КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОЛОНИЯХ

С одной стороны, компартментализация необходима для того, чтобы происходила эволюция, для того, чтобы могла возникнуть жизнь. С другой стороны, изолирование внутриклеточного пространства от окружающей среды с помощью липидной мембраны приводит к тому, что там никакие клеточные процессы не могут происходить с нормальными скоростями.

Рис. 2. Молекулярные колонии (наноколонии) как способ компартментализации биополимеров и биохимических реакций в отсутствие мембраны. Наноколонии (показаны зеленым) формируются, когда матричные наномолекулы (ДНК или РНК) размножают в иммобилизованной среде с нано-метровыми порами — например, в агарозном или полиакриамидном геле. Каждая колония является скоплением молекул — копий родительской молекулы, то есть представляет собой молекулярный клон.

В связи с этим я подумал, а почему Александр Сергеевич Спирин предложил мне сделать этот доклад? Может быть, дело в этом. Нами были изобретены молекулярные колонии (Chetverin, Chetverina, Munishkin, 1991; Chetverin, Chetverina, 1993, 1997, 2008) или наыоколонии (Четверина, Четверин, 2008), так их тоже можно называть в связи с последними поветриями. В данном случае действительно уместно использовать приставку «нано», потому что эти колонии состоят из молекул на-норазмера, то есть ДНК или РНК, и они (колонии) образуются, если РНК или ДНК размножают в геле — иммобилизованной среде, чей полимерный матрикс имеет нанометровые поры. Таким образом, размер молекул примерно сопоставим с размером пор этого матрикса. Это приводит к тому, что молекулы оказываются «пойманными» в этом матриксе как мухи в паутине: они «трепыхаются», но никуда не могут деться. Если молекула прокопировалась (образовалась ее копия), копия остается примерно там же, где была родительская молекула. Потомство одиночной молекулы образует большое скопление молекул, которые фактически являются молекулярным клоном. Если посмотреть на эти скопления, то становится понятным, что они похожи на клетки (рис. 2). Единственное отличие от клеток — это то, что они не окружены липидной мембраной. Тем не менее, здесь имеет место компартментализация — обособление колоний от окружающей среды.

Наноколонии мы изобрели, работая с Qβ-репликазой (Chetverin, Chetverina, Munishkin, 1991), о которой я уже упоминал. Qβ-репликаза «засветилась» многими своими сторонами в проблеме происхождения жизни и эволюции. Qβ-репликаза — это РНК-зависимая РНК-полимераза бактериофага Qβ, который паразитирует на клетках Е. coli. Она знаменита тем, что это самый эффективный фермент, который умеет размножать РНК в пробирке, то есть вне клетки (Ugarov, Chetverin, 2008). Что она делает? Матрицей у нее является одноцепочечная РНК, и Qβ-репликаза, ее считывая, собирает из нуклеотидов комплементарную цепочку РНК. После окончания цикла считывания, как исходная матрица, так и комплементарный ей продукт являются матрицами для синтеза своих комплементарных копий. Таким образом, получается, что из одной матрицы образовалось две матрицы, из двух матриц при следующем копировании — четыре матрицы и так далее. В каждом цикле репликации число матриц удваивается, то есть по экспоненте происходит увеличение числа РНК-матриц (Haruna, Spiegelman, 1965).

Обожаете молодежные сериалы и фэнтези, тогда Вы наверное уже не раз вбивали в поисковую строку Яндекса запрос бесплатно смотреть закрытая школа, но натыкались лишь на невызывающие доверия сайты, требующие небольшого вознаграждения за просмотр. У Вас никогда не возникнет подобных проблем с сайтом videomore.ru, где Вы сможете найти огромное количество сериалов на любой вкус.

«СПОНТАННЫЙ» СИНТЕЗ РНК >>

КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В ЛИПОСОМАХ

Естественно предложить, что, поскольку существующие клетки окружены мембраной, то давайте сделаем что-нибудь подобное искусственно. На первый взгляд, это сделать нетрудно. Действительно, оказалось, что из эмульсии липидов довольно легко спонтанно образуются липосомы, то есть такие пузырьки, которые окружены двухслойной липидной мембраной. Они способны к самопроизвольному росту путем поглощения новых молекул или мицелл липидов, а также к делению (после того, как липосома достигает определенного размера, она начинает самопроизвольно дробиться) (Szostak, Bartel, Luisi, 2001).

Более того, еще в 1995 г. было показано, что если внедрить в липосому РНК и Qβ-репликазу (это такой белок, который может реплицировать РНК, то есть синтезировать РНК на РНК-матрице и, таким образом, размножать РНК очень эффективно), то дробление липосом будет сопряжено с размножением РНК. Следовательно, новообразующиеся липосомы содержат и репликазу, и РНК (Oberholzer, 1995). Внешне это напоминает деление клеток.

