Разделы: Обзор |

2016 год в научных достижениях

страницы: 58-62

Подходит к концу 2016-й год. Он был насыщен событиями в различных сферах на­­уки. Вспоминая уходящий год, представляем вашему вниманию подборку сообщений о некоторых значимых научных открытиях и достижениях.

Нобелевский комитет назвал имя лауреата Нобелевской премии 2016 года по физиологии и медицине

вверх

Нобелевскую премию в области медицины и физиологии получил специалист по клеточной биологии из Японии Ёсинори Осуми (Yoshinori Ohsumi). Премия ему присуждена «За открытие и исследование механизмов аутофагии, фундаментального процесса распада и утилизации клеточных компонентов».

Осуми выбрал в качестве объекта для экспериментов дрожжи – одноклеточные грибы, которые быстро размножаются бесполым путем.

Когда Ёсинори начинал эксперименты с дрожжами, ученые уже умели отделять одни компоненты клеток от других с помощью очень быстро вращающихся центрифуг. Поэтому он смог определить, какие ферменты, разлагающие белки, находятся в вакуолях клеток дрожжей. Каждый фермент кодируется собственным геном, благодаря чему стало ясно, за какими генами нужно следить, чтобы определить роль каждого из ферментов вакуолей.

Осуми выводил дрожжей-мутантов, в клетках которых не работал тот или иной ген фермента для разложения белков (а в некоторых и весь механизм разложения белков был отключен). Один раз в несколько часов ученый фотографировал «подопытные» клетки под микроскопом. В зависимости от условий, в которых находились дрожжи, результат был разным. Если клетки получали достаточно пищи, визуально они не слишком менялись. Зато когда дрожжи росли на малопитательных средах, в их вакуолях быстро накапливались фрагменты клетки, окруженные мембранами. Это и были аутофагосомы.

Тем фактом, что фрагменты клеток особенно быстро накапливаются в «голодающих» клетках, подтверждено предположение, что аутофагия помогает клетке заново использовать уже имеющиеся ресурсы в отсутствие притока новых (при голоде). Кстати, при нехватке пищи в первую очередь аутофагии подвергаются белки. Это одна из главных причин, по которой голодание не приводит к моментальной и значительной потере жира.

Исследования грибов с мутантными генами позволили определить, какие именно гены отвечают за образование аутофагосом и их слияние с лизосомами. Их оказалось всего 15. Впрочем, механизмы аутофагии у дрожжей могли отличаться от животных. Поэтому, чтобы выявить структуру процесса аутофагии в клетках других организмов, потребовались дополнительные исследования.

Открытия профессора Осуми заставили ученых в корне пересмотреть свои взгляды на то, как клетка вторично использует вещества, из которых состоят ее структуры. Они также прокладывают дорогу к пониманию значимости аутофагии во многих физиологических процессах, таких как адаптация к голоданию или ответ организма на инфекции.

Ставя эксперименты в своей лаборатории, ученый смог идентифицировать ключевые гены, отвечающие за аутофагию. Мутации в них приводят к целому букету недуг, включая злокачественные опухоли и заболевания нервной системы. Теперь механизмы их возникновения стали понятнее, что поможет создать новые лекарственные препараты от болезней, которые сегодня считаются неизлечимыми.

Осуми в своей научной карьере сделал ставку на малоизученную непопулярную тему и не про­играл. Правда, по признанию лауреата, он не ставил себе целью получить престижную премию. В одном из недавних интервью он отметил: «Не все молодые специалисты достигнут успеха в науке, но попытаться точно следует».

По материалам: https://life.ru, https://scientificrussia.ru, www.interfax.ru/story/238

В Солнечной системе обнаружена новая планета

вверх

Исследователи Калифорнийского технологического института Konstantin Batygin и Mike Brown нашли доказательства существования гигантской планеты со странной вытянутой орбитой во внешней Солнечной системе. Об этом было сообщено в январе на страницах журнала Astronomical Journal. Объект, названный Planet Nine (планета Девять), имеет массу приблизительно в 10 раз больше, чем Земля, и находится примерно в 20 раз дальше от Солнца, чем Нептун (среднее расстояние последнего от Солнца – 2,8 млрд миль). Фактически только для одного полного оборота вокруг Солнца этой новой планете понадобиться от 10 000 до 20 000 лет. По химическому составу новая планета напоминает двух газовых гигантов – Уран и Нептун. Ученые обнаружили существование планеты с помощью математических расчетов и компьютерного моделирования, однако до сих пор не наблюдали ее непосредственно.

