[Дмитро]

Разработан инновационный антивирусный наногель

Ученые создали революционный наногель, эффективнее защищающий от заражения вирусными инфекциями, чем традиционные средства. Одно из его главных преимуществ — низкая стоимость.

Международная междисциплинарная команда вирусологов и биохимиков, в которую входят ученые из Свободного университета Берлина, разработала недорогие наногели, способные эффективно предупреждать вирусные инфекции. Эластичные наногели имитируют рецепторы клеточной поверхности, к которым крепятся некоторые семейства вирусов. Патогены прикрепляются к молекулам наногеля, значительно уменьшая риск инфицирования клеток. Результаты исследования опубликованы в онлайн-журнале ACS Nano.

Медицинскому исследованию предстоит пройти нелегкий путь из-за огромного числа существующих вирусов. Большинство доступных на сегодня медикаментов эффективно защищают только от одного вируса или нескольких схожих, так как блокируют лишь определенные вирусные белки, предотвращая цикл вирусной репликации в зараженных клетках. Вдобавок к возможным побочным эффектам этих веществ появление резистентных вирусных штаммов представляет серьезную опасность.



Несмотря на многообразие видов и морфологий, многие вирусы отчасти схожи. Они часто поливалентно взаимодействуют со специфическими рецепторами и корецепторами на поверхности клеток, с помощью которых они осуществляют изначальный контакт и распространение внутри клеток. Нарушение сложного механизма взаимодействия клетки и вируса — ключевая область исследования для разработки эффективных антивирусных средств широкого спектра.


Протеогликаны гепарансульфата (HS) формируют входные порты в клеточной мембране для различных вирусов. Уже разработано много типов наночастиц, предназначенных для блокировки проникновения вируса в клетку посредством молекул HS. В целом они основаны на жестких материалах, наподобие частиц золота и серебра. Использование более мягких и эластичных веществ в качестве альтернативы в этом вопросе пока мало исследовано.



Сейчас немецко-индийская команда ученых разработала наногели с разными степенями эластичности, имитирующими клеточные белки HS. Активное соединение, основанное на дендритном полиглицериновом сульфате, способно эффективно и постоянно захватывать и изолировать вирусы, тем самым предотвращая заболевания. Эти наногели могут легко адаптироваться к поверхности вируса, что увеличивает их поливалентные взаимодействия с частицами вируса и снижает вероятность отсоединения патогенов.



Исследователи синтезировали два сульфатированных наногеля, работающих против герпеса и артеривирусов у людей и животных. Сгенерированные наногели могут достичь ингибирующего эффекта в 90% случаев. Вещества остаются активными довольно долго, а также предоставляют защиту от вирусных частиц, испущенных зараженными клетками. Наногели можно изготовить по достаточно низкой цене (если сравнивать с производством традиционных антивирусных средств). Таким образом, их можно применять и в лечении животных. Кроме того, полимерные гели безвредны, могут распадаться на более мелкие фрагменты и выводиться через почки.   

[Дмитро]

Симуляции крупномасштабных структур Вселенной могут пролить свет на ее «темные элементы»

Если брать в расчет только видимую материю, то Галактики не должно существовать. Общее гравитационное воздействие каждой луны, планеты и звезды недостаточно сильно, чтобы произвести настолько плотную и сложную систему, как Млечный Путь.

Ученые считают, что во Вселенной есть много дополнительной материи, которую мы не можем наблюдать напрямую, — и это темная материя. Хотя не известно, из чего она состоит, ее воздействие на свет и гравитацию проявляется в самой структуре Галактики. Темная материя и еще более таинственная темная энергия, которая, по мнению экспертов, ускоряет расширение Вселенной, могут составлять до 96% всего космоса.



Исследователи из Biocomplexity Institute (Институт биосложностей. – Перевод авт.) при Политехническом университете Виргинии пытаются оценить главные свойства Вселенной в Аргоннской национальной лаборатории, включая относительное распределение темной материи и темной энергии. Министерство энергетики США утвердило почти миллион долларов финансирования для исследовательской команды, которая должна разработать компьютерные симуляции крупномасштабных структур и создать новые статистические методы, призванные помочь изучить эти фундаментальные взаимодействия.



Для регистрации воздействия темной материи и темной энергии на настоящие и будущие научные наблюдения ученые планируют работать на основе одних из самых мощных прогностических технологий, использованных Институтом биосложностей при прогнозе распространения таких заболеваний, как вирус Зика и лихорадка Эбола. Используя данные наблюдений из таких источников, как Dark Energy Survey, специалисты попытаются изучить, как эти «темные элементы» повлияли на эволюцию Вселенной.



«Звучит невероятно, но мы уже делали такие вещи в прошлом, совместив статистические методы с симуляциями суперкомпьютера в поисках эпидемий, — говорит Дейв Хигдон, профессор Института биосложностей. — Использование статистического метода для совмещения входящих данных о населении, шаблонах передвижения и окружающей местности с детальными симуляциями может помочь надежно прогнозировать, как будут изменяться санитарные условия в регионе. Интересно посмотреть, как эти же принципы сработают в космическом масштабе».