Однако в этом направлении, когда используют липосомы как аналог клеток, есть ряд существенных проблем, которые до сих пор не решены и не позволяют сделать сборку клетки экспериментальным предметом.

Считается, что происхождение жизни стартовало с мира РНК, где все биохимические реакции осуществлялись рибозимами (Спирин, 2005). Шостак с соавторами отметили, что рибозимы имеют оптимальную активность в присутствии высоких концентраций двухвалентных катионов. Но в этих условиях липосомы агрегируют, что мешает их росту и делению (Szostak, Bartel, Luisi, 2001).

Но есть еще более серьезная проблема. Для того чтобы внутри липосомы происходил синтез ДНК, РНК и белков, необходимо, чтобы внутрь этого компартмента поступали субстраты, из которых все синтезируется — нуклеотиды, аминокислоты и другие низкомолекулярные компоненты.

С одной стороны, липидная мембрана изолирует клетку от окружающего пространства, не дает разбегаться высокомолекулярным компонентам, обособляет ее. В этом состоит ее положительный эффект. Но с другой стороны, мембрана является плохо преодолимым барьером для низкомолекулярных веществ, которые должны поступать в клетку снаружи. На рис. 1 показаны результаты экспериментов, которые авторы интерпретируют как доказательство проницаемости мембраны для низкомолекулярных компонентов (Mansy et al., 2008). Для меня же они являются свидетельством того, что проницаемость мембраны очень низка.

Если посмотреть, как спонтанно диффундируют через липидную мембрану нуклеотиды, то оказывается, что АТР (аденозинтрифосфат) совсем не диффундирует. Менее заряженные ADP (аденозиндифосфат) и AMP (адснозинмонофосфат) в присутствии ионов Mg^2: (который благодаря электростатическим взаимодействиям экранирует негативный заряд на нуклеотидс) транспортируются несколько лучше. Еще лучше транспортируется ImpA (фос-форимидазолид аденозина) — активированный аналог нуклеотида, который широко используют в качестве субстрата для неэнзима-тического синтеза нуклеиновых кислот. Из-за того, что у ImpA еще меньше величина негативного заряда, он легче диффундирует через лилидную мембрану.

Как проводился эксперимент? Нагружали липосомы нуклеотидами, отмывали то, что снаружи, а потом смотрели, с какой скоростью падает концентрация нуклеотидов внутри липосом. Соответственно, если нуклеотиды из липосомы ушли, то они пересекли липидную мембрану. На самом деле, это скорость выхода (или утечки) нуклеотидов из липосом по градиенту концентрации. Видно, что концентрация нуклеотидов внутри липосом падает наполовину в интервале от 10 до 20 часов (рис. 1). Таким образом, диффузия через мембрану происходит чрезвычайно медленно.

Рис. I. Липидная мембрана — барьер для обмена с окружающим раствором (по данным Mansy et al., 2008). Показано остаточное содержание нуклеотидов в липосомах. АТР — аденозин-5′-трифосфат, ADP — аденозин-5′-дифосфат, АМР — аденозин-5′-монофосфат, dAMP — 2′-дезоксиаденозин-5′-монофосфат, ImpA — фосфоримидазолид аденозина (рядом показана его структурная формула; В — азотистое основание аденин). Эксперимент проводили при 23 ⁰С. Другие пояснения см. в тексте.

Те же авторы (Mansy et al., 2008) сделали другой эксперимент, который они также интерпретировали как успешный. Если взять липосомы, нагруженные только матрицей и праймером (длиной 15 нуклеотидов), а снаружи липосом дать субстраты для синтеза РНК, то субстрат окажется внутри липосомы только путем спонтанной диффузии через липидную мембрану. Можно сравнить скорости неэнзиматического синтеза РНК внутри и снаружи липосомы. В каждом случае удается полностью прочитать матрицу длиной 15 нуклеотидов (если не считать 15-нуклеотидный праймер). Тем не менее, оказывается, что синтез внутри липосомы происходит в 4 раза медленнее, чем снаружи липосомы. То есть все-таки мембрана является препятствием и, по крайней мере, в четыре раза замедляет синтез РНК, а проникновение нуклеотидов через мембрану является скорость-лимитирующей стадией для всего процесса.

Необходимо также обратить внимание на то, что концентрация аналога нуклеотида в окружающем липосомы растворе была 5 мМ. Это очень высокая концентрация. Это такая концентрация нуклеотидов, которая только-только достигается внутри живых клеток (Ленинджер, 1976). Очень трудно представить, что в первичном бульоне, наполняющем мировой океан, концентрация нуклеотидов достигала таких значений. Более того, в данных экспериментах речь идет только о пассивной диффузии, здесь никакого нет активного накопления. Поэтому концентрация нуклеотидов в липосомах всегда заведомо ниже, чем в окружающем растворе. Непонятно, кто должен был насыщать океан нуклеотидами для того, чтобы в липосомах что-то худо-бедно синтезировалось. В общем, есть такая проблема, и очень серьезная.

КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОЛОНИЯХ >>

В поисках красивых и оригинальных украшений Вы изучили ассортимент бессчетного числа интернет-магазинов, раз за разом вбивая в поисковую строку Бижутерия, но так и не смогли найти то, что стало бы материальным доказательством ваших искренних чувств по отношению к той единственной и неповторимой девушки, которая завладела вашим сердцем. Советую Вам не тратить попусту свое драгоценное время и посетить сайт www.top-ledi.ru, где представлено большое количество украшений, среди которых точно найдется то, что не оставит вашу возлюбленную равнодушной.

ПОПЫТКИ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КЛЕТКИ

В настоящее время вопрос о создании искусственной клетки уже рассматривается в практической плоскости, а соответствующие проекты щедро финансируются в надежде на будущую прибыль. Предполагается, что искусственные клетки могут помочь в создании новых лекарств и технических материалов, а также в решении проблем энергетики (производство биотоплива) и экологии (утилизация отходов). Появились даже такие понятия как «синтетическая геномика» и «синтетическая биология».

Основателем синтетической геномики является Крейг Вентер — тот самый, в чьей фирме Celera Genomics расшифровали первый геном человека — геном самого Вентера. А сейчас в Институте Вентера (J. Craig Venter Institute) решают задачу создания искусственного организма. К настоящему времени сотрудники института трансплантировали ДНК из одной бактериальной клетки в другую, уничтожив ДНК бактерии-реципиента. Было показано, что трансплантация всего генома привела к тому, что реципиент приобрел все признаки, определяемые геномом донора (Lartigue et al., 2007). А буквально в этом году ими опубликовано сообщение о химическом синтезе полного генома М. genitalium — более 500 тыс. п.о. (Gibson et al., 2008). Пока еще не проверено, действительно ли этот геном является биологически функциональным, но синтетическая часть работы завершена. Это достижение интересно не просто тем, что поставлен рекорд синтеза длинной ДНК, но также и тем, что теперь становится возможным проектировать искусственные геномы, абсолютно новые, их синтезировать и таким образом лепить организм по своему собственному усмотрению.

Идеологами синтетической биологии являются Энтони Форстер (Anthony С. Forster) и Джордж Черч (George М. Church). Они определили список из 151 гена для всех белков и РНК, которые, как они считают, необходимы, чтобы происходила полноценная экспрессия генома. Они также определили группы белков, которые отвечают за разные стадии экспрессии генома: от синтеза РНК до посттрансляционной модификации белков. По мнению авторов, можно взять смесь этих компонентов; добавить туда ДНК, которая будет программировать синтез новых копий мРНК и, соответственно, белков; загрузить этими компонентами липосомы, и тогда система начнет самовоспроизводиться — репродуцироваться (Forster, Church, 2006, 2007). В случае успеха это привело бы к сборке живой клетки из ее компонентов. В принципе, на этом можно было бы завершить мое выступление, потому что есть люди, которые считают: «Да, ответ положительный: собрать клетку из ее компонентов можно».

Однако здесь есть одна проблема, на мой взгляд, существенная. Форстер и Черч забыли про одну вещь. В свой список они не включили белки, которые отвечают за синтез липидов, за построение мембраны. Они не учли того, что в мембране должны быть системы транспорта, которые отвечают за связь клетки с окружающей средой. А это проблема серьезная и до сих пор, как следует из научной литературы, она не решена.

НЕОБХОДИМОСТЬ КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИИ

Действительно ли нужна мембрана? Почему нельзя все компоненты сгрузить в пробирку? Почему это не клетка? В принципе, отдельные этапы экспрессии генома так и осуществляют — в пробирке (in vitro) происходят и синтез ДНК, и синтез РНК на ДНК, и трансляция РНК в белок. Будет ли это клетка или нет?

В этой аудитории много специалистов, которые имеют свое представление о том, что такое клетка и как ее определить. Как мне кажется, главный признак клетки и ее отличие от просто порции биохимического раствора — это то, что клетка должна быть способной к эволюции. Если бы клетка не могла эволюционировать, не могла развиваться и не было бы отбора в направлении улучшения ее признаков, то никогда бы не возник такой сложный организм как человек. Конечно, такой вывод можно сделать лишь при допущении, что жизнь произошла естественным путем. А для того, чтобы шла эволюция, необходима компартментализация — обособление клетки от окружающей среды. В связи с этим приведу цитаты трех классиков.