M. Brown отмечает, что масса объекта достаточно велика (в 5000 раз превышает массу Плутона), чтобы сомневаться в том, является ли он истинной планетой. В отличие от мелких небесных тел, планета Девять гравитационно доминирует в своих окрестностях Солнечной системы. Область ее доминирования больше, чем у любой из известных планет, что, по мнению ученого, позволяет считать этот космический объект «планетой из планет во всей Солнечной системе».

По материалам: https://www.caltech.edu

Гравитационные волны: завершено начатое Эйнштейном исследование

вверх

В феврале международной группой ученых из Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO, США) экспериментально подтверждено существование гравитационных волн, предсказанное Альбертом Эйнштейном почти 100 лет назад.

Детектор LIGO, Ливингстон, штат Луизиана (Caltech/MIT/LIGO Lab)

Гравитационные волны – это распространяющиеся в пространстве-времени колебания геометрической структуры (метрики) данного континуума, которые движутся со скоростью света. Главные астрофизические источники гравитационных волн – это сливающиеся двойные нейтронные звезды или черные дыры, т.е. два массивных объекта, которые вращаются по орбите вокруг общего центра масс.

Излучение гравитационных волн очень слабое для обычных двойных систем (например для системы Земля – Солнце оно не играет никакой роли). А когда объекты очень массивные, например две нейтронных звезды с массами 1,5 массы Солнца, и когда они находятся на очень тесной орбите (с периодами несколько часов и менее), эффекты сближения таковых становятся заметными. Источниками также могут быть двойные черные дыры. Они способны сформироваться из очень массивных звезд, когда в результате гравитационного коллапса ядра звезды в конце ее эволюции образуется не нейтронная звезда, а уже черная дыра. Такие двойные черные дыры тоже могут оказаться на тесной орбите, за счет излучения гравитационных волн приближаться друг к другу и в конце концов слиться. Детекторы LIGO открыли именно черные дыры с массой порядка 30 масс Солнца каждая.

Доказать существование гравитационных волн, искажающих пространственно-временной континуум, ученые сумели при помощи двух лазерно-интерферометрических гравитационно-волновых обсерваторий в штатах Луизиана и Вашингтон. Сигнал слияния двух черных дыр был зарегистрирован еще 14 сентября 2015 года. Его форма совпала с предсказанием общей теории относительности для слияния двух черных дыр массами 36 и 29 солнечных.

Это открытие является важным с точки зрения звездной эволюции и открывает совершенно новый канал информации об астрофизических источниках. Если раньше их изучали с помощью электромагнитного излучения или нейтрино, то теперь еще подключаются гравитационные волны, которые нигде не поглощаются, ни с чем не взаимодействуют. Они свободно распространяются и несут информацию о сверхсильных гравитационных полях. «Перед нами открылось новое окно во Вселенную, – было отмечено в бернской газете Bund. – Мы стали свидетелями сенсации, достойной Нобелевской премии. Теперь исследователи смогут более плотно заняться изучением черных дыр и приблизиться к разгадке тайны зарождения Вселенной».

По материалам: https://postnauka.ru, http://inosmi.ru

Новый метод создания сперматозоидов в пробирке

вверх

Особенности процесса образования семенной жидкости в мужском организме скрыты внутри половых органов. Однако применение новых технологий может помочь, наконец, проследить процесс сперматогенеза напрямую. В феврале в журнале Cell Stem Cell были опубликованы результаты исследования группы китайских ученых из Пекинского и Нанкинского университетов. Авторы провели эксперимент по превращению стволовых клеток определенного типа мышей в клетки, подобные сперматозоидам, которые затем были использованы для оплодотворения яйцеклетки. Ранее в нескольких лабораториях предпринимались попытки создания спермы в пробирке. Так, в 2011 г. исследовательской группе из университета Киото (Япония) удалось превратить эмбриональные стволовые клетки мышей в клетки, напоминающие примордиальные. При этом для завершения созревания требовалась их пересадка обратно в семенники мыши. Это означало, что биологи не могли наблюдать все стадии мейоза и что при будущем клиническом применении понадобится возвращение клеток в тело человека, что может привести к развитию опухоли.

