yego.me
💡 Stop wasting time. Read Youtube instead of watch. Download Chrome Extension

Двухъядерный БИОкомпьютер и 3D печать сердца. Главное на QWERTY №81


9m read
·Nov 3, 2024

[Музыка] Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY, а меня зовут Владимир. И первая новость этого выпуска в том, что на нашем канале уже более миллиона подписчиков! Создатели канала и его авторы бесконечно благодарны вам за то, что вы оцениваете наш труд на целый миллион. Как вы думаете, сколько времени суммарно пользователи провели, просматривая наши ролики? Мы дадим ответ в конце видео.

Ну а сейчас к темам этого выпуска. И сегодня в ролике: сердце, распечатанное на 3D-принтере; биологически 2-ядерный компьютер; самая первая молекула этой вселенной; неизвестные животные из морских глубин и многое другое. Все подробности будут по ссылкам в описании.

Самый интересный сюжет прошлого выпуска, по вашему мнению, это термоядерный синтез на Z-пинчер. На установке размером с обычный стол физикам удалось получить термоядерную реакцию, которая длилась целых пять микросекунд, используя в качестве топлива 80 процентов водорода и 20 процентов дейтерия. Команде QWERTY очень интересно узнать, успеют ли учёные выжать из этого метода больше мощности или стабильности прежде, чем будет запущен ПИТЕР — первую плазму, на котором предположительно можно ждать к двадцать пятому году.

ПИТЕР — это гигантский экспериментальный термоядерный реактор, который строят на юге Франции за 20 миллиардов евро. В сердце реактора токамак, то есть тороидальная камера с магнитными катушками, которые будут выдавать индукцию магнитного поля на целых 13 числа. Для сравнения, в МРТ достигается индукция в 3 тесла, но просим вас учитывать размеры аппаратов. Суммарный вес катушек и ТОП достигает почти 10000 тонн. Это будут самые грандиозные магниты в истории человечества.

Объем рабочей вакуумной камеры — 1400 кубических метров. Работать он будет на смеси дейтерия и трития — тяжелых изотопов водорода. Причем тритий достаточно редок; его запасы на Земле исчисляются в килограммах. При огромных размерах камеры в ней единовременно будет находиться не более одного грамма топлива. В процессе реакции ядра дейтерия и трития сливаются, и в ядре гелия высвобождается нейтрон и почти 18 мегаэлектрон-вольт энергии.

Физики считают, что на пике реактор будет выдавать 1000 мегаватт. Сила тока будет достигать 15 мегаампер, а температура плазмы будет под 100 миллионов кельвинов — в 7 раз горячей, чем в центре Солнца. Именно столько нужно, чтобы все работало на Земле, где не хватает огромного солнечного давления. Конечно же, это все еще не промышленный реактор; это всего лишь экспериментальная установка, призванная продемонстрировать саму возможность индустриального термояда.

Она рекордно по огромному количеству позиций, и я оставлю ссылку на статью на Хабре с отчетом о проделанной за 2018 год работе. К слову, энергия, получаемая на это, не будет использована даже для питания самого ПИТЕРА; она будет рассеиваться в атмосфере.

Загадка из прошлого выпуска оказалась чуть сложнее, чем мы ожидали, и вы предлагали, ну уж весьма экзотические варианты в комментариях. А правильный ответ — это повесть Роберта Шекли "Обмен разумов".

Ну а теперь к новостям. Учёные наконец увидели в космическом пространстве образцы самой первой молекулы, возникшие после Большого Взрыва. Мы не будем в этом ролике рассказывать о подробностях и тонкостях теории Большого Взрыва — их легко можно найти в Интернете.

Самое главное сейчас для нас то, что теория Большого Взрыва в современных представлениях сочетается с теорией горячей вселенной, то есть в первое мгновение после возникновения вселенной она представляла собой сгусток горячей кварк-глюонной плазмы. Затем плазмы состоящей из элементарных частиц барионов. Следующей стадией стало образование первых ядер, например гелия-4 и изотопов водорода. Это происходило в промежутке от 10 секунд до 20 минут жизни вселенной.

И только затем, с падением температуры до вменяемых значений в 4000 кельвинов, стали формироваться первые нейтральные атомы. И это происходило, когда вселенной было примерно 100000 лет. Ядра гелия получили свои электроны и тут же, первым делом, стали соединяться с ионом водорода H плюс.

Первой в истории вселенной молекулой, скорее всего, имел вот такую форму: это гидрид гелия. По своим химическим характеристикам это сильнейшая кислота. Поэтому дальнейшая эволюция вселенной привела к исчезновению гидрида: он просто-напросто среагировал со всем, до чего смог дотянуться, в том числе с ядрами водорода. Но зато образовался нейтральный водород — строительный материал для первых звёзд.

