Образовательный блог МТИ

Странности спектра: Загадка крупной молекулы

Исследование, проведенное группой астрономов из Европы и США, приближает нас к решению загадки происхождения странных линий, которые встречаются в спектрах многих далеких звезд. Впервые обнаруженные почти сто лет назад, они и сегодня не имеют точного объяснения.

Сама работа была посвящена галактикам Андромеды и Треугольника, в спектрах которых также выявлены диффузные межзвездные линии поглощения (Diffuse Interstellar Bands, DIB), источник которых остается для ученых загадкой. Почти наверняка это — какие-то достаточно крупные органические молекулы, но какие? И затем — откуда они взялись? Сегодня наибольшую популярность имеет версия, согласно которой линии эти создают полициклические ароматические углеводороды, тем более что они считаются довольно широко (для органики) встречающимися на просторах космоса и на небесных телах. Однако новая работа делает эту гипотезу довольно сомнительной.

Интересно, что, несмотря на все различия в строении и свойствах галактик Андромеды, Треугольника и нашего Млечного Пути, DIB обнаруживаются у всех трех. Один из авторов исследования говорит: «Мы находим их в самых разных условиях. При низком уровне УФ-радиации, и при уровне в тысячи раз большем. При совершенно различном содержании вещества, пригодного для формирования звезд и планет — повсюду можно найти эти линии».

До сих пор в деталях спектральные линии DIB исследовались лишь для ближайших к нам небольших галактик-спутниц Млечного Пути, Большого и Малого Магеллановых Облаков. Андромеда же и Треугольник находятся примерно вдесятеро дальше, на расстояниях 2,5 и 3 млн световых лет от Земли. Сами они при хорошей погоде и зрении неплохо различимы даже невооруженным глазом в соответствующих созвездиях. Но для изучения DIB требуется различить в них отдельные звезды, а для этого понадобится вся мощь самых мощных из современных телескопов. Один из них и использовался в данном случае, телескоп расположенной в Гавайях обсерватории Gemini.

Но различить тысячи звезд — это еще начало. Нужно выбрать подходящие из них для наблюдений. Такими объектами стали голубые гиганты, очень горячие и яркие молодые звезды, удобные для спектральных исследований. Для них ученые и получали спектр в видимых лучах, с некоторым «уходом» в инфракрасную и ультрафиолетовую области.

Но астрономов интересует не тот свет, который приходит к нам в этом спектре, а те линии, которые в нем отсутствуют. Именно в этих довольно узких диапазонах частот излучение поглощается веществом — причем набор этих линий можно назвать отпечатками пальцев, уникальными для разных атомов и молекул. К таким черным, отсутствующим линиям относятся и наши DIB. Однако для них свойственно не совсем обычное поведение — размытость, широта и нечеткость. «В областях, соответствующих понятным нам атомам и молекулам, мы видим довольно четкие и узкие полосы поглощения, — говорит один из авторов недавней работы, — но DIB очень широки, некоторые из них отличаются странными резкими перепадами и неровностями».

Уже больше сотни лет физики постоянно исследуют все новые вещества и дополняют каталоги характерных для них спектров. Неудивительно, что поначалу, после открытия в 1922 г., диффузным межзвездным линиям особого значения не придали. Казалось, что их источник скоро будет найден. Но не тут-то было. К настоящему времени получены спектры для более чем 400 DIB, и ни один из них не удалось строго сопоставить ни одному из известных веществ. Конечно, набор линий поглощения может сказать кое-что о молекуле, которая его создала — о видах имеющихся в ней атомов, о некоторых из связей между ними. Но точно установить эту молекулу, по крайней мере пока, невозможно.