Если эксперимент будет успешным, его результаты помогут в работе будущих космологических исследований и смогут объяснить множество тайн, связанных с составами и эволюцией темной материи и темной энергии. Более того, обратный инжиниринг эволюции этих элементов может предоставить уникальную возможность взглянуть более чем на 14 миллиардов лет истории космоса.   

[Дмитро]

В иммунной системе человека нашли «микроорган»

Он оказался местом локализации В-клеток памяти, местонахождение которых долго искали.

Ученые из Института медицинских исследований Гарвана (Австралия) обнаружили над лимфатическими узлами мышей и человека небольшую структуру, которая ответственна за быстрый иммунный ответ при повторном заражении инфекцией. Работа опубликована в журнале Nature Communication.



Биологи знали о существовании B-лимфоцитов и их подтипа В-клеток памяти (MBC). Последние — долгоживущие клоны В-клеток, которые обеспечивают быстрый иммунный ответ и выработку большого количества иммуноглобулинов при повторном заражении. Они позволяют иммунитету «помнить» предыдущие инфекции. Несмотря на понимание функций этих клеток, ученые не знали, где именно они локализуются. Поиск ответа привел к открытию «микрооргана».



При исследовании ткани обычно используют простые микроскопы, что подразумевает анализ тонких срезов, показывающих двухмерную картинку. Это, по мнению авторов работы, и послужило причиной того, что орган не обнаружили ранее. Сейчас же ученые применили двухфотонный лазерный микроскоп, чтобы создать трехмерное изображение. Тогда они заметили небольшую тонкую структуру, расположенную над лимфатическим узлом. Они назвали ее субкапсулярным пролиферативным очагом (subcapsular proliferative foci).



В ней исследователи обнаружили скопление В-клеток памяти. Там же они превращались в плазматические клетки, которые секретируют растворимые антитела и устраняют угрозу организму. Один из участников работы Имоджен Моран (Imogen Moran) описал этот процесс:



«Это было невероятно — видеть, как активируются В-клетки памяти и образуются кластеры в этой новой, доселе невиданной структуре. Мы видели, как они двигаются, как взаимодействуют с другими иммунными клетками и превращаются в плазматические клетки — и все это прямо на наших глазах».
https://www.youtube.com/watch?v=oKdjCcQXfCg
В-клетки памяти на поверхности субкапсулярного пролиферативного очага / Nature Communication

Авторы заметили, что изучение тканей под микроскопом началось триста лет назад, но живые организмы до сих пор хранят неизведанные секреты. Они предположили, что механизмы, открытые в субкапсулярном пролиферативном очаге, могут изменить способы вакцинации в будущем.



Ранее психологи из Университета штата Огайо (США) узнали, что мастоциты — клетки нейроимунной системы — способны усиливать маскулинную манеру поведения у мышей.   

[Дмитро]

Клещи домашней пыли
Почему у людей возникает аллергия на пыль и как с этим бороться

В проекте «КлещИ» совместно c Институтом экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) Тюменского государственного университета рассказываем, что такое клещи, чем они полезны сельскому хозяйству и почему акарология — наука будущего.

В домашней пыли обитают микроскопические клещи. Они не кусаются, а питаются отмершими частичками кожи человека. Эти клещи — одна из самых распространенных причин аллергии и астмы.

Почему клещи вызывают аллергию?
Когда человек еще не существовал, клещи домашней пыли жили в гнездах птиц. Частички кожи и перья птиц богаты кератином, и большинство животных неспособны переваривать этот белок. У группы клещей, питавшихся в гнездах, выработались сильные пищеварительные ферменты, энзимы-кератиназы, позволяющие расщеплять кератин. Возможно, кератиназы появились за счет симбиоза клещей и бактерий.

Когда люди стали строить жилища, клещи из гнезд птиц обнаружили, что они могут свободно жить в домах и питаться отмершими частичками кожи человека. Это сожительство оказалось неприятным для человека, потому что клещи, питаясь кожей, используют те же сильные энзимы, что и для переваривания кератина перьев птиц. Эти энзимы — очень сильные аллергены.

Часть пищеварительных ферментов сохраняется в фекальных частичках клещей. Эти частички очень маленькие, размером всего несколько микрометров. Они легко поднимаются в воздух, оседают на коже, попадают в легкие. Попадая на кожу или повреждая деликатные клетки в легких человека, энзимы в фекалиях клещей могут вызвать аллергическую реакцию.


Пылевые клещи есть во всей квартире?

Клещи домашней пыли обычно разводятся в матрасах, подушках, мягких диванах. Человек садится на диван, и тысячи фекальных частиц поднимаются в воздух. Часто клещи живут в креслах автомобилей, и в закрытом пространстве аллергическая реакция особенно заметна.

