Открытия российских ученых

26.08.2016

13:12

Открыты особенности поведения материала с рекордным магнитокалорическим эффектом

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова при участии коллег из Великобритании и Японии показали, что малейшие структурные нарушения в материале могут привести к существенному изменению величины магнитокалорического эффекта в сплавах «железо-родий». О своей работе исследователи рассказали в статье, опубликованной в журнале Applied Physics Letters.

Магнитокалорический эффект (МКЭ) проявляется в охлаждении или нагревании магнитного материала (материала, обладающего магнитными свойствами) при изменении внешнего магнитного поля. Данное явление было впервые обнаружено в 1917 году, а первое теоретическое обоснование получено лишь спустя 10 лет.

В ходе работы физики выяснили, что малейшие нарушения кристаллической структуры сплавов оказывают существенное влияние на проявление МКЭ. По словам одного из авторов работы Радэля Гимаева, полученные выводы помогут повысить эффективность практических разработок с применением МКЭ.

Объектом исследования МКЭ для ученых послужил сплав железа и родия. Как объяснил Радэль Гимаев, этот материал обладает самыми высокими значениями МКЭ из всех известных на сегодняшний день. «В научной литературе встречаются сообщения об изменении температуры образцов на 13К при магнитных полях до 2 Тл. На нашем образце с такими же полями мы получали 7,5К», – отмечает Гимаев.

Максимальная величина МКЭ в нем — как и в случае со всеми магнетиками — достигается при температурах, близких к температуре фазового перехода. В данном случае это переход из состояния антиферромагнетика с относительно слабыми магнитными свойствами в состояние ферромагнетика, в котором материалы притягиваются магнитом. В подобных сплавах фазовый переход происходит при температурах, близких к комнатной температуре или к температуре человеческого тела, что очень важно для перспективы практического применения. «Вдобавок температуру фазового перехода таких сплавов можно задавать с высокой степенью точности, легируя их добавками палладия или платины», — добавляет ученый.

Идеальной кристаллической структурой для получения максимальных значений МКЭ в сплавах «железо-родий» считается объемно-центрированная кубическая решетка (ОЦК), элементарная ячейка которой представляет собой набор атомов железа, расположенных на вершинах куба и атомы родия в его центре. Стоит добавить, что такая структура в «железо-родиевых» сплавах образуется только в случае эквиатомного состава, т.е. состава с примерно равным содержанием атомов железа и родия.

Чтобы обеспечить образцам такую структуру ОЦК, их подвергали 48-часовому отжигу в печи при температуре 1000 градусов Цельсия. Тем не менее проведенные измерения и используемая теоретическая модель показали, что в ОЦК структуре исследованного сплава присутствовали дефекты, в виде замещения некоторых атомов (примерно 2%) железа атомами родия и наоборот. В результате работы ученые показали, что даже такие незначительные отхождения от идеальной структуры ОЦК существенно меняют поведение магнитокалорического эффекта: примерно в два раза снижается величина изменения температуры образца и смещается температура фазового перехода. Вдобавок учеными был обнаружен эффект «невозвращения» конечной температуры сплава к начальной после полного цикла изменения внешнего магнитного поля.

По мнению Гимаева, проведенная исследователями работа поможет повысить эффективность практических разработок с использованием магнитокалорического эффекта – это касается и необходимости доведения материалов до структурного идеала, и учета обнаруженного ими эффекта невозвращения. Во-вторых, считает он, подобные исследования выявляют ранее неизвестные особенности фазового перехода первого рода в данном семействе сплавов и тем самым углубляют понимание причин гигантского МКЭ.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

22.08.2016

14:27

Ученые оценили темпы эрозии почв в России

Российские ученые в составе международного научного коллектива выяснили, как по скорости образования оврагов можно судить о почвенной эрозии и глобальных изменениях климата. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Earth Sciences Review. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).

«В статье, подготовленной совместно с группой зарубежных исследователей, обобщены результаты наблюдений за темпами роста оврагов в различных странах мира, включая Россию. Данные по динамике роста оврагов являются надежным индикатором происходящих глобальных климатических изменений и влияния этих изменений на развитие процессов деградации почвенного покрова в различных ландшафтных зонах», — комментирует доктор географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры ландшафтной экологии Института экологии и природопользования Казанского федерального университета Валентин Голосов, пребывающий сейчас на полевых работах в Оренбургской области.

В рамках проекта РНФ ученые исследуют влияние изменений климата и землепользования на деградацию почв. Овражная эрозия (размывание рыхлых отложений водой) является одним из процессов, ведущих к деградации. Так как овраги ярче всего выражены в рельефе, изменение темпов их прироста в длину является одним из надежных индикаторов увеличения или сокращения темпов эрозии почв.

Тенденция получается следующая: общее потепление климата на европейской территории России способствует росту темпов смыва в теплое время года за счет увеличения количества ливневых дождей (со слоем осадков свыше 10 мм), но при этом резко снижаются темпы смыва склонов и прироста оврагов в период весеннего снеготаяния ввиду уменьшения поверхностного стока воды со склонов.

В исследованных регионах (за исключением Предкавказья) учеными отмечается существенное замедление темпов эрозии почв и, следовательно, увеличение площадей, пригодных для сельскохозяйственных угодий, что, главным образом, связано с климатическими, а не с антропогенными факторами.

В работе использовали анализы климатических факторов, дешифрирование аэрофотоснимков, построение и анализ цифровых моделей рельефа, пересчет интенсивностей образования оврагов и эрозии почв, радиоизотопные методы. Наряду с овражной эрозией авторы оценивают тренды изменений темпов талового и ливневого смывов за последние 35–40 лет. В рамках первого года исследований по теме гранта РНФ сеть мониторинга за приростом оврагов организована в шести регионах европейской части России — Удмуртии, Татарстане, Воронежской, Саратовской, Оренбургской областях, Ставропольском крае.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

19.08.2016

11:31

Предрасположенность к депрессии можно выявить с помощью электроэнцефалограммы

Российские ученые показали, что связанные со склонностью к депрессии перестройки нейронных сетей мозга можно выявлять с помощью электроэнцефалограммы (ЭЭГ). Исследования поддержаны грантом РНФ и опубликованы в журнале Behavioural Brain Research.

«У предрасположенных к депрессии индивидов — даже на доклинической стадии — эмоциональные центры мозга сильнее связаны с так называемой дефолт-системой мозга, участвующей в процессах самосознания и социального сознания, чем с системой внимания. Это значит, что эмоциональные реакции у этих людей скорее возникают в ответ на собственные навязчивые мысли, чем на сигналы из внешнего мира», — говорит руководитель гранта РНФ, заведующий лабораторией дифференциальной психофизиологии НИИ физиологии и фундаментальной медицины, доктор биологических наук Геннадий Георгиевич Князев.

Дефолт-система мозга (default mode network) – это одна из нейронных сетей (resting state networks), открытая относительно недавно. Ее активация происходит тогда, когда на наш мозг не действуют внешние раздражители. Например, в те моменты, когда в перерывах на работе мы задумываемся о чем-то своем, «витаем в облаках», или, наоборот, переживаем какие-то личные проблемы. Дефолт-система отключается, когда мозг вновь вынужден решать очередную задачу.

Изучение нейронных сетей мозга методами электроэнцефалографии (ЭЭГ) и сопоставление этих данных с соответствующими данными функциональной магниторезонансной томографии (фМРТ) является передовым краем нейрофизиологии. Дело в том, что данные, полученные с помощью фМРТ, только косвенно связаны с активностью нейронов, так как регистрируемый в фМРТ параметр – это насыщенность крови кислородом. Ученые впервые установили, что ЭЭГ данные можно использовать для выявления влияния депрессивной симптоматики на активность нейронных сетей.

Существует биологическая предрасположенность некоторых людей к депрессии. Это зависит от внешних условий и свойств личности, причем генетический компонент тоже имеет место. Люди с неустойчивой эмоциональностью (высокий нейротизм), для которых свойственны частые перепады настроения и преобладает негативный эмоциональный фон, при наличии стрессогенных факторов более склонны к депрессии.

«Наши данные показывают, что даже на доклинической стадии склонность к депрессии связана с существенной перестройкой организации функциональных связей в мозгу, что должно в существенной степени отразиться на состоянии и поведении человека, — комментирует Геннадий Князев. Это не означает, однако, что ЭЭГ можно использовать для индивидуальной диагностики предрасположенности к депрессии. Наши результаты получены в результате статистического анализа групповых данных, индивидуальная же диагностика – задача психиатров. За три года с момента получения гранта РНФ мы собрали огромный массив данных, опубликовали их в зарубежных журналах. Осталось еще множество интересных результатов, требующих обработки и публикации. Грант подтолкнул нас собрать сильную команду с привлечением в нее исследователей из смежных областей для решения поставленной задачи».

Все новости на тему: Открытия российских ученых

17.08.2016

14:55

Российские ученые провели эксперименты в области вибрационной механики вращающихся систем

Российские ученые изучают течения, которые образуются в результате колебаний твердого ядра, расположенного в центре вращающейся сферы, заполненной жидкостью. Целью экспериментов является выяснение влияния колебаний внутреннего ядра на течения в жидком ядре планеты. Исследования поддержаны грантом РНФ и опубликованы в журнале European Journal of Mechanics B/Fluids.

«Известно, что у многих планет в центре жидкого ядра находится твердое внутреннее ядро, которое может совершать колебания. Наши исследования проливают свет на структуру потоков жидкости, возбуждаемых колебаниями внутреннего ядра», — рассказывает заведующий лабораторией вибрационной гидромеханики Пермского государственного гуманитарно-педагогического университета руководитель гранта РНФ Виктор Козлов.

Ядро Земли делится на две части: внутреннее твердое ядро (располагающееся в самом центре планеты) и внешнее жидкое ядро. Именно такому строению ядра наша планета обязана существованием у нее магнитного поля.

Эксперимент ученых заключался в моделировании потоков жидкости во вращающейся сферической полости, возбуждаемых колебаниями внутреннего твердого ядра. Обнаружено, что в результате колебаний в жидкости появляются устойчивые потоки, сопровождающиеся отстающим вращением самого ядра. Предполагается, что аналогичные процессы могут иметь место в планетах, имеющих внутреннее твердое ядро.

«Обнаружено, что в результате колебаний твердое внутреннее ядро возбуждает осредненное движение в жидком ядре и само совершает дифференциальное вращение. В окружающей жидкости возбуждаются течения в виде системы цилиндрических поверхностей, двигающихся с различной скоростью друг относительно друга», — заключает Виктор Козлов.

Результаты исследований разовьют теорию вибрационной механики вращающихся систем, позволят ученым определить и сформулировать принципы их управления с помощью вибраций. Новые данные могут быть использованы для разработки эффективных методов управления движением и массопереносом во вращающихся полостях в различных технологических процессах. Это важно для развития космических технологий, поскольку в условиях микрогравитации роль вибраций особенно велика, и последние могут эффективно использоваться для управления массопереносом.

Полученные результаты также могут быть использованы при разработке различных технических устройств, в которых используются вращающиеся жидкости: в машиностроении, устройствах для перемешивания жидкостей и во всех отраслях народного хозяйства для подвода жидкости во вращающиеся узлы механизмов. Исследования процессов во вращающихся системах расширяют представления ученых о процессах, происходящих в атмосфере, на поверхности океана, внутри звезд и планет.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

15.08.2016

15:46

Российские ученые: Черное море стало больше штормить

Ученые из Института океанологии РАН им. Ширшова проанализировали данные о штормах в акватории Черного моря за последние 37 лет и сделали вывод, что волнений становится все больше. Исследование проводилось под руководством заведующего лабораторией литодинамики и геологии Южного отделения Института океанологии РАН Рубена Косьяна и было опубликовано в журнале Oceanology. Работа ученых поддержана проектом РНФ.

«Грант РНФ позволил резко увеличить наши вычислительные возможности для математического моделирования. Мы смогли выполнить очень объемные расчеты и получили статистические характеристики волнения для любой точки Черного моря, а также детально исследовали экстремальные шторма, что особенно важно для мореплавания и использования рекреационного потенциала побережий», — говорит Рубен Косьян.

Ученые обработали обширный массив данных, охватывающий период в 37 лет (с 1979 года по настоящее время) и состоящий из рассчитанных параметров полей ветрового волнения Черного и Азовского морей с временны́м шагом в 1 час. Количественное моделирование с использованием данных по полям давления показало, что за последние 25 лет среднегодовая волновая активность Черного моря увеличилась на 10–15 %, в основном за счет увеличения количества умеренных штормов, а не катастрофических. Расчеты подтверждались прямыми измерениями активности Черного моря в районе Геленджика на аппаратуре Wave Rider.

Наибольшим волновым потенциалом обладает юго-западная часть Черного моря, а наименьшим — восточная часть. Ранее считалось, что наибольшая высота волны, возможная на акватории Черного моря, составляет 15 м. Проведенное моделирование показало, что в некоторых штормах развивалось волнение с высотами порядка 20 м.

Особенно важно было выяснить, как связана увеличивающаяся активность штормов с разрушением береговой полосы Черного моря. Как подчеркивают ученые, природные факторы оказывают большее влияние на распределение волновой активности, нежели человеческая деятельность, однако последствия антропогенного воздействия могут быть катастрофическими.

По словам Рубена Косьяна, исследования помогли предотвратить некоторые проекты, способные нарушить экосистему пляжей Черного моря. Среди них добыча песка с подводного склона и разрушение дюн с целью рекреационного строительства.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

03.08.2016

08:56

Российские физики создали магнитное поле, помогающее прижиться имплантатам

Группа ученых МГУ им. М.В. Ломоносова предложила новый способ применения магнитокалорического эффекта для адресной доставки лекарств в месте установки имплантата. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Refrigeration.

