Молекулы, в том числе протеины (белки), нуклеиновые кислоты, вода, пептиды, гормоны и углеводы, образуются химическим соединением двух атомов и более. Рэймонд Стивенс и его коллега Вадим Черезов, руководитель лаборатории аналогичного профиля в МФТИ, получают изображения молекул, в частности тех белков мембраны клетки, которые служат для межклеточной коммуникации, чтобы понять, как отдельные их атомы будут связываться с функциональными группами молекул потенциальных лекарств. Далее создаётся компьютерная модель внедрения потенциального лекарства в обнаруженные сайты связывания.
В МФТИ открылась лаборатория, исследующая рецепторы, сопряжённые с G-белками. Руководитель лаборатории Вадим Черезов готовит образцы белков к исследованию методом рентгеноструктурного анализа.
Наконец, в сотрудничестве с химиками синтезируются компоненты, прицельно бьющие по белкам-мишеням, то есть по белкам, участвующим в развитии заболевания, чтобы блокировать или активировать их. Коммуникаторы, избирательно контролирующие передачу химической информации в клетку и из клетки, — это GPCR, или G-Protein Сoupled Receptors — в названии отражена их способность передавать сигнал внутрь клетки через G-белок, специальный партнёр этого взаимодействия.
«Граалем» биомолекулярного исследования они стали потому, что контролируют информацию, поступающую в клетку в виде световой энергии, пептидов, липидов, сахаров и белков, то есть сигналы, которые оркеструют практически все жизненно важные физиологические процессы, от иммунной функции до вкуса и обоняния, от работы сознания до сокращений сердца. Соответственно нарушения их функции лежат в основе многих грозных заболеваний, которые до недавних пор звучали приговором, не подлежащим обжалованию.
Известно более 800 типов GPCR — это крупнейшее белковое семейство, представленное в человеческом геноме. Они отвечают за 80% клеточной коммуникации, и примерно 40% существующих сегодня лекарственных препаратов работают, связываясь с этими рецепторами. Потенциал использования GPCR-структур для рационализации поиска новых лекарств огромен. Профессор Стивенс предполагает, что первые заметные результаты будут получены в лечении рака, диабета, сердечно-сосудистых заболеваний, проблем эмбрионального развития и нейродегенеративных заболеваний — Паркинсона, Альцгеймера и аналогичных.
В античное время на юге нынешней территории России и Украины существовало Боспорское царство. Его история началась в V веке до н.э., когда несколько греческих городов-колоний на северном берегу Чёрного моря объединились (вольно или невольно) под властью одного правителя.
Государство оказалось крепким: оно успешно отражало натиск соседних варварских племён до конца IV века нашей эры. Боспор играл важную роль в причерноморском регионе — он находился на границе сначала греческого, а потом римского мира. Царство в разные периоды своей истории снабжало хлебом Афины, было последним оплотом Митридата VI Евпатора, понтийского царя, осмелившегося воевать с Римом.
Изучением истории Боспорского царства активно занимаются российские и украинские археологи. Большинство экспедиций работают летом, но если археологическим памятникам грозит застройка, то работы проводятся в любое время года. В январе 2014 года под Анапой закончились охранные археологические раскопки, которые проводило ООО «Столичное археологическое бюро». Руководили работами Константин Воронин и Максим Меньшиков.
Исследования проводились на территории современной Анапы, где в древности находился боспорский город Горгиппия — крупный порт, центр обширной сельскохозяйственной округи (хоры). Раскопки оказались весьма успешными: в шести километрах от Горгиппии, в современном посёлке Супсех, открыты и полностью изучены две античные усадьбы и «варварский» некрополь. Памятники расположены на двух соседних холмах. На восточном холме обнаружены могильник и античная усадьба, при строительстве которой могильник был частично разрушен. Ещё одна усадьба размещена на западном холме.
Некрополь предварительно датируется VIII—VI веками до н.э. Всего археологи нашли 14 могил. Исследователи не исключают, что первоначально погребений было больше. Наиболее ранние могилы, вероятно, связаны с так называемыми протомеотскими древностями, они обложены внутри камнями. Более поздние могилы представляли собой «классические», аккуратные каменные ящики. В некоторых из них были захоронены два человека, есть следы неоднократного использования погребений.
«В одной из могил находился скелет в скорченном положении. Кости ещё одного, а возможно, и двух человек, были смещены к южной стенке погребальной камеры», — рассказывает Максим Меньшиков. Находок в могилах немного, в основном это бусы и металлические булавки. Античная усадьба на восточном холме существовала в V—III веках до н.э. На раннем этапе, в V—IV веках до н.э., усадьба состояла не менее чем из четырёх-пяти помещений. Они имели правильную форму, кладки стен очень качественные.