Какие виды клещей живут в пыли?
Ученые описали более ста видов пылевых клещей, но основные возбудители аллергии — три вида: американский клещ домашней пыли (Dermatophagoides farinae), европейский клещ домашней пыли (Dermatophagoides pteronyssinus) и евроглифус (Euroglyphus maynei).

Клещи обязательно вызывают аллергию?
Аллергия на клещей домашней пыли есть не у всех, ей подвержены 5–10% людей — это зависит от иммунитета человека.

Пылевые клещи безвредны для тех, у кого нет на них аллергии?
Кроме аллергии эти клещи опасны тем, что могут попадать в еду и незаметно там размножаться. Употребление этой еды в пищу может вызвать анафилактический шок.

Клещи могут быть вредны, даже если у вас нет аллергических реакций. Если существует постоянный контакт с клещами домашней пыли, они вызывают аллергию к другим источникам. Может развиться аллергия, но не на клещей, а на что-то другое, например на пыльцу.

Какой климат благоприятен для клещей?
Клещи домашней пыли любят влажность и чаще встречаются в прибрежных городах. Именно из-за клещей в регионах с высокой влажностью больше астматиков. Клещи домашней пыли активизируются летом, когда в квартирах отключают отопление и возрастает влажность.


Как избавиться от клещей в доме?
Пытаться вытравить пылевых клещей не имеет смысла: даже если убить их всех, через несколько дней из природы могут прийти другие. Зато можно устранить места, где размножаются клещи. Если подушка набита перьями, стоит поменять ее на подушку с синтетическим наполнителем.

Нужно поддерживать низкую влажность: при относительной влажности ниже 55% клещи погибают. Какое-то время они продолжат быть аллергенными, потому что фекальные частицы и мертвые клещи остаются в пыли. Но если поддерживать низкую влажность и относительную чистоту, можно снизить численность клещей до такого уровня, что они не будут причинять вреда.   

[Дмитро]

Возле новорожденной звезды ученые заметили тяжелую воду и сахар

Уникальные наблюдения области звездообразования позволили рассмотреть исходящий от протозвезды поток воды и сахар в окружающем газовом облаке.

Туманность Кошачья лапа (NGC 6334) — область активного образования и роста новых звезд, находящаяся в южном созвездии Скорпиона, на расстоянии примерно 4300 световых лет. До сих пор исследовать ее удавалось лишь с помощью длинных радиоволн, и только огромная точность радиотелескопов ALMA и уникальные условия, сложившиеся в чилийской пустыне 5 апреля 2018 года, когда воздух над антеннами оказался исключительно сух, позволили провести наблюдения на коротких микроволнах — вплоть до 0,3-0,4 миллиметра. Результаты работы опубликованы в журнале Astrophysical Journal Letters.



В новой статье американский радиоастроном Кристал Броган (Crystal Brogan) и его коллеги сообщают о двух крайне интересных особенностях, обнаруженных в NGC 6334. Во-первых, ученым удалось заметить поток пара, покидающего одну из массивных протозвезд туманности и содержащего большие количества тяжелой воды.

Композитное изображение NGC 6334I, полученное радиотелескопом ALMA; синим выделены потоки тяжелой воды; оранжевым — области, содержащие гликольальдегид / ©ALMA, NRAO/AUI/NSF, B. Saxton

Прямые наблюдения этого феномена с поверхности Земли удалось провести впервые; обычно атмосферная влага не позволяет различить слабый сигнал воды. Эта среда служит основой для работы «космического мазера» — естественного микроволнового источника лазерного излучения. Кроме того, ученые проанализировали спектр NGC 6334, определив некоторые из присутствующих в туманности молекул. Помимо прочего, среди них отмечается наличие гликольальдегида, простейшего сахара.   

[Дмитро]

Разработана технология, способная обезопасить космонавтов от радиации

Новая технология, регистрирующая солнечную радиацию в реальном времени и моментально прогнозирующая связанные с ней нарушения в организме, может защитить космонавтов во время миссий в глубокий космос.

Cолнечные протонные события (СПС), происходящие при выбросе высокоэнергетических протонов в космос во время извержений на поверхности Солнца, подвергают космонавтов опасности. Протоны могут проникать сквозь стены космических аппаратов и затем попадать в организм человека. Такое излучение способно моментально спровоцировать такие побочные эффекты, как тошнота, снижение производительности и другие острые радиационные синдромы, а также серьезные заболевания: рак, некроз тканей, сердечная недостаточность и поражение ЦНС.



В недавнем исследовании ученые описывают новое приспособление, предназначенное для защиты астронавтов от воздействия радиации. Устройство разработано для предстоящей миссии NASA Exploration Mission-1, при которой аппарат Orion облетит Луну для симуляции полета в глубокий космос.