Автор работы Владимир Зверев утверждает, что аналогов данного метода, использующего отрицательный магнитокалорический эффект, в мире не существует.

Суть магнитокалорического эффекта (МКЭ) сводится к тому, что при воздействии внешнего магнитного поля на магнитный материал температура этого материала изменяется, иногда повышаясь, а иногда, наоборот, падая (в зависимости от материала). Один из методов, разработанных исследователями, носит название «магнитожидкостная гипотермия» и сводится к нагреву онкологических новообразований специальными магнитными наночастицами, адресно доставляемыми в место опухоли.

Как известно, одной из проблем при имплантации в человеческий организм инородных тел — искусственных суставов, брюшных сеток, стентов пищевода, моче- и желчевыводящих протоков и пр. — является вероятность их отторжения. Авторы статьи предлагают наносить на имплантаты (еще во время их подготовки к установке в организм) специальное покрытие, состоящее из нескольких слоев.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

01.08.2016

20:06

Российские ученые выяснили, грозит ли размыв песчаной косе близ Анапы

При разумной хозяйственной деятельности человека размыв Анапской пересыпи — песчаная коса длиной порядка 47 км, которая тянется от Анапы до мыса Железный Рог на Таманском полуострове — не угрожает. К такому выводу пришли российские ученые. Статья опубликована в журнале Oceanology, работа поддержана грантом Российского научного фонда (РНФ).

Динамика смещения береговой линии Анапской пересыпи была изучена на основе анализа архивных и современных материалов, спутниковой съемки и аэрофотосъемки. «Выявлено, что вдоль морского берега Анапской пересыпи имеются несколько участков размыва (отступание уреза превышает 70 м за 50 лет) и относительно стабильный участок в центральной части пересыпи», — сообщил старший научный сотрудник Южного отделения Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН Вячеслав Крыленко.

Полученные данные уточнили и детализировали динамику береговой линии Анапской пересыпи, что важно для понимания литодинамических процессов в береговой зоне и для разработки прогноза дальнейшего развития геосистемы пересыпи. Основные литодинамические процессы, происходящие в зоне Анапской пересыпи: миграция песчаного материала вдоль берега и его перераспределение между дном, пляжем и дюнами. На скорость размыва определенного участка берега влияют волновое воздействие и бюджет песчаных наносов.

Установлено, что на данный момент Анапской пересыпи как природному объекту ничто не угрожает и при отсутствии усиления антропогенного воздействия она будет существовать еще десятки лет. Но для ее сохранения необходимы ограничения хозяйственной деятельности людей. Например, добыча песка или создание препятствий для его свободного движения. Исследования динамики прироста и размыва береговой линии дают аргументированные ответы на вопросы о возможных последствиях хозяйственной деятельности человека для Анапской пересыпи.

«Анапская пересыпь с обширными пляжами является важнейшим рекреационным ресурсом курорта федерального значения — города Анапы. От экологического состояния и устойчивости морского берега зависит социально-экономическое состояние не только города Анапа, но и всего Краснодарского края. Проведенное исследование позволяет существенно увеличить эффективность разрабатываемых природоохранных мероприятий и усовершенствовать схемы территориального планирования», — рассказывает Вячеслав Крыленко.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

29.07.2016

15:42

Российские ученые определили скорость разложения валежника

Учеными из Института леса Карельского научного центра РАН и Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им С.М. Кирова подсчитана скорость разложения различных пород древесины, а также разных частей ствола и ветвей одного дерева. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале European Journal of Forest Research.

«Оценка скорости разложения крупных древесных остатков в различных условиях необходима для правильных расчетов углеродного баланса лесов, что особенно актуально в эпоху глобального изменения климата. Наши результаты позволяют дать рекомендации для изучения скорости биологических круговоротов. Например, рассмотрение коры вместе с древесиной может привести к недооценке скорости разложения стволов», — пояснила руководитель исследований, старший научный сотрудник Института леса Карельского научного центра РАН, кандидат биологических наук Екатерина Шорохова.

Углеродный баланс лесов оценивается разностью поглощения и потерь углерода. Под поглощением углерода понимается поглощение углекислого газа из атмосферы во время роста дерева и превращение его в биомассу: чем лес старше, тем меньше он поглощает углерода. Потери углерода происходят во время лесозаготовок, лесных пожаров, вспышек вредителей, ветровалов.

«Полученные оценки скорости разложения крупных древесных остатков позволяют предсказать их распределение в экосистеме, что особенно важно для многих редких видов живых организмов, использующих крупные древесные остатки в качестве пищевого ресурса или среды обитания. Таким образом, полученные результаты могут быть использованы при оценке экосистемных услуг (представляющих собой выгоды, которые люди получают от экосистем) таежных лесов и, следовательно, качества жизни людей», — говорит Екатерина Шорохова.

Показано, что в таежных лесах скорость разложения нестволовых фракций крупных древесных остатков (корней, ветвей и коры) зависит, главным образом, от влажности почв и древесной породы. Скорость разложения всего дерева может быть смоделирована как функция природной зоны, древесной породы и диаметра ствола. Ветви, прикрепленные к стволам, разлагаются медленнее остальных фракций. Средняя скорость потери массы прикрепленных ветвей составляет 0,6% в год для сосны кедровой сибирской и 2% в год для ели, пихты, осины и березы. Кора разлагается быстрее остальных фракций: в среднем 15 и 26% в год в слабо и хорошо дренированных (с отводом излишков воды из почвы) местообитаниях соответственно. Значительную роль в потере массы коры играет ее фрагментация насекомыми. Скорость разложения корней составляет в среднем 2,5 и 3,4% в год для слабо и хорошо дренированных местообитаний соответственно.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

20.07.2016

15:00

Ученые создали наночастицы, которые лечат рак и не наносят вреда организму

Исследователи из МГУ имени М.В. Ломоносова совместно со своими немецкими коллегами сумели доказать применимость кремниевых наночастиц для диагностики и лечения рака, впервые продемонстрировав их способность эффективно проникать в больные клетки и, выпустив заключенное в них лекарство, быстро разлагаться, не накапливаясь в организме. О деталях своей работы они рассказали в статье, опубликованной в журнале Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine.

Направление, в котором работают ученые, называется тераностика. Данный термин обозначает процесс одновременной диагностики болезни и ее лечения. Одно из применений тераностики — выявление и лечение ряда онкологических заболеваний с помощью наночастиц, наполненных лекарством и адресно попадающих внутрь раковой клетки. Сегодня многие из таких наночастиц не отвечают требованию биосовместимости. По словам одного из участников исследования Любови Осминкиной (старший научный сотрудник физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова), при вводе в организм наночастицы действуют быстро, попадают куда нужно, вылечивают то или иное заболевание, однако спустя месяцы у пациента начинают болеть печень, почки, легкие или даже голова.

«Все потому, что наночастицы золота, серебра, оксида титана, селенида кадмия и огромное множество других фактически из организма не выводятся, — поясняет Любовь Осминкина. — При попадании в кровоток они застревают во внутренних органах и спустя некоторое время начинают наносить вред организму за счет пролонгированных токсических эффектов».

В поисках не только биосовместимых, но и биодеградируемых транспортировщиков для адресной доставки лекарств ученые обратили внимание на кремний. Наночастицы, «сотканные» из него, точно не повредят организму — и даже помогут, — поскольку результатом их распада является кремниевая кислота, необходимая организму для укрепления костей и роста соединительных тканей. Ученые предложили исследовать биодеградацию частиц с помощью рамановской микроспектроскопии.

«Эта методика позволяла не только определить местонахождение наночастицы в клетке (сигналы от кремния и компонентов клетки находятся на различных частотах), но и наблюдать за процессом ее распада, — рассказывает Осминкина. — Последнее стало возможно потому, что, как уже было известно, рамановский спектр от кремниевой наночастицы зависит от ее размера – чем она меньше, тем он становится шире и сдвигается в сторону более низких частот».

По рамановским спектрам и восстановленным из них изображениям частиц и клеток исследователи увидели, как в первые 5–9 часов наночастицы локализуются на клеточных мембранах, за последующие сутки проникают внутрь клетки и потом начинают биодеградировать, о чем свидетельствовало уменьшение амплитуды сигнала, расширение спектра и появление пика от аморфной фазы кремния. На 13-е сутки наночастицы полностью растворяются, и сигнал пропадает.

«Таким образом, — говорит Любовь Осминкина, — мы впервые доказали, что пористые кремниевые наночастицы могут служить совершенно безвредным для организма агентом для тераностики многих онкологических заболеваний. Они не только легко проникают в больную клетку, но, если их напитать через поры лекарством, могут выпускать его в ней в процессе своего распада. Считаю, что результаты нашей работы имеют огромное значение в перспективе создания лекарств на основе биосовместимых и биодеградируемых наночастиц кремния».

Все новости на тему: Открытия российских ученых

18.07.2016

15:17

Физики создали прототип дешевого и надежного лазерного скальпеля на основе керамики

Российские ученые создали новый компактный и мощный лазер на основе керамики – это устройство может использоваться в качестве малотравматичного и дешевого лазерного скальпеля для хирургических операций, а также для резки и гравировки композитных материалов. Результаты работы опубликованы в журнале Optics Letters.

На сегодняшний день лазеры используются повсеместно: в бытовых электронных устройствах, медицине, металлургии, метрологии, метеорологии и многих других областях. Лазерный луч возникает за счет эффекта вынужденного излучения в так называемой активной среде, роль которой могут играть газы, жидкости, кристаллы или стекла. От параметров активной среды зависит длина волны лазера, эффективность преобразования энергии в излучение.

Иван Обронов, научный сотрудник МФТИ, и его коллеги из Института прикладной физики РАН и компании «ИРЭ-Полюс» в качестве активной среды лазера использовали керамику, полученную из соединений редкоземельных элементов – оксида лютеция с добавлением ионов тулия. Именно ионы тулия и обеспечивали способность керамики генерировать лазерное излучение.

«Керамика – перспективный тип среды для лазеров, поскольку ее получают спеканием порошков в поликристаллическую массу. В производстве она дешевле и проще, чем монокристаллы, что крайне важно для массового внедрения. Кроме того, химический состав керамики легко менять, меняя и свойства лазера», — поясняет Обронов.

Созданный учеными лазер преобразует энергию в излучение с эффективностью более 50%, притом что другие варианты твердотельных лазеров имеют эффективность в среднем около 20%, и генерирует инфракрасное излучение с длиной волны около 2 микронов (1966 и 2064 нанометров). Именно длина волны делает этот лазер незаменимым для медицинских целей.

«Излучение наиболее распространенных инфракрасных лазеров — с длиной волны около 1 микрона — имеет малое поглощение и очень глубоко проникает в биоткани, что приводит к коагуляции (слипанию мелких частей, например свертыванию крови) и появлению значительных областей «омертвевшей» ткани. Хирургический скальпель должен «работать» на строго определенную глубину, поэтому используются двухмикронные лазеры, которые не повреждают нижележащие ткани», — говорит Обронов.

Еще одно потенциальное применение керамических лазеров – композитная промышленность. Широко распространенные одномикронные лазеры хорошо режут металл, но полимеры для них практически прозрачны. Двухмикронный керамический лазер, в отличие от них, может эффективно резать и гравировать пластик, например композитные материалы.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

14.07.2016

18:01

Ученые создают экзоскелет для восстановления речи и движения после инсульта

Коллектив сотрудников факультета психологии МГУ имени М.В. Ломоносова и ФГБНУ «Научный центр неврологии» начали исследование эффективности применения технологии «Экзоскелет кисти руки, управляемый неинвазивным интерфейсом мозг-компьютер», используя в том числе нейропсихологический синдромный анализ и теоретико-методологические основы психологической реабилитологии. Результаты совместной работы приняты к публикации в журнале Psychology in Russia.

«Перед нами стоит цель: максимально «включить» пациента. Разработанные экзоскелеты применяются в случаях поражения головного мозга, когда требуется восстановить движения конечностей или имеются затруднения речи после инсульта. Технология направлена на то, чтобы вернуть человеку всю гамму движений. В первую очередь речь идет о руках, ногах, речедвигательном аппарате», — говорит доктор психологических наук профессор психологического факультета МГУ Юрий Зинченко.

Неинвазивный интерфейс мозг-компьютер является одной из самых перспективных и активно развивающихся нейрореабилитационных технологий. Применение технологии «Экзоскелет кисти руки, управляемый неинвазивным интерфейсом мозг-компьютер» может помочь в реабилитации больных с парезом кисти и апраксией после инсульта.

Исследования нацелены на изучение влияния комбинированных ментальных тренировок на функциональную реорганизацию двигательной системы. Для этой цели наиболее применима функциональная МРТ, которая за счет показателей функциональной и эффективной коннективности может продемонстрировать изменение паттерна активации зон интереса, а также смоделировать взаимодействие между отдельными областями. Нейропсихологический синдромный анализ позволит оценить когнитивный статус пациента и его реабилитационные возможности в связи с состоянием высших психических функций.

«Вместо того чтобы разрабатывать, например, мышцы руки, сгибая и разгибая ее другой рукой, — объясняет Юрий Зинченко, — технология позволяет самому пациенту реабилитировать конечность с помощью сигналов, посылаемых головным мозгом. Присоединенная аппаратура снимает энцефалограмму, и экзоскелету, установленному на руке, передаются электрические импульсы. Таким образом, восстановление идет за счет мозга».