После детального анализа было показано, что DIP создают молекулы достаточно крупные, имеющие в своем составе не менее 20 атомов. Для белков это, конечно, очень маленький размер, но для небиологической органики — вполне серьезный. И тем более заметный на фоне достаточно распространенных в космосе соединений — таких, как газообразный водород, оксид углерода (II) или метан. Считается, что наш подозреваемый должен быть органическим и довольно стабильным соединением, способным сохраняться в довольно суровых условиях межзвездной среды, пронизанной всевозможным излучением. В том же Большом Магеллановом Облаке его DIB-спектр обнаруживается даже несмотря на то, что уровень радиации в этой галактике в тысячи раз сильнее нашего. Эта странная молекула должна легко синтезироваться и с трудом распадаться в самом широком диапазоне условий.

В той или иной степени подходящими на эту роль оказались не слишком длинные углеводородные цепочки, те же полициклические ароматические углеводороды, и похожие на футбольный мяч фуллереновые структуры. Интересно, что этот список охватывает органическую химию во всем объеме — от «одномерных» вытянутых цепочек до «двумерных» плоских циклических соединений и «трехмерных» фуллеренов.

Обнаружение ярко выраженных диффузных линий в пределах Млечного Пути неизменно связывается с довольно плотными пылевыми скоплениями, в которых, возможно, и происходит образование искомых молекул. Аналогичная ситуация обнаружилась и в галактиках Андромеды и Треугольника.

При этом Андромеда (как и Млечный Путь) характеризуется сравнительно высоким содержанием полициклических ароматических углеводородов, хотя конкретный набор этих соединений у галактик различается. Тогда, по логике, должны иметься различия и в наборе диффузных линий DIB, но этого не обнаруживается. И это отсутствие корреляции если не окончательно ставит крест на ароматических веществах, как источниках DIB, то ставит их кандидатуру под большое сомнение. Вперед вырываются углеводородные цепочки и фуллерены. Ян Ками (Jan Cami), впервые показавший, что фуллерены могут встречаться и в космосе, говорит: «Источниками DIB могут быть не чистые фуллерены, а атомы и молекулы, например, запертые во внутренней полости сферы фуллерена, или химически связанные с его поверхностью».

Интересен еще один факт, установленный недавним исследованием. Млечный Путь отличается от Андромеды интенсивным звездообразованием. В нем много массивных и молодых звезд, генерирующих большой интенсивности УФ-излучение. Межзвездная среда нашей галактики сильнее пронизана этой радиацией, чем в Андромеде. Такая радиация и ее энергетические фотоны не слишком благоприятны для любой органики. Соответственно, стоило бы ожидать, что молекулы, служащие источником линий DIB, должны в Млечном Пути распадаться быстрее, и у Андромеды их больше — следовательно, сильнее выражен и спектр DIB. На деле же эта разница оказалась удивительно малой. Загадка остается загадкой.

По материалам www.popmech.ru

Простейшее хозяйство: Мини-фермы микро-фермеров

Простейшие слизевики снова удивляют нас: на сей раз обнаружена их способность обзаводиться собственным «хозяйством». Они поглощают подходящие бактерии и выращивают их в собственном теле, собирая обильный урожай.

Не слишком привлекательные на вид слизевики Dictyostelium discoideum — амебоподобные простейшие, отличающиеся от них своеобразной «социальностью». В отличие от индивидуалисток-амеб, живущих поодиночке, пожирая бактерий, которые обнаруживаются в почве и воде, эти организмы формируют псевдо-многоклеточные объединения длиной до полусантиметра. При этом часть клеток образует нечто вроде «стебелька», а другая — «плода» на его кончике, небольшого шарика, выделяющего споры. Каждая спора заключает в своей прочной оболочке по одной клетке, готовой начать новый цикл жизни.

Dictyostelium discoideum — популярный объект исследований в современной молекулярной биологии и генетике, однако ученые обычно используют заказанные по каталогу, заранее очищенные клетки, потомки линий, изучаемых десятками лет. Многие из них никогда и не видели живущих в природе «диких» штаммов. Неудивительно, что до сих пор так и не была замечена удивительная способность этих простейших, которая обнаружилась лишь после внимательного изучения спороносных «плодов» дикого штамма.

Обнаружив это, ученые не сразу поверили — слишком уж это было странно. Однако пробы, взятые из плодовых тел, после высеивания их на питательную среду действительно выросли в полноценные бактериальные колонии. Но, может, это просто инфекция? Тогда плодовые тела обработали антибиотиком, уничтожившем все бактерии, после чего снова высадили в среду, в которой имелись свободноживущие бактерии. И простейшие снова поглотили определенное их количество.

Дополнительные эксперименты показали, что слизевики не просто поглощают бактерии, но и в подходящих условиях выбрасывают их, чтобы те активно размножались — а затем поедают львиную долю «приплода». Словом, почти настоящее сельское хозяйство.

По оценке ученых, около трети диких штаммов несут в себе бактерии. Это говорит о том, что в эволюционном плане для микро-фермеров это занятие — не столь удачная находка, какой стало сельское хозяйство для человечества. Его продуктивность сильно зависит от изменчивой окружающей обстановки.

По материалам www.popmech.ru

Российские астрономы нашли галактическую редкость

Российские астрономы, работавшие на телескопе БТА (Большой Телескоп Альт-Азимутальный), обнаружили звезду чрезвычайно редкого типа — так называемую яркую голубую переменную. Сообщение об открытии опубликовано на сайте Специальной астрофизической обсерватории.

Яркие голубые переменные (Luminous Blue Variables — LBV) — это самые яркие и горячие звезды во Вселенной. Масса таких светил почти достигает максимально возможного теоретического предельного значения (предела Эддингтона). Считается, что яркие голубые переменные находятся на одной из последних стадий своего жизненного цикла перед превращением в сверхновую — они сбрасывают свои водородные оболочки.

Российские специалисты работали с данными обзора неба, собранными инфракрасным телескопом Spitzer. Они искали LBV, существование которых было предсказано сотрудником государственного астрономического института имени Штернберга Василием Гварамадзе, который, используя инфракрасные карты неба, составил список возможных кандидатов. В итоге ученые обнаружили в Галактике новую яркую голубую переменную — ее назвали MN112.

Изучение новооткрытой звезды при помощи БТА показало, что ее спектр очень схож со спектром другой звезды из группы LBV — P Лебедя, которая около 400 лет назад была одной из самых ярких звезд на небе. Из-за огромной массы и чрезвычайной яркости время жизни ярких голубых переменных очень мало и не превышает нескольких миллионов лет. На сегодня ученым известно около двух десятков таких звезд.

По материалам www.lenta.ru

Физики запутали 10 миллиардов кубитов

Международный коллектив физиков сумел запутать 10 миллиардов кубитов — квантовых аналогов битов в твердом носителе. Это самый значительный результат для твердой квантовой запутанности. Статья исследователей появилась в журнале Nature, а коротко о работе пишет портал Physics World.

Запутанностью называют особое свойство квантовых систем быть связанными друг с другом даже при удалении на значительное расстояние. При изменении параметров одной из запутанных систем (например, при проведении измерения) моментально происходит изменение состояние всех других «участников». Таким образом, для того, чтобы узнать состояние всех запутанных систем, наблюдателю требуется измерить состояние только одной из них.

Авторы нового исследования работали с кремнием, в который были «вставлены» атомы фосфора. Ученые запутывали спины «загрязняющих» атомов фосфора и электронов. Значение спинов атомов и электронов выступали в качестве кубитов — квантовых аналогов битов, или элементов для хранения информации, например, в квантовых компьютерах.

Охладив кремний с вкраплениями фосфора до температуры 3 кельвина (минус 270,15 градуса Цельсия) и подвергнув его воздействию радио- и микроизлучения, ученые добились запутывания 10 миллиардов кубитов. Авторы подтвердили состояние запутанности с надежностью в 98 процентов.