В исследовании, организованном китайскими учеными, не было необходимости в трансплантации клеточной культуры. На первом этапе специалисты использовали подход японских исследователей, чтобы создать подобные примордиальным клетки из эмбриональных стволовых. Затем они соединили их в пробирке с тестикулярными клетками новорожденных мышат, применяя различные условия культивирования, что потребовало проведения сотен опытов. Под конец культура клеток была высажена на среду, представляющую смесь половых гормонов и факторов роста, с включением экстракта гормонов гипофиза коров. В этих условиях клетки прошли процесс деления, имевший все признаки мейоза. Далее полученные сходные со сперматозоидами клетки, не обладающие способностью к передвижению, были введены непосредственно в яйцеклетку суррогатной самки мыши. В результате было произведено здоровое потомство.

Безусловно, до клинического применения данного метода еще достаточно далеко. Тем не менее полученные результаты весьма обнадеживают. Такой подход может способствовать разработке методов лечения мужского бесплодия у людей.

По материалам: http://www.sciencemag.org

Некоторые бактерии считают пластик фантастически вкусным

вверх

Новый вид грамотрицательных бактерий, получивший название Ideonella sakaiensis 201-F6, был обнаружен в ходе исследования микроорганизмов, живущих в океане. Среди множества различных видов ученые нашли колонию бактерий, использующих в углеродном и энергетическом обмене полиэтилентерефталат (ПЭТ), главным образом применяемый для изготовления пластиковых емкостей. Результаты исследования опубликованы в журнале Science в марте.

Оказалось, что штаммы Ideonella sakaiensis 201-F6 выделяют два фермента, разлагающие ПЭТ до терефталевой кислоты и этиленгликоля, которые являются экологически безопасными. Специалисты подчеркивают, что появление Ideonella sakaiensis 201-F6 напрямую связано с увеличением объемов пластика на планете: ферменты, разлагающие ПЭТ, являются сравнительно новой генетической модификацией бактерий рода Ideonella. Эти изменения свидетельствуют, что природа начинает давать отпор агрессивному вторжению человека.

Кроме того, бактерии Ideonella sakaiensis 201-F6 легко могут быть использованы в сфере промышленной переработки отходов. Они не только отличаются «прожорливостью», но еще и прекрасно адаптируются к любым условиям окружающей среды, т.е. достаточно лишь поместить колонию этих бактерий в места скопления продукции из ПЭТ и со временем он будет разложен на экологически чистые компоненты.

По материалам: http://www.nat-geo.ru

Новый гормон может изменить лечение сахарного диабета

вверх

Исследование, организованное с целью поиска способа помощи лицам, страдающим неонатальным прогероидным синдромом (НПС), обернулось открытием, которое может изменить жизнь миллионов пациентов с сахарным диабетом 2-го типа. НПС – это редчайшее генетическое заболевание, которое проявляется потерей жира на лице и теле, дегенерацией тканей и преждевременным старением.

Руководитель исследования Atul Chopra, медицинский генетик из Baylor College of Medicine, впервые диагностировал НПС в 2013 г. у двух больных. На то время полное секвенирование генома только начинало внедряться в клиническую практику для идентификации причин загадочных медицинских состояний. Впоследствии, когда позволило развитие технологий, A. Chopra пригласил обоих пациентов на обследование в Texas Children’s Hospital. Используя метод полного секвенирования экзома, исследователи обнаружили мутацию гена, ответственного за развитие НПС.

Было установлено, что вследствие этой мутации в организме больных создаются препятствия для образования ранее неизвестного гормона. Этот вновь открытый гормон, получивший название аспросин, генерируется, по-видимому, жировыми клетками. Он поступает в печень, где участвует в регуляции высвобождения глюкозы в кровоток. У пациентов с НПС, имеющих аномально низкий уровень аспросина, выполнение этой функции невозможно. Как следствие, концентрация глюкозы и инсулина в крови остается низкой.