Ранее настолько эффективной методики восстановления людей после инсульта не существовало. С тех пор как к работе подключились психологи, эффективность процедур по восстановлению движения конечностей возросла в 4–5 раз.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

14.07.2016

12:05

Новый метод расчета белкового взаимодействия ускорит разработку лекарств

Биологи и математики из МФТИ, университета Стони Брук и других научно-исследовательских центров научили компьютер в 10 раз быстрее предсказывать строение «сцеплений» белков в клетке. Работа опубликована в журнале PNAS.

Чтобы из возможных вариантов расположения двух больших молекул относительно друг друга получить такую, которая существует в реальном мире, ученые решают следующую задачу: даны два белка с известной структурой. Необходимо предсказать, как будет выглядеть их «стыковка». В научной терминологии такая задача называется «белок-белковый докинг». Вычислительную сложность такой операции можно сравнить с составлением всех возможных вариантов из 10 тыс. начальных блоков конструктора.

Идея исследователей состояла в том, чтобы представить белки как сочетание «квантовых поверхностей» — некоторых блоков, описываемых математическим аппаратом квантовой механики. Такой подход позволяет одновременно рассчитывать взаимодействие многих пар белковых участков между собой, а не оценивать каждую пару независимо. Новый метод может работать до ста раз быстрее лучших из уже существующих методов, при этом сохраняя точность. По словам ученых, такая программа «считается» 15 минут на персональном компьютере и является серьезной альтернативой экспериментальным методикам определения белковых взаимодействий.

«В обычной клетке осуществляются тысячи различных белковых взаимодействий. Объяснение этих взаимодействий помогает описывать важные процессы: работу организма в целом и методов лечения некоторых заболеваний (например, рака)», — комментирует исследование Дмитрий Козаков, профессор университета Стони Брук и адъюнкт-профессор МФТИ.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

28.06.2016

15:35

Физики научили персональные компьютеры решать уравнения быстрее суперкомпьютеров

Группа физиков из Научно-исследовательского института ядерной физики МГУ научилась на обычном персональном компьютере проводить расчеты сложных уравнений квантовой механики, для которых на Западе используются мощные суперкомпьютеры. При этом персональный компьютер справляется с задачей намного быстрее. Статья была опубликована в журнале Computer Physics Communications.

Ученые сумели применить персональный компьютер с графическим процессором для решения сложнейших уравнений квантовой механики — ранее для этого использовались только мощные и дорогие суперкомпьютеры. По словам Владимира Кукулина, профессора НИИЯФ МГУ, персональный компьютер справляется с задачей в разы быстрее: за 15 минут он выполняет работу, на которую суперкомпьютер тратит 2–3 дня.

«Мы добились скорости, которая и присниться не может, — рассказал Владимир Кукулин. – Программа работает так, что 260 миллионов сложных двойных интегралов на настольном компьютере она считает за 3 секунды. И никакого сравнения с суперкомпьютерами! Мой коллега из Бохумского университета в Германии (к сожалению, недавно скончавшийся), лаборатория которого занималась тем же, проводил расчеты с помощью одного из самых больших суперкомпьютеров Германии с известной архитектурой BLUEGENE, что на самом деле очень дорогое удовольствие. И то, чего его группа добивается за двое-трое суток, мы делаем за 15 минут, не потратив ни копейки».

Уравнения, о которых идет речь, были сформулированы еще в 60-х годах прошлого века российским математиком Людвигом Фаддеевым. Уравнения описывали процесс рассеяния нескольких квантовых частиц, то есть представляли собой некий квантово-механический аналог Ньютоновой теории трех тел. В результате быстро возникла целая область квантовой механики под названием «Физика малочастичных систем». Главной проблемой при решении уравнений для нескольких квантовых частиц было вычисление интегрального «ядра» – громадной двумерной таблицы, состоящей из десятков и сотен тысяч строк и столбцов, причем каждый элемент такой огромной матрицы был результатом очень сложных вычислений. Ученые решили использовать в своем персональном компьютере один из новых графических процессоров корпорации Nvidia, разработанный для работы в игровых приставках, причем не самый дорогой — из тех, что можно купить за $300–500.

Воспользовавшись софтом, разработанным в Nvidia, и написав собственные программы, ученые разбили свои вычисления на много тысяч потоков и смогли решить задачу.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

23.06.2016

12:03

Физики исследовали материалы для сверхбыстрой передачи информации

Ученые продемонстрировали эффект полностью оптического переключения между потоками фотонов с помощью нелинейных метаматериалов. Работа опубликована 23 июня в журнале Scientific Reports.

Метаматериалы, с которыми работали авторы статьи, имеют структуру, напоминающую рыбацкую сеть, основные «нити» которой состоят из золота и оксида магния, а прямоугольные отверстия заполнены кварцевым стеклом. Они относятся к классу нелинейных метаматериалов, необычные оптические свойства которых можно использовать, например, чтобы упростить обработку информации и создать новые устройства, работающие намного быстрее современных.

Фотоны, в отличие от электронов, перемещающихся по проводам электронных устройств, не имеют заряда и массы покоя, поэтому передача информации с их помощью может производиться намного быстрее. Существует проблема в создании фотонного транзистора, столь же компактного, как современный электронный транзистор: для этого предлагали использовать металлические и полупроводниковые наночастицы, микрорезонаторы, фотонные кристаллы. Недостаток этих сред в том, что для наблюдения переключения в них требуется мощное лазерное излучение. Однако нелинейные метаматериалы, как сообщается в статье, имеют более высокую чувствительность к фемтосекундным лазерным импульсам по сравнению с линейными, что дает им преимущества в управлении потоками света с помощью этих импульсов.

В ходе работы Максим Щербаков и его коллеги из лаборатории нанооптики метаматериалов МГУ экспериментально продемонстрировали управление потоками фотонов с помощью лазерных импульсов и даже смогли запустить процессы слияния фотонов с помощью внешнего воздействия.

«В оптике есть интересный эффект, который наблюдается, когда три фотона сливаются в один с утроенной энергией (практически как ядра при термоядерном синтезе). Этот эффект называется «генерация третьей гармоники». В нашей работе мы одновременно (и впервые, насколько нам известно) пронаблюдали оба эффекта: полностью оптическое переключение и генерацию третьей гармоники. Иным образом, мы контролируем при помощи внешнего оптического импульса процесс «синтеза» фотонов. Это все очень важно для перспективных схем интегральной фотоники, где нужно будет иметь полный контроль над всеми возможными процессами с участием света», — отмечает Максим Щербаков. Ученый подчеркивает, что высокая чувствительность нелинейных метаматериалов позволит в будущем использовать их для создания технологий высокоскоростных коммуникаций.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

20.06.2016

13:28

Создан препарат, растворяющий тромбы в тысячи раз эффективнее существующих аналогов

Ученые из Университета ИТМО в сотрудничестве с Санкт-Петербургской городской Мариинской больницей разработали магнитоуправляемый препарат для лечения тромбоза, состоящий из пористой магнетитовой основы и заключенного в нее тромболитического фермента. Раствор из наночастиц нового препарата, сосредоточенный на тромбе с помощью магнита, в перспективе сможет расщеплять сгустки крови в организме до 4000 раз эффективнее, чем существующие тромболитики. Разработка также позволит снизить дозу лекарства в десятки раз и избежать множества побочных эффектов. Исследование ученых было опубликовано в журнале Scientific Reports.

Одна из главных задач экстренной помощи при закупорке сосудов — эффективно провести тромболизис, то есть быстро растворить тромб. В России из ста человек, привезенных в стационар, только двоим процедура может помочь, так как у врачей есть очень ограниченный промежуток времени на расщепление тромба — 3–4,5 часа. По истечении этого времени ткани окончательно погибают без притока крови. Но даже если пациент попал в «счастливые» 2%, его ждет гигантское количество осложнений, вызванных самим тромболитиком (вводимый внутривенно белок, призванный растворить тромб).

Сложность в том, что тромболитики не имеют направленного действия и мгновенно распределяются по всей кровеносной системе. Поэтому препарат вводят в ударных дозах, рассчитывая, что хоть малая его часть успеет попасть к тромбу. Ученые создали материал, благодаря которому доставка фермента для расщепления тромба может стать направленной и безопасной для организма. Новый материал состоит из магнетитовой пористой основы и заключенного в нее белка — урокиназы, широко используемой в медицине в качестве тромболитика. Из такого композита можно будет изготовлять покрытия для искусственных сосудов с целью предупреждения их закупорки, а также стабильные инъекционные растворы, наноразмерные частицы которых легко локализовать у тромба под действием магнитного поля. Материал потенциально безопасен для человека, поскольку состоит исключительно из компонентов, которые уже имеют разрешение на внутривенное введение.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

15.06.2016

13:07

Ученые создали программу для анализа совокупностей ДНК болезнетворных микроорганизмов

Ученые из Университета ИТМО, ФНКЦ физико-химической медицины и МФТИ разработали программу, которая позволяет быстро сравнивать между собой совокупности ДНК микроорганизмов, обитающих в разных средах. Результаты исследования опубликованы в журнале Bioinformatics.

У каждого человека есть геном – особая последовательность генов, в соответствии с которой развивается индивид. Однако любой живой организм содержит еще одну последовательность генов, которая называется метагеном и представляет собой совокупность ДНК различных микроорганизмов, обитающих в одной среде: бактерий, грибов, вирусов. Метагеном часто является индикатором различных заболеваний и предрасположенности к ним.

Программный инструмент под названием MetaFast, разработанный учеными, позволяет провести быстрый сравнительный анализ большого количества метагеномов. «При исследовании микрофлоры кишечника пациентов могут быть выявлены микроорганизмы, ассоциируемые с каким-либо заболеванием, например, с диабетом или предрасположенностью к нему. А это уже предпосылки для применения персонализированной медицины и создания новых лекарств. Оперируя результатами работы программы, биологи могут сделать выводы о том, в каком направлении двигаться, поскольку алгоритм позволяет исследовать среды, о которых мы еще ничего не знаем», – рассказывает главный разработчик алгоритма Владимир Ульянцев, сотрудник международной лаборатории «Компьютерные технологии» Университета ИТМО.

Исследователи уже предложили несколько вариантов применения новой программы на практике. Так, сравнив при помощи алгоритма микрофлору здорового человека с микрофлорой больного, можно быстро выявить ранее неизвестные патогенные организмы, а также их штаммы, что поможет в разработке средств персонализированной медицины.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

09.06.2016

19:02

Прародителем современных возбудителей чумы оказалась бактерия с территории России

Ученые из Казанского федерального университета и Института науки об истории человечества Макса Планка (Германия) сделали анализ бактерии чумы, выделенной из захоронений XIV–XVI веков в Барселоне (Испания), Болгаре (Татарстан), Эльвагене (Германия). Результаты исследований были опубликованы в журнале Cell Host & Microbe.

После анализа трех реконструированных исторических геномов возбудителя чумы (бактерии Yersinia pestis) были получены данные о тесной взаимосвязи между ними. Более того, сравнительный анализ с современными возбудителями привел исследователей к выводу, что многочисленные исторические и современные эпидемии заболевания вызваны одним и тем же штаммом бактерий.

Основной вывод исследования вытекает из анализа бактерии чумы из города Болгар, расположенного на территории современной России, — была выявлена его высокая схожесть и с возбудителем чумы из Лондона периода «черной смерти», и с современными бактериями. Анализ также показал, что сегодня в Китае существует несколько «чумных линий», и только одна бактерия — татарстанская — покинула Юго-Восточную Азию в конце XIX века и быстро распространилась по миру, вызвав новую эпидемию. Таким образом, именно культуру бактерий чумы с территории России можно считать прародительницей современных возбудителей заболевания.

В будущем исследователи планируют обнаружить точки проникновения чумы в Европу, более подробно восстановить пути ее распространения, а также изучить влияние чумных эпидемий на человеческие популяции на генетическом уровне.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

02.06.2016

14:50

Ученые исследовали виды начинок углеродных нанотрубок

Марианна Харламова (факультет наук о материалах МГУ) исследовала разные виды начинок углеродных нанотрубок и классифицировала их по степени влияния на свойства самих нанотрубок. Работа исследовательницы опубликована в журнале Progress in Materials Science (импакт-фактор — 26,417).

Обзор подытожил достижения ученых в области изменения электронных свойств одностенных углеродных нанотрубок (ОСНТ). «Проведено детальное систематическое исследование 430 работ, включая 20 работ автора, большинство из которых были опубликованы в течение последних пяти лет, поскольку исследуемая область является актуальной и быстроразвивающейся», — рассказывает Марианна Харламова. Помимо систематизации и анализа существующих данных автор подробно рассматривает теоретический фундамент подобных изысканий — зонную теорию твердых тел, описывающую взаимодействия электронов в твердом теле.

Марианна Харламова впервые систематизировала варианты начинок для нанотрубок по их влиянию на электронные свойства ОСНТ. Метод заполнения ОСНТ для придания требуемых электронных свойств автор обзора считает самым эффективным.

«Это обусловлено четырьмя основными причинами, — рассказывает Марианна Харламова. — Во-первых, широк спектр веществ, которые можно внедрить в каналы ОСНТ. Во-вторых, для внедрения в каналы ОСНТ веществ различной химической природы разработан не один метод заполнения: из жидкой фазы (раствора, расплава), газовой фазы, с использованием плазмы или путем проведения химических реакций. В-третьих, в результате процесса внедрения веществ может быть достигнута высокая степень заполнения каналов ОСНТ, что приведет к значительному изменению электронной структуры нанотрубок. В-четвертых, химическое преобразование внедренных веществ позволяет контролировать процесс модификации электронных свойств ОСНТ путем выбора соответствующего исходного вещества и условий протекания химической реакции».

Автор сама провела экспериментальные исследования заполнения нанотрубок 20 простыми химическими веществами и соединениями, установила закономерности влияния начинки на то, как ведут себя электроны самой нанотрубки, выявила зависимость температуры формирования внутренних нанотрубок от диаметра внешних трубок и включенных в их структуру химических соединений, выяснила, какие факторы влияют на степень заполнения нанотрубок.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

24.05.2016

14:03

Ученые создали суперкристалл со структурой винтовой лестницы

Ученые из университета ИТМО спроектировали оптически активный наноразмерный суперкристалл, особая архитектура которого позволит использовать его для разделения органических молекул, что значительно упростит технологию изготовления лекарственных препаратов. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.

Новый тип суперкристалла по своей структуре напоминает винтовую лестницу. Он состоит из стержневидных квантовых точек, очень малых, порядка нескольких нанометров, «кусочков» полупроводника, и обладает важной характеристикой – хиральностью (это значит, что правая и левая сторона объекта не симметричны). Благодаря этой особенности разработанные суперкристаллы могут найти широкое применение в фармакологии при идентификации хиральных биомолекул.

Самый простой пример хиральности – человеческие ладони. Что касается разработанной модели суперкристалла, то ее хиральность можно представить на примере двух винтовых лестниц из квантовых точек-ступенек: одна закручивается вправо, а вторая – влево. Поэтому суперкристалл способен поглощать свет, поляризованный (закрученный по спирали) в одну сторону, и пропускать тот, что поляризован в другом направлении.

Помимо фармакологии оптическую активность суперкристаллов можно использовать в ряде технических приложений для поляризации светового сигнала. Поскольку каждая квантовая точка имеет форму стержня, взаимодействие со светом происходит по ее продольной оси, так что взаимное расположение квантовых точек относительно друг друга имеет ключевое значение для оптических свойств всей конструкции. Аналогично оптические эффекты суперкристалла наиболее сильно проявляются при распространении света вдоль его центральной оси, поэтому, ориентируя суперкристаллы в растворе, можно переключать оптическую активность системы, как это делается в случае с жидкокристаллическими объектами.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

20.05.2016

18:47

В карьере Курской магнитной аномалии найдено кладбище девонских рыб и растений

Сотрудники Палеонтологического института РАН им. А.А. Борисяка обнаружили ранее неизвестное «кладбище» рыб и растений в Железногорском карьере Курской магнитной аномалии. В девонских слоях возрастом 370 млн лет найдены уникальные останки рыб и растений, сообщает пресс-служба института.

Примитивные растения, называемые шугуриями, сохранились как ленточки, наложившиеся друг на друга и образовавшие толстые прослои среди глин. Просохшие ленты этих древних осокоподобных растений настолько хорошо сохранились, что легко отделяются от слоя породы. Как считают палеоботаники ПИН РАН, эти растения, относящиеся к примитивной группе риниофитов, произрастали по берегам впадавших в морской залив рек. Возможно, что сильные ливни выдергивали их из грунта и выносили в море, где прибой образовывал из них береговые валы.

В нижележащих слоях найдено множество разнообразных изолированных костей крупной панцирной рыбы, называемой холонемой. Кропотливые раскопочные работы дали возможность собрать разные кости панцирей головы и туловища. В настоящее время ведутся работы по созданию трехмерной компьютерной реконструкции ее полного скелета.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

19.05.2016

11:00

Ученые выяснили, что сигнальный белок не похож на щипцы для устриц

Сотрудники Института биоорганической химии (ИБХ) РАН совместно с коллегами из Института здоровья имени Карлоса III в Мадриде определили пространственную структуру и механизмы передачи сигнала белка p75. Данное исследование поможет понять, как бороться с заболеваниями нервной системы, включая расстройства Альцгеймера и Паркинсона. Результаты работы опубликованы в журналах Biophysical Journal и Journal of Biological Chemistry.

Белок p75 отвечает за широкий спектр процессов в нейронах головного мозга человека. Было известно, что р75 состоит из нескольких частей (доменов), которые распознают сигнал на поверхности клетки и передают его внутрь. Однако до сих пор не было изучено, как работают домены в команде. Предполагалось, что они функционируют по принципу «щипцов для устриц» (snailtong): расхождение внеклеточных частей вызывает сближение внутриклеточных доменов. Ученые выяснили, что это не так.

«Нейротрофиновый рецептор p75, как и многие другие мембранные белки, состоит из трех доменов: внеклеточного, внутриклеточного и мембранного, который насквозь пронизывает клеточную стенку. Благодаря созданной нами модели белка в активном состоянии, удалось обнаружить, что p75 имеет совершенно иную структуру. Движение внутриклеточного и мембранного доменов происходит независимо друг от друга, а значит, концепция «щипцов для устриц» оказывается неверной», — говорит Константин Минеев, старший научный сотрудник лаборатории биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ИБХ РАН.

Кроме того, исследователи изучили структуру отдельных частей белка с использованием нанодисков. Нанодиски представляют собой кусок липидной клеточной стенки, окруженной аполипопротеином (белком, участвующим в переносе холестерина и других жиров). Ученые поместили в нанодиск два домена белка и определили их 3D-структуру методом спектроскопии ядерного магнитного резонанса. В результате система позволила учесть влияние мембран при работе целого белка, а также продемонстрировала механизмы передачи сигналов внутри нервной клетки.

До сих пор ученым удавалось исследовать лишь отдельные домены белков этого типа. Благодаря проделанной работе стали понятны точные механизмы передачи рецептором р75 различных сигналов в условиях как нормально функционирующей нервной системы, так и патологии. В будущем это позволит создавать и тестировать новое поколение эффективных лекарственных средств, направленных на борьбу с широким спектром заболеваний нервной системы, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

16.05.2016

12:13

Ученые сделали наночастицы, которыми можно «подсветить» раковую опухоль

Группе российских и французских исследователей впервые удалось синтезировать наночастицы из сверхчистого кремния, обладающие свойством эффективной фотолюминесценции. Эти частицы способны беспрепятственно проникать в клетки, что позволяет использовать их в качестве светящихся маркеров при ранней диагностике рака, а также при терапии этого заболевания. Статья ученых опубликована в журнале Scientific Reports.

Исследования по поиску методов синтеза подобных наночастиц активно ведутся во многих лабораториях мира, однако их качество было неудовлетворительным – главным образом, потому, что синтезировали их методами проведения химических реакций в растворах кислот. Частицы получались недостаточно чистыми, на них оседали остатки химических реакций, что делало их токсичными. Вдобавок эти наночастицы имели форму, далекую от сферической, и это отнюдь не способствовало проявлению фотолюминесценции.

Чтобы избавиться от этих недостатков, ученые решили использовать другой метод — лазерную абляцию, то есть выбивание лазерным лучом из мишени атомов с тем, чтобы потом эти вырванные атомы соединялись между собой в нанокристалл. В результате ученым удалось создать наночастицы, лишенные токсичных добавок. Как показали эксперименты, они могли легко приникать в клетки, причем в раковые клетки такие наношарики проникают с куда большей готовностью, чем в здоровые.

Это объясняется тем, что раковая клетка всегда готова к делению, всегда поглощает все, что находится рядом с ней, чтобы рождать дочерние клетки. По словам Виктора Тимошенко, профессора физического факультета МГУ, в зависимости от типа клетки, раковые клетки обычно поглощают наночастицы на 20–30% процентов эффективнее, чем здоровые, и уже на этом может быть основана диагностика рака на ранней стадии его развития.

По словам ученых, в будущем к полученным наночастицам можно будет также прикреплять вещества-лекарства, что позволит не только распознать раковую опухоль, но и вести локальную химио- или радиотерапию на клеточном уровне.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

12.05.2016

22:50

Биологи: ранняя весна в Арктике вызывает гибель птиц в Африке

Международная группа ученых при участии сотрудников биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова проанализировала данные о птицах под названием исландский песочник. Работа ученых опубликована в журнале Science.

Ученые проанализировали собранные более чем за 30 лет данные и показали, что последствия климатических изменений, произошедших в Арктике, могут проявиться на совершенно другом континенте. Один из авторов работы Эльдар Рахимбердиев, научный сотрудник биологического факультета МГУ, сообщает, что работа является уникальной в своем роде, так как раньше ученые не рассматривали подобные проблемы комплексно.

Речь идет о птице из подотряда куликов — исландском песочнике (Calidris canutus). Каждый год эта птица улетает осенью к берегам Мавритании (или, в зависимости от подвида, в Австралию или Южную Америку), а весной возвращается для размножения на полуостров Таймыр (или в Гренландию, на Аляску или Канадский Арктический архипелаг). Песочники выбирают для гнездования самые северные и холодные широты. Прилет птиц в эти суровые края был «рассчитан» эволюцией таким образом, что появление на свет птенцов приходилось как раз на сезонный пик численности их основного корма — насекомых.

Но так было до начала глобального потепления. За 30 лет наступление весны на Таймыре, а вместе с ним и пик численности насекомых сдвинулись почти на две недели. Из-за этого, хотя «формальные» даты прилета птиц и не изменились, фенологически птицы стали гнездиться позже, чем 30 лет назад, и пропускать пик численности необходимых птенцам насекомых. Недостаток пищи вызвал уменьшение размера молодых птиц, которое уже невозможно компенсировать. Кроме того, их клюв стал более коротким.

Зимуя в Мавритании, песочники питаются двустворчатыми моллюсками, для выкапывания которых из песка и нужен длинный клюв. Выживаемость у птиц, неспособных добраться до моллюсков, значительно ниже, чем у тех, которые не ограничены в пище. В голодные годы моллюск Loripes вообще может спасти популяцию, у которой просто не остается других вариантов питания.

Из-за этого значительная часть молодых птиц неспособна пережить свою первую зимовку. Если же песочникам все-таки удается улететь обратно на Таймыр, короткий клюв им даже в чем-то помогает — охотиться за насекомыми с ним гораздо проще, чем с длинным. Но, как показывает практика, выжить в Африке таким птицам очень тяжело.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

11.05.2016

20:00

Ген медузы позволил прояснить механизмы белковой эволюции

Биологи из России, США, Чехии, Израиля и Испании впервые смогли измерить взаимодействие многих мутаций в одной белковой молекуле – для этого они изучили десятки тысяч мутантов зеленого флуоресцентного белка медузы Aequorea victoria. Результаты, опубликованные в журнале Nature, проясняют механизмы белковой эволюции и позволяют глубже понять, почему эффекты мутаций зависят от генетического контекста, в котором они произошли. В работе принимали участие российские исследователи из Института биоорганической химии РАН, МФТИ, МГУ, Нижегородской медицинской академии и других научных организаций страны.

Для того чтобы измерить функциональность мутантов, ученые заставили мутантные гены работать в бактерии Escherichia coli, а затем использовали автоматический прибор — клеточный сортер, чтобы рассортировать клетки по восьми пробиркам в зависимости от яркости их флуоресценции. Прочтение ДНК мутантных генов из каждой пробирки и последующий анализ данных позволили сопоставить яркость флуоресценции каждого мутанта с его генотипом.

«Мы ожидали увидеть, что друг на друга будут влиять аминокислоты, расположенные близко в структуре белка. Вместо этого оказалось, что пары взаимодействующих мутаций распределены по структуре белка на первый взгляд довольно случайно. Мы смоделировали влияние мутаций на энергию сворачивания и выяснили, что, вероятно, когда суммарный груз всех накопившихся мутаций превышает определенный порог – в области 7–9 ккал/моль, белок просто перестает сворачиваться и флуоресценция пропадает. Такой механизм «учета» мутаций может помогать эволюции эффективно отсеивать варианты генов со слабовредными мутациями», – заключает Дмитрий Болотин, сотрудник Института биоорганической химии РАН, один из ключевых авторов статьи.

Сильный эффект взаимодействия мутаций, которые авторы нашли во флуоресцентном белке, может иметь важное значение для смежных областей науки. Одной из основных задач современной медицинской генетики является исследование заболеваний со сложной генетической компонентой, например различных заболеваний сердечно-сосудистой системы.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

10.05.2016

12:15

Ученые выяснили, как работает первое в мире митохондриально направленное лекарство

Международной группе ученых под руководством исследователей из МГУ им. М.В. Ломоносова удалось уточнить молекулярный механизм действия созданного в России лекарственного препарата, предохраняющего митохондрии клетки от повреждения агрессивными формами кислорода. Эта работа опубликована в журнале Oxidative Medicine and Cellular Longevity.

Недавно российским исследователям под руководством академика Владимира Петровича Скулачева удалось создать лекарство антиокислительного действия, которое накапливается в митохондриях и защищает их от повреждения. Эти митохондриально адресованные антиоксиданты основаны на SkQ-ионах, специфически защищающих молекулы кардиолипина в митохондриях от окисления активными формами кислорода. В исследованиях на животных SkQ-ионы вылечивали воспалительные болезни глаз, способствовали выходу из состояний, моделировавших ишемию, и даже уменьшали проявление старческих симптомов.

Армену Мулкиджаняну и соавторам удалось предложить ответы на вопросы, которые раньше ставили ученых в тупик. Так, непонятно было, почему из всех компонентов мембраны специфически окисляется именно кардиолипин. Его молекулы составляют около 10–20% от всех мембранных липидов, но именно они специфически окисляются АФК и, будучи окисленными, запускают самоуничтожение клеток. Во-вторых, было неясно, почему в случае кардиолипина не срабатывают природные антиокислители — коэнзим Q (убихинол) и витамин Е (альфа-токоферол), присутствующие в мембранах митохондрий в больших количествах.

Понять, почему именно молекулы кардиолипина представляют собой главную мишень АФК, ученые сумели, сопоставив результаты экспериментов со своими ранее полученными данными и структурами дыхательных ферментов. Часть молекул кардиолипина спрятана внутри дыхательных белковых комплексов, причем тех самых, которые генерируют активные формы кислорода. «Именно эти молекулы, — говорит Мулкиджанян, — и должны окисляться в первую очередь».