Первый из них — это Уолтер Гилберт (Walter Gilbert), который, собственно говоря, и является автором идеи мира РН К, сформулированной им в 1986 г. в журнале Nature (Gilbert, 1986). Гилберт считает, что компартментализация необходима, чтобы привязать ген к его продукту. Поскольку отбор происходит, естественно, по свойствам продукта экспрессии гена, а наследуется собственно ген, то продукт и ген должны всегда быть вместе, иначе эволюция невозможна (Gilbert, de Souza, 1999).

Александр Сергеевич Спирин считает, что в отсутствие сегрегации молекул невозможно избирательное размножение улучшенных вариантов, возникающих путем мутаций или рекомбинаций, так как одинаково хорошо размножаются все молекулы, содержащиеся в бульоне. То есть сегрегация нужна, чтобы как-то отличать хорошее от плохого (Спирин, 2005).

Джек Шостак (Jack W. Szostak) приводит такой аргумент. Если возникнет мутантная репликаза, обладающая улучшенной каталитической активностью и точностью, то она будет лучше реплицировать другие — худшие — репликазы, но себя реплицировать не сможет. И даже если она будет реплицирована другой репликазой, то ее дочерние молекулы «разбегутся» и не смогут помочь друг другу (Szostak, 1999).

Можно привести еще много разных аргументов, почему надо отделять, индивидуализировать, обособлять этот компартмент (клетку) от окружающей среды, но думаю, что этого достаточно.

КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В ЛИПОСОМАХ >>

МОЖНО ЛИ СОБРАТЬ КЛЕТКУ ИЗ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ?

© 2009 г. А.Б. Четверин

Институт белка РАН alexch@vega.protres.ru

К настоящему времени составлен примерный список минимального набора генов, необходимых для функционирования и размножения живой клетки в максимально благоприятных условиях, разработаны методы полного химического синтеза минимального генома, а также разработаны бесклеточные системы, позволяющие осуществлять все биохимические реакции, составляющих репликацию и экспрессию клеточного генома. Самой серьезной из нерешенных проблем остается обеспечение двух взаимоисключающих требований: обособления биохимических процессов от окружающей среды и обмена между клеткой и средой. В этих условиях экспериментальной моделью для сборки клеточных компонентов могут служить молекулярные колонии (другие названия — наноколонии, полонии), которые образуются при репликации РНК или ДНК в твердой среде с порами нанометрового размера. Молекулярные колонии могли также служить до-клеточной формой компартментализации в мире РНК.

ВВЕДЕНИЕ

Приглашение выступить на рабочем совещании «Проблемы происхождения жизни» стало для меня неожиданным, потому что я никогда не думал, что то, чем мы занимаемся, имеет отношение к этой области. Однако в последние годы Александр Сергеевич Спирин стал цитировать наши результаты в своих работах по происхождению мира РНК (Spirin, 2002; Спирин, 2005а, б). И тогда я подумал, что то, что мы сделали, действительно имеет к этому какое-то отношение. В процессе подготовки к докладу мне пришлось забраться в области, в которых я не являюсь специалистом. Поэтому, если я не совсем точно изложу факты из пограничных областей, прошу не судить строго. По просьбе редакционной коллегии сборника во вводной части статьи я привожу краткие определения ключевых понятий и терминов, в порядке их упоминания.

Ключевые понятия

Экспрессия генома — совокупность биохимических процессов, приводящая к синтезу функционально активных белков путем декодирования информации, заключенной в нуклеотидной последовательности генов. Экспрессия ДНК-генома включает стадии транскрипции (синтез РНК на ДНК-матрице) и трансляции (синтез белка на РНК-матрице).

Репликация — размножение РНК или ДНК путем синтеза копий (реплик) исходной матрицы.

Репликаза — катализатор (белок или РНК), осуществляющий репликацию.

Qβ-репликаза — белок фага Qβ (бактериального вируса), осуществляющий репликацию геномной РНК этого фага, а также некоторых других видов РНК.

Рибозим — РНК, способная катализировать ту или иную биохимическую реакцию.

Компартментализация — обособление; здесь: сосредоточение клеточных компонентов и процессов в некоем объеме (компартменте), изолированном от внешней среды.

Липиды — вещества, содержащие гидрофильную группу («голову») и длинную гидрофобную углеводородную часть («хвост»). Формируют мембраны из двух слоев, обращенных друг к другу гидрофобными, а к водному окружению — гидрофильными поверхностями.

Липосомы — водные пузырьки, окруженные мембраной из двух слоев липидов или аналогичных по свойствам веществ.

Нуклеотид — мономер РНК или ДНК, состоящий из одного из четырех видов гетероциклических азотистых оснований [А — аденин, G — гуанин, С — цитозин, U — урацил (в РНК) или Т — тимин (в ДНК)], рибозы (пятиуглеродный сахар) и фосфата (остаток фосфорной кислоты).

Полииуклеотид — линейный полимер, состоящий из нуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями, и имеющий сахарофосфатный остов. Различают полирибонуклеотиды (РНК) и полидезоксирибонуклеотиды (ДНК).

Комплементарность — дополнительность; здесь — точное структурное соответствие между двумя полинуклеотидами, способными сформировать двойную спираль посредством образования изоморфных пар оснований A:U (А:Т в ДНК) или G:C.

Праймер — затравка; здесь — олигонуклеотид, комплементарный участку последовательности РНК- или ДНК-матрицы; добавляя к праймеру по одному нуклеотиду, репликаза строит из них цепь, комплементарную матрице.

ПЦР (полимеразная цепная реакция) — процесс репликации ДНК с использованием температуроустойчивой ДНК-зависимой ДНК-полимеразы (ДНК-репликазы), олигонуклеотидного праймера и дезоксирибонуклеотидов, включающий периодическое нагревание реакционной среды с целью расплавления двуцепочечной ДНК на составные цепи и последующего охлаждения с целью отжига праймера с матрицей и его удлинения ДНК-репликазой.

Молекулярные колонии (наноколонии) — скопления наномолекул-копий РНК- или ДНК-матриц, образующиеся вокруг матриц при их репликации в твердой пористой среде, имеющей поры нанометрового размера. Как правило, в качестве твердой среды используют гидрофильные гели: агарозу или полиакриламид. В зарубежной литературе молекулярные колонии часто называют «полонии» (от «полимеразные колонии»).

Монтмориллонит — глина, слоистый алюмосиликат из группы смектитов. Отличается большой сорбционной и ионообменной емкостью.

МИНИМАЛЬНЫЙ РАЗМЕР КЛЕТОЧНОГО ГЕНОМА

Когда мы говорим о возможности сборки клетки, то, прежде всего, наверное, надо задать вопрос: «А насколько это сложный объект? Какова по сложности может быть самая маленькая клетка?» Прежде всего, имеется в виду сложность информационная, генетическая. Можно просто посмотреть, что на этот счет известно.

Так, наименьший геном из свободно живущих организмов имеет фотосинтетическая родопсин-содержащая бактерия Pelagibacter ubique, составляющая значительную долю биомассы океана: I 308 759 пар оснований (п.о.) и 1 354 генов (Giovannoni et al., 2005).

Однако есть более редуцированные геномы. Размер генома наименьшего культивируемого организма (т. е. способного к размножению в искусственных условиях — in vitro) облигатного паразита Mycoplasma genitalium равен 582 970 п.о.; этот геном состоит из 519 генов (Fraseretal., 1995).

Наконец, существует рекордсмен по простоте устройства — бактерия Carsonella ruddii, которая является внутриклеточным симбионтом тли. Ее геном имеет размер 159 662 п.о. и состоит из 211 генов (Nakabachi et al., 2006). Хотя насчет того, можно ли ее рассматривать в качестве бактерии, есть сомнения: существует дискуссия по этому поводу. Поскольку эту тварь нельзя культивировать, она может быть рассмотрена как клеточная органелла, которая берет из клетки не только питательные вещества, но также белки и/или нуклеиновые кислоты (Tamames et al., 2007). Таким образом, исходя из вышеприведенных фактов, минимальный размер генома клетки должен быть порядка 200-500 тыс. пар оснований и состоять из 200-500 генов.

Есть и иные подходы для того, чтобы оценить минимально возможный размер клеточного генома. Существует филогенетический анализ, когда сравнивают геномы разных организмов и смотрят, что у них есть общего. Считается, что общее — это то, что необходимо, а то, что отличается, — это то, без чего можно обойтись. Так было определено, что 256 из 519 генов М. genitalium являются эволюционно консервативными. Вероятно, эти гены представляют собой минимальный набор, необходимый для функционирования клетки в наиболее благоприятных условиях: в присутствии полного набора питательных веществ и в отсутствие какого-либо внешнего стресса (Mushegian et al., 1996).

Еще один подход для определения минимально необходимого набора генов состоит в том, что случайным образом инактивируют гены бактерии — по одному за раз — и смотрят, сможет ли такая бактерия жить. Для той же бактерии М. genitalium было показано, что инактивация, путем вставки транспозона, 101 из 482 белок-кодирующих генов не препятствовала росту клеток в максимально благоприятных условиях. Инактивация же любого из 381 оставшихся генов была летальной (Glass et al., 2006). В то же время нельзя сказать, что каждый из 381 гена действительно необходим, потому что бактерия — это сложная взаимозависимая система. Удаление какого-то элемента может привести к летальному исходу не потому, что именно этот элемент необходим, а потому что от него может зависеть функционирование других элементов.