Огромное количество частиц позволило ученым с большей легкостью подтвердить, что изучаемые квантовые системы действительно запутаны. Однако коллеги авторов исследования полагают, что большую практическую ценность будет иметь работа, в которой запутанность была бы подтверждена для отдельных квантовых систем — подобного рода измерения важны для разработки квантовых компьютеров. По сравнению с обычными компьютерами такие устройства смогут проводить гораздо больше вычислительных операций в единицу времени, так как квантовые системы одновременно находятся в нескольких состояниях (это называют суперпозицией).

По материалам www.lenta.ru

В ожидании сверхновой

В начале года СМИ традиционно пугают своих читателей разнообразными ужасами, которые произойдут в течение ближайших 12 месяцев. То появляется информация, что континенты провалятся в образовавшуюся на Большом адроном коллайдере черную дыру, то сообщается, что Земля столкнется с неведомой бродячей планетой или астероидом, то выясняется, что ужасающие климатические катастрофы уничтожат большую часть человечества. «Страшилка» начала 2011 года — на небе должно зажечься светило, которое по ночам будет по яркости превосходить Луну. Конкуренцию Солнцу составит Бетельгейзе — красный гигант из созвездия Ориона.

Эта новость появилась буквально на днях, но любители зрелищ, собравшиеся полюбоваться фантастической картиной, будут разочарованы — новость эта, во-первых, неверна, а во-вторых, не является новостью уже несколько лет. Попробуем разобраться, что же не так с Бетельгейзе и почему ее будущая судьба вызвала такое волнение.

Размер имеет значение

Этот красный сверхгигант, известный также под именем альфы Ориона, занимает восьмое место по яркости на ночном небе, а по размерам входит в десятку крупнейших светил. Если бы Бетельгейзе располагалась в центре Солнечной системы, то ее корона достигала бы орбиты Марса, а по другим оценкам, — даже Юпитера. Звезда удалена от Солнечной системы на расстояние около 640 световых лет (то есть, свету потребуется столько времени, чтобы добраться от Бетельгейзе до Земли).

Звезды, подобные Бетельгейзе, могут существовать около ста миллионов лет, однако по некоторым характерным признакам астрономы заключили, что альфа Ориона закончит свой жизненный цикл в относительно молодом возрасте. На сегодняшний день многие специалисты уверены, что Бетельгейзе продержится еще около миллиона лет (впрочем, некоторые ученые полагают, что звезда проживет дольше).

Все светила проходят более или менее сходный жизненный путь — звезды формируются из гигантских облаков газа (преимущественно водорода), молекулы которых «слипаются» вместе под воздействием сил гравитации. Когда масса образовавшихся сгустков достигает определенного предельного значения, давление и температура в их недрах возрастают в достаточной мере для начала термоядерного синтеза тяжелых элементов.

Чем больше материала звезда успевает собрать на первой стадии своего формирования, тем более интенсивно будет проходить термоядерный синтез. И чем больше звезда, тем быстрее она сожжет все свое топливо: так, продолжительность жизни Солнца и подобных ему светил из класса желтых карликов составляет около 10 миллиардов лет, в то время как более крупные звезды редко светят больше нескольких сотен миллионов лет.

Масса звезды влияет не только на продолжительность ее жизни, но также и на то, как именно светило будет умирать. Небольшие звезды перед смертью превращаются в красных гигантов — внутри их ядер на этой стадии происходит синтез углерода из гелия. После того как и этот этап будет пройден, ядро звезды превратится в белого карлика, а внешние оболочки образуют планетарную туманность (название объясняется тем, что форма туманности напоминает планету, видимую в небольшой телескоп).