До этих «запрятанных» молекул кардиолипина, однако, не могут добраться громоздкие, нерастворимые в воде молекулы коэнзима Q, в отличие от небольших, юрких молекул искусственных антиоксидантов; они, как показано в исследовании, способны защищать молекулы кардиолипина от окисления как из мембраны, так и взаимодействуя с ними из водной фазы.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

06.05.2016

12:12

Ученые разработали новый метод выделения РНК из вирусов, бактерий, растений и животных

Международная группа ученых при участии исследователей из НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского разработала простой и экологичный метод выделения РНК из клеток бактерий, растений и животных с целью обнаружения в них вирусов. Работа опубликована в журнале European Journal of Biotechnology and Science.

Главной задачей при выделении РНК является избавление ее от белка. Этот процесс называется «депротеинизация». Для выделения РНК из вирусов, бактерий и высших организмов применяют вещества, вызывающие разрушение сложных клеточных и вирусных комплексов, в которых находится РНК. Для этой цели наиболее частым было использование поверхностно активных веществ и фенола. Их сочетание позволяет выделить РНК практически из всех вирусов и клеток живых организмов. Нуклеиновые кислоты при этом переходят в водный раствор, а с каждой экстракцией 80% белка экстрагируется в фенол. Однако используемые до сих пор для этого реагенты являются очень токсичными.

Доктор химических наук, заведующий лабораторией нуклеиново-белковых взаимодействий НИИ ФХБ им. А.Н. Белозерского МГУ Юрий Дрыгин предложил использовать для выделения РНК трихлорацетат аммония (ТХАА). Препараты РНК, полученные из вирусов, E.coli, растений и клеток животных с помощью ТХАА, по физико-химическим свойствам не отличаются от препаратов, выделенных известными раньше методами. Трихлорацетат аммония безвреден для растений, не влияет на клетки животных и человека.

«Число ученых растет, и выделение РНК приобретает массовый, промышленный характер. В связи с этим на первый план выходит экологичность выбираемого метода», — комментирует Юрий Дрыгин.

Коллектив ученых надеется, что в ближайшем будущем результаты их исследований будут применяться при диагностике массовых заболеваний растений и животных и способствовать быстрой борьбе с инфекциями.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

04.05.2016

18:37

Ученые создали конструкции для стимуляции роста сосудов в тканях

Группа ученых из России и Китая разработала конструкции, которые могут использоваться для стимуляции роста сосудов в тканях, пораженных ишемией. Статья опубликована в журнале Stem Cell Research and Therapy.

Ученые создали тканеинженерные конструкции, называемые «клеточными пластами». С их помощью возможна стимуляция роста сосудов и регенеративных процессов в тканях, страдающих от ишемии. По словам одного из авторов работы Павла Макаревича (МГУ имени М.В. Ломоносова), из результатов был сделан вывод о возможности разработки нового метода регенеративной медицины, основанного на использовании клеточных пластов как эффективного биоматериала, не содержащего синтетических и ксеногенных компонентов.

Полученные результаты вносят вклад в регенеративную медицину, а разрабатываемые на его основе методы формирования тканевых протезов и тканевых эквивалентов могут стать в ближайшем будущем (на протяжении трех-пяти лет) ключевой технологией для лечения ожоговых дефектов, трофических язв и иных дефектов, заболеваний сердца, ишемии конечностей и других распространенных заболеваний, для которых практически исчерпаны возможности существующих методов лечения.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

29.04.2016

14:34

Химики создали уникальные нанокапсулы для адресной доставки лекарств

Международная группа исследователей при участии физиков из МГУ имени М.В. Ломоносова разработала совершенно новый тип носителя лекарств для их адресной доставки к больному органу – гелевые нанокапсулы с двойной оболочкой. Результаты работы ученые опубликовали в журнале Scientific Reports.

Исследование пока носит фундаментальный характер. Однако один из авторов исследования Игорь Потемкин (профессор кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ) утверждает, что в ближайшие годы на основе этой работы станет возможным создание нанокапсул, которые будут идеальными носителями для адресной доставки лекарств, а их производство будет относительно дешевым.

Для этого ученые решили использовать структуры, которые ранее практически не исследовались, – гелевые нанокапсулы. Основной проблемой, прежде резко снижавшей интерес к ним, было то, что такие капсулы, едва появившись, тут же слипались со своими соседками при попытке «загрузки» их лекарствами, что делало доставку невозможной (или малоэффективной). Ученым удалось решить эту проблему, создав носитель, внутренняя полость которого, словно яйцо с двумя скорлупами, окружена двумя оболочками разного химического состава. Внешняя пористая оболочка играет защитную (стабилизирующую) роль и препятствует слипанию нанокапсул, а поры внутренней оболочки могут открываться и закрываться в зависимости от температуры за счет изменения взаимодействия между ее мономерными звеньями.

В момент заполнения полости поры открыты, и лекарство всасывается в нее, как в губку, затем температура меняется, поры внутренней оболочки закрываются — и лекарство отправляется в путь. В дальнейшем поры смогут открыться вновь только там, где это позволит температура.

Приготовление двухслойных капсул в этом эксперименте сводилось к послойному синтезу двух полимерных оболочек разного химического состава вокруг ядра из оксида кремния, а по окончании синтеза это ядро химическим образом растворялось, оставляя вместо себя пустое пространство.

На данном этапе работа носила чисто фундаментальный характер и была предназначена в первую очередь для демонстрации эффективности концепции. Эксперименты проводились в диапазоне температур 32–42°C. Это несколько больше диапазона температур, благоприятных для человека, хотя в дальнейшем, утверждает Игорь Потемкин, этот диапазон легко можно будет сузить.

Игорь Потемкин уверен, что в любом случае созданные исследовательской группой наноконтейнеры представляют собой идеальные носители для адресной доставки лекарств. Более того, их синтез не отличается сложностью и относительно дешев. Хотя на данном этапе исследований его конкретную стоимость назвать сложно, в планах коллаборации уже сейчас стоит создание крупнотоннажного, приемлемого с коммерческой точки зрения, производства микрогелей.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

26.04.2016

12:13

Ученые нашли потенциальную цель для революционных антибиотиков

Международная группа ученых при участии исследователя из МГУ имени М.В. Ломоносова выяснила, с помощью какого фермента кишечной палочке удается дышать. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Виталий Борисов, один из авторов работы, поясняет, что для дыхания кишечная палочка использует особые ферменты, которые отсутствуют в организме человека. Это значит, что открытие ученых может способствовать созданию новых лекарственных препаратов, которые будут губительно действовать на бактерии, не причиняя вреда человеку.

Бактерия кишечной палочки (E. coli) живет в желудочно-кишечном тракте, где вырабатывается много сероводорода, ослабляющего митохондриальное дыхание. Свободный сероводород подавляет работу цитохромоксидазы. Его концентрация в сотни раз превышает минимально необходимую концентрацию для существенной блокировки этого фермента. Казалось бы, это должно означать, что «дышать» бактерия E. сoli не может, но вопреки всему бактерия почему-то выживает в кишечнике. Исследователи предположили, что дыхание в присутствии сероводорода все-таки возможно, но благодаря другой оксидазе. Дело в том, что дыхание у людей и бактерий происходит по-разному. Каждая клетка нашего организма «дышит» благодаря работе только цитохрома-с оксидазы, других у нас нет. А у бактерии кишечной палочки есть оксидазы двух типов: цитохромоксидаза типа bo (аналог «человеческой» цитохром-с оксидазы) и совершенно другие цитохромы-bd.

«Наша гипотеза заключалась в том, что оксидазы типа bd (bd-I и bd-II) более устойчивы к ингибированию сероводородом, чем цитохромоксидаза типа bo», — комментирует Виталий Борисов.

В результате проделанной работы гипотеза полностью подтвердилась. Открытие может быть использовано в будущем для создания медицинских препаратов, регулирующих микрофлору кишечника и избавляющих его от вредных бактерий. Поскольку клетки человека не содержат оксидаз типа bd, становится актуальным вопрос о возможности борьбы с болезнетворными бактериями, не причиняя вреда человеческому организму. К примеру, вызывающая туберкулез бактерия, главным мембранным ферментом которой также является оксидаза типа bd, быстро приобретает устойчивость к классическим антибиотикам. Благодаря настоящему исследованию появилась перспектива создания нового типа антибиотиков, «перекрывающих кислород» только клеткам вредных бактерий, а не клеткам человека.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

25.04.2016

14:15

В центре Москвы обнаружены две уникальные надгробные плиты XVI века

Ученые Института археологии РАН при раскопках в Высоко-Петровском монастыре в центре Москвы обнаружили две уникальные надгробные плиты начала XVI века – эта находка позволила разрешить целую серию исторических загадок и уточнить дату начала строительства первого в монастыре каменного собора, возведенного итальянским архитектором Алевизом Новым, сообщает пресс-служба Института археологии РАН.

Высоко-Петровский монастырь (расположенный на углу Петровки и Петровского бульвара) основал в XIV веке митрополит Киевский и всея Руси Петр, который перенес митрополичью кафедру из Владимира в Москву. В ходе раскопок ученые обнаружили две надгробные плиты, датированные 31 июля 1512 года, эпохой царствования Василия III.

«Это большая удача. В России самые древние надписи на плитах известны только с конца XV века, и целые надписные плиты начала XVI века очень редки. Особенно удачно, что эти плиты лежат на своих местах, над могилами, что совсем редкость, причем некоторые надписи сохранились целиком», — говорит руководитель раскопок Леонид Беляев, заведующий Отделом археологии Московской Руси ИА РАН.

По его словам, эти маленькие капители указывают, что первый каменный собор монастыря, уникальный восьмилепестковый храм, освященный во имя святителя Петра, начали строить не в 1514 году, как считалось ранее, а минимум на два года раньше.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

22.04.2016

20:00

Геологи выяснили, что «медленные землетрясения» формируют кластеры

Международная группа ученых при участии российских исследователей провела первый в мире статистический анализ так называемых «медленных и низкочастотных землетрясений». Результаты этой работы помогут глубже понять сложные тектонические процессы, происходящие в земных недрах. Сообщение об исследовании было опубликовано 22 апреля в журнале Science Advances.

Такие землетрясения не приводят к заметным колебаниям земной поверхности, люди их не чувствуют, а некоторое время назад не чувствовали и приборы. Заметить их стало возможным лишь с помощью высокоточных приемников GPS, способных отслеживать микроскопические сдвиги земной поверхности, а также высокоточных современных сейсмографов.

«Если при «нормальных» землетрясениях, происходящих в так называемых зонах субдукции (когда одна тектоническая плита при встрече с другой начинает под нее погружаться), эти плиты проскальзывают одна относительно другой сразу на несколько метров за несколько десятков секунд, то при «медленных землетрясениях» они проскальзывают друг относительно друг друга сантиметров на десять, и это может длиться месяцами», — рассказывает Николай Шапиро (Институт физики Земли в Париже, Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН).

Ученые решили провести статистические измерения и выяснить, есть связь между разными «медленными землетрясениями». Александр Гусев, заведующий лабораторией сейсмологии в Институте вулканологии и сейсмологии ДВО РАН, комментирует полученные результаты: «Создается такое впечатление, что обнаруженные при анализе кластеры низкочастотных землетрясений собираются между собой в более крупные кластеры, а те, в свою очередь, в еще более крупные. Грубым аналогом происходящему можно назвать Сахару, которая малообитаема, но в которой все-таки можно найти проживающие там группы людей. В некоторых местах эти группы образуют поселки, а в совсем уже некоторых такие поселки собираются в города».

На вопрос, почему так происходит, ученые точно ответить пока не могут, но авторы статьи полагают, что обнаруженное ими коллективное взаимодействие низкочастотных землетрясений связано с наличием в зоне разлома «жидких флюидов». По словам Николая Шапиро, в данном случае это может быть вода, которая на глубине приблизительно в 40 км высвободилась за счет преобразования одних минералов в другие.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

22.04.2016

13:26

Создана первая модель распределения серы в атмосфере Венеры

Ученый из МФТИ создал первую модель распределения серы в атмосфере Венеры. С результатами работы можно ознакомиться в журнале Icarus.

Если рассматривать Венеру в обычный оптический телескоп, можно увидеть только желтовато-белый матовый шар. Но если сделать снимок в ультрафиолетовом диапазоне, картина изменится — на диске появятся темные и светлые области, отражающие динамику атмосферы.

«Эти детали означают, что где-то в верхнем слое облаков есть вещество, поглощающее ультрафиолетовое излучение. За последние 30 лет выдвигались самые разные гипотезы, что это может быть. Многие ученые считали, что за это ответственны частицы серы. Но теперь нам приходится отказаться от этой гипотезы», — говорит заведующий лабораторией в МФТИ, доктор физико-математических наук Владимир Краснопольский, автор работы.

Исследователь представил первую фотохимическую модель образования частиц серы в облаках Венеры. В ней, в частности, были учтены некоторые процессы распада соединений серы под действием света, не рассматривавшиеся в предыдущих моделях, и построен профиль концентрации серного аэрозоля на различных высотах.

Оказалось, что аэрозоль из серы находится преимущественно в нижнем облачном слое, причем его масса составляет примерно десятую часть этого слоя, и он не виден снаружи. Но данные наблюдений в ближнем ультрафиолете, полученные советской межпланетной станцией «Венера-14», говорят о том, что поглощение в этом диапазоне происходит в верхнем слое облаков на высоте около 60 км. Это значит, что серный аэрозоль не может быть причиной поглощения атмосферы Венеры в диапазоне ближнего ультрафиолета.