С другой стороны, у больных с ожирением/сахарным диабетом уровень аспросина в крови выше нормы. С учетом этой информации, исследователи решили применить метод иммунологической секвестрации: нейтрализовать аспросин выработанными против него антителами. Таким образом, можно потенциально уменьшить количество глюкозы, высвобождаемой печенью, что обусловливает меньшую выработку инсулина клетками поджелудочной железы. Этот метод может стать эффективным способом лечения сахарного диабета. Для проверки данной гипотезы ученые провели лечение экспериментальных мышей с сахарным диабетом и обнаружили, что даже однократная доза антител способствует снижению уровня инсулина до нормы. При этом в результате более длительного лечения полностью ликвидирована инсулинорезистентность. Как отметил А. Chopra, если пациенты с сахарным диабетом будут реагировать на действие антител к аспросину таким же образом, это открытие может привести к разработке новой терапии сахарного диабета.

По материалам: https://www.bcm.edu

Вселенная расширяется быстрее, чем предполагалось ранее

вверх

Сообщение об этом было опубликовано в июне в The Astrophysical Journal. Астрономы NASA, работающие с космическим телескопом Хаббла, обнаружили, что Вселенная расширяется на 5-9 % быстрее, чем считалось ранее. Как отметил главный автор исследования, лауреат Нобелевской премии Adam Riess из Научного института космического телескопа, эта неожиданная находка может быть важным ключом к пониманию всех тех загадочных частей Вселенной, на которые приходится 95 % от всего пространства и которые не излучают свет (так называемая темная энергия, темная материя и темное излучение). Открытие сделано учеными при уточнении текущей скорости расширения Вселенной с беспрецедентной точностью (неопределенность снижена всего до 2,4 %). Для измерения расстояний до далеких галактик исследователи использовали инновационные методы. Эти измерения имеют основополагающее значение для создания более точных расчетов того, как быстро Вселенная расширяется со временем, величины, называемой постоянной Хаббла. Уточненная постоянная Хаббла составила 73,2 км/с/Мпк (один мегапарсек равен 3,26 млн световых лет). Новое значение указывает, что расстояние между космическими объектами удвоится в ближайшие 9,8 млрд лет.

Имеется несколько возможных объяснений избыточной скорости Вселенной. Возможно, темная энергия, которая ускоряет расширение Вселенной, расталкивает галактики с большей (или растущей) силой. Другой вариант заключается в том, что в ранней истории космоса существовали субатомные частицы (темное излучение), которые двигались почти со скоростью света. Дополнительная энергия от темного излучения могла помешать попыткам точно предсказать нынешнюю скорость расширения Вселенной по траектории после Большого Взрыва.

Прирост скорости может также означать, что темная материя обладает странными неожиданными характеристиками. Темная материя – это основа Вселенной, на которой галактики выстраивались в крупномасштабные структуры, наблюдающиеся на сегодняшний день. Таким образом, более быстрая Вселенная может указать на неполноту эйнштейновской теории гравитации.

По материалам: http://hubblesite.org

Первый в мире спутник квантовой связи

вверх

В Китае в августе успешно запущен первый в мире квантовый спутник, названный «Мо-Цзы» (Micius) в честь жившего в V веке до н.э. китайского философа и ученого, который, как считается, первым в истории человечества проводил оптические эксперименты.

Спутник QUESS

Аппарат массой более 600 кг будет находиться на солнечно-синхронной орбите высотой 500 км, его период обращения вокруг Земли составит 90 мин. Миссия «Квантовые эксперименты в космическом масштабе» (Quantum Experiments at Space Scale, QUESS) рассчитана на два года.

С помощью аппарата ученые смогут протестировать квантовое распределение ключа между спутником и наземными станциями и отработать проведение защищенных сеансов связи между Пекином и Урумчи. Также в ходе миссии будет исследован механизм квантовой запутанности и проведена тестовая квантовая телепортация между наземной станцией в Тибете и спутником.

Функция спутника состоит в том, чтобы протестировать феномен квантовой запутанности. QUESS будет осуществлять передачи между двумя наземными станциями (одной в Китае, другой в Европе), передавая квантовые ключи. Если миссия QUESS окажется успешной, то Китай построит азиатско-европейскую систему, основанную на квантовых ключах, уже к 2020 г., за которой последует глобальная квантовая коммуникационная сеть к 2030 г.