Крупные светила заканчивают свою жизнь куда более живописно — мощнейшим взрывом, который получил название взрыва сверхновой. Этот процесс не приводит к рождению новых светил, а странное имя объясняется тем, что некоторые звезды ученые заметили на небосклоне только после того, как они превратились в сверхновые. По яркости взрыв сверхновой может сравниться с излучением всей Галактики (и даже превосходить его). Погибшая звезда сияет на небосводе несколько месяцев, после чего начинает постепенно угасать. После завершения предсмертной агонии на месте светила остается нейтронная звезда или черная дыра.

При взрыве сверхновой выделяется колоссальное количество энергии, поэтому для возможных обитателей расположенных неподалеку планет зрелище вспышки может оказаться последним, что они увидят. Сами планеты, если они находятся достаточно близко, также могут погибнуть, так как размер сверхновой значительно больше первоначального размера звезды. Если же погибающий гигант находится на значительном удалении, а ось его вращения «не смотрит» в направлении наблюдателей, то за сверхновой можно следить без опаски за здоровье (вдоль оси вращения сверхновой распространяются потоки гамма-излучения, губительные для живых существ).

  

Испорченный телефон

Астрономы узнают о том, что та или иная звезда собралась расставаться с жизнью, по некоторым характерным приметам, указывающим, что у светила кончается водородное топливо. Яркость Бетельгейзе все время изменяется, причем амплитуда этих колебаний довольно значительна — по мнению ученых, подобная нестабильность свидетельствует о скорой кончине альфы Ориона. Однозначных прогнозов по времени гибели звезды специалисты дать не могут — на сегодняшний день у ученых недостаточно фактических данных для того, чтобы делать подобные заключения.

Ровно это и рассказал журналистам австралийского издания news.com.au астроном Брэд Картер (Brad Carter) из университета Южного Квинсленда. Собственно, в оригинальном сообщении даже не было цитат, в которых ученый называл предполагаемые сроки взрыва. Полушутливые замечания о том, что Бетельгейзе может превратиться в сверхновую в обозримом будущем, принадлежали автору заметки (учитывая, что в начале года обычно бывает немного материала для создания научных новостей, журналиста можно понять).

В ходе последующих перепечаток первоначального сообщения страшных прогнозов становилось все больше, а количество фактических данных, напротив, стремительно уменьшалось. На конечной стадии эволюции безобидное и, в общем-то, скорее общеобразовательное сообщение о ждущем Бетельгейзе печальном конце преобразовалось в грозное предупреждение о том, что звезда взорвется если не в этом году, то непременно в следующем.

Но как бы ни хотелось соскучившимся по необычным представлениям поглазеть на два Солнца, никаких серьезных оснований полагать, что второе светило зажжется в небе прямо завтра, нет. Впрочем, польза от таких заметок все равно имеется — по крайней мере, у далеких от астрономии людей появился повод поискать в интернете информацию про Бетельгейзе и узнать для себя много интересного.

По материалам www.lenta.ru

Эритромицин А удалось синтезировать с помощью бактерий Escherichia coli

Исследователи из университета Тафтса (Tufts University School of Engineering) сообщили о первой успешной попытке синтеза антибиотика эритромицина А с помощью кишечной палочки (бактерий E. coli). Учёным удалось разработать эффективный метод синтеза указанного выше антибиотика, а так же препаратов, направленных на борьбу с инфекционными агентами, устойчивыми по отношению к действию многих химических соединений, применяемых в наши дни. Важно отметить, использование кишечной палочки даёт возможность синтезировать широкий спектр биологически активных соединений.

«В настоящее время мы адаптировали бактерий E. coli под синтез эритромицина А, а так же других соединений — аналогов данного антибиотика. Наша способность в полной мере управлять процессом биосинтеза эритромицина А с целью увеличения молекулярного разнообразия продукта и активности антибиотиков позволяет синтезировать другие аналогичные соединения, обладающие подобными медицинскими свойствами» — говорит Блейн Пфайфер (Blaine Pfeifer, ведущий автор исследований, работник университета Тфтса)

Напомним, эритромицин А является мощным антибиотиком, направленным на борьбу с бактериальными инфекциями. Различные виды эритромицина продуцируются бактериями Saccharopolyspora erythraea, которые обнаруживаются в почве. Эритромицин А является наиболее часто используемым видом и обладает высокой биологической активностью.