Наконец, использовали биохимический подход: выясняли, какие биохимические реакции необходимы для жизни клетки и, соответственно, какие для этого нужны ферменты и структурные элементы. Из такого анализа был сделан вывод, что белки и РНК, осуществляющие минимально необходимые биохимические реакции, кодируются 151 генами (113 тыс. п.о.) (Forster, Church, 2006, 2007). Это близко к геному С. ruddii (Nakabachi et al., 2006).

На сайте «Я Потребитель» Вы найдете наиболее полную и точную информацию обо всех торговых центрах города Москвы. Так, например, если Вы решили отправиться за покупками в ТЦ Метрополис, то на сайте yapotrebitel.ru сможете узнать подробные маршрут проезда, часы работы, телефон, и даже схему самого здания!

ПОПЫТКИ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КЛЕТКИ >>

Подлог и мошенничество в мире нейтрино

До сих пор мы старательно обходили некоторые вопросы, которые, вероятно, возникли у вас при осмотре нашего полицейского архива в главе 4. Существует три разных типа нейтрино — электронное, мю и тау. Мы не рассказали, чем они различаются, однако в процессе термоядерного синтеза образуются именно электронные нейтрино, поскольку в процессе участвуют еще и электроны. Первые детекторы нейтрино регистрировали только электронные нейтрино, а остальные два типа оказывались попросту невидимыми. Вероятно, «исчезнувшие» нейтрино каким-то образом (по мановению волшебной палочки?) превращались из электронных нейтрино во что-то другое.

Красота физической науки¹ заключается в том, что можно взять на первый взгляд несовместимые ч идеи, чтобы объединить и истолковать явления, которые иначе ничем не объясняются. Рассмотрим три соображения — вроде бы никак не связанные между собой.

¹Красоту самих физиков мы обсуждать не будем, это вопрос спорный.

1. Частицы, которые представляются нам одинаковыми, например электрон со спином, направленным вниз, и электрон со спином, направленным вверх, на самом деле при некоторых обстоятельствах ведут себя как разные частицы. Верно и обратное. Две частицы, которые представляются нам разными, при некоторых обстоятельствах ведут себя как одинаковые. Например, протоны и нейтроны ведут себя совершенно одинаково, когда происходит только сильное взаимодействие. Бели разница достаточно велика, мы говорим, что это две разные частицы, а если разница незначительна (например, электрон со спином, направленным вниз, и электрон со спином, направленным вверх), говорим, что это два разных состояния одной и той же частицы.

2. Многие частицы не находятся в том или ином конкретном состоянии, а являют собой сочетание двух и более разных состояний. В главе 3 мы видели, что направление спина электрона совершенно случайно и становится определенным, только если мы его наблюдаем. Иначе говоря, он одновременно направлен вверх и вниз, и каждое состояние может быть наблюдаемо с некоторой вероятностью. Квантовая механика изобилует частицами, которые одновременно предаются двум (на первый взгляд) взаимоисключающим занятиям.

3. Частицы ведут себя как волны. Когда мы рассказали вам об этом в главе 2, то пренебрегли одной тонкостью, которая сейчас окажется нам полезной. Если «волна» осциллирует (то есть колеблется) между двумя различными состояниями, то чем больше разница в энергии между этими состояниями, тем быстрее будут осцилляции.

А теперь объединим эти три соображения, соберемся с духом и сделаем обескураживающее,
однако совершенно верное предположение — нейтрино разных видов могут превращаться друг в друга.

Эксперименты показали, что у нас есть три разновидности нейтрино: одно взаимодействует с электроном, другое — с мюоном и третье — с тау-частицей. Мы представляем себе электрон как комбинацию двух частиц — электрона со спином, направленным вниз, и электрона со спином, направленным вверх; так вот и нейтрино тоже можно представить себе подобным же образом. Давайте считать, что существует три разных типа нейтрино — № 1, № 2 и № 3 в порядке увеличения массы.

Нейтрино № 1 состоит по большей части из электронного нейтрино в сочетании с хорошей дозой мю-нейтрино и капелькой тау-нейтрино. Нейтрино № 2 устроено иначе, а нейтрино № 3 представлено третьим набором качеств. Неважно, как мы будем их называть — тремя состояниями одной частицы или тремя разными частицами. Важно другое: нейтрино не будут выглядеть каждый раз одинаково. Это соображение получило название осцилляции нейтрино, поскольку нейтрино осциллируют между тремя «личинами» — электронным, тау и мю.

Где же тут. красота? А вот где: все это возможно, только если нейтрино обладают массой, мало того, разной массой. Это прямо следует из квантовой механики. Если они не обладают разной массой, значит, энергия между разными состояниями равна нулю (Е = mc²!!!), никакой нейтринной осцилляции не будет, и мы не будем наблюдать это явление.