Астрономам было крайне обидно, что следов этой молекулы в космосе найти не удавалось, хотя в лаборатории гидрид гелия получали уже в начале прошлого века. И вот недавно такие молекулы нашлись на длине волны в 0,15 миллиметров в терагерцовом диапазоне. Сильная линия излучения гидридов гелия обнаружилась в планетарной туманности NGC 7027 с помощью инфракрасной стратосферной обсерватории на борту самолёта.

Самолёт потребовался, чтобы исключить влияние атмосферы. И эта туманность представляет собой облака вещества, которые сбрасывает с себя Солнце-подобная звезда, превращаясь в белого карлика. Мощное излучение звезды ионизирует всё вещество в округе и не даёт образовавшемуся гидриду гелия реагировать с другими молекулами. Условия для возникновения этой самой первой в истории вселенной молекулы очень жёсткие, но только они и позволяют ей удержаться в неизменном состоянии.

Естественно, это не те самые молекулы, которые образовались 13 миллиардов лет назад, но и это наблюдение позволяет элегантно подтвердить наши теоретические выкладки по химии первых минут и тысячелетий вселенной.

Вокруг нас везде есть кремниевые компьютеры. Мы почти вплотную подобрались к квантовым компьютерам. Но что мы можем сказать про биокомпьютеры? Это те, которые содержат биологических компонентов и работают на молекулярных вычислениях, при помощи, скажем, РНК и ДНК.

В принципе, нам сказать ничего. А вот швейцарские учёные недавно выпустили статью о системе логических вычислений внутри человеческой клетки, что есть компьютер-обработчик логики, вычислитель, работающий по заданной программе. Уже приличное время фантасты считают, что можно не вживлять чипы в организм, а перестроить часть организма таким образом, чтобы она сама производила расчёты.

Нет, у вас уже, конечно, есть часть организма, которая производит расчёты сама. Ну или, по крайней мере, заставляет вас тыкать в кнопки калькулятора. Но мы говорим про клеточный уровень. Даже если вы сейчас лежите на диване под пледом и смотрите этот ролик, на клеточном уровне вы катастрофически заняты: триллионы реакции ежесекундно: метаболизм, сигнал, взаимодействие между клетками и суммарно огромная вычислительная мощь.

Если суметь построить логические схемы через контроль экспрессии генов, хотя бы что-то элементарное типа "если есть сигнал А и сигнал Б, то генерируются сигналы". И вот швейцарцы создали из биологических компонентов и поместили внутрь человеческой клетки центральный процессор на базе системы CRISPR-Cas9, который может одновременно обрабатывать множество входных сигналов в виде молекул РНК.

Напомню на всякий случай, что кремниевый процессор обрабатывает сигналы по одному, просто очень быстро — миллиарды операций в секунду. Клетка же способна обработать до ста тысяч метаболических молекул в секунду. В новой работе белок Cas9 выступает ядром процессора: в ответ на входной сигнал от гена РНК этот цирк начинает регулировать экспрессию определенного гена, производящего конкретный белок. Таким образом, исследователи могут зашить в человеческие клетки масштабируемую схему, осуществляющую бинарные сложения однозначных чисел, а на выходе получить, к примеру, различную интенсивность флуоресценции клетки.

Но что такое одно ядро? Давай два! И дали два! Для этого всего-то нужно было взять систему CRISPR-Cas9 от разных бактерий. Учёные заявили, что они сделали первый в истории многоядерный клеточный процессор. Одноядерные уже делали ранее; например, менее года назад получили подобную систему из клеток кишечной палочки и синтезированной ДНК.

На ум приходят ткани из миллиардов клеток, в каждой из которых двухъядерный процессор, не требующий много энергии. Что там, китайские суперкомпьютеры внутри человеческого тела? Этот принцип может быть использован для определения химических реакций: желательных или нет, различных биомаркеров или онкомаркеров. Даже можно настроить систему так, что она будет выдавать химический ответ на онкологические угрозы.

Конечно, наш организм и так сам себе суперкомпьютер, и принципиально ничего не меняется. Мы просто учимся программировать клетки, запускать метаболические процессы и выделять химические вещества так, как нам требуется при серьёзных заболеваниях сердца. Проблему можно решить пересадкой донорского, но о том, какие очевидны такие операции, можно даже не говорить.

И вот учёные впервые вырастили модель человеческого сердца из биологических материалов пациента. Эта крошка пронизана сосудами, имеет все необходимые камеры и желудочки, и отличается от настоящего сердца по сути только размером, потому что больше подходит для кролика. А ещё происхождением: она напечатана на 3D-принтере. Мы привыкли, что медики умеют выращивать простые ткани, например кожи, но вырастить целый орган, пронизанный кровеносными сосудами — это всё ещё челлендж.

Итак, для начала у пациента взяли его жировые ткани, клетки перепрограммировали так, чтобы они стали плюрипотентными стволовыми клетками, то есть вели себя как эмбриональные клетки, способные развиться в любую ткань. А из внеклеточного матрикса, состоящего из коллагена и гликопротеинов, сделали особый гидрогель, послуживший чернилами для печати. Этот гидрогель затем смешивался со стволовыми клетками, печатали структуру сердца — тканевые заплатки, а клетки дифференцировались в сердечную ткань.

Естественно, орган получился полностью биосовместимым с телом пациента, никакого отторжения тканей. Теперь медики думают над тем, как бы заставить все клетки сокращаться в едином ритме, чтобы сердце работало как насос, потому что без этого это будет не сердце, а кусочек мяса. После этого его попробуют пересадить животным. Ну а окончательная цель, наверное, это станция печати органов при каждой больнице.

И, кстати, даже если будет сердце из нейлона, мы сами знаете, что мы научим его делать.

А напоследок мы хотели бы показать короткое видео со дна Зондского жила, который ранее назывался Ивaн Скай. Это желоб глубиной почти восемь километров в Индийском океане, который сейчас исследуется в рамках экспедиции "5 глубин". Видео со, скорее всего, неизвестными науке животными было снято на глубине 6 с половиной километров.

Абсолютно очевидно, что на таких глубинах должно быть много неизведанного, так что удивляться не приходится. Животное, появившееся из темноты, напоминает воздушный шар и имеет нечто вроде щупальца, которым, скорее всего, умеет цепляться за одно. Во время сейсмической активности подобный слизень уже попадался на глаза японцам 20 лет назад, но у того экземпляра были какие-то отростки на верхней части. Но в любом случае зрелище весьма завораживает.

А теперь обещанные числа. За время существования нашего канала наши ролики посмотрели 76 миллионов раз. Перед экранами подписчики провели 350 миллионов минут, или 5 миллионов 800 тысяч часов, или 683 года. Важно понимать, на что мы тратим своё время, осознавать это, расставлять приоритеты, выделять главное и не главное поверхностное.

Надеемся, что время, проведённое с нами, не было зря потрачено. А вообще это лишний повод задуматься, на что уходят драгоценные минуты нашей жизни. Прямо после этого ролика зайдите в экраны и время своего смартфона и посмотрите, на что вы его тратите.

Ну а на этом сегодня всё. Большое спасибо вам за просмотр! Оставляйте своё мнение в комментариях, ставьте лайк этому видео, если оно вам понравилось, и делитесь им со своими друзьями. Проголосовать за самую интересную новость выпускай можно в подсказках к этому ролику, они находятся наверху. Не забудьте подписаться на QWERTY здесь на YouTube, в Инстаграм и Телеграм. И до скорых встреч! Пока!

[Музыка] Лан! Вот! [Музыка]

More Articles

View All
Stealth Pilot Rescue | No Man Left Behind
I was a fighter pilot in the United States Air Force and the F-117 Stealth fighter, and I participated in Operation Allied Force. My task was to take out one of the most high-value strategic command and control targets in Belgrade. This thing was supposed…
House Hack: How to live FOR FREE by investing in multifamily real estate
What’s up you guys, it’s Graham here. So, as your real estate agent and real estate investor, I’m going to be sharing with you guys exactly how you can cover all of your housing expenses and essentially live for free without ever having to pay rent or com…
Climate 101: Ozone Depletion | National Geographic
(upbeat piano music) [Narrator] 15 to 35 kilometers above Earth’s surface, a gas called ozone surrounds the planet. The ozone layer acts as a barrier between Earth and ultraviolet radiation from the Sun. However, pollution has caused the ozone layer to t…
Monarch Migration and Metamorphosis | Incredible Animal Journeys | National Geographic
In Texas, the monarch is close to exhaustion. With her last reserves, she’s seeking out the perfect spot to lay her eggs. Using her amazing sense of smell, she’s on the hunt for milkweed, the only food her babies will eat. It’s a plant which was once abun…
Threads That Speak: How The Inca Used Strings to Communicate | National Geographic
(Wind blowing) (Solemn music) (Engine humming) When you work with archaeological objects, you are like entering the world of your ancestors. (Mysterious music) I like to think that in a way, they talk to us. (Mysterious music) A Quipu is an accounting dev…
Naive Optimism Will Change Your Life
Imagine you’re an Olympic athlete; you could be a track star, a distant swimmer, or a figure skater. Whatever sport you choose, chances are you’ve been training for it since the moment you could walk. You have your gym routine down to a science. You’ve hi…