На борту космического судна SEP Acute Radiation Risk Tool (так назвали устройство) будет в реальном времени сообщать о регистрации уровней излучения Центру управления космическими полетами. Эта информация поможет ученым моментально прогнозировать биологическое воздействие каждого СПС и выявлять опасность, которая грозит космонавтам, находящимся на космическом корабле.

График показывает поток радиации, зарегистрированный NASA Mars Science Laboratory по пути от Земли к Марсу. Уровнях радиации достигали пика во время солнечных протонных событий / © NASA

«Разработанный мною инструмент будет конвертировать проведенные измерения в данные, которые вы действительно хотите знать: во-первых, какую дозу получит каждый орган, — говорит Кристофер Мертенс, физик из Исследовательского центра NASA имени С. М. Лэнгли и автор нового исследования, опубликованного в журнале Space Weather Американского геофизического союза. — Следующий шаг: зная дозы, полученные органами, можно ответить на вопрос, какую биологическую реакцию организма следует ожидать».



Никогда прежде такого двухэтапного процесса не существовало. Мертенс уверен, что эта технология необходима, чтобы обезопасить космонавтов во время миссий в глубокий космос. Раньше было невозможно узнать, какому объему излучения подвергаются космонавты до СПС: согласно Мертенсу, эти показатели можно было получить только после события.



«В отсутствие защиты, которую нам обеспечивает окружающая среда на Земле, космонавтам следует опасаться острых эффектов радиации, таких как рвота, тошнота, слабость, утомленность, снижение производительности, — говорит Мертенс. — Тот факт, что мы отправляемся в глубокий космос, значительно ускоряет процесс точного описания окружающей среды».   

[Дмитро]

Уточнен возраст жизни на Земле
Судя по генетическим данным, первый предок всех дальнейших живых существ жил на планете примерно четыре миллиарда лет назад.

Группа ученых из Университета Бристоля попыталась используя метод «молекулярных часов» оценить возраст жизни на Земле. Идея метода, если описывать ее очень коротко и упрощенно, сводится к тому, что изменения ДНК накапливаются с примерно одинаковой скоростью и, отследив их историю, можно с какой-то точностью оценить время, прошедшее с момента формирования тех или иных групп организмов.

До сего момента возраст жизни на планете оценивался как не менее 3.7 миллиарда лет. Эта оценка базировалась на изучении пород формации Исуа (юг Гренландии). Собственно окаменелостей там пока не найдено, но породы имеют явно биогенное соотношение изотопов углерода, позволяющее уверенно утверждать, что в момент их формирования жизнь там была. На этом возможности традиционной палеонтологии заканчиваются — осадочных пород древнее Исуа на Земле пока не нашлось.

Вернемся в Бристоль. По результатам работы тамошних ученых, самое древнее существо, бывшее предком всех дальнейших форм жизни, от человека до кишечной палочки, жило примерно 3.9 миллиарда лет назад. Сказать о нем практически ничего нельзя, хотя из общих соображений очевидно, что оно было одноклеточным и пока не имело клеточного ядра.

Бактерии и археи разделились примерно через 500 миллионов лет, а эукариоты — организмы, имеющие клеточное ядро, — появились совсем «недавно», примерно 1.84 миллиарда лет назад.

Ознакомиться с результатами работы подробнее можно в статье, опубликованной в Nature.   

[Дмитро]

Межпланетная станция NASA приблизилась к астероиду Бенну

В Космическом агентстве считают, что астероид может однажды столкнуться с Землей.

Околоземный астероид Бенну, ранее называвшийся 1999 RQ36, по утверждениям специалистов NASA, может столкнуться с Землей во второй половине XXII века. Вероятность, согласно подсчетам, составляет 1 к 2 700. Аппарат OSIRIS-REx должен рассказать больше об этом объекте.



Межпланетная станция OSIRIS-REx, чье полное название — Origins Spectral Interpretation Resource Identification Security Regolith Explorer, вышла на орбиту 8 сентября 2016 года. Ее задача — исследование астероида Бенну и доставка грунта с его поверхности на Землю.



В конце прошлой недели в официальном твиттере программы появилось сообщение о том, что станция приблизилась к астероиду и начинает операцию.

Однако до полного сближения еще далеко. Сейчас станция находится на расстоянии двух миллионов километров от астероида. Она достигнет дистанции в 500 метров только к декабрю. Согласно плану, аппарат должен провести рядом с Бенну два года. Перед своим отходом, который запланирован на март 2021 года, он возьмет образцы грунта с поверхности астероида, а затем доставит их на Землю. Его возвращение ожидают в сентябре 2023-го.

План операции / NASA

Изучение Бенну интересует ученых не только из-за возможного столкновения, но и потому, что он способен рассказать об эволюции Солнечной системы. Такие астероиды, как Бенну, очень старые и богаты углеродом, а потому их рассматривают как источники зарождения жизни на Земле в теории панспермии. Они могли занести аминокислоты на нашу планету миллиарды лет назад, из-за чего и началась эволюция жизни. Образцы Бенну помогут составить более определенное суждение об этой гипотезе.