Однако памятник пережил как минимум одну крупную перепланировку, поэтому от ранней застройки сохранилось немного. В частности, археологи открыли подвалы и очаг. При раскопках «ранней» усадьбы найдены шесть наконечников стрел. Не исключено, что перед нами свидетельство вооружённого конфликта, из-за которого поселение на время было оставлено. Однако других доказательств предполагаемого столкновения нет. Период запустения продолжался не более 100 лет. Возможно, уже в IV веке до н.э. сюда снова приходят люди и строят новую усадьбу.
«Поздняя» усадьба датируется IV—III веками до н.э. Её планировка не совпадает с более ранней. Усадьба состояла из нескольких помещений, часть из которых была пристроена к общей длинной стене. С севера к комплексу примыкал большой двор, обнесённый стеной. Во дворе найдены нижние части ям для пифосов (крупных сосудов для хранения продуктов). Одно из самых интересных сооружений памятника — винодельческий комплекс. В него входила давильная площадка, обмазанная специальным раствором — цемянкой.
На площадке были закреплены два хорошо обработанных камня. Вероятно, они служили опорой для пресса. Рядом с давильной площадкой обнаружена цистерна для сбора виноградного сока. «Цистерна сделана очень хорошо. Стены почти идеально ровные, дно имеет небольшой уклон, рассчитанный так, чтобы виноградный сок стекал в один из углов ёмкости. В этом углу находилось углубление в виде воронки, из которого отчерпывались последние капли виноградного сока», — отмечает Максим Меньшиков. Усадьба на западном холме относится к IV—III векам до н.э. От неё сохранилось четыре помещения. В одном из них, вероятно, находился «склад». На полу этого помещения выявлены многочисленные углубления для сосудов.
В какой-то момент усадьба претерпела серьёзную перепланировку. В частности, «склад» засыпают, а на его месте строят новое помещение с очагом. «На западном холме цемянка использовалась только однажды и исключительно для ремонта стены. Эта стена располагалась перпендикулярно склону, не выдержала давления грунта и проломилась внутрь помещения. Не исключено, что хозяин усадьбы позаимствовал раствор у своего соседа — тот регулярно использовал цемянку для ремонта в своей винодельне», — говорит Максим Меньшиков.
Зачистка нижней части пифоса на территории усадьбы IV—III веков до н.э. Фото Максима Меньшикова. При раскопках найдено около 240 монет, что довольно много для небольших поселений. Обнаружено около десятка граффито (процарапанных надписей) на столовой посуде. Одной из самых интересных находок стал костяной трёхлопастный миниатюрный наконечник стрелы — полное подражание бронзовым наконечникам того времени. Всего на музейное хранение передадут около 900 находок. Более половины из них — фрагменты чернолаковой керамики.
Обработка материала, полученного при раскопках, ещё не закончилась, поэтому делать окончательные выводы рано. Однако археологи надеются, что исследования в окрестностях Анапы дополнят наши представления о том, как складывались отношения между местным «варварским» населением и греками, как выглядели сельские поселения на хоре Горгиппии и чем занимались их жители.
Автор матриала: Егор Антонов
Всё больше технологии 3D-печати находят применение в медицине. Но если, например, биопечать органов — дело будущего, то 3D-печать имплантов из различных биосовместимых материалов уже возможна сегодня. Недавно Физический институт РАН (ФИАН) сообщил о разработке послойного синтеза объёмных изделий из никелида титана, которые могут использоваться в качестве имплантов, для адресной доставки лекарств и в тканевой инженерии — в качестве матрикса («каркаса») для создания утраченных тканей непосредственно в живом организме. В поры такого матрикса вносятся клетки пациента, из которых и происходит рост ткани. Матриксы затем остаются вживлёнными в новую структуру.
Никелид титана (нитинол) — перспективный материал для имплантов и матрикса, поскольку не только биосовместим, но и суперпластичен, обладает эффектом памяти формы, высокой коррозионной стойкостью. До сих пор его изготавливали литейным способом, и полученные таким образом изделия требовали дальнейшей доработки с учётом индивидуальных особенностей пациента. Очевидно, что точность формирования поверхности изделия, изменения её шероховатости сильно зависят от точности настройки соответствующего оборудования и задаваемых параметров. А это в свою очередь влияет на успешность установки импланта.
3D-печать модели требуемого участка организма (например, участка кости) на основе данных компьютерной томографии избавлена от этих проблем. Один из применяемых методов 3D-печати — технология селективного лазерного спекания (плавления). С её помощью можно получать и беспористые импланты, и матриксы с контролируемой пористостью. Меняя дизайн внутренней структуры поровых каналов, можно интенсифицировать прорастание соединительных тканей в матрикс, увеличить площадь соприкосновения (а вместе с ней и механическую прочность) между имплантом и костью.