Квантовая телепортация – передача квантового состояния частицы (системы частиц) на расстояние. Для этого используется разнесенная в пространстве пара сцепленных (запутанных) частиц. Согласно квантовой механике, даже при удалении таких частиц друг от друга они сохраняют информацию о состоянии своего партнера. Такие запутанные частицы нарушают принцип локальности, по которому на состояние объекта может оказывать влияние лишь его близкое окружение. В квантовой связи благодаря квантовой запутанности ни одну частицу нельзя описать независимо от другой. Все они находятся в квантовом состоянии, которое схлопывается при наблюдении. Таким образом, данное шифрование позволяет моментально засечь любого шпиона, который одним своим наблюдением схлопывает квантовую функцию и обнаруживает себя. Более того, теоретически любой квантовый ключ шифрования практически невозможно взломать даже с помощью квантового компьютера (который в свою очередь может взломать любую другую систему современного шифрования), хотя он не застрахован от чисто физических воздействий, человеческой ошибки или ошибки сетей.

По материалам: http://texno.info

Самый большой в мире радиотелескоп начал работу

вверх

 

В сентябре в карстовой долине в провинции Гуйчжоу на юго-западе Китая состоялась официальная церемония включения в работу нового радиотелескопа Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST). Это устройство, которое на сегодняшний день является самым большим радиотелескопом, будет использоваться для исследования процессов, позволяющих раскрыть загадки происхождения Вселенной, для поиска искусственных радиосигналов внеземного происхождения и др.

Первые работы в рамках проекта FAST начались в 2011 г., спустя 17 лет после того, как проект был представлен на рассмотрение китайскому правительству группой ученых-астрономов. Строительство этой огромной структуры, которая состоит из 11-метровых 4450 сегментов-отражателей и равна по площади размерам 30 футбольных полей, было завершено в июле. Для обеспечения результативности телескопа более чем 8000 местных жителей были переселены, чтобы освободить место проекту, который нуждается в радиотишине в радиусе 5 км. Сумма затрат на строительство составила почти 1,2 млрд юаней (180 млн долл.). Благодаря антенне больших размеров и большей гибкости системы в целом, телескоп FAST в состоянии покрыть в 2 раза большую область неба, чем аналогичный телескоп обсерватории Аресибо. При этом чувствительность нового телескопа в 3-5 раза выше в зависимости от диапазона принимаемых радиосигналов.

По мнению Lister Staveley-Smith, ученого из Западно-Австралийского университета, высокая чувствительность телескопа FAST и его разрешающая способность позволит всесторонне исследовать тысячи галактик, находящихся далеко за пределами Млечного Пути. Главный инженер Wang Qiming отметил, что телескоп, спроектированный и построенный китайскими специалистами, будет оставаться мировым лидером в течение следующих 10-20 лет.

По материалам: http://www.shanghaidaily.com

Антибактериальные свойства молока тасманийских дьяволов

вверх

 

Исследователи из Университета Сиднея обнаружили, что в молоке тасманийских дьяволов содержатся вещества, которые способны бороться с грибковыми и бактериальными инфекциями, устойчивыми к большинству современных препаратов. Изучая лицевую опухоль тасманийского дьявола – агрессивную форму заразного рака, распространение которой привело к сокращению популяции животных на 80 %, – ученые обнаружили, что эта патология очень редко возникает у молодых особей. Они связали это с присутствием в молоке животных кателицидинов (антимикробные пептиды). Исследователи определили аминокислотную последовательность кателицидина, содержащегося в молоке тасманийского дьявола, и смогли искусственно синтезировать это вещество. Было выяснено, что созданные таким образом пептиды, действительно способны бороться с некоторыми распространенными патогенами, включая штамм метициллинрезистентного золотистого стафилококка. Авторы отметили, что в отношении грибковых инфекций, пептиды были в 3-6 раз эффективнее, чем широко используемые противогрибковые препараты. В будущем ученые планируют проверить, обладают ли эти вещества противоопухолевыми свойствами.

По материалам: http://www.abc.net.au

Подготовил Алексей Лисица

Поделиться с друзьями: