Сообщество - Наука | Научпоп
Наука | Научпоп
4 142 поста 49 186 подписчиков
4148

У тихоходок обнаружилась еще одна суперспособность

У тихоходок обнаружилась еще одна суперспособность Тихоходка, Новости, Супергерои

Крошечные живые существа, тихоходки, обладают набором удивительных свойств. Они с легкостью переносят радиацию, температуру, варьирующуюся от +150 градусов Цельсия до почти абсолютного нуля, а также давление, в шесть раз превосходящее давление у самых глубоких океанских впадин. И к этому набору добавилась еще одна супергеройская способность.


Одно из последних научных исследований, проведенных японскими учеными, показало, что гены тихоходок «проприетарны», то есть эти животные развивались за все время эволюции исключительно своими собственными силами, а не «воровали» свои защитные особенности у других организмов (этот эволюционный процесс называется горизонтальным переносом генов). Благодаря этому тихоходки обладают генами, а также характеристиками, не присущими ни одному другому организму в животном царстве.


В общей сложности наука насчитывает более 1000 видов тихоходок, основная часть из которых проводит свою жизнь ползая по влажным листьям мха или плавая в океанах. Их стремление к путешествию часто приводит к проблемам, поэтому за долгий срок своего существования (ученые считают, что тихоходки появились на Земле около 600 миллионов лет назад) они смогли выработать целый набор защитных средств, позволяющий им сохранять свою жизнь. Как уже указывалось выше, тихоходки без особых проблем выдерживают экстремальные температуры, радиацию, нахождение в космической среде и полную дегидратацию (полное отсутствие жидкости в организме).


Когда тихоходки «высыхают», они втягивают свои лапки и голову внутрь своей прочной оболочки, сворачиваясь в клубок, или, скорее, даже образуя некий кокон, и могут находиться в таком состоянии в течение нескольких десятков лет, пока снова не получат доступ к воде.


https://hi-news.ru/research-development/u-tixoxodok-obnaruzh...

Показать полностью
765

Когда на северном полюсе росли тропические папоротники

История Северного Ледовитого океана до сих пор изучена не многим лучше Луны, и уж точно хуже практически любого другого места на самой Земле.


В этом посте речь об одном интересном событии в истории океана, открытие которого сильно повлияло на представления о климате Земли. Для изучения древнего климата в 2004 году практически около северного полюса была пробурена скважина ACEX (1).

Когда на северном полюсе росли тропические папоротники Земля, Климат, Геология, Наука, Длиннопост

Карта Северного Ледовитого океана. Красная точка - место пробуренной скважины. Совсем рядом с северным полюсом (1).


Изучая осадки накапливавшиеся раньше в центре океана можно было сделать вывод о климате который в то время существовал на Земле. Отдельная тема как происходило это бурение – во время бурения около бурового корабля непрерывно плавали два атомных ледокола круша лед, чтобы он не помешал бурению и не сдвинул буровой корабль с одной точки.

Когда на северном полюсе росли тропические папоротники Земля, Климат, Геология, Наука, Длиннопост

Два ледокола и буровой корабль где-то в центре Северного Ледовитого океана. Вдали российский атомный ледокол Советский Союз, в середине шведский Один и вблизи датский буровой ледокол Vidar Viking  (https://portalen.polar.se)

Эта скважина открыла много всего интересного об истории океана, но сейчас я остановлюсь только на событии Azolla. Что это такое – в осадках возрастом 49 млн. лет оказалось аномально огромное количество спор пресноводных папоротников вида Azolla (1). Сейчас этот папоротник свободно плавает в пресноводных тропических озерах по типу ряски нашей средней полосы.

Когда на северном полюсе росли тропические папоротники Земля, Климат, Геология, Наука, Длиннопост

Так выглядит современный представитель рода Azolla  (ссылка)


Из этого сделали интересные выводы, что в определенный момент времени на поверхности Ледовитого океана периодами накапливался стабильный пласт пресной теплой воды и весь океан цвел как забытый аквариум (2). Сначала на этом интересном выводе исследователи остановились и взяли тайм аут для того чтобы полученную информацию переварить. Нет, о том что в Арктике в это время было тепло знали и раньше (находки остатков пальм и крокодилов в осадках этого возраста уже были известны), но теперь весь океан представлялся в определенный период условно пресным сверху морем изолированным от циркуляции остального мирового океана.

Когда на северном полюсе росли тропические папоротники Земля, Климат, Геология, Наука, Длиннопост

Таким представляется океан в эоцене во время или чуть раньше расцвета Azolla (ссылка).

Обратите внимание что Берингов пролив ещё не существует, а пролив Фрама ещё очень мелководный и узкий. При этом есть мелководный Тургайский пролив проходящий по современной Западной Сибири.


Затем произошел следующий этап переосмысления информации и теперь бедные папоротники оказались виновны в глобальном похолодании! Если заполнить весь Ледовитый океан (в его площадях 49 млн лет назад) "ряской", то окажется что её количества будет достаточно чтобы связать половину CO2 из атмосферы того времени и стать триггером начала глобального похолодания, которое медленно дошло до современных температур (3). То есть Azolla виновата в том, что сейчас жители Архангельска не могут кушать манго с ветки у себя на даче (хотя кто знает как пошла бы эволюция в этом случае). Даже существует некий Azolla Foundation, призывающий всех выращивать Azolla для понижения уровня CO2 в атмосфере.


Этап похолодания для этого времени был известен задолго до бурения скважины, но причины похолодания были под большим вопросом, а теперь нашелся очередной теоретический виновный.

Когда на северном полюсе росли тропические папоротники Земля, Климат, Геология, Наука, Длиннопост

График изменения средней температуры океанической воды на глубине. По оси X - млн.лет. Основной переломный момент с роста на уменьшение температуры как раз совпадает с развитием Azolla в Арктике


Но в марте этого года вышла статья в Scientific reports в которой авторы отчасти снимают с Azolla такие обвинения. Представляя материалы по скважине находящейся в противоположном конце океана они обосновывают что по большей части океан был обычным соленым и ряска, скорее всего, сносилась с суши, а скважина пробуренная на северном полюсе наверное характеризует небольшое сезонно пресноводное озеро, которое может быть и цвело. Дополнительная проблема в том, что рост матов на поверхности воды возможен только в спокойных озерах без существенного волнения, а представить себе отсутствие штормов и даже небольших волн на озере размера Северного Ледовитого океана очень сложно (4).

Так что с окончательным ответом? А его нет:-)

Что мы знаем точно: во-первых в Арктике 49 млн. лет назад было весьма тепло и комфортно, во-вторых откуда-то там брались огромные количества спор папоротников. Росли ли они на поверхности океана, или не росли, или росли на поверхности небольшого озерца около большого океана. Поглотили они огромное количество CO2 из атмосферы и вероломно переломили наш климат из теплого в сторону холодного или просто отцвели и безвестно вымерли, на это однозначного ответа нет. И это даже замечательнее, потому что впереди ещё много нового:-)



P.S. Такие темы заслуживают большего количества информации, но читать её в пределах одного поста наверное будет утомительно. Размер поста прямо пропорционален корректности формулировок, поэтому мне необходимо ваше мнение, делать посты длиннее, информативнее и корректнее или наоборот короче и более неформальные?


Вот статьи если кому интересно:

1)Moran, K., Backman, J., Brinkhuis, H., Clemens, S. C., Cronin, T., Dickens, G. R., ... & Kaminski, M. (2006). The cenozoic palaeoenvironment of the arctic ocean. Nature, 441(7093), 601.

2)Brinkhuis, H., Schouten, S., Collinson, M. E., Sluijs, A., Damsté, J. S. S., Dickens, G. R., ... & Bujak, J. P. (2006). Episodic fresh surface waters in the Eocene Arctic Ocean. Nature, 441(7093), 606.

3) Bujak, J. P. & Bujak, A. The Arctic Azolla Event. Geoscientist 24, 10–15 (2014).

4) Neville, L. A., Grasby, S. E., & McNeil, D. H. (2019). Limited freshwater cap in the Eocene Arctic Ocean. Scientific reports, 9(1), 4226.

Показать полностью 4
2566

Польский рабочий нашел в болоте чудом сохранившийся 600-летний меч

Во время строительных работ экскаваторщик откопал в болоте старинный двуручный меч 14-го века, сообщает Popular Mechanics. Находка была сделана неподалеку от польского города Хрубешув.

Польский рабочий нашел в болоте чудом сохранившийся 600-летний меч Меч, Находка, Наука, Польша

Фото: Wojciech Pacewicz


Меч пролежал 600 лет под водой, но прекрасно сохранился до нашего времени. Меч передали в Музей имени Станислава Сташица. Его директор рассказал, что оружие довольно легкое — всего 1,5 кг, хорошо сбалансировано и идеально подходит для фехтования. Длина меча составляет около 120 см.


На тыльной стороне оружия сохранился знак равностороннего креста, вписанный в форму геральдического щита. По мнению директора музея, это своего рода бренд производителя. Лезвие почти не повреждено, и единственная отсутствующая часть меча — это рукоятка, которая, скорее всего, сделана из кости или дерева.


По словам директора музея, это уникальная находка. Хотя в музейных собраниях есть похожие артефакты, места открытия их часто неизвестны, поэтому такая находка может дать много ценной информации для историков и археологов.


Читать полностью: https://42.tut.by/548537

4520

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году

Не судите, да не судимы будете, ибо каким судом судите, таким будете судимы; и какою мерою мерите, такою и вам будут мерить.
Мф. 7:1

Месяц назад я написал пост о сомнительных утверждениях в судебной экспертизе по делу о строительной пыли в квартире Святейшего патриарха Кирилла. Напомню суть дела. У патриарха русской православной церкви есть скромная обитель в Доме на набережной. В 2010 году святой келье был нанесен существенный ущерб (на 20 млн., как посчитал суд) из-за строительной пыли, которая попала из соседней квартиры, где делался ремонт.

Резонанс вызвали результаты экспертизы, проведенной сотрудниками ИОНХ им. Курнакова, в которой говорилось, что в образцах выявлены наночастицы и опасные соединения. В прошлом посте я обратил внимание на то, что опасными соединениями оказались песок и гипс, а одного из “выявленных” веществ не существует в природе. Также я предположил, что эксперты за наночастицы выдали наноразмерные структуры агрегированные на поверхности микрочастиц. Но это было лишь мое теоретическое предположение.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

И вот меня настигла Господня кара. Внезапно мне выдался случай проверить моё утверждение на практике. В соседней комнате на работе начался ремонт. Ремонт столь интенсивный, что последние дни в коридоре стоит такая дымка, что можно почувствовать себя ёжиком в тумане.

Вот во что превратился диван в коридоре.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Силуэт в виде крыльев ангела это вовсе не чудо Господне, как вы могли подумать, а след от чей-то задницы.


Пыль очень мелкодисперсная. И я решил пойти по стопам экспертов из ИОНХа. Для анализа пыли они использовали электронный микроскоп и энергодисперсионный спектрометр (ЭДС). Тогда я достал свой электронный микроскоп из верхнего ящика тумбочки, настроил окуляры и стал разглядывать пыль на поверхности дивана, ища наночастицы... Конечно, я шучу. Электронный микроскоп весит не меньше моего Ferrari California, а стоит и того больше. Поэтому наш электронный микроскоп прибит гвоздями к полу в специальной комнате. Туда я и отправился. Я взял специальный алюминиевый столик, наклеил кусок проводящей липкой ленты, и аккуратным прикосновением к подлокотнику дивана собрал образец на подложку. А затем, пока начальство опаздывало на назначенное нам совещание, решил таки взглянуть, что же это за наночастицы в строительной пыли нашли сотрудники ИОНХа.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

И что же мы видим? Как я и ожидал пыль представляет собой микрочастицы в диапазоне от 1 до 100 микрон.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Где же наночастицы?

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Давайте приблизим.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Еще немного...

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

И еще чуть-чуть...

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

А вот и наша наночастица диаметром 50 нм. Осторожно! Не смотрите на нее долго. Как мы помним, она негативно влияет на ваше здоровье и может вызвать онкологическое заболевание. Не стоит её провоцировать.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

А еще есть вот такие игольчатые частицы. Вашим легким не понравится, если они воткнутся в клетки вашего бронхиального эпителия. Но не волнуйтесь. Все эти частицы прочно агрегированы на микрочастицах, а потому вряд ли можно рассчитывать на какой-то специфический эффект от них. Но это уже к токсикологам.

Отдельных наночастиц я не обнаружил.


Давайте посмотрим из каких элементов состоят эти частицы. Сила ЭДС, помоги нам!

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Удивительно, но мы видим почти тот же набор элементов, который по всей видимости видели и специалисты ИОНХа: углерод и кислород из карбоната кальция, кремний из оксида кремния и силикатов, титан из рутила. Дополнительно мы наблюдаем примесь железа и калия.


Одна из самых маленьких частиц имеет размер 1 микрон. Давайте исследуем эту небольшую частицу.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Немного увеличим...

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Построим карту распределения элементов...

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Теперь посмотрим на карты по отдельным элементам и…

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Хоть ЭДС не рассчитан на такое увеличение, можно заключить, что это частица оксида железа.


Итак, вывод. Как я и говорил ранее, наночастицы можно найти и на кирпиче. Но преимущественно взвешенная в воздухе мелкодисперсная строительная пыль состоит из частиц в диапазоне размеров от 1 до 100 микрометров. Отдельных наночастиц не обнаружено. Интересно, что каждая из крупных частиц представляет собой смесь сразу нескольких различных соединений: оксиды кремния, титана, железа, карбонаты калия, кальция, магния (не показан на представленных изображениях). Но есть и частицы индивидуальных соединений.


А теперь вопрос к юристам. Как мне теперь отсудить 20 миллионов рублей? Моему Ferrari причинен значительный ущерб.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

А раритетному томику “Ландау, Лившица” боюсь потребуется дорогостоящая реставрация.

Содержит ли строительная пыль вредоносные наночастицы? Или как я оказался в той же ситуации, что и патриарх Кирилл в 2010 году Наука, РПЦ, Патриарх, Нанотехнологии, Микроскоп, Пыль, Ремонт, Длиннопост

Послесловие


- Другой мой пост о наночастицах в истории индейцев майя здесь.

- Мой самый православный пост здесь.

- Мой пост об удивительном сходстве истории американских чероки и российских черкесов.

- Мой Пост о малоизвестном средневековом королевстве в тропической Африке.


Если дойдут руки, то в следующий раз расскажу лайфхак о том, как увидеть наночастицы и молекулы без микроскопа.

Показать полностью 15
977

Даже на Земле марсоход сделал открытие

Даже на Земле марсоход сделал открытие Пустыня атакама, Пустыня, Марсоход, Открытие, Наука, Исследования, Новости

Экспериментальный марсоход Zoe нашел почвенные бактерии в пустыне Атакама в Чили, приспособленные к экстремально засушливому климату. Некоторые из них неизвестны науке, сообщает издание Science Alert.

По словам биолога Стивена Пойнтинга (Stephen Pointing) из колледжа Йельского университета и Национального университета Сингапура, автономный ровер продемонстрировал, что он может извлекать образцы подповерхностной почвы и находить следы жизни в местах с очень суровыми условиями среды. Пустыня Атакама считается самым сухим местом на Земле, и метеостанции в некоторых ее областях никогда не регистрировали дождь.

Марсоход просверлил отверстия глубиной 80 сантиметров, извлек 90 проб и обнаружил, что в некоторых из них содержатся микроорганизмы. С увеличением глубины в микробных сообществах начинают преобладать бактерии, приспособленные к жизни в чрезвычайно соленых и щелочных почвах. На самом дне скважин они заменяются одноклеточными организмами, использующими для выживания метан. Всего были выявлены три основные группы одноклеточных — Chloroflexi, Actinobacteria и Alphaproteobacteria.

Обнаружение микроорганизмов в Атакаме повышает вероятность существования подобных организмов на Марсе. Однако исследователи отмечают, что условия на Красной планете еще более экстремальны. Даже в земной пустыне были найдены участки, где среда оказалась слишком суровой для выживания бактерий.

Источник: lenta.ru

1534

Сделай сам: плазменная установка своими руками

В прошлом году я обещал пост о том, как построить себе экспериментальную установку для исследований в области физики плазмы. Пришла пора выполнять. В посте будет мало физики, объясняемой на пальцах; совсем не будет кулинарных рецептов; зато будет много железяк. Всё будет проиллюстрировано на примере установки СМОЛА, которую автор придумывал и строил последние 4 года.

(Видео: плазма в установке СМОЛА, снятая в пяти разных точках камерой со скоростью съёмки 500 кадров в секунду. Эксперименты пристрелочные — оценивались необходимые поправки магнитного поля в новой конфигурации).

2014 год я встретил в изрядной бюрократической прострации и с опилками в голове от защиты собственной диссертации. Хотелось какого-нибудь свежака, и теоретическая идея с магнитным шнеком от магнитной мясорубки для перекачивания плазмы, предложенная буквально за год до того, выглядела в должной степени безумной. (Об удержании — в предыдущей серии).

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Основная проблема идей от теоретиков — в приписке: «Было б неплохо это как-нибудь проверить». К приписке обычно не прилагается примерного описания того, как именно это сделать. Поэтому берём в руки бумагу (чтобы увязать теоретические безразмерные величины с человеческими сантиметрами и вольтами), пару расчётных пакетов (сначала — считать магнитные поля, потом — тепловые и механические нагрузки), подборку литературы о стеллараторах (для примеров), и начинаем рисовать трубу с винтовым магнитным полем, которая бы заканчивалась парой расширителей. На следующем рисунке показана уже оптимизированная по силе пробок система; видны два винтовых проводника с током и пачка плоских катушек.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Для первой проверки упрощаем всё до предела. В идеале бы скрутить экспериментальную установку на коленке из того, что найдётся в кладовке, но тут такой вариант не подошёл.

В этот момент пока несуществующая установка начинает обрастать ограничениями. Можно сделать размер поменьше, чтобы поместиться на столе. Но тогда придётся повышать плотность плазмы, а это тянет за собой требование на усиление магнитного поля. Больше поле — тяжелее обмотки и больше шкаф с силовым питанием. Короче, установка-то будет на столе, а всё остальное — в паре больших залов.

Можно, наоборот, ослабить энергетику, но у винта из редкой плазмы в слабом поле должен быть метровый шаг и метровый же диаметр. И не построенная пока установка перестаёт куда бы то ни было помещаться.

Здесь повезло: нашлась одна «лёгкая» комбинация из длины (суммарно 6 метров), величины магнитного поля (до 0.3 Тесла) и плотности плазмы (10^19 частиц в кубометре). Шесть метров — это не стол, но это, хотя бы, влезает в комнату. Ещё более удивительный факт: комната нашлась. Совсем не удивительный факт: нашлась она в таком виде:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Предельным везением оказалось то, что на идею в итоге нашлось финансирование. Есть финансирование — есть, из чего строить; нет финансирования — рисуй рисунки. Со второй попытки, в качестве одной двадцатой от глобальной заявки всего института, и с написанными не мной планами и обязательствами, установка вписалась в грант свежесозданного РНФ (российского научного фонда).

Примерно в это же время было придумано и название СМОЛА, в первый раз озвученное в январе 15-го в названии доклада: «Спиральная Магнитная Открытая ЛовушкА: как её построить и не провалить взятые обязательства».

Ну — поехали! Готовые расчёты дают фору на первый год, это пригодится для инженерных и конструкторских дел.

Не буду влезать в поле сообщества «Строительство и ремонт», там есть более компетентные рассказчики на тему электропроектов, стройки и кидания подрядчиками их субподрядчиков. Отсек, в котором не жалко размещать новое оборудование, выглядит так:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Что нам нужно в установке?

Вакуумная система. В кубическом сантиметре плазмы в несколько миллионов раз меньше частиц, чем в кубическом сантиметре атмосферного воздуха. Да и кислород в плазменной системе ничего хорошего не сделает. Для нормальной работы нужно выкачать воздух до давления ниже 0.001 Па (десять миллиардных атмосферы), а лучше — ниже 10^-4 Па (одна миллиардная атмосферы). Рабочей лошадкой для таких давлений в сегодняшней вакуумной технике служат турбомолекулярные насосы. Суть в том, чтобы раскрутить ротор до большой скорости (в самых быстрых насосах, которые я видел — 60 тысяч оборотов в минуту); при этом лопатки движутся с заметной скоростью (~100 м/с на фоне тепловой скорости молекул 300–1500 м/с). Лопатки ротора отвешивают каждой попавшейся на дороге молекуле газа увесистый пинок в сторону выхода; лопатки статора направляют молекулы под такими углами, чтобы они встретились с ротором. Чем выше скорость вращения ротора, тем лучше откачиваются лёгкие газы вроде водорода и гелия. Наглядно — на видео, с 50 секунды.

На СМОЛе стоит пара японских насосов с пиковой производительностью 3000 литров в секунду. Два вот таких бочонка с ротором на магнитном подвесе обеспечивают давление на уровне 3×10^-5 Па, внутри установки остаётся примерно 0.001 миллиграмма воздуха:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

В одиночку, впрочем, такой насос работать не может: для старта нужен вакуум на уровне одной-двух тысячных атмосферы. Если жахнуть по раскрученному ротору воздухом при атмосферном давлении, лопатки с весёлым звоном разлетятся по насосу (впрочем, нет, не весёлым: звон символизирует, что от 300 тысяч до пяти миллионов рублей только что превратились в тыкву). Чтобы откачать бочку от атмосферного давления (100 кПа) до 1 Па, а потом поддерживать этот 1 Па на выхлопе из турбомолекулярных насосов, нужен банальный механический насос, который будет банально сжимать газ в банальном замкнутом объёме. Удобнее всего оказываются спиральные насосы, где газ заперт между двумя скользящими друг по другу спиралями. Суть на иллюстрации:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Для хорошего вакуума, помимо насосов и уплотнения, нужны чистые стенки (да здравствуют спирт и безворсовые ткани). Поверхность нержавейки, помимо прочего, адсорбирует из атмосферы всё подряд. Вакуум будет лучше и чище, если при работающих высоковакуумных насосах напылить на стенки слой титана: свежая титановая плёнка хорошо адсорбирует остаточные газы и, пока полностью не забилась, не выпускает их обратно.

(На фотографии часть плёнки ободрана перчатками при демонтаже железяки).

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Простое решение — нагреть титановую проволочку почти до температуры плавления и подождать пару минут, пока нужное количество испаряется и оседает вокруг.

Радикальное — пустить по титановой палке дугу, и сделать то же самое за десять миллисекунд.

Тут — простое:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Для ускорительных и полупроводниковых дел обычно нужен ещё более глубокий вакуум, там используют полноценную третью ступень из крио- или магниторазрядных насосов.


Дальше — магнитная система. Расчётная картинка с иллюстрации 2 — это красиво, но дальше начинается конструирование и пляски вокруг технологичности изготовления. Это на модельке можно нарисовать провод любой формы, висящий в воздухе; в реальности шина сечением 15 мм² из твёрдой меди ровно наматывается только станком и только по направляющим. «Шуба» сделана из стеклотекстолита и надета на вакуумную камеру, канавка проточена.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Однажды, когда всё железо уже было в производстве, мне показалось страшное: что я упустил число пи в плотности тока в винтовых обмотках. Будь я нормальным безумным учёным, мог бы просто, зловеще хохоча, поднять в пи раз напряжение.

Так нет! механический расчёт летит к чёрту, тепловой расчёт летит к чёрту, запланированная энергетика тоже летит к чёрту!

Адреналина хватило на следующий месяц. При тщательной проверке пи нашлось на своём месте.


Плоские катушки на этом фоне просты: стальной кожух, два блина из медной шины, изоляция.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Для фанатов больших станков фотография того, как рядом вытачивают макет запчасти для ИТЭРа:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Всё перечисленное, будучи изготовленным, с матом, бубном и лазерным уровнем выставляется на положенное место. На следующей фотографии можно заметить, что ноги у бочки растут не оттуда, но это не страшно:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

В обмотки магнитной системы нужно загнать расчётный ток от систем питания. Если осмысленная длительность эксперимента не превышает секунды, а необходимая мощность питания всех систем больше нескольких десятков кВт, то разумнее всего будет заранее накопить нужную энергию. Обычно для этого заряжают конденсаторные сборки, хотя я видел и пару генераторов с маховиками примерно на 50 тонн каждый (уже демонтированы):

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Параметры магнитной системы были при проектировании рассчитаны так, чтобы на установке нигде и никогда не было напряжений больше 1 кВ. При расчётной секундной длительности эксперимента наиболее подходящими батареями неожиданно оказались суперконденсаторные сборки от трамваев, коммутируемые силовыми IGBT-ключами. На столе показаны сборки в сумме чуть больше, чем на 200 кДж:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Важная вещь, которую с трамвая не снимешь и в магазине не купишь: плазменная пушка.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Следующая фотография — вид внутрь пушки со стороны «дульного среза». Фиолетовая шайба диаметром 50 мм — накаливаемый катод из гексаборида лантана (LaB_6), при температуре ~1500°С она эмитирует достаточно большой ток электронов. Между катодом и анодом (медное кольцо по периметру кадра; на предыдущей фотографии к нему припаяна нижняя медная трубка охлаждения) приложено 200 В, которые ускоряют электроны. Магнитное поле не даёт им напрямую попасть с катода на анод. В пространство между ними через 50-микронный капилляр задувается газообразный водород, который и ионизируется ударом электронов.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Получившаяся плазма растекается вдоль силовых линий магнитного поля, проходит через трубу с винтовым полем, после чего, расширяясь, попадает на плазмоприёмник из пяти изолированных друг от друга молибденовых пластин (виват лазерной резке!). Между пластинами можно подавать любые желаемые напряжения, чтобы раскрутить плазму радиальным электрическим полем.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

И, наконец, система управления и сбора данных. Чтобы в эксперименте был смысл, нужно что-нибудь измерить, а чтобы что-нибудь измерить, нужно, например, затолкать в плазму железяку (лучше — вольфрамовую) и измерить, как изменяется со временем ток через неё. В сегодняшних условиях все измеряемые сигналы сразу же оцифровывается. На фотографии — блок АЦП (аналогово-цифровых преобразователей) ИЯФовской же разработки; разрядность оцифровки — 12 бит на каждую точку, измеряет до 50 миллионов точек в секунду на каждый канал. Одна из главных фишек — синхронность измерения все каналов; разброс момента измерения разных сигналов составляет какие-то смешные пикосекунды и на практике считается нулевым.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Все системы запускаются световыми импульсами, раздаваемыми по оптоволокну похожей коробочкой блока синхронизации.

Впрочем, там, где нет особо суровых требований по точности и/или синхронности, можно использовать и более простые вещи.

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Вот, к примеру, блок управления зарядными устройствами, скрученный на копеечной ардуине:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Внешний вид установки на сегодня:

Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост
Сделай сам: плазменная установка своими руками Наука, Физика, Плазма, Своими руками, Самоделки, Техника, Видео, Длиннопост

Раздел благодарностей: чёрта с два бы что-то было сделано без гранта РНФ, конструкторских/производственных мощностей ИЯФа и команды установки СМОЛА.

Все фотографии автора, видео с насосами найдено ютубом.

Показать полностью 21 2
1379

«Великий опылитель»

«Великий опылитель» Наука, Пыль, Песок, Ветер, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

http://elementy.ru/kartinka_dnya/638/Velikiy_opylitel

Прошедшая неделя стала для тропической Атлантики одной из самых пыльных за последние 15 лет. По данным спутниковых наблюдений, анимацию которых вы можете отслеживать с помощью онлайн-сервиса NASA Worldview, во второй половине июня через всю Западную Африку прошел аномально плотный пылевой плюм, вызванный песчано-пылевыми бурями в Сахаре (см. Saharan Air Layer). Миллионы тонн пыли, поднятые высоко в атмосферу, ушли в Атлантику и дальше на запад, в Центральную Америку. На днях африканская пыль достигла даже южных штатов США и заметно ухудшила прозрачность атмосферы.


На картинке — реалистичная модель распространения этого мегаоблака пыли по состоянию на 28 июня. Этот результат численного моделирования получен с помощью системы GEOS-5 (Goddard Earth Observing System Model, Version 5), которая включает в себя не только модель общей циркуляции атмосферы, но и учитывает взаимодействие атмосферы с океаном, а также влияние химических реакций на облачный покров и, как следствие, на состояние атмосферы. Моделирование ведется на суперкомпьютере Discover c 15 тыс. процессоров и «подпитывается» непрерывно поступающими с многочисленных станций показаниями температуры, влажности и картины ветров.


Поразительно, но существенная часть всей этой трансконтинентальной пыли выдувается из одного небольшого места на юго-востоке Сахары — впадины Боделе. Найдите на Гугл-картах эту область на северо-западе Чада, переключитесь в режим спутниковых снимков и полюбуйтесь на характерные многокилометровые полосы, сформировавшиеся под действием регулярных мощных пылевых бурь. Для ЛЛ https://www.google.ru/maps/place/%D0%91%D0%BE%D0%B4%D0%B5%D0... Вот отсюда летит та пыль, которая, преодолев океан, дополнительно удобряет буйные леса Амазонки и помогает расти песчаным пляжам в бассейне Карибского моря. На своем пути в Америку эти пылевые облака взаимодействуют с атлантическими циклонами и, по всей видимости, подавляют развитие ураганов. Такие мощные дистанционные, но далеко не очевидные процессы взаимодействия между разными регионами Земли заставляют нас по-настоящему восхищаться природой.


Изображение с сайта earthobservatory.nasa.gov.


Игорь Иванов

«Великий опылитель» Наука, Пыль, Песок, Ветер, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост
Показать полностью 1
1643

«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства

«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства


В 1977 году NASA запустило пару идентичных аппаратов «Вояджер». Их целью являлось изучение планет-гигантов Солнечной системы. Номинальный срок службы миссии составлял 4 года, но станции намного его превзошли. Спустя 41 год после запуска, оба аппарата находятся в строю и по-прежнему передают информацию на Землю.


«Вояджер-1» движется быстрее, чем его «собрат». Сейчас он находится на расстоянии 143.5 а. е. от Солнца (23 миллиарда км) и ежегодно увеличивает его на 3.58 а. е. «Вояджер-2» успел удалиться от Солнца на 118.7 а.е. (17.8 миллиарда км). Ежегодно эта дистанция возрастает еще на 3.26 а. е.


С конца августа детекторы «Вояджер-2» зафиксировали 5% (https://ic.pics.livejournal.com/kiri2ll/55258202/289047/2890...) увеличение энергии космических лучей — высокоэнергетических заряженных частиц межзвездного происхождения. По мнению специалистов, это может свидетельствовать о том, что станция близка к выходу за пределы гелиосферы — области околосолнечного пространства, в которой доминируют солнечный ветер и магнитные поля.


Дело в том, что в мае 2012 года приборы «Вояджера-1» зарегистрировали схожее увеличение интенсивности космического излучения. Через три месяца после этого станция прошла гелиопаузу (границу, на которой происходит перемешивание солнечного ветра с межзвездным веществом) и вышла в межзвездное пространство. На тот момент «Вояджер-1» находился на расстоянии около 121 а.е. от Солнца.


Специалисты миссии надеются, что уже в ближайшее время «Вояджер-2» повторит это достижение и пройдет гелиопаузу, став вторым в истории работающим аппаратом в межзвездном пространстве. Дело в том, что в отличие от «Вояджера-1», на борту станции все еще функционирует детектор плазмы. Этот прибор позволит провести прямые измерения характеристик межзвездной среды. Ученые с нетерпением ждут этих данных.


В то же время, необходимо учитывать, что станции находятся в разных областях гелиосферы, а ее размер не является постоянным. Под влиянием 11-летнего цикла солнечной активности гелиопауза может приближаться или удаляться от Солнца. Поэтому специалисты пока что не берутся называть примерное время, когда именно «Вояджер-2» пройдет этот рубеж. Им остается лишь ждать и следить за показаниями инструментов станции.

«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства Вояджер-2, Космос, Длиннопост, Межзвёздное пространство, Граница, Полет
«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства Вояджер-2, Космос, Длиннопост, Межзвёздное пространство, Граница, Полет
«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства Вояджер-2, Космос, Длиннопост, Межзвёздное пространство, Граница, Полет
«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства Вояджер-2, Космос, Длиннопост, Межзвёздное пространство, Граница, Полет
«Вояджер-2» приблизился к границе межзвездного пространства Вояджер-2, Космос, Длиннопост, Межзвёздное пространство, Граница, Полет
Показать полностью 5
4421

Ваш живой макияж. Что на лице твоём?

Ресницы.


Плохо открываются глаза по утрам? Видите небольшой налёт? Хотите посмотреть ближе?

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Знакомьтесь:


Demodex folliculorum. Обитает в волосяных фолликулах. Вызывает усталость глаз, зуд, отек век и глаз. Малыш имеет удлинённое тело и его размер всего 0,27—048х0,048—0,064 мм. 

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Живут ваши друзья короткой, в несколько недель, но весьма бурной жизнью. За этот короткий срок самка откладывает несколько кладок, с десятками яиц. Через 3 дня вылупляется новая партия, активно кормится и через неделю начинает размножаться. Вас не особо беспокоит их наличие как таковое. Ну почесыватесь иногда, помогая им заселять новые территории, да глаза трёте. Но вот отходы их бурной жизнедеятельности вместе с трупиками, умерших от старости и болезни вызывают раздражение медленно разлагаясь внутри фолликул.

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Клещ обнаружен у 90% населения планеты, но проблемы создаёт только тем у кого ослаблен иммунитет или особые аллергические реакции на их токсичные следы пребывания. Кроме ресниц клещ любит подбородок, брови, кожу лица. Косвенно связан со многими кожными заболеваниями.


Поры носа, лба и щёк.


В порах расположены сальные железы. А их в свою очередь больше любит Demodex brevis, и он в 2 раза меньше своего собрата (0,16—0,176х0,048 мм). 

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Вместе со своим собратом, при наличии проблем с иммунитетом могут вызывать Розацею - болезнь характеризуемую большими розовыми и алыми угрями на лице. Которая в запущенном виде переходит в Ринофиму, с образованием наростов и обезображиванием лица. В последние годы всё больше исследований подтверждают связь этого вида клещей с Птириазом.

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Рот и губы.


Человеческий рот содержит до 1000 различных типов бактерий и представляет отдельную экосистему. Здесь происходят настоящие баталии за еду и место для роста и развития цивилизаций. Самым интересным является вид Streptococcus mutans. Они перерабатывают сахарозу (а ещё глюкозу, фруктозу и лактозу) в молочную кислоту, которая разрушает зубную эмаль. В бешеной конкуренции эта грамположительная бактерия изобрела отдельный механизм крепления к вашим зубам. Слюна сама по себе является средством защиты и контроля вашего организма. Она содержит лизосомы - антибактериальные вещества для контроля численности бактерий, ионы фосфата и кальция - латать микротрещины в ваших зубах, множество узконаправленных белков. Некоторые служат пищей для бактерий, некоторые заставляют сворачиваться биопленки, чтобы затем смыть их слюной и проглотить - отправив в кислотный ад вашего желудка.

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Можно ли заразиться кариесом? Не в том смысле как вы только что подумали. Но можно так же как и с клещами. Постоянный контакт и обмен со слюной в которой содержится другой баланс микроорганизмов при слабом иммунитете приведет к изменению баланса у вас и вызовет рост Streptococcus mutans, которые разрушат эмаль.

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Уши.


Здесь при должном невезении можно обзавестись Sarcoptes scabiei или чесоточным зуднем. Вообще он больше любит тыльную поверхность кистей, меж пальцевое пространство, подмышки и промежность. Но разве не хочется иногда почесать за ушком?

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

По своему строению представляет что то вроде сосуще-грызущего трактора. Из-за чешуек и острых щетинок не может двигаться назад и вынужден постоянно грызть себе ходы вперед - под кожей. Вызывает зуд, способный свести вас с ума в считанные дни. Клещ белого или желтовато-белого цвета, самец до 0,23 мм длины и 0,19 мм ширины, самка до 0,45 мм длины и 0,35 мм ширины.


Нос.


Ваш нос вырабатывает до 1 литра целебной и полезной слизи в день. Большая часть которой попадает вам же в желудочно-кишечный тракт. Помимо лизоцимов, иммуноглобулинов, гликопротеинов и прочих веществ наша слизь содержит огромное количество веществ. Служащих одной цели - предотвратить вторжение в наши верхние дыхательные пути вирусов, грибков и бактерий. В норме слизь тонкая и прозрачная. Но в условиях мегаполиса - мы чаще всего находимся в условиях борьбы или активного распространения, так что не всё всегда идёт гладко.


В случае инфекции слизь становится жёлтой или зелёной сгущается и меняет свой состав. И помимо прочего - постоянно испаряется, распространяя вокруг вас облака инфицированного аэрозоля. Настоящим атомным взрывом в этом плане является обычный чих, содержащий до 40 000 каплей и брызг, наполненных например вирусом Гриппа.

Ваш живой макияж. Что на лице твоём? Наука, Биология, Болезнь, Паразиты, Насекомые, Длиннопост

Так что в обычной жизни слизистая вашего носа это антисептический агент, заполненный умирающими или размножающимися вирусами и бактериями, которыми вы активно делитесь с окружающими, иногда размазывая их по местам обитания кожных клещей на лице, вызывая видимо их крайнее удивление и отрывая от размножения.

Следующий выпуск - "Они живут среди нас, Досье и макро фото, ч.2.".

Показать полностью 8
2310

Вакцина от вируса Эбола признана на 100% эффективной

Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) обнародовала результаты клинических испытаний новой вакцины rVSV-ZEBOV от лихорадки Эбола в Гвинее. Согласно статье, опубликованной в медицинском журнале Lancet, эффективность препарата составила 100%.

Вакцина от вируса Эбола признана на 100% эффективной Вирус, Эбола, Вакцина, Победа, Smallpaste

Визуальная реконструкция вируса


Ebolavirus (эбо́лавирус, вирус Эбо́ла или вирус Э́бола) — род вирусов из семейства филовирусов (Filoviridae), вызывающих геморрагическую лихорадку Эбола у высших приматов. Кроме рода, вирусом Эбола могут называть конкретного представителя рода — чаще всего Zaire ebolavirus, который был выделен первым из рода в 1976 году в бассейне реки Эбо́ла в Заире, от чего и образовалось название.

ВОЗ проводила испытания в Гвинее совместно с минздравом страны и международными медицинскими организациями в 2015 году. В них приняли участие более 11 тысяч человек. Ни один из 5837 вакцинированных не заразился вирусом в течение 10 и более дней. Среди тех, кто не прошел вакцинацию, за тот же период было зафиксировано 23 случая заболевания.


Геннотерапевтический препарат на основе обезвреженного рекомбинантного вируса везикулярного стоматита (rVSV) обеспечивает в организме человека продолжительный синтез гликопротеина эболавируса штамма Заир. В ходе клинических испытаний были привиты более 5000 человек, проживающих в непосредственной близости от эпицентра вспышки Эболы. Учёные тщательно наблюдали за привитыми людьми на протяжении 84 дней (примерно вчетверо больше, чем занимает инкубационный период лихорадки Эбола). За этот период не заболел ни один человек, получивший дозу вакцины. Более того, вакцинация эффективно предотвратила распространение инфекции внутри выделенного кластера.


Ссылка 1

Ссылка 2

Ссылка 3

Показать полностью
3883

Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений

Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление
Что мешает нам быть объективными: 11 когнитивных искажений Наука, Когнитивные искажения, Психология, Карточки, Длиннопост, Scione, Рациональное мышление

Когнитивные искажения — это систематические ошибки в человеческом мышлении, своего рода логические ловушки. В определенных ситуациях мы склонны действовать по иррациональным шаблонам, даже когда нам кажется, что мы исходим из здравого смысла. Мы выбрали 11 распространенных ловушек, которые лишают нас объективности.

Показать полностью 10
1076

Специально отобранные из опухоли лимфоциты справились с тяжелой формой рака молочной железы

Терапия с помощью опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (TILs), при которой используются размноженные собственные иммунные клетки пациента, отреагировавшие на антигены раковой опухоли (неоантигены), уже некоторое время применяется вполне успешно. Однако применимость этого подхода пока ограничена: если в генах опухоли мутаций мало, то мало будет и неоантигенов, а значит, иммунной системе пациента будет не за что «зацепиться». Для одного из таких случаев ученым удалось разработать систему отбора и клонирования лимфоцитов, эффективно атакующих немногочисленные неоантигены. Лечение такими лимфоцитами пациентки с тяжело протекавшим раком молочной железы оказалось чрезвычайно успешным.

