Новая эра термоядерного синтеза? Белковый бронежилет. Лекарство от храпа. Новости QWERTY №241
Из этого ролика вы узнаете, как быстро сделать металлические снежинки к Новому году, какое лекарство может побороть храп из-за апноэ, почему бактерии жертвуют собой, как работает белковая броня и началась ли новая эра термоядерного синтеза.
[музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. Какой год, такие и снежинки! Цинковые снежинки создали ученые из Австралии и Новой Зеландии. Они обнаружили, что если растворить кристаллы цинка в галлии, которые очень легко плавок, плавится при 30 градусах Цельсия, а затем охладить раствор, то цинк приобретает форму, свойственную обычным снежинкам. Галли при этом так и остается жидким и в состав снежинок не входит. Но именно его архитектура в жидком состоянии влияет на атомы цинка, придавая им такую структуру. Атомы других металлов, олова, меди, алюминия и других, таким искусством заниматься не стали. Они образовали цилиндры, кубы и все такое.
Вероятно, что цинковые снежинки получались из-за специфической шестиугольной структуры цинковой кристаллической решетки. Цинковые снежинки [музыка]. Такие особенности самосборки цинковых объектов из отдельных атомов наверняка можно где-нибудь использовать, вероятно, в электронике.
А еще вероятно, что вы уже заждались выпуск самых интересных новостей науки за предыдущую неделю. Как обычно, все ссылки на источники и подробности будут в описании.
Во-первых, храп — это не аристократично. Симфония звуков рождается во время сна из-за того, что непроизвольно расслабляется мягкое небо и язычок. Ткани начинают вибрировать, и появляется храп, приводящий в ужас окружающих. Надежных способов избавиться от храпа немного: есть специальное оборудование, вентилирующее дыхательные пути во время сна, но оно очень громоздкое. Есть вставки в рот, перекрывающие дыхание ртом, хирургическое или криохирургическое вмешательство в небо и имплантаты для неба. Но еще одна из сопутствующих храпу вещей — это обструктивная, точнее, апноэ, может стать причиной храпа. При одной во сне то и дело наступает коллапс верхних дыхательных путей, дыхание прерывается, а восстанавливается с эффектом в виде храпа.
Если бы мы разобрались в причинах апноя, то мы бы могли найти элегантный путь избавиться от одной из причин храпа. Недавно ученые выяснили, что некоторые белки, а конкретно таск-1, это мембранные белки, которые участвуют в контроле верхних дыхательных путей, влияют и на ночное окно. Если их подавить, то апноэ отступает.
Разумеется, разработали препарат ингибитор task1, то есть подавитель этого белка, который недавно прошел первую стадию клинических испытаний. Что удобно, его даже не надо колоть, он существует в виде спрея или капель для носа. После распыления он воздействует на клетки дыхательных путей и поддерживает мышцы в тонусе, и дыхательные пути открытыми во сне. В испытаниях, кроме животных, участвовали также 12 добровольцев. Оценку препарата давали по тому, как он мог поддержать давление воздуха в верхних дыхательных путях. У тех, кто получал этот препарат, верхние дыхательные пути оставались открытыми, и храп прекращался.
Напоминаю, что это всего лишь первая стадия клинических испытаний, призванная показать безопасность препарата и наличие некоторого терапевтического эффекта. Так что в аптеку за ним бежать еще пока что рано.
От кого обычно не ждешь самопожертвования, от того, кто не обладает достаточным аналитическим аппаратом, способным показать выигрышность этой стратегии для целого вида. Что уж тут говорить о бактериях! Но своеобразные фермопилы есть и у них. Только это биопленка, та самая, которая встречается у вас на зубах где-то после обеда, если вы не удосужились почистить зубы с утра. Или на ободке термокружки, если оставить ее в покое на несколько дней, не помыв после использования или в сливе раковины. Такая биопленка очень прочна и неплохо защищает всю колонию бактерий, иногда даже и от антибиотиков.
Но у нее есть ряд минусов. Например, она мешает выехать бактериям за границу и покинуть родные края. Если локация становится неуютной, опасной, то бактериям правильнее было бы сменить место обитания, попытаться переехать. Из глубины биопленки выбраться бактерям невозможно, так как они к ней буквально приклеены. Да и сквозь толщу им не пробраться.
Но для внешних бактерий есть способ вырваться. Вы уже догадались, нужно, чтобы глубинные старые бактерии, расположенные в зоне приклеивания, умерли. Тогда более молодые бактерии получат сигнал покинуть биопленку, ведь возможно, где-то более комфортно и безопасно. Сигналом к переезду служит свободная ДНК, которая остается от погибших особей. Почувствовав ее, молодые бактерии, находящиеся у краёв биопленки, не прикрепляются к ней, а уходят.
Способом гибели самопожертвующихся бактерий еще интереснее. Это происходит, если пленка становится слишком толстой или когда снаружи сильно ухудшаются условия. В этом случае кислород поступает вглубь в гораздо более малых количествах, но клетки умирают не из-за его отсутствия. Они кусают ампулу с ядом, почти что кусают. Это, конечно же, аллегория. Хотя яд присутствует в бактериях постоянно, но также постоянно вместе с ним присутствует и противоядие. Эта система называется токсин-антитоксин.
Если начинаются какие-то неблагоприятные условия, например, слишком мало кислорода, то грязь прекращает вырабатываться, клетка погибает от накапливаемого яда. Ну а дальше выпускается свободная ДНК и тем самым отдается сигнал к иммиграции.
