Наша жизнь кажется настолько тусклой и унылой на фоне ярких панорам космических пейзажей, которыми в последнее время нас так щедро потчует НАСА. Однако, при должном желании, даже самую обычную комнату можно превратить в полную тайн, загадок и ярких открытия частичку бескрайнего космического пространства! Все, что Вам для этого потребуется — декоративные ленты, из которых с легкостью можно выложить целый инопланетный мир, в котором хватит места для россыпи звездных скоплений и вальяжно обращающихся вокруг желтого карлика планет, многие из которых вполне могут оказаться обитаемыми!
Внести в свою жизнь частичку космического волшебства Вы сможете, если прямо сейчас посетите сайт www.radost.su и приобретете светящиеся декоративные ленты.
Орбита нашей планеты напоминает гигантскую свалку из отходов развития космонавтики
Самый банальный, но и самый надежный (относительно гарантированный) способ получения информации о КМ — непосредственное наблюдение его с помощью разнообразных средств. К сожалению, с помощью существующих средств обнаруживается и каталогизируется лишь небольшая доля общей популяции КО, в том числе КМ.
Средства наблюдения, используемые СККП, способны обнаруживать и контролировать в штатных режимах в основном ко размером более 10.20 см. Проводятся исследования с целью снижения этого порога. Как выяснилось, это возможно при использовании средств контроля в нештатных (экспериментальных) режимах. Например, при проведении космического эксперимента ODERACS-1 в 1994 г. РЛС «Дон-2Н», работая в нештатном режиме, раньше американских средств контроля обнаружила сферу с наименьшим диаметром ~5 см на высоте ~352 км (при наклонной дальности до цели 500…800 км) [оружие…, 2008; Batyr et al., 1995; Radar…, 1996].
Радиолокационные средства наблюдения (наземного базирования)
РЛС, ввиду присущих им особенностей, предпочтительнее использовать для контроля низких орбит. Их достоинства по сравнению с оптическими средствами:
• возможность наблюдения вне зависимости от времени суток, погодных условий, естественной освещенности цели;
• высокая производительность и, в частности, обнаружительная способность, определяемая рабочей частотой радара, излучаемой мощностью, параметрами антенны и т. п.;
• возможность одновременного контроля большого количества целей (до нескольких сотен);
• допускаются самые высокие скорости пересечения целью зоны действия радара;
• более простое, чем в оптических средствах, программно-алгоритмическое обслуживание процесса измерений.
Недостатки радиолокационных средств:
• практически невозможны передислоцируемые варианты;
• высокая стоимость создания и обслуживания РЛС;
• чрезмерно большое потребление электроэнергии во время работы;
• экологическая небезопасность;
• возможная неоднозначность измерений, в частности, при определении размеров наблюдаемого КО;
• зависимость чувствительности от четвертой степени расстояния до наблюдаемой цели.
Рис. 1. РЛС «Дон-2Н»
Из действующих отечественных РЛС для наблюдения КМ, пожалуй, более всего подходит многофункциональная РЛС кругового обзора «Дон-2Н» (рис. 1), предназначенная для обнаружения баллистических целей, их сопровождения (до 100 целей), определения координат и наведения противоракет (нескольких десятков) при контроле воздушного пространства России и стран Содружества. [Гаврилин, 2008; Диалектика…, 2011; оружие…, 2004, 2008]. Это единственная станция в мире из принимавших участие в космическом эксперименте ODERACS*, которая, как уже упоминалось ранее, первой обнаружила самую маленькую стальную сферу и передала измерения в Джонсоновский космический центр НАСА [оружие…, 2008; Batyr et al., 1995; Radar…, 1996]. После этого эксперимента НАСА порекомендовали привлечь станцию «Дон-2Н» к наблюдению КМ.
Это моноимпульсная радиолокационная станция сантиметрового диапазона с крупномодульными фазированными активными антенными решетками (ФАР), электронным управлением характеристиками и положением в пространстве передающей и приемной диаграммами направленности, цифровой обработкой радиолокационных сигналов. В 1989 г. станция была принята на вооружение, а в 1996 г. — поставлена на боевое дежурство.
Радиолокационная станция «Дон-2Н» обеспечивает одновременный обзор всей верхней полусферы в зоне ответственности комплекса. Она отличается высокой помехозащищенностью, адаптивностью к условиям обстановки, высокой информативностью, модульностью построения и высокой степенью автоматизации. В настоящее время «Дон-2Н» входит в состав системы ПРО центрального промышленного района А-135 и может использоваться в системах ПРН и ККП.
После обнаружения целей станция их сопровождает, автоматически отстраивается от помех и селектирует ложные объекты. Станция такого типа развернута и на полигоне Сары-Шаган (казахстан), но в усеченном варианте.
В мирной обстановке РЛС «Дон-2Н» работает в режиме малой излучаемой мощности [Диалектика…, 2011; оружие…, 2004, 2008].
*Космический эксперимент ODERACS (Orbital Debris Radar Calibration Spheres), целью которого были проверка обнаружительных возможностей и калибровка РЛС и некоторых оптических средств, проводился NASA в два этапа, соответственно, в 1994 и 1995 гг. (ODERACS-1 и ODERACS-2). С борта МКК «Шаттл» выбрасывались металлические сферы трех размеров — 6, 4 и 2 дюйма в диаметре (соответственно, ~15, 10 и 5 см) — а также диполи. В работе по сферам принимали участие и некоторые российские РЛС UHF-, S- и C-диапазонов. Они обнаружили и сопровождали 15- и 10-сантиметровые сферы с первого их прохождения через зоны действия станций, за исключением РЛС UHF-диапазона, которая устойчиво наблюдала 10-сантиметровые сферы только после снижения порога чувствительности и установки специального программного шумоподавляющего фильтра. 5-сантиметровые сферы обнаружили и сопровождали только РЛС S- и C-диапазонов. Особый интерес представляют результаты работы многофункциональной РЛС ПРО кругового обзора C-диапазона «Дон-2Н». Ее частотный диапазон и потенциальные характеристики практически идеально соответствовали задачам эксперимента — оценить возможности РЛС по обнаружению малоразмерных КО и измерению их ЭПР. В работе по пятисантиметровым сферам использовалась нештатная (экспериментальная) программа с некогерентным накоплением эхо-сигнала. В каждом прохождении сферы сопровождались вплоть до выхода из зоны действия. По результатам работы обе стороны (американская и российская) пришли к выводу, что РЛС «Дон-2Н», работая в указанном режиме, надежно обнаруживает КО размером до 5см в секторе 100…200° на дальности 500…800км и устойчиво сопровождает их до границы 900…1500км. РЛС может быть рекомендована в качестве адекватного сенсора для исследования и мониторинга засоренности низких орбит ОКП малоразмерным техногенным КМ (до 5 см). Для слежения за более мелким КМ или увеличения предельной дальности гарантированного обнаружения может быть использовано более продолжительное некогерентное накопление большего числа эхо-сигналов — до 100 и более, тогда как в эксперименте ODERACS-1 накапливалось не более 10 эхо-сигналов. Для повышения эффективности обнаружения может потребоваться разработка более совершенных поисковых режимов, теоретическая основа для которых разработана в статьях [Вениаминов, 1984, 2010; Veniaminov, 1993]. В процессе проведения ODERACS-1 Россия и США обменивались измерительной информацией, точность которой при сравнении оказалась примерно одинаковой [Batyret al., 1995; Potter et al., 1996].
Эксперимент ODERACS не был оригинален. Еще до его проведения в СССР в 1993 г. был осуществлен аналогичный эксперимент «Пион» по исследованию вариаций плотности верхней атмосферы. Дело в том, что определение и прогнозирование вариаций плотности атмосферы — самое слабое место в прогнозировании движения НОКО. Без их корректного учета точность предсказания положения НОКО на сколько-нибудь длительный и не очень длительный срок резко падает. Поэтому баллистики используют любую возможность уточнения параметров верхней атмосферы. Итак, две пассивные калибровочные сферы «Пион-5» и «Пион-6» были выведены на низкую орбиту с помощью КА «Ресурс-Ф». Время их орбитального существования составляло 22 и 23 дня. В течение этого периода российская СККП вела регулярные наблюдения сфер. На основании полученных измерений рассчитывались их точные координаты и значения баллистического коэффициента. Эксперимент помог определить более точно текущие вариации плотности атмосферы и, как следствие, существенно повысить точность прогнозирования движения НОКО во время эксперимента. Интервал прогноза составлял от 1 до 6 сут. Для расчетов плотности атмосферы использовалась ее динамическая модель ГОСТ-25645.115-84. Апостериорный анализ всех данных эксперимента подтвердил целесообразность оперативного определения вариаций плотности атмосферы и использования результатов для улучшения точности прогнозирования орбит. Полный набор оценок вариаций, полученный в различных геогелиофизических условиях, имеет независимую научную ценность и может быть использован для построения более точной модели плотности атмосферы. [Batyr, 1993a].
Расшифровку всех приведенных в статье условных сокращений смотреть здесь: «Исследование ближнего космоса: условные сокращения».
|
Автор: Admin |
2012-06-02 |
|
Вы всегда мечтали быть как Жак-Ив Кусто: бороздить морскую гладь, попутно изучая подводный мир, погружаясь на батискафе на невероятные глубины, куда не проникают солнечные лучи и обитают неведомые существа. И именно поэтому большую часть своего детства Вы проводили в бассейне, а повзрослев, начали погружаться в небольшие речушки, в которых Вам встречались лишь старые банки, худосочные рыбешки, да точно такие же, как Вы альтруисты, возомнившие себя великими исследователями подводного мира.
Этот необычный топ был написан специально для неунывающих смельчаков, верящих в то, что если как следует искать, то даже на дне мелководной речушки можно обнаружить удивительные и невероятные вещи.
И в этой логике есть доля истины: суша занимает всего 28% поверхности нашей планеты, а следовательно вероятность найти что-нибудь ценное под водой в несколько раз выше, чем под землей. К тому же процесс исследования морских глубин представляется мне более захватывающим, нежели копание в грязи.
10. Подводные озера и реки |
Группа спелеологов -любителей обнаружила в Мексике реку, по руслу которой неспешно текли водные потоки, а по берегам росли деревья, мох и другие растения… в общем, река, как река. Наверное, точно так же думали и исследователи, пока не осознали, что находятся под водой на глубине 8 метров.
Невероятно, но река действительно течет под водой. Это происходит в результате того, что речная вода представляет собой смесь из соленой воды и сероводорода, которая более плотная, чем морская вода, а, следовательно, оседает на дне, образуя своеобразную границу, разделяющую подводное царство от, протекающей по его дну реки. Читать дальше>>
Дискуссия
по пленарному докладу АБ. Четверина
«МОЖНО ЛИ СОБРАТЬ КЛЕТКУ ИЗ ЕЕ КОМПОНЕНТОВ?»
Председательствующий А.И. Григорьев
Л.М. Мухин: Поясните Ваш тезис о том, что наноколонии, растущие в глине, могли быть формой компартментализации не только в мире РНК, но и в процессе становления белкового мира?
А.Б.Ч.: Мы показали, что в напоколониях возможно не только размножение РНК или ДН К, но возможна трансляция, экспрессия нуклеиновых кислот- если гель содержит компоненты, которые катализируют синтез белка на РНК. На каком-то этапе рибозимы приобрели способность катализировать производство пол и пептидов — тогда и происходило становление белкового мира.
В Н. Сиытников: Известно, что алюмосиликаты, в частности, монтмориллонит, являются хорошими катализаторами. Многие цеолиты используются в промышленности в этом качестве. И то, что они сорбируют органические соединения — тоже хорошо известный факт. С точки зрения работоспособности катализаторов проблема заключается в том, что стоит им только что-то адсорбировать — и после этого крайне сложно происходит десорбция (все поры закрываются). Как же в Вашем случае будет происходить десорбция из пор этих длинных и сложных молекул?
A. Б.Ч.: Я предполагаю, что десорбировать полинуклеотиды там и не надо. Мононуклеотиды сорбируются обратимо. Полинуклеотиды сорбируются практически необратимо. Но это и не нужно, так как глина может разбиваться на мелкие фрагменты, кусочки, эти частички глины могут переноситься на другое место — вместе с теми РНК, которые были на них сорбированы. На новом месте, прилипая к еще «незаселенному» куску глины, они могут дать место новой колонии РНК.
B. Н. Сиытников: Так ведь активный центр на алюмосиликатах уже закрыт,
А.Б.Ч.: Правильно. Но колония может расти по принципу грибницы — своей периферией, там, где активные центры еще не забиты,
М.Я. Маров: Вы говорили о бактериальном геноме. Геном — это каталог генов. Вы упомянули, что можно налить компоненты в пробирку и собрать геном. Возникает вопрос — все-таки любой каталог организован — эта организация, она определяется некой внутренней упорядоченностью, которая возникает в геноме?
А.Б.Ч.: Мы берем пробирку, в которой есть все компоненты для синтеза РНК, ДНК и белка, кидаем туда сколько-то молекул матрицы, начинается синтез ДНК, на ней — РНК. а потом синтез белка. Для этого процесса никакой особой организации, кроме последовательности полинуклеотидов, не надо. Идет синтез белка. Александр Сергеевич Спирин показал, что если все это поместить в реактор и добавлять туда новые компоненты и убирать продукты жизнедеятельности, то теоретически этот процесс может происходить бесконечно долго.
М.Я. Маров: Для клетки понятно — есть некая матрица, которая это все выстраивает. А вот для генома это все-таки что — система сама знает, в какой последовательности полинуклеотиды выстраивать?
А.Б.Ч.: Она не знает. Если есть матрица, то вопрос, откуда взялась матрица? Об этом лучше расскажет Александр Сергеевич Спирин. Относительно того, имеет ли значение взаимное расположение генов внутри хромосомы — это существенно для высокоорганизованных организмов, скажем, для эукариот. В случае бактерий этот эффект минимален. Для простейшей клетки эти проблемы не имеют значения — должны быть гены, последовательность полинуклеотидов, которые обеспечивают синтез полипептида, который способен собираться во что-то и давать функционирующий белок.
М.Я. Маров: Это в какой-то мере отражает концепцию, сейчас все более и более принимаемую в качестве некой парадигмы, что в нелинейных открытых системах происходит некая упорядоченность из первичной хаотической структуры. Отражается ли это в данной ситуации — на таком макромолекулярном уровне?
A. Б.Ч.: Думаю, что да.
B. Н. Сиытников: У химиков есть понятие «выхода». Каков выход собранных клеток из компонентов?
А.Б.Ч.: Для биологии выход гораздо менее важен, чем для химии, потому что в биологии, если что-то родилось в количестве одной миллиардной или одной триллионной доли от всей массы, но при этом это что-то получило способность эффективно размножаться, этот успех будет закреплен.
СВ. Рожнов: Можно ли создать из необходимых компонентов не просто клетку, а такую клетку, из которой в дальнейшем могло бы возникнуть все разнообразие органического мира?
А.Б.Ч.: Не знаю. Это совершенно особая тема.
СВ. Шестаков: Из Вашего доклада следует, что и без Qβ-репликазы возможно самопроизвольное образование полинуклеотидов, и очень длинных. Эти полинуклеотиды уже могут быть матрицей для репликации этих же молекул. Возникает вопрос, на каком этапе мы должны думать о возможности упорядоченной структуры полинуклеотидов для создания предпосылок генетического кода? Ведь синтез этих молекул у Вас — неупорядоченный, это просто химическая реакция.
А.Б.Ч.: Не знаю. Это все очень сложные вопросы. Рассматривая вопрос, вынесенный в название доклада, я предполагаю, что все компоненты, из которых планируется создать клетку — в наличии, имеется их некий склад. Вопрос: можно ли собрать клетку из ее компонентов? Ответ: если есть готовые компоненты — да, можно. Можно ли создать клетку естественным путем, путем эволюции, неконтролируемой экспериментатором — я не знаю.
СВ. Шестаков: Химическим способом можно создать геном, пусть и очень маленький.
А.Б.Ч.: Да, но мы сами пока еще не можем придумать последовательность ДНК, которая была бы жизнеспособна. Чтобы запустить реакцию, нам необходимо поместить эту ДНК в «сосуд», который уже содержит все необходимые белки, чтобы запустить воспроизведение, размножение и экспрессию этой ДНК. Если мы дали этот первичный толчок белками, то после этого будут синтезироваться новые белки. Но первоначальные белки-то мы берем из живой клетки.
СВ. Шестаков: Если у Вас образовались многочисленные разнообразные полинуклеотиды, они могут взаимодействовать между собой, удлиняется полинуклеотидная цепочка. К чему это увеличение размера полинуклеотидной цепочки приведет?
А.Б.Ч.: Если в результате такого складывания образуется репликаза, которая потом станет копировать, появится механизм для дальнейшего усложнения и усовершенствования. Достаточно запустить реакцию.
А.Б. Рубин: Если все получившееся в результате эксперимента поместить в липосому, то это все будет работать как клетка. Но в живой клетке есть гетерогенность, есть последовательность процессов.
А.Б.Ч.: Главным образом это относится к клеткам совершенным, эукариотическим, у которых есть цитоскслет, органеллы, ядро отделено от цитоплазмы и т.д. В бактериальной клетке самая сложная структура — это мембрана, пожалуй. Проблема структурной организации мембраны не решена. Поэтому я предлагаю в качестве временной меры для экспериментов использовать наноколонии.
Л.В. Ксанфома.чити: Сорбционные свойства монтмориллонита обладают температурной избирательностью?
A. Б.Ч.: Здесь я не специалист.
B. Н. Сиытников: Да, обладают.
В.И. Агол: Шостак показал в вышедшей неделю назад статье, что при определенном составе липосомы термостабильны, при высокой температуре резко повышается проницаемость нуклеотидов, и создается возможность осуществлять полимеразную цепную реакцию в липосомах.
А.Б.Ч.: То, что в липосомах можно делать ПЦР, было показано несколько лет назад. Но я не думаю, что были такие большие скачки температуры.
Л.М. Мухин
: Какое значение имеет тот факт, что на глинах нельзя строить бесконечные цепочки (там ведь порядка 40 нуклеотидов)?
А.Б.Ч.: Это безматрично. Да, можно спонтанно синтезировать 40 нуклеотидов, а потом путем рекомбинаций сделать больше.
|
Автор: Admin |
2011-11-19 |
|
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!
|
Автор: Admin |
2011-11-11 |
|
Раджасина (Rajacenna) – невероятно одаренная и талантливая 18 летняя художница-самоучка из Голландии, рисующая сверхреалистичные портреты, которые просто невозможно отличить от профессиональных фотографий.
Читать дальше>>
IV. А можно вернуться во времени назад и купить акции «Майкрософт»?
Как мы только что увидели, гравитационное поле вокруг черных дыр сильнейшим образом искажает и свертывает пространство, а главное (для наших злодейских замыслов) — время. Остается под вопросом, сумеют ли доктор Дейв с Робо-Джеффом при помощи общей теории относительности создать величайшую жемчужину чокнутой науки — машину времени. Прежде чем мы начнем разговор о том, как сделать машину времени, следует высказать не сколько соображений по поводу того, что же такое хорошая машина времени.
Когда мы были маленькие, то любили играть с большими картонными коробками, а иногда писали на них большими буквами «Машина времени»1. Вообще говоря, это и была машина времени. Ведь тот, кто сидел в коробке, путешествовал во времени со скоростью одна секунда в секунду. Вы, наверное, надеетесь получить устройство с более гибкими настройками.
Просите, и дастся вам; в наших силах сделать машину и получше. Героический пример Робо-Джеффа показал нам, что, когда стоишь у самой черной дыры или белого карлика, личные часы замедляются, а значит, можно путешествовать во времени со скоростью быстрее одной секунды в секунду. Наш злодейский дуэт вполне способен создать на этой основе приемлемую машину времени для путешествия в будущее. Например, построить звездолет, который зависнет у самого горизонта событий в черной дыре, некоторое время там повисит, а потом вернется — в далекое будущее.
Однако это будет путешествие в один конец — поскольку вернуться в свое время архизлодеи не смогут. Нам же больше всего хочется отправить их в прошлое — а в идеальном случае позволить изменить это прошлое в соответствии с их черными замыслами.
Каковы же перспективы для путешествия в прошлое? Как мы видели в главе 1, мы вполне можем заглянуть в прошлое. Когда на что-то смотришь, то видишь его таким, каким оно было некоторое время назад.
1 С очаровательными ошибками — «МОШИНА ВРЕМИНИ».
Конечно, вы вправе представлять себе что-то более конкретное. Например, представьте себе, что вы хотите стать свидетелями некоего события — Крымской войны, скажем, или посадки «Аполлона» на Луне. В принципе, на первый взгляд это несложно. В случае с высадкой на Луну все, что вам нужно,— это припарковать звездолет с ультрамощным телескопом в 40 световых годах от Луны1. Единственная сложность: чтобы улететь на 40 световых лет от Луны, Потребуется как минимум 40 лет, поскольку нельзя лететь со скоростью больше скорости света. Так что, хотя мы способны заглянуть в будущее, мы не можем заглянуть в нашу историю, поскольку не можем перегнать свет, не сжульничав с помощью гравитации.
А не выручит ли нас, например, зеркало? Если бы в момент высадки на Луну в 20 световых годах оттуда уже стояло зеркало, мы, в принципе, могли бы как раз сейчас получить оттуда отражение. К сожалению, нам должно было бы крупно повезти, чтобы зеркало уже стояло наготове. Да и картинка получилась бы малюсенькая-премалюсенькая.
Итак, даже заглянуть в прошлое, как выяснилось, проблематично, а между тем для большинства из нас машина времени ассоциируется с возможностью не просто заглянуть в прошлое, но и действовать в нем и даже менять его. Как минимум мы должны быть способны вернуться в прошлое и пожать руку самому себе.
Специалисты по общей теории относительности называют сценарии, в которых вы можете познакомиться с самим собой (или, в принципе, со своими предками), «замкнутыми времениподобными кривыми». Как мы увидим совсем скоро, существуют проекты-кандидаты на роль машины времени, которые вполне соответствуют теорий относительности. И они вполне могут предоставить вам шанс познакомиться с самим собой в юности.
1 Сейчас, когда мы пишем эту книгу, с момента высадки человека на Луну прошло около 40 лет, но числа легко меняются.
Но прежде всего мы должны установить несколько основных законов.
Мы полностью отдаем себе отчет в том, что на данном этапе беседы мы выходим за пределы того, что принято называть физикой, и углубляемся в область философии. И в этом нет ничего плохого. И в художественной литературе, и в научной философии, по всей видимости, имеются две основные картины возможного путешествия во времени.
|
Автор: Admin |
2011-09-02 |
|
I. Можно ли построить вечный двигатель?
Рассмотрим старый добрый классический вечный двигатель. Это изобретение чокнутой науки представляет собой устройство, которое не растрачивает энергию, не изнашивается и работает вечно1. Лучшие из них делают следующий шаг и неустанно вырабатывают энергию — видимо, из ничего.
Редколлегии журналов обожают получать статьи о вечных двигателях, поскольку рецензии на них пишутся на полном автопилоте. «А вот и нет, а вот и нет,— говорят рецензенты,— по закону сохранения энергии2 из ничего не получится ничего!» Положим, иногда они пересказывают закон сохранения энергии своими словами, но по сути они правы: локально невозможно ни создавать, ни уничтожать энергию, а энергия в замкнутой системе может преобразовываться (например, в массу и из массы), но общая сумма должна оставаться постоянной.
1 По крайней мере один из авторов долгое время был убежден, что Дик Кларк, ведущий телемарафонов в новогоднюю ночь,— на самом деле вечный двигатель.
2 Это настолько базовый принцип, что теперь его считают первым «законом термодинамики».
Не исключено, что чокнутые профессора, мечтающие о вечном движении или генераторах энергии,— поголовно идиоты. В конце концов, человек, рассказывающий о своих планах завоевать мировое господство не просто первому встречному, а именно тому, кто способен эти планы расстроить, вполне способен и проворонить всякие мелочи вроде закона сохранения энергии. Но ведь, с другой стороны, не исключено, что чокнутый профессор обнаружит лазейку в законах, красной нитью проходящих по самой ткани пространства и времени.
Иногда чокнутого профессора и не отличишь от обычного ученого. Чтобы окончательно прояснить, что именно мы пытаемся доказать, упомянем о том, как Ричард Фейнман, который тогда работал в Калифорнийском технологическом институте, придумал очень хитроумный вечный двигатель — но с преднамеренным изъяном. Хотите, расскажем, как он был устроен? Конечно, хотите. Продемонстрировать его помогут наши славные ассистенты: позвольте представить вам парочку архизлодеев, у которых отрицательная научная харизма прямо-таки лезет из ушей,— доктора Дейва и его подельника Робо-Джеффа.
1. Доктор Дейв берет лазер и направляет его на вершину утеса, где ждет Робо-Джефф с параболической тарелкой в руках.
2. Собрав луч, Робо-Джефф превращает его свет в массу (детали опустим) при помощи великого уравнения Эйнштейна: Е = тс2.