Специально отобранные из опухоли лимфоциты справились с тяжелой формой рака молочной железы Наука, Медицина, Рак, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 1. Этапы адаптивной терапии опухоль-инфильтрирующими лимфоцитами. Сначала было проведено полное секвенирование (WES и RNA-seq) генов из опухоли метастатического рака молочной железы. После выявления мутантных генов (Mutation calls), было предсказано, какие из них могут быть неоантигенами (Neoepitope prediction). Их кодирующие последовательности были введены в дендритные клетки (DC) пациентки. Лимфоциты из опухоли пациентки были испытаны на реактивность с этими дендритными клетками — так определялась реакционная способность лимфоцитов на клетки опухоли. Самые активные лимфоциты были размножены и введены пациентке. Рисунок из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature Medicine



В этом году Нобелевская премия по физиологии и медицине присуждена Джеймсу Эллисону и Тасуку Хондзё за разработку подходов к терапии рака посредством искусственной активации естественных механизмов клеточного иммунитета (см. Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2018, «Элементы», 04.10.2018). Их основополагающим работам уже почти 30 лет, и с тех пор методы иммунотерапии онкологических заболеваний довольно успешно развиваются и даже внедряются в клиническую практику. Мы рассказывали о некоторых результатах из этой области (см., например, Систему противовирусной защиты можно применить для эффективной иммунотерапии рака, «Элементы», 29.07.2016). Недавно группа исследователей из Национального института онкологии (США) опубликовала в журнале Nature Medicine статью с отчетом об успешном лечении при помощи комбинированной иммунотерапии пациентки с метастатическим раком молочной железы, который не поддался нескольким попыткам химиотерапии. Эта работа хорошо демонстрирует современное состояние иммунотерапии и развитие идей Эллисона и Хондзё.


Онкологические заболевания возникают в результате «поломок» в обычных клетках организма, из-за которых клетка теряет способность к реализации запрограммированной в ней программы самоуничтожения (апоптозу) и приобретает возможность бесконтрольно делиться. К таким поломкам приводят некоторые мутации, которые, в принципе, часто возникают при делении клеток. Из-за того что раковые клетки во многих случаях делятся довольно быстро, а за качеством новых клеток контроля нет (поскольку внутриклеточные механизмы повреждены), при развитии раковой опухоли мутации в ее клетках, с одной стороны, копятся (то есть в более молодых опухолевых клетках скорее всего будет больше мутаций, чем в более старых), а с другой стороны, растет их разнообразие. Совокупность мутаций клеток данной опухоли называют мутаномом.


Но нет худа без добра. Поскольку многие белки, которые вырабатывает клетка, попадают (сами или после протеолиза) на ее мембрану, то там с ними могут провзаимодействовать компоненты иммунной системы организма и понять, что в клетке что-то идет не так (такое презентирование характерно для большинства клеток человека). Белки, которые организм рассматривает как чужеродные или потенциально опасные и против которых начинает вырабатывать собственные антитела (иммунный ответ), называются антигенами (англ. antigen, от antibody-generator — «производитель антител»). Часть макромолекулы антигена, которая распознаётся иммунной системой, называется эпитоп, или антигенная детерминанта, а часть антитела, распознающая эпитоп, называется паратоп. Мутации в различных генах, накапливающиеся в раковых клетках, могут изменить антигенные свойства белков и сформировать так называемые неоантигены (см. также Neoantigens), или опухолевые антигены. Соответственно, участки неоантигенов, которые распознает иммунитет, называются неоэпитопами, или неантигенными детерминантами или (см. Neoantigenic determinant).


Мутирование клеток в опухоли способно порождать новые неоэпитопы. Однако, неоэпитопы различаются между собой по силе, с которой на них реагирует иммунная система организма. На практике оказалось, что только очень небольшая доля мутаций (меньше 0,1%) в раковых клетках может давать достаточно сильные неоэпитопы, которые иммунные Т-клетки смогут достаточно активно атаковать. Поиск сильных неоэпитопов стал возможен только недавно — с внедрением новых методов секвенирования ДНК и РНК, созданием баз данных и развитием алгоритмов, позволяющих с высокой вероятностью предсказывать такие неоэпитопы. Появилась даже возможность «обучать» нормальные Т-клетки способности атаковать раковые неоэпитопы (Т-клетки здоровых людей научили распознавать чужой рак, «Элементы», 01.09.2016).


Другой подход, который уже довольно давно с успехом используется в борьбе с солидными раками, — терапия с помощью собственных (аутологичных) опухоль-инфильтрирующих лимфоцитов (tumor-infiltrating lymphocytes, TILs), часть из которых способна атаковать неоантигены. Эти клетки мигрировали из кровотока в опухоль — то есть они уже среагировали на нее. Их получают из опухолей пациента, размножают in vitro и вводят обратно пациенту, тем самым резко увеличивая количество его клеток, которые готовы сразу же приступить к уничтожению клеток опухоли. Но такой подход работает лишь для опухолей с множеством мутаций, индуцирующих неоэпитопы, — таких, как меланома. А опухоли с малым числом мутаций и, как следствие, с малым набором неоантигенов плохо поддаются такому лечению (в частности — рак молочной железы, положительный по наличию рецептора эстрогенов, см. ER+ breast cancer).


Авторы обсуждаемой статьи взялись за лечение 49-летней пациентки с запущенным раком молочной железы с метастазами. Вначале они провели детальное секвенирование экзома и мРНК из опухоли (рис. 1). Было обнаружено сравнительно немного мутаций — всего 62, — которые изменяли последовательности аминокислот в белках и поэтому теоретически могли сформировать неоантигены. Затем были синтезированы пептиды, воспроизводящие аминокислотные последовательности потенциальных неоантигенов, и проверена их реактивность. После чего ученые синтезировали кодирующие их нуклеотидные последовательности, которые были введены в аутологичные дендритные клетки (это один из типов антигенпрезентирующих клеток). С их помощью потенциальные неоантигены были презентированы выделенным из опухоли лимфоцитам (тем самым TILs). В результате удалось идентифицировать мутации в четырех генах, на которые часть лимфоцитов реагировала лучше всего.


Эти — самые активные — лимфоциты были размножены и введены пациентке в большом количестве (8,2×1010 клеток; для сравнения: в организме человека в норме лейкоцитов всех типов, одним из которых являются лимфоциты, суммарно на порядок меньше). Для оптимизации терапии были применены также стимуляция выживания и экспансии лимфоцитов с помощью интерлейкина-2 и подавление белка программируемой гибели клеток PD-1 с помощью антител против него. Также терапия была дополнена противораковыми химиотерапевтическими средствами.

Опухоли и метастазы быстро деградировали, и даже почти через два года наблюдалась стойкая ремиссия (рис. 2). Результаты терапии превзошли все ожидания и названы беспрецедентными. Этим объясняется и исключительность этой публикации: в журналах такого высокого уровня не принято публиковать статьи по единственному пациенту.

Специально отобранные из опухоли лимфоциты справились с тяжелой формой рака молочной железы Наука, Медицина, Рак, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 3. Вверху — уменьшение размеров метастазов в результате терапии. Разные символы обозначают места локализации метастазов. Все они исчезли в течение 1 года и полная ремиссия наблюдалась в течение 22 месяцев после инъекции лимфоцитов. Внизу — компьютерная томография за неделю до инъекции лимфоцитов и через 22 месяца после нее; стрелками показаны деградировавшие опухоли. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Medicine

Обсуждаемая работа открывает возможности клеточной иммунотерапии видов рака с ограниченным набором мутирующих генов. Практически одновременно с ней вышла еще одна статья (S. Bobisse et al., 2018. Sensitive and frequent identification of high avidity neo-epitope specific CD8+ T cells in immunotherapy-naive ovarian cancer), в которой была продемонстрирована возможность выделить инфильтрирующие лимфоциты при раке яичников, который также характеризовался малым набором мутантных генов.