В июне астрономы открыли двойной астероид рядом с Землей. Эта находка особенно удивила ученых, потому что обе части астероида практически одинакового размера — примерно 900 метров в поперечнике. До этого удалось обнаружить всего три другие «идеальные» пары.   

[Дмитро]

Электронные сигареты могут повреждать ДНК

Популярность электронных сигарет во всем мире продолжает возрастать, поскольку курильщики считают их безопасной альтернативой традиционным сигаретам. Но последствия долгого применения этого незамысловатого прибора не изучены, что и немудрено — он появился слишком уж недавно.

Электронные сигареты стали входить в нашу жизнь после 2004 года. По сути, это аналог медицинского ингалятора. Некая жидкость, в большинстве случаев содержащая никотин (хотя возможны самые разные варианты), нагревается и испаряется, создавая аэрозоль, который затем вдыхается владельцем устройства совершено так же, как это было бы с дымом от обычной сигареты. Но, поскольку дыма как такового здесь нет, то эта процедура считается свободной от негативных последствий, во всяком случае — канцерогенных.

В 2016 году в США электронные сигареты употребляли 13,5 процента учащихся средних школ, 37,7 процента учащихся старших классов и 35,8 процента молодых людей (от 18 до 24 лет). Среди людей постарше гаджет был менее популярен: люди от 25 и старше использавали его в 16,4% случаев.

Команда обеспокоенных здоровьем сограждан ученых представила свои результаты на 256-м Национальном собрании Американского химического общества (ACS).

Исследователи собирали образцы слюны подопытных (их было всего пятеро) до и после 15 минут курения электронной сигареты. После этого оценивалось содержание веществ, которые потенциально могут повреждать ДНК.

Выяснилось, что «вапинг» (курение электронной сигареты) приводит к увеличению содержания в слюне формальдегида, акролеина и метилглиоксаля. Все три вещества могут повреждать ДНК, вызывая тот самый рак, которого мы надеялись избежать.

Ученые предполагают повторить свои эксперименты на более крупной группе подопытных волонтеров.   

[Дмитро]

Глаз и фоторецепторы
Физиолог Вячеслав Дубынин о строении глаза, мутациях кристаллина и пигментах палочек и колбочек
https://www.youtube.com/watch?v=wn8QnM1Zj5c
Зрительная система — это важнейшая сенсорная система нашего организма. Львиную долю информации мы получаем именно через зрение. И для того, чтобы работать со зрительными сигналами, у нас есть центры в головном мозге и сложнейший орган чувств, который называется глаз. Внутри глаза есть сетчатка, а в сетчатке есть фоторецепторы — те самые чувствительные клетки, которые воспринимают зрительный сигнал.

Рекомендуем по этой теме:
FAQ: G-белоксопряженные рецепторы
Задача фоторецепторов непроста, потому что зрительный сигнал — это электромагнитные волны. И чтобы среагировать на эти специальные волны, нужны специальные механизмы, и эволюция долго и достаточно мучительно эти механизмы формирует. О строении глаза можно говорить очень много и долго. Это действительно очень сложная штука. Все знают о том, что есть хрусталик, есть зрачок, есть сетчатка, есть сосудистая оболочка, зрительный нерв. Про каждую из этих конструкций можно рассказывать много.

Меня больше всего восхищает, пожалуй, хрусталик. Для того чтобы наводить изображение на резкость, эволюция изобрела прозрачную эластичную линзу, и эта линза состоит из живых клеток. Такой как бы подвиг — создать прозрачные живые клетки. Чтобы это случилось, возник специальный белок, который называется кристаллин. У него совершенно потрясающая первичная, вторичная, третичная структура. В итоге возникает что-то вроде кристаллов, способных проводить электромагнитные волны без особой задержки.

Кристаллин в ходе эволюции формируется достаточно рано, а потом остается очень стабильным, консервативным, потому что эволюция довела его уже до такого идеала, что даже небольшие изменения ухудшают проведение света. Именно поэтому на основе кристаллина были в свое время построены первые филогенетические деревья млекопитающих. То есть мы берем кристаллин человека, макаки, крысы, сравниваем их между собой и видим, что различия в первичной структуре минимальны. То есть буквально две, три, пять мутаций. А поскольку мутация в кристаллине не портит его свойства, возникает достаточно редко — один раз в 3–4 миллиона лет, — то отличие человека от макаки в три мутации означает, что мы разошлись с нашими обезьяноподобными предками 10–12 миллионов лет назад. А от крысы отличие в восемь мутаций, значит, расхождение случилось 30 миллионов лет назад. В 90-е годы прошлого века это были новые и впечатляющие факты, которые позволили понять, что эволюция — это не только появление пятен на шкуре жирафа или удлинение его шеи, но это молекулярная эволюция, когда по изучению строения белка или, например, рибосомальной РНК вы можете увидеть, как одни организмы происходят от других.