Читая такие сайты, как ABC News и DailyMail Вы всегда будете в курсе последних мировых новостей. Не владеете иностранными языками? Не расстраивайтесь, это и не нужно, когда на вооружении вашего компьютера установлен браузер с встроенным переводчиком Google Chrome 5, который позволит Вам читать на русском языке любые иностранные сайты. Более подробно о Google Chrome 5 Вы узнаете на сайте topbrowser.ru.

Как измерить разницу в массах нейтрино? >>

Для того чтобы увидеть своими глазами этот невероятный по своей красоте космический пейзаж, Вам придется преодолеть 28 миллионов световых лет. А такое путешествие даже на самом быстром космическом аппарате, способном развивать скорость до 62 000 км/ч, займет не менее 493,444 миллиардов лет.

Размеры галактики «Сомбреро» (Sombrero Galaxy), получившей официальное название M104, поражают ничуть не меньше, чем ее внешний вид. Она растянулась в космическом пространстве на 50 000 световых лет и насчитывает 800 миллиардов ‘Солнц’.

Согласитесь, впечатляет! Читать дальше>>

Исследование Луны

1. Первые экспедиции на Луну американских астронавтов. Часть I | Часть II | Часть III | Часть IV | Часть V | Часть VI | Часть VII.

2. Проблемы и возможности освоения Луны. Часть I | Часть II

3. Космические солнечные электростанции на базе лазерного канала передачи энергии. Часть I | Часть II | Часть III

История освоения космоса: от истоков и до наших дней

1. Контакт третьей степени: пришельцы и НЛО в научно-фантастических произведениях.

2. Эволюция научной фантастики.

3. Развитие мысли о полете в космос. Часть I | Часть II | Часть III | Часть IV

4. На пути к освоению космоса: истоки.

Отвергнутая наука

1. Биоритмы.

2. Остеопатия и хиропрактика.

3. Натуропатия.

4. Гомеопатия.

5. Уфология.

6. Древние астронавты Часть I | Часть II

7. Земля плоская или полая? Часть I | Часть II | Часть III

Удивительные открытия

1. Маленькие зеленые человечки, которых не было.

2. Шахматная доска императора.

3. Послание из космоса.

Великие тайны прошлого

1. Горячий Ключ Юрского периода.

2. Жизнь в воде: назад в прошлое.

3. Удивительный мир.

Космонавтика

1. Сергей Павлович Королев: эпоха расцвета советской космонавтики.

2. Главные проблемы главного конструктора лунного проекта.

3. Марсианская программа СССР.

Руководство по эксплуатации Вселенной

1. Расширяющаяся Вселенная.

2. Так каковы же мои шансы изменить прошлое?

3. Досье на фундаментальные частицы.

4. Путешествие во времени.

5. Можно ли построить вечный двигатель?

6. Реальны ли черные дыры или физики просто выдумали их от скуки?

7. Что будет, если упадешь в черную дыру?

8. А можно вернуться во времени назад и купить акции «Майкрософт»?

9. Альтернативная реальность / альтернативные вселенные.

10. Вселенная самосогласованна.

11. Так кто же путешествует во времени правильно?

12. Так как же сделать действующую машину времени?

13. Космические струны.

ПРОБЛЕМЫ ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИЗНИ

1. МОЖНО ЛИ СОБРАТЬ КЛЕТКУ ИЗ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ?.

2. ПОПЫТКИ СОЗДАНИЯ ИСКУССТВЕННОЙ КЛЕТКИ.

3. КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В ЛИПОСОМАХ.

4. КОМПАРТМЕНТАЛИЗАЦИЯ В МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОЛОНИЯХ.

5. «СПОНТАННЫЙ» СИНТЕЗ РНК

Планета Земля

1. ОБРАЗОВАНИЕ КОНТИНЕНТАЛЬНОЙ КОРЫ.

2. Задержка с формированием континентальной коры.

3. Гиполит гранатитовый и пиролитовый.

Конечно, детерминативная среда сама физична, она — интеллектуальна, семантична, но это физическое поле. Количественно — это система осцилля-ций, качественно — образ, понятие, смысл.

Содержание есть детерминативная волновая система, смена содержания — новый волновой рисунок. Сознание является энергией. В этом суть понятия детерминативный. В философском аспекте мы может разделять

идеальное и материальное. Считать, что идеальное противопоставлено материальному, или думать, что идеальное состоит только из идеального, и не из чего другого. Но с точки зрения реальности или физики реальности идеальное не может не быть материальным, состоящим из энергии мысли или детерминативной энергии.