По мнению ученого, основным «поглотителем» может оказаться хлорид железа (FeCl3), который был обнаружен в атмосфере планеты рентгеновским флуоресцентным спектрометром на борту станции «Венера-12».

Все новости на тему: Открытия российских ученых

20.04.2016

11:47

Биологи выяснили, как подавить устойчивость грибов к антигрибковым препаратам

Исследования ученых из НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ продемонстрировали, как можно подавить устойчивость грибов к антигрибковым препаратам. Результаты работы, которая может послужить основой для разработки эффективных антигрибковых фармакологических композиций, опубликованы в журнале FEMS Yeast Research.

Ученые все чаще обнаруживают штаммы патогенных грибов, устойчивые к известным антимикотикам (противогрибковым препаратам). К появлению устойчивости приводят мутации, которые препятствуют действию антимикотика и тем самым дают их владельцам большое преимущество. Одни мутации дают устойчивость только к отдельным антимикотикам, а другие — сразу к большому их списку. Этот эффект получил название «множественная лекарственная устойчивость». Как правило, она связана со сверхактивацией так называемых ABC-переносчиков (мембранных ферментов, выкачивающих нежелательные вещества из клетки). Обычно переносчики в клетке работают с ограниченным набором молекул, но некоторые из них могут выбрасывать из клетки многие вещества. Работа посвящена подходу, позволяющему сделать работу именно таких ABC-переносчиков неэффективной, чтобы они не препятствовали доставке антигрибковых препаратов внутрь клетки.

Эксперименты проводились на клетках пекарских дрожжей. К клеткам дрожжей, наряду с токсичными для грибов соединениями, добавляли флуоресцентные пигменты алкил-родамины, которые интенсивно светятся при облучении. Ученые попытались проследить, как распределение пигментов может быть связано с их возможностью «помочь» лекарству убить грибок.

Группа ученых установила, что самым эффективным из исследованных красителей оказался октил-родамин. Алкил-родамины активно выбрасываются ABC-переносчиками из клетки, но поскольку эти соединения крайне гидрофобны, то они сразу же после этого захватываются клеткой обратно. В результате ABC-переносчики оказываются обманутыми: они полностью заняты выкачиванием алкилированных родаминов и у них уже не хватает мощности, чтобы выкачивать вредные для клеток лекарства типа клотримазола.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

19.04.2016

19:14

Геологи установили, что Сибирь и Северная Америка были одним континентом

Недавние исследования международной группы ученых показали, что Сибирский и Североамериканский кратоны были близкими соседями в протерозое, составляя общий континент, существовавший на протяжении около 1,2 млрд лет. Статья опубликована в журнале Nature Geoscience.

По предположению ученых, на Земле существовали докембрийские суперконтиненты Нуна (Колумбия) (1,7–1,3 млрд лет назад) и Родиния (1,1–0,7 млрд лет назад). Однако о расположении геоблоков земной коры в пределах этих суперконтинентов до настоящего времени имелось крайне мало достоверной информации.

Процессы образования и распада континентов и суперконтинентов маркируются масштабными, преимущественно базальтовыми магматическими извержениями, охватывающими миллионы квадратных километров, которые называют крупными магматическими провинциями. Крупные магматические провинции состоят из вулканических пород, в основном наиболее глубинных пород Земли. Наблюдения многоступенчатого распада Пангеи (последнего суперконтинента) показывают, что крупные магматические провинции играют ключевую роль в континентальных распадах.

Ученым удалось обосновать четыре возрастных соответствия между континентами, зафиксированными крупными магматическими провинциями с возрастами 1870 млн, 1750 млн, 1350 млн и 720 млн лет, а также несколько дополнительных корреляций возрастов, которые указывают на то, что Южная Сибирь и Северная Лаврентия были, вероятно, близкими соседями на протяжении около 1,2 млрд лет, формируя единый континент площадью более 25 млн кв. км.

«Принципиальная важность полученных результатов заключается в том, что впервые в мире надежно обосновано существование единого континента, включавшего в себя Североамериканский и Сибирский кратоны, который выступал в качестве своеобразного «ядра», вокруг которого на различных этапах геологической истории Земли были сформированы два докембрийских суперконтинента: Нуна (Колумбия) и Родиния», — комментирует Дмитрий Гладкочуб, директор Института земной коры Сибирского отделения РАН и один из авторов работы. Помимо этого, крупные магматические провинции обычно связывают с месторождениями никеля, меди и платиноидов. Это может означать, что подобные крупные месторождения могут быть обнаружены и в Сибирском кратоне.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

18.04.2016

17:56

Ученые выяснили, как можно контролировать работу клеток сердца при помощи лазера

Ученые из лаборатории биофизики возбудимых систем МФТИ выяснили, как можно контролировать поведение клеток сердечной мышцы — кардиомиоцитов — с помощью излучения лазера. Это исследование поможет лучше понять механизмы работы сердца, а в перспективе даст способы борьбы с аритмией. Работа опубликована в журнале PLоS ONE.

Сбои в работе сердечной мышцы, в частности, нарушения сердечного ритма, аритмия — одна из самых распространенных кардиологических патологий. Для изучения этого типа сердечных расстройств очень важно иметь возможность создать «аритмию в пробирке», что и помогает сделать вещество azoTAB (бромид триметиламина азобензола).

Его молекула состоит из двух бензольных колец, соединенных перемычкой из двух атомов азота. Если молекулу облучить ультрафиолетом, бензольные кольца меняют положение относительно друг друга, «складываются», а действием видимого света первоначальная конфигурация восстанавливается. Таким образом, молекула azoTAB может существовать в двух вариантах, переключаясь между ними под действием излучения.

Исследователи «научили» молекулы azoTAB управлять кардиомиоцитами, так что одна (пассивная) конфигурация не препятствовала произвольным сокращениям, а другая (активная ) их выключала. С помощью устройства, напоминающего проектор с лазером вместо лампы, ученые создавали в каждой точке нужную концентрацию активной формы azoTAB. Таким образом они могли управлять кардиомиоцитами в каждой конкретной точке сердца. Однако механизм действия azoTAB на клетки оставался неясен.

Теперь ученые сумели объяснить, как разные формы azoTAB влияют на кардиомиоциты: оказалось, что активные и пассивные формы этого вещества влияют на пропускную способность кальциевых и натриевых каналов клеток сердечной мышцы. Как полагают авторы исследования, в будущем это открытие позволит более эффективно лечить аритмию.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

18.04.2016

11:48

Ученые создали уникальный лазер для лечения глаз

Группа ученых из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Белорусского национального технического университета создала уникальный лазер, который является компактным источником излучения с длинами волн, безопасными для человеческого глаза. Разработка может применяться в медицине, коммуникационных системах, а также в научных исследованиях. Работы ученых опубликованы в журналах Journal of Crystal Growth и Optics Letters.

Излучение спектральной области 1500–1600 нм является условно безопасным для глаз и привлекает внимание для практического применения в медицине, дальнометрии, системах связи и оптической локации. Такая особенность обусловлена, во-первых, тем, что светопреломляющая система глаза (роговица и хрусталик) обладают достаточно высоким коэффициентом поглощения в этой спектральной области, благодаря чему лишь малая доля падающей энергии достигает чувствительной сетчатки. Во-вторых, излучение в области 1500–1600 нм обладает малыми потерями при прохождении через атмосферу. На сегодняшний день среди источников излучения в указанном спектральном диапазоне наибольшее практическое распространение получили твердотельные лазеры на основе фосфатных стекол с ионами Er (эрбия) и Yb (иттербия). Такие стекла отличаются относительной простотой, компактностью и возможностью работы в режиме модулированной добротности, необходимом для получения импульсов короткой длительности.

Основной недостаток, ограничивающий применение эрбиевых фосфатных стекол в системах с непрерывной диодной накачкой, — низкая теплопроводность матрицы. Для снятия таких ограничений можно использовать кристаллические матрицы, содержащие ионы Er и Yb.

Ученые создали особую технологию выращивания кристаллов GdAl3(BO3)4, активированных ионами Er и Yb. Такой монокристалл характеризуется рекордным значением теплопроводности и высокой термохимической стабильностью (разрушение при температурах 1280°C, устойчив в агрессивных средах), а также механической прочностью).

На основе этих кристаллов был создан лазер — по словам одного из авторов работы Николая Леонюка, этот новый высокоэффективный безопасный для зрения прибор с полупроводниковой накачкой может использоваться в офтальмологии, коммуникационных системах и дальнометрии.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

13.04.2016

11:21

Археологи изучили предметы, изготовленные жившими рядом с Владимиром Homo sapiens

Археологи из МГУ имени М.В. Ломоносова проанализировали изделия из костей и бивней мамонта, обнаруженные на памятнике Сунгирь, выяснив, как населявшие стоянку кроманьонцы обрабатывали твердые органические материалы и изготавливали из них орудия труда и украшения. Работа исследователей опубликована в специализированном сборнике Hugo Obermaier Society for Quaternary Research and Archaeology of the Stone Age.

Сунгирь — верхнепалеолитическая стоянка древнего человека, расположенная у восточной окраины города Владимира. Здесь был обнаружен сложный погребальный комплекс, состоящий из двух могил, в которых находилось по два захоронения. Захоронения сопровождались богатым погребальным инвентарем, в число которого входило большое количество изделий из бивня мамонта – бусы, браслеты, наконечники для копий и мн. др.

Радиоуглеродный анализ, позволяющий определить возраст биологических останков и материалов биологического происхождения, показал, что сунгирским находкам, вероятно, от 28800±240 до 25500±200 лет. По другим данным, возраст памятника составляет около 30 тыс. лет.

По словам Таисии Солдатовой, одного из авторов работы, технологический анализ памятников верхнего палеолита Владимирской области показал, что Сунгирский человек освоил довольно широкий спектр техник обработки костяного материала – ударная техника, продольное и поперечное раскалывание, поперечный облом по предварительному пропилу, резание, пиление и строгание/скобление. Все эти приемы использовались для создания инвентаря из костей, рогов и бивней, то есть можно говорить о достаточно единообразной обработке твердых органических материалов кроманьонцами.

Изучив находки, ученые пришли к выводу, что Сунгирь, вероятно, был базовой стоянкой первобытных людей, в отличие от стоянки Русаниха, расположенной в 8 км от исследуемой территории.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

12.04.2016

09:33

Ученые объяснили необычные свойства «четырехмерного» оксида железа

Международная группа исследователей при участии ученых МГУ имени М.В. Ломоносова исследовала поведение недавно открытого нового оксида железа Fe4O5, сумела описать его необычно сложную структуру и предложила объяснение его столь же необычным свойствам. Сообщение об этой работе опубликовано в последнем номере журнала Nature Chemistry.

Оксид Fe4O5 может быть получен лишь при очень высоких давлениях и температурах, поэтому на земной поверхности он не образуется, а существует вместе с другими оксидами с еще более высоким содержанием кислорода, как сейчас предполагается, лишь на глубинах во многие сотни километров.

Исследовав поведение этого оксида, ученые обнаружили у оксида фазовый переход, очень похожий на переход Вервея в магнетите. Отличается он тем, что происходит при других температурах, и образующаяся при этом структура имеет намного более сложную конфигурацию.

«Мы обнаружили, — комментирует Артем Абакумов, — что здесь, как и в магнетите, при охлаждении ниже критической температуры примерно в 150 К тоже образуется довольно необычная структура. Это нечто среднее между классическими волнами зарядовой плотности с образованием димеров (цепочка из пар атомов железа с укороченным межатомным расстоянием) и картиной с тримеронами, наблюдаемой у магнетита. В случае с Fe4O5 она оказалась очень сложной, то, что называется «несоразмерно модулированной структурой», — в ней невозможно выделить трехмерную периодичность и можно описать как периодичную только в пространстве более высокой размерности, в данном случае «четырехмерном» пространстве. «Четырехмерность» такой структуры, конечно, не говорит о реальном существовании этого оксида в четырех измерениях, это просто технический подход к математическому описанию такой сложной упорядоченности».

Особый интерес ученых к Fe3O4 объясняется также тем, что магнетит относится к классу так называемых мультиферроиков — материалов, в которых одновременно наблюдается два вида упорядочения: магнитное и электрическое. Если эти упорядочения связаны между собой, то, воздействуя магнитным полем на материал, можно менять его электрическую поляризацию и, наоборот, менять его намагниченность, воздействуя электрическим полем. По словам Артема Абакумова, Fe4O5 интересен не только для фундаментальной науки, но и с точки зрения практического применения: его можно использовать в качестве датчиков, например сенсоров магнитного поля.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

04.04.2016

15:05

Ученые выяснили, когда в организме возрастает количество реактивных форм кислорода

Международная группа ученых при участии исследовательницы из МГУ имени М.В. Ломоносова показала, в каких условиях в организме выделяется больше супероксида — опасной формы кислорода, способной разрушать ДНК. Статья опубликована в журнале Free Radical Biology and Medicine.

У людей мутации в гене, кодирующем белок DHTKD1, сопутствуют многим неврологическим заболеваниям, а на молекулярном уровне — накоплению продуктов распада аминокислот лизина и триптофана и свободных радикалов. Структура белка DHTKD1 похожа на структуру фермента 2-оксоглутаратдегидрогеназы, который может производить супероксид — опасную форму кислорода, способную разрушать ДНК. Он образуется в качестве «побочного продукта» работы митохондрий — «энергетический станций» клетки. Борется клетка с «ядовитыми» формами кислорода с помощью антиоксидантов (веществ, препятствующих окислению) и белков системы антиоксидантной защиты.