Фоторецепторы внутри глаза человека делятся на две группы — палочки и колбочки. Сам термин достаточно старый, из XIX века, когда под микроскопом увидели форму этих клеток. Палочки — это цилиндрические клетки, а колбочки больше похожи на конус. И у палочки, и у колбочки есть центральная часть — зона, где находится ядро. Есть та часть, которая повернута в сторону хрусталика, и там располагается пресинаптическое окончание, которое контактирует с нейронами сетчатки. И есть часть, которая обернута в сторону сосудистой оболочки, и там располагаются светочувствительные пигменты.

Светочувствительные пигменты — это ключевая конструкция внутри фоторецептора, то есть это те самые молекулы, которые реагируют на электромагнитные волны. И для того, чтобы это делать, внутрь светочувствительных пигментов вставлена особая молекула, которая называется ретиналь. Ретиналь — это трансформированный ретинол, то есть витамин А. И все знают, что морковка ужасно полезна для зрения, потому что там есть что-то такое, от чего наши фоторецепторы работают лучше. В морковке находится оранжевый пигмент под названием каротин, и когда мы съедаем каротин, то он у нас в организме превращается в ретинол и встраивается внутрь палочек и колбочек.

Нужно понимать саму идею витамина. Это незаменимые вещества, которые нам необходимы, но которые мы сами делать не можем и должны откуда-то получать, — как правило, из растительных источников. Зачем растениям каротин? Он играет роль вспомогательного светочувствительного пигмента. Растения зеленые, и это значит, что их хлорофилл реагирует на красный диапазон спектра, на синий диапазон спектра, поглощает эту энергию. А зеленая часть диапазона теряется, отражается от листьев, поэтому мы видим листья зелеными. Выходит, что примерно третья часть энергии теряется. Поэтому возникает идея: а давайте мы сделаем пигмент, который бы все-таки ловил зеленые лучи и помогал хлорофиллу. Так появляется каротин — оранжевый, оранжево-красный, и это значит, что он поглощает синие и зеленые лучи. Поглощая зеленую часть спектра, он помогает хлорофиллу.

Что получается с витамином А? Наша эволюция, эволюция животных, не смогла изобрести молекулу, которая ловит электромагнитные волны. Поэтому для того, чтобы заработали наши фоторецепторы, мы должны съесть растение, извлечь каротин, превратить его в ретинол и вставить внутрь палочек-колбочек. И только тогда мы начинаем видеть. Мы, животные, настолько зависимы от растений, что даже зрение опирается на те молекулы, которые мы от них получаем. Это общая логика, она распространяется практически на все витамины. Все знают, что каротин полезен для здоровья и наш организм к нему очень трепетно относится. Ретинол запасается в печени и по мере необходимости идет на то, чтобы синтезировать дополнительные новые светочувствительные пигменты.

Рекомендуем по этой теме:
Зависит ли коммуникация псовых от цвета их глаз?
Пигмент палочек называется родопсин, а пигменты колбочек — йодопсин. И палочки все одинаковы, и родопсин одинаков. Один тип родопсина присутствует внутри нашего глаза. А что касается йодопсинов (английский вариант — конопсины), их три типа. Как известно, наши колбочки и наши йодопсины — это три класса, каждый из которых реагирует либо на красные лучи, красный диапазон спектра, либо на зеленый диапазон, либо на синий диапазон. Поэтому и о йодопсинах, и о колбочках говорят, что они делятся на красночувствительные, синечувствительные и зеленочувствительные.

Это один из интересных парадоксов нашей зрительной системы. На уровне сетчатки мы видим только красный, синий и зеленый диапазоны спектра. И все многообразие цветов, которое у нас в голове возникает, — это результат работы внутреннего фотошопа, который нашему сознанию предоставляет информацию о том, сколько объект отражает синих лучей и зеленых, красных лучей в виде интегральной штуковины под названием цвет. Нет лилового, нет оранжевого, нет салатового цвета, а есть пропорция между синими, красными и зелеными. Обычный человек над этим не задумывается, а физиологи очень давно задумываются, и существует большое количество теорий цветового зрения. Эти теории до сих пор не полностью объясняют все те эффекты, которые наблюдаются, когда человек работает с цветными картинками. Поэтому в данном месте физиологии зрения еще довольно большое белое пятно.

Догадываться о том, что есть отдельно синий, красный и зеленый чувствительные фоторецепторы начали еще на грани XVIII–XIX веков. Тогда английский физик Томас Юнг придумал следующий эксперимент. Если взять прозрачные стеклышки — синее, красное, зеленое — и сложить их вместе, то на перекрестье получится белое стекло. Получается, что равная пропорция красного, синего и зеленого субъективно воспринимается нами как белый цвет. К середине XIX века Герман Гельмгольц, немецкий физиолог, сформулировал эту идею как наличие фоторецепторов разного типа. Потом в течение XIX века стали возникать различные теории цветового зрения.