3. Робо-Джефф роняет массу с утеса. Как вы знаете, когда вы что-то роняете, то оно набирает энергию.
4. Вуаля! Когда масса долетает до низа, энергии в системе больше, чем в начале. Некоторым количеством энергии злодеи заряжают лазер, а остальную используют на что-нибудь полезное — например, заряжают лазер побольше.
Беда только в том, что такой вечный двигатель не работает, и Фейнман знал об этом с самого начала.
Нет, мы не придумали способ нарушить первый закон термодинамики, а всего лишь показали всем этим устройством, что если свет исходит от источника гравитации, он должен потерять энергию. Если направить лазерный луч снизу вверх, на утес, энергия луча наверху будет меньше, чем внизу. С другой стороны, если свет падает к Земле, то набирает энергию. Это не просто произвольная спекуляция. В 1959 году Роберт Паунд и Джордж Ребка, которые тогда работали в Гарварде, сумели измерить потерю энергии фотонов, когда фотоны летели вверх вдоль стены лаборатории Джефферсона в Гарварде — всего в 22,5 метра высотой.
Измерить эту потерю непросто. В ходе эксперимента Паунда—Ребки фотоны потеряли всего одну квадрильонную своей начальной энергии. Даже если бы мы направили лазерный луч на утес, уходивший в глубокий космос, мы бы потеряли лишь одну миллиардную его энергии. Неудивительно, что в обыденной жизни подобные явления не бросаются нам в глаза. Если бы гравитация была сильнее, она бы проявлялась гораздо заметнее, а измерить ее было бы проще.
Великолепным примером маленьких тугих тючков с гравитацией служат белые карлики. Белые карлики обладают массой примерно в миллион раз больше массы Земли, хотя размера они сравнимого, поэтому и гравитация там примерно в миллион раз сильнее. Если бы вы находились на белом карлике, то весили бы в миллион раз больше, и если бы мы были хуже воспитаны, то донимали.бы вас сальными шуточками.
Но во Вселенной есть места и с более суровыми условиями, чем белые карлики. Представьте себе, что мы стоим на поверхности крайне массивной планеты, где гравитация крайне сильна, и направляем в воздух лазерный луч. Чем выше взлетает фотон, тем больше энергии он теряет.
Теперь представьте себе, что эта планета еще и крайне компактна. В таком случае свет потеряет столько энергии, что обратится вспять и вернется на поверхность планеты. Или не вернется? Если планета и правда такая плотная, что свет не может с нее выбраться, то он, прежде всего, и вверх не поднимется. Это вроде малыша, который пытается идти вверх по эскалатору, едущему вниз. Ах, лапочка, он так старается, но неминуемо спускается все ниже и ниже. Вообще-то у такой планеты и поверхности толком не будет. Она тоже схлопнется под воздействием чудовищной гравитации, и вся планета тоже схлопнется в одну точку — в сингулярность.
Создать такую сингулярность — дело трудное. Чтобы сгенерировать подобную гравитацию с помощью нашей Земли, мы должны будем сжать ее в шарик в 7,5 миллиметра в диаметре. Даже солнце, которое массивнее Земли в триста тысяч раз, придется сжать до радиуса 3,2 километра. Это меньше Манхэттена.
Такова общая идея черной дыры — это настолько компактная система, что от нее не может убежать даже свет. Горизонт событий, точка, откуда нет возврата,— это невидимая граница между отчаянным притяжением очень сильной гравитации и билетом в один конец к центру массивного чудища. Стоит чему-нибудь — звезде, одинокому носку, ключам от машины, частице — пересечь горизонт событий, и его затянет в черную дыру. Этой алчной пасти не избежать даже фотону. Раз уж свет, оказавшись за горизонтом событий, не может оттуда вырваться, больше ничто не в силах. Не забывайте: скорость света — это вселенский предел скорости.
Путешествие во времени
Черная дыра — необходимейшее орудие в арсенале чокнутого профессора. Она пригодится для самых разных целей — в ней хорошо топить надоедливых протагонистов и прятать результаты неудавшихся биологических экспериментов. Но больше всего любому по-настоящему чокнутому профессору хочется найти применение тому, что гравитация вблизи черной дыры сворачивает время, и создать на этой основе машину времени.
Прежде чем мы разберемся, что такое черная дыра и с чем ее едят и можно ли (или нельзя) сделать из нее машину времени, давайте «вспомним» некоторые черты фотонов — частиц, которые, как мы обсудили в главе 2, составляют свет.