В силу различных проблем, возникающих при работе с Saccharopolyspora erythraea, авторы исследований решили искусственно синтезировать эритромицин А с помощью бактерий Escherichia coli. Отметим, в ходе синтеза указанного выше антибиотика принимают участие более 20 ферментов. По этой причине создание штаммов бактерий, способных синтезировать эритромицин А — это очень сложная задача. В ходе более ранних исследований учёным с помощью Escherichia coli удалось получить промежуточные продукты синтеза эритромицина А, но, к сожалению, не конечные продукты.

«Воссоздать систему биосинтеза эритромицина А — это достаточно сложная задача» — говорит Блейн Пфайфер. По его словам, воссоздание любого этапа биосинтеза данного антибиотика требует проведения сложных исследований. Так же учёный отметил, что исследователи из университета Тафтса, занимавшиеся созданием нового метода синтеза эритромицина А, действовали не так, как другие учёные, работавшие над данной проблемой. Работники университета Тафтса уделили основное внимание именно созданию оригинальных ферментов синтеза, но отказались от использования аналогичных ферментов.

Основная цель, которую авторы исследований преследовали в своей работе, — это создание более эффективного и более дешёвого метода синтеза биологически активных соединений: антибиотиков, вакцин и противораковых агентов. Отметим, Блейну Пфайферу и его коллегам в лабораторных условиях с помощью бактерий E. coli удалось получить промежуточное соединение, возникающее в ходе синтеза противоракового вещества таксола (Taxol).

Следует отметить, в течение последних 10-15 лет заинтересованность в разработке методик синтеза биологически активных соединений с помощью микроорганизмов растёт, так же растут и затраты на проведения исследований в данной области.

Более подробные результаты исследований опубликованы в журнале «Chemistry and Biology».

По материалам www.sci-lib.com

Единичные молекулы позволяют наблюдать электромагнитные поля

Ученые из США были первыми, кто смог использовать отдельные флуоресцентные молекулы, чтобы исследовать электромагнитные поля в особых наноразмерных «хот-спотах» на поверхности металла. Предложенная ими техника отображения позволяет визуализировать структуры размерами порядка 15 нм с разрешением около 2 нм, что намного лучше текущих достижений оптической микроскопии.

Когда свет попадает на металлическую поверхность, к примеру, из золота или серебра, отдельные наноразмерные структуры на ней могут создавать так называемые «хот-споты», области сконцентрированного света, где интенсивность электромагнитного поля может достигать чрезвычайно высокого уровня. О существовании подобных областей ученые знают уже более 30 лет; ранее этот эффект уже использовался в научных целях для усиления сигнала Рамановского рассеяния при отображении небольших групп и даже единичных молекул. Несмотря на подтвержденный успех подобной методики, до конца природа «хот-спотов» была не известна. К примеру, ученые до сих пор не могли измерить их физические размеры и понять феномен того самого усиления Рамановского сигнала.

Исследования «хот-спотов» традиционно сталкиваются с двумя принципиальными проблемами. Во-первых, «хот-споты» случайным образом разбросаны по поверхности металла, поэтому их достаточно сложно обнаружить. И, во-вторых, они, очевидно, меньше длины волны видимого света, поэтому для их поиска не может использоваться оптическая микроскопия (фундаментальный дифракционный предел для разрешения оптической микроскопии — половина длины волны излучения). Альтернативные методы исследования (например, ближнепольная сканирующая оптическая микроскопия) здесь также трудно применимы из-за ограничений, накладываемых на площадь отображаемой поверхности.