Теории и написанные книги, в частности, Гельмгольцем произвели большое впечатление на молодых французских художников, которые сказали: «О, как интересно! Наш глаз же видит чистые цвета. Зачем же мы смешиваем краски на палитре? Давайте будем рисовать чистыми цветами». И поэтому мы знаем, что одним из источников импрессионизма являются работы в области физиологии зрения. Скажем, Сёра и Синьяк читали работы Гельмгольца, и тот стиль импрессионизма, который называется пуантель, во многом базируется на такой физиологии зрения и на тогдашних знаниях о ней.

Эволюция зрительной системы и фоторецепторов начинается именно с колбочек. В этом смысле она отличается от того, что мы видим в человеческой технике. Потому что человек сначала изобрел черно-белый телевизор, а потом цветной. Эволюция шла другим путем, потому что придумать молекулу, которая реагирует на определенную часть спектра, проще, чем молекулу, которая реагирует на весь спектр — от красного до синего. Поэтому в ходе эволюции сначала появляется довольно много разных типов колбочек, и, если мы смотрим на сетчатку рыб, амфибий и рептилий, там порой этих колбочек семь, а то и десять типов. Еще внутрь колбочки порой вставлены такие жировые капли, играющие роль дополнительного светофильтра, который заужает частотный диапазон и позволяет еще более четко реагировать на тот или иной цвет. Цветовые сигналы очень значимы в поведении животных. Предупреждающая окраска или окраска, которая возникает при размножении, — в общем, цветовые сигналы — очень распространена в мире животных.

Рекомендуем по этой теме:
Как мы воспринимаем цвета?
И в нашей линии эволюции, в линии эволюции позвоночных, и в линии эволюции моллюсков и членистоногих тоже очень сложный глаз. У головоногих моллюсков глаз работает по очень похожим принципам, а вот у членистоногих глаз состоит из множества маленьких глазок, и там несколько другая система. Глаз членистоногих видит картину скорее как сложную мозаику, и, судя по всему, такая интегральная картинка получается хуже, но зато эта система очень хорошо и здорово реагирует на любые изменения, смещения объекта в пространстве. В этом смысле членистоногие на движение нашей руки реагируют очень здорово и очень четко.

Фоторецептор реагирует в тот момент, когда на него падает световой сигнал. Эта реакция начинается с того, что распадается светочувствительный пигмент — родопсин или йодопсин. Дальше возникает цепочка химических реакций, которая приводит к появлению рецепторного потенциала, и, в отличие от обычных рецепторов, сигнал идет не вверх, не как деполяризация, а как гиперполяризация. Этот сигнал довольно медленно развивается, и в ответ даже на короткую световую вспышку рецепторный потенциал длится 50 миллисекунд, то есть одну двадцатую секунды. Это приводит к очень характерной зрительной иллюзии — иллюзии слияния отдельных световых вспышек в целостную картину. Эта иллюзия лежит в основе эффекта кино: если мы даем 20 кадров в секунду, а лучше 24 кадра, а лучше, конечно, 50 или 70 кадров в секунду, эти кадры начинают сливаться, и возникает непрерывная движущаяся картинка. Это из-за того, что наши фоторецепторы довольно медленно работают. То есть из всех рецепторов это самые медленно работающие клетки.

После того как сигнал воспринят фоторецепторами, он передается на нейроны сетчатки. Сетчатка состоит из фоторецепторов и четырех слоев нервных клеток. Это клетки горизонтальные, амакриновые, биполярные, ганглионарные, и они уже сразу внутри сетчатки начинают обработку зрительного сигнала, в частности подчеркивают контрасты тех или иных объектов, линий, границ. И выходными клетками сетчатки являются ганглионарные клетки. Именно их аксоны формируют зрительный нерв. Примерно миллион таких аксонов идет в наш головной мозг. Получается, что картинка, которую цифрует наша сетчатка, — это примерно один миллион пикселей, что само по себе удивительно, поскольку даже обычные фотоаппараты дают более детальную картинку. Но фокус в том, что детальная, очень точная оцифровка происходит только в центре нашей сетчатки, а периферия цифруется с гораздо меньшим разрешением. В итоге, для того чтобы четко видеть ту или иную картинку, мы должны смотреть прямо на нее центром нашей сетчатки — это то, что называется желтым пятном. И именно с этой области получается самое качественное изображение.   

[Дмитро]

Ученые выяснили, как люди неолита пережили глобальное похолодание

Крошки жира на стенках керамической посуды помогли подтвердить, что 8200 лет назад жителям неолитического поселения Чаттал-Хююк пришлось несладко. А другие находки рассказали археологам о том, как жители Чаттал-Хююка пережили самое суровое похолодание антропоцена.