Эти исследования показывают, как далеко вперед продвинулись разработка и внедрение в клинику методов противораковой терапии с помощью систем клеточного иммунитета. Если созданные на основе работ Эллисона и Хондзё и применяющиеся в клинике активаторы Т-лимфоцитов часто приводят к нежелательным аутоиммунным реакциям организма (чужие Т-клетки, обученные атаковать опухоль, могут отторгаться организмом как чужеродные; см. Т-клетки здоровых людей научили распознавать чужой рак, «Элементы», 01.09.2016), то собственные Т-лимфоциты, использованные в обсуждаемой работе, лишены этих недостатков.


Однако несмотря на все плюсы описанного подхода, он вряд ли получит в ближайшем будущем широкое применение в клинике: пока это всё очень сложно и дорого. Тем не менее обсуждаемая статья и другие проводящиеся в настоящее время исследования показывают, что возможность использования мутаномов раковой опухоли для лечения рака с помощью иммунотерапии все-таки есть. В ближайшее десятилетие, вероятно, удастся подобрать оптимальные стратегии лечения, сочетающие атаку на неоантигены и другие терапевтические приемы.


Источники:

1) N. Zacharakis et al. Immune recognition of somatic mutations leading to complete durable regression in metastatic breast cancer // Nature Medicine. 2018. DOI: 10.1038/s41591-018-0040-8.

2) L. G. Radvanyi. Targeting the cancer mutanome of breast cancer // Nature Medicine. 2018. (Популярный синопсис к обсуждаемой статье.)


Вячеслав Калинин

http://elementy.ru/novosti_nauki/433346/Spetsialno_otobranny...

Показать полностью 1
2347

Человек и сейчас эволюционирует - примеры

Если у эволюции и было определенное начало, то конца ей пока не предвидится. И человек вовсе не пассивный наблюдатель этого процесса. Наш вид эволюционировал активно и успешно, а распространение людей по всей планете, необходимость адаптироваться к разным климатическим условиям, местным болезням и диете лишь ускорило появление и отбор новых полезных признаков.

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Некоторые из них, такие как наследственная серповидно-клеточная анемия, которая дает определенную устойчивость к заражению эритроцитов малярийными плазмодиями, закрепились у ряда отдельных популяций и народов, которые поколениями подвергались отбору, вызванному болезнью. Другие признаки — как, например, способность усваивать лактозу во взрослом возрасте — оказались полезны жителям самых разных регионов и распространились очень широко. Источники некоторых важных или просто интересных генетических вариантов удалось даже нанести на карту. Какие-то формы устойчивости возникли лишь в последние тысячелетия, а некоторые и вовсе заимствованы у других видов Homo.


Ген FADS2

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Мутация обеспечила лучшее усвоение омега-3-ненасыщенных жирных кислот, которыми богата морская живность и рыба — основа диеты всех народов Арктики.


Ген LCT

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Различные мутации в гене лактазы произошли и закрепились независимо друг от друга на севере Европы и в Восточной Африке. Они позволяют ферменту не терять активность с возрастом и расщеплять лактозу, молочный сахар, обеспечивая дополнительный богатый источник пищи.


Гены GYPB, G6PD, HBB, GPYA

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Целый набор изменений свойств эритроцитов, которые, как правило, ослабляют их функциональность и жизнестойкость, зато затрудняют заражение клеток малярийными плазмодиями. Под угрозой смертельной болезни пониженный тонус красных кровяных телец может оказаться приемлемой платой за дополнительную защиту от паразита.


Ген IKBKG

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

У жителей долины Ганга обнаружилась мутация, меняющая активность калиевых насосов. Эти трансмембранные белки участвуют в межклеточных коммуникациях, и мутантная аллель позволяет им эффективнее бороться с вторжением в организм холерного вибриона.


Ген AS3MT

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Необычная мутация закрепилась у некоторых жителей аргентинских Анд: они поколениями вынуждены пить воду, богатую мышьяком, растворяющимся из окружающих пород. Видоизмененный фермент эффективно превращает его в метилированные продукты, которые могут выводиться из организма с мочой.


Гены CPT1A, LRP5, THADA, PRKG1

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Изменения затрагивают гены, участвующие в регуляции метаболизма, а также в сокращении гладкой мускулатуры (PRKG1). Они позволяют организму лучше адаптироваться к жизни на холоде и экономить энергию.


Гены EGLN1, EPAS1, VAV3, ARNT2, THRB и др.

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Различные генетические адаптации к жизни на высокогорье, зафиксированные у жителей Тибета, Анд и Эфиопского нагорья, помогают им переносить гипоксию. По некоторым данным, редкая аллель EPAS1 могла быть получена и вовсе от другого вида Homo — таинственных денисовцев.


Гены SLC24A5 (NCKX5), SLC45A2 (MATP), TYR

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Полиморфизм этих трех генов считается ответственным за характерный светлый цвет кожи жителей Северной Европы. Например, мутация в SLC24A5, ведущая к тому, что аланин на 111-й позиции аминокислотной цепочки белка заменяется на треонин, считается ключевым фактором, который определяет цвет кожи большинства североевропейцев.


Гены DOCK3 (MOCA), CISH, STAT5, ARNT2, HESX1, POU1F1 и др.

Человек и сейчас эволюционирует - примеры Эволюция, Не мое, Аметист, Генетика, Геномика, Биология, Популярная механика, Элементы, Длиннопост

Белковые продукты этих генов участвуют в работе сигнальных путей, необходимых для регуляции роста и развития организма. Различные мутантные аллели способствовали тому, что жителям Крайнего Севера преимущественно свойственен маленький рост, более подходящий условиям их жизни.


Роман Фишман. "Популярная Механика", "Элементы",


https://www.popmech.ru/magazine/2017/178-issue/

http://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/433679/Populyarnaya_mekhanika_8_2017


Александр Марков:

«Генетические данные, полученные при анализе больших выборок из разных популяций, убедительно показали, что расхожее мнение о том, будто биологическая эволюция человека прекратилась, не более чем миф. Наша эволюция продолжается и сегодня. Это значит, что разные генетические варианты (аллели) по-разному влияют на эффективность передачи генов следующим поколениям, и поэтому частота встречаемости таких вариантов меняется от поколения к поколению. При этом биологическая эволюция современного человечества связана с его социально-культурной эволюцией и научно-техническим прогрессом, от которых зависит направленность отбора. Некоторые гены подвергались отбору у людей в различных экстремальных условиях в недавнем прошлом, но сегодня эти процессы уже не так актуальны. Среди генов, находящихся „под отбором“, оказались те, что влияют на наши поведенческие и когнитивные способности. Есть и тревожные тенденции, такие как достаточно убедительно документированный отрицательный отбор по интеллекту, начавшийся в последние 100–150 лет».

Показать полностью 8
Отличная работа, все прочитано!