Нехватка аминокислот может снижать синтез ферментов (белков, ускоряющих конкретные химические реакции в организме). Так, недостаток аминокислот лизина и триптофана может вызвать физические, неврологические и умственные расстройства и даже привести к летальному исходу. Эти аминокислоты относятся к незаменимым и синтезироваться в организме человека из других веществ не могут, поэтому должны поступать с пищей.

2-аминоадипат и 2-оксоадипат — вещества, образующиеся при расщеплении лизина, триптофана и гидроксилизина (точнее, их L-форм, закрученных влево, — в таком виде существуют почти все аминокислоты, входящие в состав белков). Недавно ученые нашли связь между повышенным содержанием в моче пациентов 2-аминоадипата и 2-оксоадипата и мутациями в белке DHTKD1. Это подтверждает обоснованную исследователями из МГУ ранее гипотезу, что белок-фермент, закодированный в DHTKD1, окисляет 2-оксоадипат. У некоторых пациентов высокие уровни 2-аминоадипата и 2-оксоадипата тяжело диагностировать, и расстройства протекают без симптомов. Поэтому связать конкретные мутации с заболеваниями не получается.

«Помимо решения конкретных задач по характеристике источников генерации вредных побочных продуктов жизнедеятельности, научная ценность работы состоит в демонстрации существующего уровня понимания живых систем, достигнутого в фундаментальных исследованиях. В данном случае такой уровень позволил не только интерпретировать содержащуюся в геноме информацию с точки зрения биохимических функций, но и правильно предсказать поведение биохимической системы (митохондрий) в тех или иных экспериментальных условиях», — комментирует результаты работы Виктория Буник.

В настоящее время работа по характеристике этого нового комплекса продолжается в связи с обнаруженными у человека мутациями.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

01.04.2016

15:02

Физики впервые в мире напрямую измерили щели «невозможных» сверхпроводников

Группа российских ученых, возглавляемая физиками из МГУ имени М.В. Ломоносова, впервые в мире сумела достоверно и напрямую измерить энергетические щели целой серии сверхпроводников, в первую очередь содержащих железо. По словам Светослава Кузьмичёва, возглавляющего это исследование, результаты позволят снять некоторые вопросы, касающиеся возникновения сверхпроводимости в железосодержащих материалах. Статья была опубликована в журнале Journal of Superconductivity and Novel Magnetism.

В этом эксперименте физиков в первую очередь интересовало измерение характеристик двух энергетических щелей (их еще называют зонами или параметрами порядка), под которыми понимается диапазон энергий (или, что то же самое, температур), при которых в материале возникает сверхпроводимость. Ученые рассчитали особенности температурного поведения двух сверхпроводящих щелей для целого спектра железосодержащих сверхпроводников и «нежелезного» диборида магния (с частичным замещением магния на алюминий), затем впервые в мире провели прямые экспериментальные измерения этих зависимостей и в результате обнаружили хорошее соответствие между своими расчетами и данными измерений. К тому же им удалось оценить, что вносит в формирующуюся в них сверхпроводимость наибольший вклад – межзонное или внутризонное спаривание. Иначе говоря, они выяснили, насколько сильной связью обладают куперовские пары, которые создаются объединением электронов из одной и той же зоны и из разных. По словам Светослава Кузьмичёва, это особенно важно для понимания механизмов «железной» сверхпроводимости.

Физик надеется, что эта работа несколько прояснит ситуацию с возникновением «железной» сверхпроводимости — до недавнего времени считалось, что железосодержащие сверхпроводники вообще не могут существовать. И хотя на сегодня в отношении критических температур эти сверхпроводники пока уступают купратам – если максимальная температура перехода в сверхпроводящее состояние, зафиксированная на пленках железа с селеном, составляет примерно 85К, то для медных сверхпроводников она доходит до 135 К, – главным достоинством «железных» сверхпроводников Кузьмичёв считает очень высокую плотность тока, которую они могут пропускать.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

24.03.2016

18:45

Особые методики российских психологов улучшат профессиональную подготовку футболистов

Психологи из МГУ имени М.В. Ломоносова выяснили, как можно повысить уровень игры футболистов, если внимательно отнестись не только к физической подготовке, но и индивидуальным особенностям восприятия и поведения игроков. Исследование было представлено на международном конгрессе International Congress of Sciences and Football «Image, Multimedia & New Technologies», а также опубликовано в сборнике Proceedings of the International Congress of Sciences and Football «Image, Multimedia & New Technologies».

Для проведения экспериментов психологи пригласили две футбольные команды, одна из которых состояла из профессиональных игроков, а другая — из игроков полупрофессионального уровня. Уделяя основное внимание особенностям внимания, памяти и реакции футболистов, ученые не забывали тестировать и физические данные.

Психологи совместно с физиологами Москомспорта наблюдали за изменением состояния футболистов в процессе выполнения тестов аэробных и анаэробных способностей. Исследователи предположили, что физическая подготовленность игроков и способность к эффективному распределению внимания, реакции и координации могут быть взаимосвязаны.

Один из авторов работы — Алена Грушко рассказала, что для проверки когнитивных способностей игроков ученые использовали большое количество специально разработанных аппаратов. Так, один из них представляет собой табло со световыми датчиками. Мигающие точки постоянно сменяют друга на разных участках прибора, и спортсмену необходимо быстро отреагировать на появившийся стимул нажатием на кнопку — таким образом измеряется реакция спортсмена. Чтобы определить способность футболистов распределять внимание, ученые предложили им пройти тест «Красно-черные таблицы». Суть испытания заключается в следующем: на бланке в случайном порядке расположены красные числа от 1 до 25 и черные — от 1 до 24. Психологи изучали время, за которое игрок сначала находил черные числа в порядке возрастания, а затем красные по убыванию.

После проведения комплексного исследования ученые смогли получить следующие данные: футболисты, имеющие не очень хорошую зрительную память или не слишком развитое внимание, все равно могут достигать высоких спортивных результатов за счет развитых анаэробных способностей — выполнения «взрывных», высокоскоростных действий. Обратная взаимосвязь также прослеживается: развивая внимание, футболист сможет компенсировать невысокую скорость передвижения на поле. Исследователи заключают, что для повышения спортивных результатов зрительное внимание необходимо развивать прежде всего у высокоскоростных спортсменов — нападающих и крайних полузащитников.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

23.03.2016

17:24

Биологи выяснили, что тепловой стресс вызывает клеточное старение

Группа российских ученых при участии исследователей из МГУ имени М.В. Ломоносова выяснила, что испытываемый клетками кратковременный тепловой стресс приводит к индукции клеточного старения. Исследованные молекулярные механизмы стресс-индуцированного старения клеток могут помочь в разработке новых подходов для лечения раковых заболеваний.

Тепловой шок (или стресс) — один из наиболее изученных факторов клеточного стресса, но о его отсроченных эффектах известно немного. Согласно двум статьям российских ученых (статья в журнале Nucleic Acids Research была дополнена статьей в журнале Cell Cycle), тепловой шок наиболее сильно сказывается на клетках, находящихся в ранней синтетической фазе, и вызывает не только кратковременную остановку удвоения ДНК, но и гораздо более тяжелые последствия.

«Мы показали, что острый тепловой стресс индуцирует клеточное старение в нормальных и раковых клетках человека, находящихся в ранней S-фазе клеточного цикла в момент воздействия. Мы идентифицировали механизм активации клеточного старения тепловым стрессом. Причиной индуцированного тепловым стрессом клеточного старения являются персистирующие (существующие постоянно) сигналы о повреждении ДНК, связанные с образованием сложнорепарируемых двухцепочечных разрывов ДНК», — сообщает Сергей Разин, заведующий кафедрой молекулярной биологии МГУ и заведующий лабораторией Института биологии гена РАН, доктор биологических наук и член-корреспондент РАН, соавтор обеих статей.

Еще одним интересным результатом этой работы, по словам Сергея Разина, является «демонстрация того, что генетически идентичные клетки могут очень сильно отличаться как по степени устойчивости к разным экзогенным стрессовым факторам, так и по реакции на такие воздействия».

Значение исследований в этой области двояко. С одной стороны, ученые стремятся предотвратить старение здоровых клеток: помочь им защититься от стресса и не выходить из строя как можно дольше (конечно, в рамках, определенных их функциями). С другой стороны, запуск клеточного старения помогает бешено делящимся раковым клеткам перестать это делать. Поэтому при терапии онкологических заболеваний важно заставить клетки с дефектным геномом прекратить делиться и плодить лишние сущности. По словам ученых, результаты этой работы могут составить основу для оптимизации существующих протоколов одновременного применения гипертермии и химиотерапевтических агентов для лечения онкологических заболеваний.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

19.03.2016

10:29

Физики детально изучили сверхпроводящий переход в сероводороде при высоких давлениях

Физики из Химического института им. Макса Планка (Германия) под руководством Александра Дроздова и Михаила Еремца предложили новый метод измерения сверхпроводимости при высоком давлении, который позволил им детально исследовать сверхпроводящий переход в сероводороде под давлением 153 ГПа. Работа ученых опубликована в журнале Science.

В августе прошлого года группа Михаила Еремца установила новый мировой рекорд по максимуму температуры для сверхпроводников. Им удалось превратить сульфид водорода в сверхпроводник под давлением около 200 ГПа (около 2 млн атм) и при температуре 200 К (-70 °C). За это выдающееся достижение журнал Nature назвал Михаила Еремца в числе самых ярких фигур научного мира в 2015 году.

В своей последней работе ученые неопровержимо доказали, что сильно сжатый сероводород является сверхпроводником II рода с высокими критическими параметрами: сверхпроводящее состояние присутствует в нем вплоть до температуры 140 К.

«В экспериментах при давлениях выше 100 ГПа основная сложность связана с микроскопическими размерами образца, помещенного в камеру высокого давления, — рассказывает один из авторов исследования Иван Троян. — Мы поставили цель придумать метод, который бы наглядно и убедительно демонстрировал сверхпроводящие свойства образца при давлении 150 ГПа подобно тому, как это представлено на фотографии, показывающей парящий над платформой из сверхпроводника магнит.

В нашей работе предложен и реализован новый метод, который позволяет установить факт выталкивания сильного магнитного поля из объема сверхпроводящего сероводорода при давлениях мультимегабарного диапазона».

Эффект Мейснера является другим характерным свойством сверхпроводников помимо нулевого сопротивления: при переходе находящегося в магнитном поле вещества в сверхпроводящее состояние магнитное поле вытесняется из объема образца. Наглядной демонстрацией эффекта Мейснера служит левитация магнита над поверхностью охлажденного сверхпроводника в магнитном поле. Именно магнитное поле, вытесненное из объема сверхпроводящего образца, заставляет магнит парить в воздухе.

«Фактически мы померили эффект Мейснера в широком смысле — сверхпроводник является идеальным диамагнетиком, — объясняет Иван Троян. — Изюминка и главная оригинальная идея работы состоит в том, что мы измерили эффект Мейснера с помощью эффекта Мессбауэра — резонансного поглощения электромагнитного излучения ядром атома. Эта идея основана на многолетних исследованиях по эффекту Мессбауэра в отделе ядерных методов и магнитных структур в Институте кристаллографии РАН. Сотрудничество с учеными станции ID18 ESRF и института по химии Макса-Планка (г. Майнц) сделало возможным провести уникальные эксперименты».

Все новости на тему: Открытия российских ученых

18.03.2016

13:38

Ученые смогут создать новые препараты для лечения рака и болезней сосудов

Клеточные биологи из МГУ открыли неизвестный ранее способ регуляции клеточной подвижности — это открытие позволит разработать новые препараты для терапии онкологических заболеваний или болезней сосудов. Исследование было опубликовано в журнале Cytoskeleton.

Клеточная подвижность определяет множество процессов, жизненно важных для клетки и организма в целом, например эмбриогенез (начальный период развития плода) и ангиогенез (образование новых кровеносных сосудов). Эти процессы требуют реорганизации и поляризации актина (белка мышечных волокон) и микротрубочек — полых цилиндрических структур клеток эукариотов, которые образуют цитоскелет. Цитоскелет служит клетке механическим каркасом, а также обеспечивает клеточное движение — сократительные белки содержатся не только в мышечных, но и прочих тканях живых организмов.

Ученые выяснили, что регулятором подвижности клеток является протеинкиназа LOSK (Long Ste20-like Kinase): оказалось, что LOSK способна регулировать внутриклеточное распределение динактина — сложного белка, необходимого в том числе для внутриклеточного транспорта. Динактин регулирует активность динеина и его связывание с микротрубочками и с центросомой.

Доктор биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского Антон Бураков прокомментировал: «Главный результат работы состоит в том, что нам удалось разделить две независимые цепочки событий, запускаемые белком SLK/LOSK, и показать, что один процесс приводит к построению радиальной звезды микротрубочек, а другой — к направленному перемещению клеток. До этого считалось, что направленное движение клеток напрямую зависит от архитектуры микротрубочек. Помимо упомянутых ранее процессов эмбриогенеза и ангиогенеза от клеточной подвижности зависят процессы канцерогенеза, заживления ран и иммунного ответа. Микротрубочки же являются мишенью для митостатиков — препаратов, используемых при терапии раковых заболеваний. Вывод работы состоит в том, что регуляция движения клеток осуществляется независимо от регуляции работы центра организации микротрубочек».

В результате открытия ученых в будущем станет возможным создание новых препаратов против онкологических заболеваний и болезней сосудов.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

01.03.2016

15:26

Ученые приблизились к созданию неисчерпаемого источника энергии, получаемой из света и воды

Возможность создать практически неисчерпаемый источник энергии, получаемой за счет солнечного света из воды, может появиться в будущем благодаря работе международной группы исследователей при участии российских ученых. С деталями работы можно ознакомиться в журнале Chemical Reviews.