Но группа ученых из University of California (США) нашла способ обойти эти проблемы. Для этого они использовали в качестве «пробников» отдельные флуоресцирующие молекулы. Ученые считают, что примененные ими молекулы являются чуть ли не идеальным средством подобных исследований, ведь их геометрические размеры менее нанометра. Предложенная исследовательской группой методика подразумевает размещение металлического образца или кластера металлических наночастиц на кварцевой поверхности в растворе флуоресцирующего вещества, что позволяет отдельным молекулам из раствора произвольным образом адсорбироваться на поверхности. Рассеяние молекул происходит естественным образом за счет броуновского движения. При освещении исследуемой поверхности лазерным лучом, на ней проявляются «хот-споты», в которых могут «фиксироваться» флуоресцирующие молекулы. Группа утверждает, что можно подобрать такую концентрацию раствора, что каждый «хот-спот» будет занят только одной молекулой.

Как только молекула достигает «хот-спота», ее свечение многократно усиливается. Она проявляется как яркое пятно, интенсивность которого может быть измерена. Таким образом, команда смогла получить профиль увеличения флуоресценции от одного единственного «хот-спота».

В результате проведенных исследований были не только оценены размеры «хот-спотов» (они, по мнению ученых, достигают примерно 15 нм), но и отмечено экспоненциальное уменьшение интенсивности свечения «пробной» молекулы при удалении от его центра. Ранее этот результат уже предсказывался вычислительными экспериментами, но ни разу не был получен на практике.

Предложенная методика позволит не просто изучать новые явления, но и проектировать оптические материалы, управляющие потоком света на наноуровне, в будущем.

По материалам www.sci-lib.com

Ученые нашли ген, связанный с депрессией

Американские ученые утверждают, что обнаружили ген, который появляется и играет ключевую роль при возникновении депрессии. Открытие может дать новые возможности для конструирования лекарств. 

Ген под названием MKP-1 идентифицирован исследователями Йельского университета после сравнения генетических кодов 21 умершего человека, которым был поставлен диагноз «депрессия» с 18 другими здоровыми людьми. Ген играет роль выключателя каскада мозговых химических реакций под названием MAPK, которые имеют решающее значение для выживания и функционирования нейронов, согласно статье, которая вышла в журнале Nature Medicine. По словам Рональда Думана, возглавляющего данное исследование, профессора по психиатрии и фармакологии, это может быть основной причиной или, по крайней мере, основным фактором сигнализирующим отклонения, которые приводят к депрессии. Ученые приготовили «пораженных» мышей, чьи MKP-1 были дезактивированы для изучения предположения о том, что изменение уровней MAPK играет роль в возникновении депрессии. Мыши без MKP-1 были легко устойчивы к стрессу. Но мыши, подвергнутые стрессу с помощью гена, вызвали симптомы, подобные депрессии, которые затем были облегчены с помощью антидепрессантов. Депрессия, как и многие другие расстройства, имеют несколько причин. 40% пациентов с депрессией не реагируют на препараты, которые в основном основаны на повышении содержания химического вещества в мозгу под названием серотонин.

По материалам www.sci-lib.com

Перемещения электронов в атомах могут в будущем оказаться заснятыми «на пленку»

Физики достаточно давно научились получать изображения с атомарным разрешением при помощи пучка электронов, направляемого в цель. Но при этом отображение того, как электронная структура атома меняется с течением времени, всегда было задачей следующего, более сложного уровня.

Последние теоретические исследования показывают, что эту задачу помогут решить электронные импульсы длительностью менее одной миллионной миллиардной секунды. Благодаря численному моделированию, ученые доказали, что ультрабыстрые электроны могли бы визуализировать как возбужденные атомы, так и перемещение электронов между молекулами в процессе химических реакций.