Пористые каналы предполагается насыщать лекарственными препаратами — для активации вживления, предотвращения некроза клеток. Но до сих пор синтез объёмных изделий из нитинола послойным лазерным плавлением не находил применения из-за трудности подбора параметров процесса. Кроме того, полученное изделие требовало последующей термообработки, чтобы избежать деформации, трещинообразования и разрывов в объёме при остывании продукта. Сотрудники Самарского отделения ФИАНа после многочисленных экспериментов нашли оптимальные условия получения 3D-изделий из нитинола, не требующих дальнейшей доводки.
Получаемые по новой технологии образцы имеют в 1,5—2 раза более высокую микротвёрдость по сравнению с литыми изделиями, что расширяет их применение: не только для тканевых конструкций, но и при имплантации высоконагруженных участков скелета в ортопедии, в челюстно-лицевой хирургии. В ходе исследований специалисты ФИАНа обнаружили, что размер пор такого материала для успешного прорастания стволовых клеток должен быть соизмерим с размерами самих стволовых клеток — не больше и не меньше. Эффект памяти формы, присущий нитинолу, физики использовали для разработки системы контролируемой доставки лекарств.
Например, имплантированная капсула из нитинола, в порах которой находится лекарство, при повышении температуры пациента меняет свою форму и расстояния между порами, в результате лекарство высвобождается и поступает к больному участку. При выздоровлении температура тела снижается, капсула возвращается к «холодной» форме, расстояния между порами восстанавливаются и выход лекарства прекращается. Сейчас физики ведут совместные эксперименты с биологами с тем, чтобы выявить оптимальные характеристики образцов.
Автор статьи: Татьяна Зимина
Страны и народы постоянно учатся друг у друга: отстающие стремятся догнать лидеров, а иногда и обгоняют их. Однако возможности и способности к развитию, в том числе через усвоение чужого опыта, у всех разные.
Очередной Казанский фестиваль мусульманского кино закончился громким скандалом. Приз за полнометражный документальный фильм неожиданно был вручен за рассказ о коллаборационистском легионе вермахта «Идель-Урал», составленном из военнопленных — представителей народов Поволжья. Сразу отмечу, что «Война непрощенных» Дениса Красильникова снималась под патронатом президента Татарстана, при поддержке полномочного представительства в Москве, и даже первый глава республики Минтимер Шаймиев произносит в картине небольшую речь.
Линии Фраунгофера
В непрерывном солнечном спектре, который исследовал ещё Ньютон, английский физик У. Волластон в 1802 году впервые заметил одиночные чёрные линии. В 1814 году их заново обнаружил и описал немецкий физик Й. Фраунгофер, а Р. Кирхгоф в 1859-м объяснил причину их появления. Атомы нагретого до высокой температуры вещества испускают излучения, длины волн которых характерны для каждого атома (именно на этом их свойстве основан метод спектрального анализа). А те же атомы, но холодного вещества эти излучения поглощают. И в спектре проходящего сквозь вещество излучения появляются чёрные линии.
Недра Солнца представляют собой горячую плазму с температурой порядка 5·106 К. Ионы элементов, из которых она состоит, — водород, кислород, натрий, железо, кальций и др. — излучают в широком диапазоне длин волн; мы их спектр воспринимаем как белый свет. Но на пути этого излучения лежит солнечная корона — окружающий светило плазменный слой из тех же элементов. Температура его внутренней области около 5·103 К, а периферия постепенно остывает почти до 3 К.
В «холодной» короне излучение ионов поглощается, и в спектре Солнца возникают чёрные линии Фраунгофера. Йозеф Фраунгофер отметил в видимой части солнечного спектра 570 линий и обозначил самые яркие латинскими буквами от А до К. Сегодня известно более 20 тысяч линий в диапазоне от далёкого ультрафиолета до ближнего инфракрасного. Наиболее яркие в видимой части линии К и Н кальция — 393,4 нм и 396,8 нм соответственно; G-линии железа и кальция практически одинаковы: 430,8 нм, а в Е-области линия излучения железа равна 527,0 нм. Водород излучает в F- и С-областях на длинах волн 486,1 и 656,3 нм, кислород — в В- и А-областях на линиях 686,7 и 759,3 нм.
Хорошо заметна также D-линия натрия — жёлтый дублет из очень близких линий 0,5890 и 0,5896 мкм. А поскольку натрий — чрезвычайно широко распространённый элемент, его яркие жёлтые линии (при слабом разрешении прибора они сливаются) видны практически на всех спектрограммах. Их свечение можно увидеть и невооружённым глазом. Бросьте щепотку поваренной соли (NaCl) в голубоватое пламя газовой горелки кухонной плиты, и оно мгновенно пожелтеет.