Вещественно-энергетические среды, т. е. гравитационные, электромагнитные поля, элементарные частицы и вещество, образовались из детерминативной среды путем ее намеренного уплотнения. Потому в сравнении с веществом по порядку величины энергии детерминативный сигнал есть слабый сигнал, или фактор низкой интенсивности. Твердые тела представляют собой концентрированную энергию. Они имеют непроницаемость и четкую границу, как было показано, только в восприятии субъекта.

Поэлементный состав твердых тел продолжен (излучен) во внешний объем (объем Вселенной) сигнальными формами и отражен проводящими системами. Каждый элемент тела представлен волновыми характеристиками, перцепция которых позволяет узнать местоположение, импульс, скорость вращения, форму, его внутреннее строение.

Прежде вещественно-энергетических состоялись интеллектуальные, смысловые отношения между всеми объектами реальности. В физическом смысле это детерминативные взаимосвязи. В вещественном плане происходит повтор (копирование) дистантных детерминативных связей в форме электромагнитных и гравитационных взаимодействий (сигнальных форм) между телами на большом удалении от места локации самих тел. Детерминативный и сигнальный факторы обеспечивают значительное опережение во времени и пространстве (на больших расстояниях) резонансных отношений между твердыми телами до их макросближения, или упругого контакта.

Макрофизические и, особенно, биологические тела являют собой чрезвычайно сложную систему колебаний со множеством различных частот, потому избирательных согласований великое множество. Но каким бы ни было это количество, главное — все эти связи первоначально согласованы по смыслу, т. е. детерминативно, и затем по вещественно-физическому выражению этого смысла. Последнее осуществляется посредством электромагнитного и гравитационного волнового пакета, составленного из индивидуальных наборов частот, длин волн, форм волны.

С точки зрения семантики эти согласования мы разделили на два широких класса конструктивных и деструктивных взаимодействий. Физически конструктивные по смыслу процессы будут переданы одними (соответствующими) частотными характеристиками и формами колебаний, деструктивные — другими (соответствующими) частотами, формами.

Как показано, процессы и объекты, твердые тела — все представляет собой волновую среду. Возможны, следовательно, только частотно-амплитудные взаимодействия между телами. Упругое столкновение тел, иллюзорность твердости которых вполне ясна, есть финальная фаза сближения, начало которой — в дистантном колебательном согласовании. Столкновение двух тел (предположим, автомобилей) сначала произошло на детерминативном уровне, т. е. было семантически решено. Образовавшийся детерминативный (смысловой) объект будущего ^d_Тр Fwo ^s, выражающий разрушение автомобилей, был немедленно скопирован виртуальной, электромагнитной, гравитационной средой и преобразовался в ^d_TpFwo ^s_veg .

Поздравляю, Вы наконец-то решились и завели себе четвероногого друга, который будет дарить Вам свою ласку и любовь на протяжении всей своей жизни, не прося ничего взамен. Теперь на Вас лежит ответственность по заботе и уходу за животным, поэтому Вам стоит о задуматься о чипировании собаки. Эту несложную, но такую необходимую в наше неспокойное время процедуру проведут прямо у Вас дома сертифицированные специалисты ветеринарной службы «Мед-Вет».

Разрешение: 1600×1600 | Размер: 434 Кб

Космический телескоп Хаббл запечатлел предсмертные муки далекой сверхяркой звезды (~ в 100 000 ярче Солнца), которая уже находиться на последнем издыхании и уже совсем скоро закончит свое существование, высвободив огромное количество энергии, которая уничтожит не только саму звезду, но и миллиарды находящихся в непосредственной близости от нее космических объектов (звезды и даже планеты). Читать дальше>>

Вы пересмотрели тонны фильмов ужасов и думаете, что Вас уже ничто не сможет напугать, тогда приготовьтесь узнать о 12 самых жутких растениях, которые произрастают прямо на заднем дворе вашего уютного дома.

Этот милый грибок похож на пожеванную жевательную резинку, сочащуюся кровью и пахнущую клубникой. Но не вздумайте его съесть, ибо это будет последним «лакомством», которое Вы отведаете в своей жизни.

Грибок известен человечеству с 1812 года и считается несъедобным, т.е. когда-то, в темные-претемные времена жил гений, который пожертвовал во славу науки своей жизнью, дабы предостеречь потомков от поедания этого “лакомства”.

Кроме своих выдающихся внешних качеств, эта мерзость обладает антибактериальными свойствами и содержит химические вещества, разжижающие кровь. Да что там говорить, в скором времени этот гриб может стать заменой пенициллина (который, кстати, был выведен из гриба вида Penicillium notatum). Если Вам не хватает острых ощущений, и Вы намерены во чтобы то ни стало увековечить свое имя в анналах истории (премия Дарвина и звание самого тупого самоубийцы на планете Земля у вас считайте уже в кармане), то просто лизните это чудо природы… Читать дальше>>