А вы знали, что в наших клетках есть белок, который работает как амортизатор и оказывает некую поддержку при механическом воздействии снаружи? Этот белок таллин. В спокойном состоянии он напоминает скрученную пружину. Но если на клеточную мембрану что-то давит, он распрямляется и оказывает сопротивление. Удобно, достаточно прочно и компактно. По идее, свойства этого белка можно использовать и в макросфере, то есть вне клетки. Для этого ученые сделали из него полимерный гель, прогнали его через реакции полимеризации, то есть сшивание белков в длинную цепочку и галлитации. Получился новый материал, который назвали сам, то есть удара поглощающий материал на основе талина.
Но где же он может найти свое применение? Основных вариантов два: это бронезащита от кинетических снарядов, то есть пуль, и защита для космических аппаратов. Дело в том, что сам оказался очень хорош не только как барьер против снарядов, но и как их уловитель. Он задерживал себе прилетающие в него частицы металла, базальта, даже двигавшиеся со сверхзвуковой скоростью 1,5 км/с.
А это важно, если речь идет о том, чтобы создать некий объект, который, находясь на орбите, будет поглощать частички космического мусора, имеющие очень высокую скорость, защищать обшивку космического корабля. Сам, по идее, тоже способен. Ну как и корпус человека в качестве бронежилета. Современные стандарты пластин для бронежилетов бывают разными: сталь, арамидное волокно, керамическая броня. При этом сразу вспоминается диска Элизиум, но у каждого вида есть свои недостатки.
Керамика, например, превращается вот в примерно такое после хорошего попадания. А с использованием сам бронежилеты можно сделать более многоразовыми, более легкими и избежать рикошетов и разлетаний осколков. Да и останавливать объекты можно такие, которые обладают сверхзвуковой скоростью. В общем, звучит как что-то на инновационном, да еще и название белковая броня — это просто красиво.
В начале года мы рассказывали о достижениях американской лаборатории NIF в области инерциального термоядерного синтеза. Принцип действия инерциального реактора отличается от токамаков, например, того же будущего ITER. Напомню, что в NIF — это и самые крупные в мире экспериментальные термоядерные установки. Топливо заключено в карбоновую капсулу диаметром миллиметр. Внутри нее находится криогенная дейтериево-3 смесь.
Капсула заключена в цилиндрический холераум. На холераум направляют 192 лазера, выдавая примерно 2 мегаджоуля энергии в импульсах с пиками в 500 тераватт. Оболочка поглощает излучение лазеров, разогревается и излучает энергию в рентгеновском диапазоне. Поверхность капсулы испаряется, ударная волна сжимает топливо в полтора раза сильнее, чем давление в центре солнца, а температура становится в три раза больше, чем в центре солнца. Слияние ядер дейтерия и 3 вызывает выброс нейтронов и альфа-частиц, то есть по факту ядер гелия. Альфа-частица распространяется внутри капсулы, добавляя к внешним другим лазерам свою энергию, тем самым внося вклад в развитие горения.
Получается горящая плазма на протяжении долей секунды, а конкретно 130 пикосекунд. Количество получаемого в результате реакции тепла превышало расходы на излучение и теплоотвод. Но сейчас специалисты Лос-Аламосской национальной лаборатории сделали очередной шаг к самоподдерживающейся реакции термояда. Напомню, что конечная цель реакторов — получать больше энергии из термояда, чем тратится на излучение лазеров и работу установки. Само поддерживаемое горение, зажигание.
Нигде в мире коэффициент эффективности еще не превысил единицы, но 5 декабря экспериментальная установка получила в отделении энергии в размере 3,15 мегаджоулей. Это как у трех шашек динамита, при том, что, как вы помните, на лазеры она тратит 2 мегаджоуля. Технически коэффициент эффективности превысил единицу, разве так в полтора и достигла стадии научной безубыточности.
Прогресс в эффективности во многом обязан точности в изготовлении идеально сферических карбоновых миллиметровых топливных капсул с выверенной толщиной оболочки. Ученые специально отмечают, что в инженерном плане безубыточности еще не достигнута, ведь установка тратит энергию не только на лазеры, но и на другие компоненты. И нужно помнить, что реакция в инерциальных реакторах длятся доли секунды, а не минуты, как в токамаках. Поэтому для промышленных масштабов потребовались бы миллионы подобных капсул, но видят Вселенная пути для оптимизации еще есть, и мы все ближе к порогу зажигания.
Лучшей новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что учёные смогли выделить экологическую ДНК из образцов возрастом 2 миллиона лет, взятых с севера Гренландии. По этим образцам они восстановили состав древней экосистемы, включая животных и растения, учитывая, что раньше этот регион был гораздо теплее. Получилось буквально воссоздать обстановку местности.
Исследования экологической ДНК отлично дополняют исследования ископаемых остатков, но исследование ДНК обнаружило в пять раз больше видов растений, чем ранее нашли в раскопках. Кстати, есть ответ на вопрос, почему ДНК так хорошо сохранилась в регионе, где находили очень мало ископаемых остатков. Потому что молекулы ДНК прикреплялись к минеральным поверхностям кварцу и глине, что помогло им сохраняться гораздо лучше в условиях многолетней мерзлоты.
Ну что ж, а на этом на сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Как обычно, мне будет очень приятно, если вы поделитесь этим видео со своими друзьями, поставите ему лайк и напишите комментарий, а также подпишитесь на QWERTY, если вы этого еще не сделали. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно в нашем Telegram-канале, ссылочка будет в описании. И до скорых встреч! Пока!
[музыка]