Восемь тысяч лет назад нашим предкам, жившим в Северном полушарии, пришлось несладко: планета пережила резкое похолодание и череду летних засух. О катаклизме известно по данным анализа окаменелых деревьев того периода и по другим косвенным признакам. К тому времени многие человеческие популяции уже освоили земледелие и скотоводство и жили крупными поселениями; отсутствие дождей и холод должны были сильно усложнить и без того нелегкую жизнь обитателей этих поселений, но данных о том, как люди неолита пережили эти трудные годы, до сих пор было очень мало. Опубликованное на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences исследование международной группы археологов проливает свет на сложности, с которыми столкнулись жители древнего поселения Чатал-Хююк (совр. Турция).

Люди жили в Чатал-Хююке с 7500 по 5700 гг. до н.э. Они возделывали землю, выращивали пшеницу, ячмень и бобовые, разводили овец, коз и коров. В годы расцвета население Чатал-Хююка насчитывало до десяти тысяч жителей — для неолита это был огромный мегаполис. 8200 лет назад его жители, как и все остальное население Северного полушария, испытали на себе глобальное похолодание — не первое в истории планеты, но самое суровое из тех, что застали люди. Оно продолжалось от двух до четырех столетий. Чтобы узнать, как именно сказалось похолодание на жителях Чатал-Хююка, археологи и биохимики решили изучить изотопный состав крошечных частиц животного жира, сохранившихся в порах керамики, которую в изобилии находят в древнем поселении. Похолодание привело к засухам, высушившим траву, и домашний скот в холодные годы должен был стать тощим; стресс, связанный с недоеданием, в свою очередь, должен был оставить след в составе животного жира, рассудили ученые.

Частицы жира извлекли из микроскопических отверстий на стенках глиняной посуды и проанализировали с помощью газовой хроматографии-масс-спектрометрии. Оказалось, что в жире с находок, датированных 6200 г. до н.э., содержится на 9% больше дейтерия, чем в крохах жира с керамики предшествующих периодов. Повышенное содержание дейтерия в тканях растений связывают со снижением количества осадков; вероятно, этот эффект засухи обусловил и более высокое содержание тяжелого изотопа водорода в жировой ткани травоядных животных — в частности, домашнего скота. Это первое археологическое свидетельство глобального похолодания 6200 лет до н. э., отмечают авторы работы.

Другие находки из Чатал-Хююка рассказывают историю борьбы за выживания в период глобального похолодания. Кости животных, датированные 6200 годом и последующими столетиями, сохранили множество царапин и сколов, говорящих о том, что в засушливые и холодные годы предки съедали все до последней крошки, скоблили косточки и доставали питательный костный мозг. Примерно в то же время в Чатал-Хююке сократилась популяция коров, а коз стало больше — видимо, они легче переносили катаклизм. Изменилось и само поселение: в засушливые годы традиционные для него крупные дома на несколько семей уступили небольшим обособленным хозяйствам.   

[Дмитро]

Фононы могут обладать массой и, возможно, даже антигравитацией

Три физика из Колумбийского университета предложили новую теорию о фононах, согласно которой они могут обладать отрицательной массой, а значит, и антигравитацией.

Большинство теорий описывают звуковые волны скорее как коллективное событие, нежели физические элементы. Они считаются движением молекул, сталкивающихся друг с другом, подобно шарам на бильярдном столе: любое движение в одном направлении компенсируется движением в обратном направлении.



В такой модели звук не обладает массой, следовательно, не способен взаимодействовать с гравитацией. Однако все может оказаться несколько сложнее. В своей работе Анджело Эспосито, Рафаэль Кричевски и Альберто Николис предполагают, что настоящая теория не в полной мере отражает то, что показывают наблюдения.



Недавно физики придумали термин для описания поведения звуковых волн в очень малых масштабах: фонон. Он определяет, как звуковые вибрации вызывают сложные взаимодействия с молекулами, позволяющие звуку распространяться. Термин оказался полезным, так как позволяет применять к звуку принципы, которые прежде относились непосредственно к частицам.



Никто ранее не предполагал, что фононы — действительно частицы (то есть обладают массой). Теперь же исследователи полагают, что у фононов может быть отрицательная масса — это, в свою очередь, подразумевает наличие антигравитационных свойств.



Для того чтобы понять, как такое возможно, исследователи используют в качестве примера контейнер, наполненный жидкостью. В чашке воды, у ее днища, частицы воды плотнее, чем у ее верха, — это обусловлено действием гравитации. Также известно, что звук распространяется быстрее через более плотные материалы. Что же происходит с фононом, когда он сталкивается с этой разницей?



Исследователи предполагают, что он отражается вверх, проявляя свойства антигравитации. Они также считают, что то же самое может происходить со звуком в воздухе, из-за чего он слегка приподнимается. Физики признают, что такой подъем слишком мал, чтобы его могло зарегистрировать современное оборудование, но отмечают, что с развитием технологий их теория подтвердится.   

[Ruslan Nikitenko]

[Ruslan Nikitenko]

[Дмитро]

https://www.youtube.com/watch?v=HD2HZlADhXE