Авторы исследования выяснили, что наиболее эффективным катализатором для окисления воды в процессе фотосинтеза является широко распространенный в природе марганцевый комплекс. «Фотосинтез переводит свет в энергию с коэффициентом преобразования света в химическую энергию выше 90%, тогда как у солнечных батарей он в среднем составляет 16%, иначе говоря, природная эффективность как минимум в шесть раз выше искусственной, — утверждает один из соавторов статьи профессор, доктор биологических наук Сулейман Аллахвердиев, заведующий лабораторией управляемого фотобиосинтеза Института физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН. — Но для создания искусственных систем фотосинтеза необходимо понять молекулярные основы процессов природного фотосинтеза и сконструировать искусственную фотосинтетическую ячейку. Одна из стадий фотосинтеза — процесс расщепления воды, и этот процесс регулируется природными катализаторами, причем везде, в растениях, водорослях, цианобактериях, каталитический комплекс один и тот же. Мы много раз синтезировали различные комплексы и сравнивали их работу с работой природного марганцевого кластера, изучали работы других авторов и в конце концов пришли к выводу, что марганцевый катализатор лучше всех остальных — природа выбрала самый удачный вариант».

Таким образом, комплексы искусственного фотосинтеза в будущем могут стать практически неисчерпаемым источником энергии, получаемой из солнечного света и воды. Впрочем, до их создания еще очень далеко, так как многие проблемы, например построение осуществляющей этот процесс ферментной системы или создание солнечных ячеек на основе природных фотосистем с коэффициентом первичного преобразования энергии фотона в разделенные заряды около 95%, остаются нерешенными. Тем не менее работа исследователей на шаг приблизила ученых к их цели.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

04.02.2016

17:13

Ученые сгенерировали квинтиллионы квинтиллионов случайных чисел

Группа математиков из Научного центра Черноголовки РАН (НЦЧ РАН) разработала библиотеку для генерации псевдослучайных чисел, которая рассчитана на использование в компьютерах завтрашнего дня и которая на самом деле пригодна для работы в сегодняшних системах любого масштаба, начиная от простого ноутбука. Суть новой библиотеки описана ими в статье, которая будет опубликована в мартовском номере журнала Computer Physics Communications.

В мире существует масса случайных процессов, начиная от простого подбрасывания монетки и кончая невероятным множеством физических шумов, таких, например, как космическое излучение, дробовой шум в резисторе, шум, возникающий в счетчиках Гейгера. Однако используются эти шумы довольно редко. Причин тому много, одна из них — опасность грубых атак на устройства, основанные на этом. Поэтому уже давно в технике применяются так называемые генераторы псевдослучайных чисел.

Алгоритмы, на которых строятся эти генераторы, заранее определены и, следовательно, способны генерировать последовательности чисел, которые теоретически не могут быть случайными. Они способны только аппроксимировать генерируемые ими числовые последовательности к по-настоящему случайным. Библиотека псевдослучайных чисел, созданная в Черноголовке, содержит реализации сразу нескольких наиболее современных алгоритмов генерации таких последовательностей, в том числе и алгоритмов, разработанных авторами статьи. Процедуры библиотеки позволяют генерировать до 1019 независимых потоков случайных чисел, что позволяет использовать библиотеку на любых существующих суперкомпьютерах. По словам одного из соавторов работы Льва Щура, заместителя председателя НЦЧ РАН по научной работе, длина этих потоков, на которой гарантируется случайность, вообще астрономическая, она оценивается порядком в 1020–1030 чисел.

По словам Щура, работа библиотеки была проверена на 3 тыс. графических карт, что было в тот момент своеобразным рекордом. Проверка осуществлялась на различных суперкомпьютерах, в том числе на суперкомпьютерах «Келдыш» и «Ломоносов», и на всех этих картах библиотека работала устойчиво. Авторы разработки утверждают, что их библиотека может прекрасно работать при проведении численного моделирования методом Монте-Карло (используемый в компьютерах метод, основанный на получении большого числа реализаций случайного процесса) на системах любого масштаба.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

01.02.2016

18:53

Российские биологи выяснили, как возникают ведущие к раку мутации

Биоинформатики из Института проблем передачи информации им. А.А. Харкевича Российской академии наук (ИППИ РАН) и Университета Женевы смогли доказать, что большинство мутаций, приводящих к развитию 18% раковых опухолей, происходит во время репликации ДНК. Результаты исследования опубликованы в журнале Genome Research.

«Процесс мутирования для различных раков очень специфичен: так, рак курильщиков возникает из-за мутаций, вызванных веществами в сигаретном дыме, а базальная карцинома или меланома — из-за воздействия солнечного света. Однако есть процессы, приводящие к мутациям сразу для множества типов рака, один из основных среди них — это мутации, вызванные активностью белка APOBEC, атакующего одноцепочечную ДНК», — пояснил ведущий автор статьи Владимир Сеплярский.

APOBEC — это белок противовирусной защиты, вызывающий изменения ДНК или РНК вирусов. Однако в раковой клетке он «нападает на своих» и «атакует» человеческую ДНК. Ученым удалось показать, что большинство мутаций, вызываемых APOBEC, происходит во время репликации ДНК, в те недолгие промежутки времени, пока нити ДНК не спарены друг с другом. Цепь ДНК, реплицирующаяся как отстающая, остается одиночной дольше, и на ней случается большинство мутаций, вызываемых APOBEC.

По словам Сеплярского, понимание процессов, происходящих в раковых и соматических клетках, поможет в создании эффективной противораковой терапии.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

28.01.2016

14:49

Российские ученые разобрались в геометрии гистамина

Группа ученых из МГУ имени М.В. Ломоносова впервые изучила молекулы гистамина в газовой фазе с помощью пучка электронов. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics.

Гистамин — биологически активное вещество, участвующее в регуляции многих функций организма. Он ответственен за развитие некоторых патологических состояний, в частности аллергических реакций организма. Аллергическое действие гистамина проявляется, главным образом, в том, что он воздействует на несколько рецепторов, находящихся на поверхности клетки.

«Получить данные о геометрической структуре гистамина очень сложно, — пояснил один из соавторов статьи, доктор химических наук Леонид Хайкин, ведущий научный сотрудник лаборатории газовой электронографии химического факультета МГУ. — Это связано с тем, что в данном случае геометрию отдельных конформеров, составляющих гистамин, определяет очень много факторов, взаимно влияющих друг на друга».

Основным экспериментальным методом, использованным исследователями из МГУ, был метод газовой электронографии, при котором в условиях высокого вакуума тонкий пучок быстрых электронов пропускался сквозь струю пара гистамина. При столкновениях с молекулами гистамина электроны рассеивались, а дифракционная картина рассеяния регистрировалась. Именно по этой картине и стало возможным судить о геометрии молекулы.

В итоге ученым удалось согласовать между собой все имеющиеся экспериментальные и теоретические данные о структуре гистамина. Удалось также теоретически предсказать и экспериментально подтвердить для гистамина механизм так называемой таутомеризации, которая представляет собой спонтанный переход молекулы из одного структурного состояния в другое.

Результаты работы сегодня можно использовать для создания справочных баз структурных и спектральных данных, развития теоретических представлений структурной химии, оценки реакционной способности соединений. Должно пройти, как это часто бывает с результатами из области фундаментальной науки, довольно много времени, прежде чем можно будет говорить об их практическом применении в медицине. Не исключено, что в будущем знания о механизме перехода молекулы гистамина из одного структурного состояния в другое помогут подыскать более эффективные лекарства от аллергии.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

25.01.2016

17:57

Российские ученые выяснили, как синтезируется белок в живой клетке

Ученые из МГУ имени М.В. Ломоносова под руководством Сергея Дмитриева (НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ) прояснили, как живая клетка решает, откуда начать синтез белка. Исследование было опубликовано в журнале Nucleic Acids Research.

Генетическая информация, закодированная в ДНК, реализуется в живой клетке в виде белков. Чтобы синтезировать нужный белок, эту информацию нужно перевести из последовательности нуклеотидов на язык аминокислот. Этот процесс называется трансляцией, и участвует в ней не ДНК, а матричная РНК, на которой находится копия одного конкретного гена. Специальная молекулярная машина (рибосома) движется по матричной РНК и считывает тройки нуклеотидов, каждая из которых кодирует ту или иную аминокислоту.

Сложность заключается в том, что нуклеотиды матричной РНК просто следуют один за другим, и рибосома должна определить, с какого места ей начинать считывание. Если первая тройка нуклеотидов будет выбрана неверно, рибосома начнет синтезировать неправильный белок, который окажется бесполезным или даже токсичным для клетки.

«Для решения этой проблемы существует специальный механизм — рибосомное сканирование, — говорит Илья Теренин, один из авторов работы. — Сначала малая субчастица рибосомы, нагруженная специальными белками, связывается с концом матричной РНК (которую можно сравнить с «ксерокопией» текста, записанного в ДНК: это как бы «инструкция» по сборке белковой молекулы). Затем рибосома начинает перемещаться по мРНК, «просматривая», как на конвейере, один за другим все встречающиеся ей тройки нуклеотидов. Как правило, в качестве точки старта используется тройка нуклеотидов «аденин-урацил-гуанин» (AUG). Когда рибосома находит его, она останавливается и начинает синтез белка. Ранее считалось, что обнаружение AUG — единственное и важнейшее событие, приводящее к началу синтеза с нужной точки, однако мы обнаружили, что это далеко не всегда так».

Когда малая субчастица встречает тройку AUG, она может начать сборку белковой молекулы, а может и не начать. Это зависит от того, какой набор белков-помощников (eIF) будет в ее распоряжении. У эукариотов (организмов с ядром в клетке, к которым относятся и люди) один из самых важных факторов — eIF2. Он вместе с транспортной РНК доставляет клетке все необходимые для синтеза компоненты, происходит гидролиз (разложение) молекулы гуанозинтрифосфата (ГТФ) — это служит сигналом к началу трансляции. Молекула ГТФ связана с eIF2, но сам eIF2 гидролизовать ГТФ не может — для этого ему нужен еще один белок-помощник, eIF5. Наличие eIF5 в необходимой концентрации как раз и определяет, гидролизуется ли ГТФ.

Ученые выяснили, что если гидролиза не произойдет, то малая субчастица проигнорирует кодон AUG и проскользнет дальше. Исследователи назвали этот процесс слайдингом. Открытие слайдинга опровергает устоявшееся мнение, что процесс выбора точки начала трансляции заканчивается на моменте распознавания точки старта синтеза. Решающим событием является не узнавание AUG, а гидролиз ГТФ.

Все новости на тему: Открытия российских ученых

14.01.2016

19:25

Исследование: дрожжи помогут выяснить причины болезни Паркинсона

Ученые с кафедры молекулярной биологии МГУ экспериментально доказали, что биосинтез белка в митохондриях пекарских дрожжей может эффективно проходить без участия компонента, который раньше считался абсолютно необходимым. Исследование было опубликовано в журнале Scientific Reports.

Превращение информации, записанной в генах на языке нуклеотидного шифра, в материальную работающую структуру — белок — происходит в несколько этапов. Сначала генетический код переписывается с молекулы двуцепочечной ДНК, находящейся в ядре, на более короткую одноцепочечную матричную РНК. Затем РНК выходит через поры в ядерной оболочке в цитоплазму, где происходит трансляция — сборка белка из аминокислот, каждой из которых соответствует несколько вариантов трехбуквенного кода матричной РНК.

Считывает этот код состоящая из двух субъединиц структура — рибосома, а доставкой строительного материала — аминокислот — занимаются специальные транспортные РНК. Присоединив аминокислоту, рибосома сдвигается на один «шаг» (следующие три буквы) по цепи РНК. Существуют специальные молекулы, дающие рибосоме команду сомкнуть две свои части на РНК и начать работу. Эти белки называются факторами инициации трансляции.

У прокариот (организмов без ядра) их всего три: IF1, IF2, IF3. Эукариоты (ядерные организмы, к которым относятся и люди) устроены гораздо сложнее и имеют более 20 факторов инициации трансляции. Особняком в этом списке стоят митохондрии — органеллы, выполняющие роль энергетической станции эукариотических клеток. Они имеют свою ДНК, отличающуюся от ядерной, и собственные рибосомы, более похожие на бактериальные. Поскольку митохондрии ближе к прокариотам, предполагалось, что и трансляция у них происходит сходным образом. До недавнего времени были открыты три фактора инициации трансляции (mtIF1, mtIF2 и mtIF3), аналогичные прокариотическим.

Эксперимент исследователей из МГУ, который должен был лишь доказать, что без третьего фактора инициации трансляции процесс не запускается (как и во всех известных системах), дал совсем иные результаты: никакой остановки трансляции в дрожжевых митохондриях в отсутствие mtIF3 не произошло. «Биосинтез белка в этих условиях шел в целом примерно с той же эффективностью, что и в нормальных дрожжевых митохондриях, но был сильно «разбалансирован». Другими словами, некоторых митохондриальных белков в отсутствие mtIF3 действительно становилось меньше, зато количество других вырастало в несколько раз!» — утверждает один из авторов работы Петр Каменский.

Таким образом, ученым удалось доказать, что биосинтез белка может эффективно проходить без участия компонента, который раньше считался абсолютно необходимым. Предыдущие исследования показали, что мутации, которые дестабилизируют mtIF3, также встречаются у пациентов с болезнью Паркинсона. Это означает, что изучение работы митохондриального фактора инициации трансляции-3 у млекопитающих может помочь дополнить картину молекулярного механизма формирования болезни Паркинсона и найти новые способы ее лечения.

Все новости на тему: Открытия российских ученых