блокировало рецепторы ВОВ в иммунной реакции. Это средство он будет принимать теперь до конца своей жизни. Первому пациенту, кстати, это средство ещё не было доступно, так как оно не было одобрено на тот момент.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр. Мне будет приятно, если вы поставите лайк этому видео, поделитесь им со своими друзьями, напишите своё мнение в комментариях. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно в нашем Telegram канале, ссылочка будет в описании и вот здесь вот на экране. И если вы поставите колокольчик, то это будет прям-таки бонусной встречей. [музыка] [музыка] Пока!