Как вы помните, если вы видели один фотон, значит, видели все. По сути дела, разница между ними только в том, что одни фотоны более энергичны, другие менее. Есть много свойств света, которые на первый взгляд кажутся разными, но на самом деле это разные проявления одного и того же. В случае света количество энергии фотона коррелирует с цветом светового луча. Эта взаимозависимость энергии и цвета простирается далеко за пределы видимого спектра.
В главе 2 мы также поговорили о том, что свет ведет себя как кусочки волн и чем выше энергии, тем короче длина волны. Самое главное в этом (в рамках настоящей дискуссии) — то, что, поскольку фотоны представляют собой маленькие волны, мы можем засечь время, которое требуется, чтобы два последовательных фронта волны прошли фиксированную точку,— этот интервал называется периодом волны. Помните, в главе 1 мы говорили о цезиевых часах? Теперь мы готовы рассказать вам, что мы на самом деле имели в виду. Если взять фотон, который испустил атом цезия, и измерить время между гребнями волны, то он будет вести себя как часы — одни из точнейших часов во Вселенной.
При большой длине волны (и низкой энергии) гребни движутся относительно медленно. Например, радиоволна колеблется примерно 100 раз за каждую миллионную долю секунды — но для субатомных частиц это вечность. У более коротких волн период тоже короче. Зная лишь эти несколько фактов и вооружившись нашим лазерным мысленным экспериментом, мы будем практически готовы самостоятельно открыть одно из великих достижений Эйнштейна — общую теорию относительности.
Реальны ли черные дыры или физики просто выдумали их от скуки? >>
|
Автор: Admin |
2011-09-02 |
|
Болгарин Никола Николов покромсал свою старенькую Ладу и сделал из нее трансформер….
Пересмотрев все серии шоу «Орел и решка» на http://tvturizm.ru/, мы составили список лучших туристические направления, которые были представлены в данной телепрограмме!
Дубай — город роскоши и экстравагантности, где небоскребы возвышаются над сверкающими водами Персидского залива. Посетите Бурдж-Халифа, самое высокое здание в мире, покатайтесь на лыжах в крытом горнолыжном комплексе Ski Dubai и побалуйте себя изысканной кухней в многочисленных ресторанах мирового класса.
Токио — мегаполис контрастов, где традиционная культура встречается с современной жизнью. Исследуйте оживленные улицы района Сибуя, посетите древний храм Сенсо-дзи и насладитесь великолепным видом на город с Токийской башни.
Париж — город любви и романтики, известный своей изысканной архитектурой, искусством и кухней. Посетите Эйфелеву башню, прогуляйтесь по Елисейским полям и отведайте круассаны и кофе в одном из многочисленных очаровательных кафе.
Нью-Йорк — город, который никогда не спит, и предлагает бесконечные возможности для развлечений, культуры и шоппинга. Поднимитесь на Эмпайр-стейт-билдинг, посетите Музей современного искусства и прогуляйтесь по Таймс-сквер.
Рим — исторический город с богатым культурным наследием. Посетите Колизей, Форум и Пантеон, а также насладитесь вкусной итальянской кухней в традиционной траттории.
Лондон — город королевской семьи, истории и культуры. Посетите Букингемский дворец, прогуляйтесь по Трафальгарской площади и посмотрите мюзикл в Вест-Энде.
Сидней — красивый прибрежный город с культурой серфинга и потрясающими видами. Посетите Оперный театр в Сиднее, поднимитесь на Харбор-бридж и отдохните на знаменитом пляже Бонди-Бич.
Барселона — город архитектуры, искусства и гастрономии. Посетите собор Саграда Фамилия, прогуляйтесь по бульвару Лас-Рамблас и насладитесь тапас в одном из многочисленных баров.
Амстердам — очаровательный город с каналами, мостами и велосипедами. Посетите Дом Анны Франк, прогуляйтесь по району красных фонарей и полюбуйтесь произведениями искусства в Государственном музее.
Бангкок — оживленный и красочный город с богатой культурой и вкусной уличной едой. Посетите Большой дворец, покатайтесь на лодке по реке Чао Прайя и побалуйте себя массажем в одном из многочисленных спа-салонов.
|
Автор: Admin |
2024-04-23 |
|