Электронное облако вокруг ядра атома с точки зрения квантовой физики описывается волновой функцией, дающей в каждой точке пространства вероятность нахождения электрона в определенный момент времени. Обычно эта вероятность не изменяется со временем. Но когда квантовая система получает дополнительную энергию за счет света или в ходе химической реакции, волновая функция начинает изменяться. Скачок происходит не мгновенно, а за вполне ощутимый, хоть и крайне малый период времени. Расчеты показывают, что подобные видоизменения обычно происходят в течение 10-18 секунды. Чтобы «захватить» это движение в «объектив» прибора, исследователи нуждаются в очень быстрой вспышке и обычные методы тут не подойдут.

Подобный измерительный прибор гораздо ближе к реальности, чем может показаться. Не так давно ученые смогли получить вспышку света такой длительности (порядка 10-18 секунды), но длина волны этого излучения была в 1000 раз больше, чем необходимо для получения картинки с разрешением на субатомном уровне. Альтернативных решений для работы со светом пока не предложено. Но недавно было показано, что у электронов более «правильная» волновая природа, которая может быть использована для визуализации с нужным масштабом.

Столь короткий импульс электронов — это серьезная научная задача. Сложность при ее решении заключается в том, что электроны отражают друг друга. Однако несколько научных групп предложили свои пути для ее решения. Причем, предложенный вариант не обладает недостатками ультракороткой световой электромагнитный волны. Процессу все еще могут помешать неупругие столкновения электронов между собой, ведь невозможно измерить систему, которая изменяется под воздействием прибора наблюдателя. Таким образом, новой целью ученых стало полноценное трехмерное моделирование процесса взаимодействия ультракороткого электронного импульса с потенциальными объектами наблюдения в попытках обойти это ограничение.

Детально результаты вычислительного эксперимента изложены в статье в журнале Physical Review Letters. В своей работе ученые из США моделировали рассеяние электронного импульса длительностью 110*10-18 секунды на различных атомных и молекулярных цепях. При различных вариантах взаимодействия электронного импульса с «мишенью» исследования показали, что, несмотря на упругие столкновения, наблюдение таких атомных систем возможно. Более того, ученые дали детальную картину того, что экспериментаторы смогут наблюдать на практике. Таким образом, будет проще интерпретировать результаты, когда исследования наконец дойдут до стадии практики.

Визуализация процессов, происходящих с электронами в атомах и молекулах во время химических реакций, в будущем позволит не просто глубже понять механизмы электронного обмена, но и управлять ими.

По материалам www.sci-lib.com

Наименования больших чисел

Для удобства чтения и запоминания больших чисел цифры их разбивают на так называемые классы: справа отделяют три цифры (первый класс), затем еще три (второй класс) и т. д. Последний класс может иметь три, две или одну цифру. Между классами обычно оставляется небольшой пробел.

Например, число 35461298 записывают так: 35 461 298. Здесь 298 — первый класс, 461 — второй, 35 — третий. Каждая из цифр класса называетсяразрядом; счет разрядов также идет справа. Например, в первом классе 298 цифра 8 составляет первый разряд, 9 — второй, 2 — третий. В последнем классе может быть три, два разряда (в нашем примере: 5 — первый разряд, 3 — второй) или один.

Первый класс дает число единиц, второй — тысяч, третий — миллионов; сообразно с этим число 35 461 298 читается: тридцать пять миллионов четыреста шестьдесят одна тысяча двести девяносто восемь. Поэтому говорят, что единица второго класса есть тысяча; единица третьего класса — миллион.

Единица четвертого класса называется миллиардом или, иначе, биллионом (1 миллиард = 1000 миллионов). Единица пятого класса называется триллионом (1 триллион = 1000 биллионов или 1000 миллиардов).

Единицы шестого, седьмого, восьмого и т. д. классов (каждая в 1000 раз больше предшествующей) называются квадриллионом, квинтиллионом, секстиллионом, септиллионом и т. д.

Пример. 12 021 306 200 000 читается: двенадцать триллионов двадцать один миллиард триста шесть миллионов двести тысяч.

По материалам www.mathworld.ru

Поступить в МТИ