Эшелле
Эшелле (от фр. echelle — лестница) — отражательная дифракционная решётка в виде зеркальных ступенек, вырезанных на поверхности металлической пластины. Отражённые от них лучи интерферируют, осуществляя разделение излучения по частотам (дисперсию) — их разрешение. При небольшом числе штрихов — от 10 до 100 на миллиметр — эшелле имеет высокую разрешающую способность и концентрирует энергию излучения в спектрах высоких порядков дифракции.
Отражательная дифракционная решётка — эшелле имеет асимметричный треугольный профиль штриха, позволяющий получать высокий порядок дифракции.
Порядок диффракции
Порядок дифракции (точнее — интерференции) — в данном случае величина, равная разности хода лучей, отражённых от дифракционной решётки. Её выражают в длинах световых волн. Целые значения порядка соответствуют максимумам, полуцелые — минимумам картины интерференции. Эталон Фабри — Перо даёт величину порядка дифракции до 106 и выше. А чем он больше, тем yже дифракционный максимум, тем лучше разрешение.
Моды
Моды (от лат. мodus — мера, вид) — так называемые нормальные колебания в оптических резонаторах лазера, эталона Фабри — Перо и пр., то есть колебания электромагнитной волны на их резонансной частоте. Величину моды определяет размер резонатора, расстояние между его зеркалами. Волоконно-оптические линии связи конструктивно рассчитаны на пропускание либо одной частоты (одномодовые), либо широкого спектра частот (многомодовые).
Постоянная тонкой структуры
Постоянная тонкой структуры — безразмерная величина ? = е2/ћс ? 1/137, где е — заряд электрона; ћ — постоянная Планка; с — скорость света. Она определяет размер очень малого изменения величины (расщепления) энергетических уровней атома и, следовательно, образования тонкой структуры — набора узких и близких частот в его спектральных линиях, пропорционального ?2. Расщепление происходит за счёт квантового эффекта — взаимодействия двух электронов атома в результате обмена между ними виртуальными (ненаблюдаемыми) фотонами, которое проходит с изменением энергии.
Временная когерентность
Временнaя когерентность — свойство лазерного излучения сохранять постоянными длину волны (частоту) и фазу в течение определённого времени ?. По его истечении фаза излучения меняется и оно считается уже другой последовательностью электромагнитных волн.
Добротность резонатора D
Добротность резонатора D — отношение энергии Е, запасённой в нём, к величине потерь ?Е. Чем меньше потери (рассеяние, поглощение и пр.), тем выше добротность. Когда оптический затвор не пропускает излучение, добротность D = 0, потери энергии максимальны, лазер не излучает. Когда затвор (пассивный или активный за счёт внешнего воздействия) меняет пропускание, происходит модуляция добротности резонатора лазера и соответственно меняется режим его работы.
Эффект самофокусировки подобен действию просветляющегося поглотителя — интенсивное излучение диафрагма свободно пропускает, а слабое частично срезает.
Самофокусировка
Самофокусировка — явление нелинейной оптики, заключающееся в увеличении показателя преломления прозрачного вещества при увеличении интенсивности лазерного излучения, проходящего через него. В результате происходит такое же искривление волнового фронта, как и в случае собирающей линзы. Прозрачное вещество превращается в положительную линзу под действием самого лазерного излучения. Отсюда и название — самофокусировка.
Автор статьи: Сергей Транковский
Таким вопросом учёные задавались и в прошлые века. Среди отечественных корифеев науки на эту тему высказались Д. И. Менделеев и К. Э. Циолковский. За свою жизнь Д. И. Менделеев занимался далеко не только химией. Его интересы простирались от метеорологии до метрологии, от экономики до демографии.
В книге «Заветные мысли» (1905) учёный попытался рассчитать возможную численность населения Земли. В то время она составляла около 1,6 миллиарда человек. Исходя из площади плодородных земель на планете и продуктивности основных пищевых культур, Менделеев пришёл к выводу, что Земля прокормит не менее восьми миллиардов человек.
А по скорости прироста населения в тех странах, по которым тогда имелась статистика, он рассчитал, что к 2000 году численность человечества составит более четырёх миллиардов человек. Циолковский в одной из своих работ голодного 1918 года взял за основу площадь суши в тропическом поясе Земли и урожайность таких тропических культур, как таро (корнеплод колоказия съедобная) и бананы.
По его расчёту вышло, что для прокорма одного человека в течение года достаточно будет делянки площадью четыре квадратных метра при хорошем орошении и удобрении (он исходил из того, что за год человек прокормится тонной бананов). А следовательно, численность человечества теоретически могла бы вырасти как минимум в две тысячи раз. Правда, пишет учёный, на Земле станет тесновато, но «хорошо человеку в многочисленном обществе и будет ещё лучше, когда население вырастет раз в тысячу».
Видимо, Константин Эдуардович был очень общительным человеком.
всего статей: 1642
