Нет-нет, вы приглядитесь повнимательнее, у рыбы во рту копошится крошечное, почти прозрачное создание, и огромный монстр изо всех сил старается ему не навредить. А всё потому, что происходящий процесс выгоден им обоим, и эти взаимоотношения сформировались в процессе параллельной эволюции бессчётное количество поколений назад.
Рыба из видеоролика – это Gymnothorax favagineus из семейства муреновых, вырастающая до трёхметровой длины, а малыш в её пасти – креветка-чистильщик Ancylomenes pedersoni, длиной не более 3 см. Но такие разные, они всё-таки вместе.
Отношения крупных рыб, в том числе мурен, и разных креветок-чистильщиков – это взаимовыгодный симбиоз. Креветки не просто случайно подплывают к рыбам полакомиться кожными паразитами, нет – они организуют специальные «пункты чистки», или, если хотите, «салоны красоты» на коралловых рифах, куда мурены приплывают для обслуживания.
Незанятая в данный момент креветка-сотрудник демонстрирует свою готовность к работе с помощью специального танца, раскачиваясь из стороны в сторону и помахивая длинными белыми антеннами. Этакая своеобразная вывеска: «Здесь находится станция гигиены, я предлагаю услуги, а не являюсь добычей».
И мурена её понимает. Подплыв и «отключив» охотничий инстинкт, она спокойно ждёт, пока креветка пройдётся по коже, выбрав паразитов, а потом открывает свою жуткую пасть, позволяя очистить ротовую полость и даже заплыть под жабры, причём проявляет в процессе недюжинное терпение, чтобы ненароком не прищемить маленького косметолога.
Но что будет, если мурена приплывёт в салон, а никто там усиками не машет? Ну бывает такое, отвлеклись сотрудники, не заметили клиента. Вы не поверите, но она станет требовать обслуживания! Биологи из Брауновского университета Род-Айленда провели серию экспериментов и обнаружили, что мурены-гимнотораксы, желая получить чистку, привлекают внимание креветок с помощью изменения окраски. За несколько секунд их кожа заметно темнеет, что означает: «Я жду свободного сотрудника!», и это привлекает внимание креветок, которые наперебой бросаются обслуживать требовательного клиента. Ведь клиент-то всегда прав!
Ещё больше интересного о живой природе на канале ЗУБ: записки учителя биологии: в Телеграм | в Макс
Ежегодно на промышленных предприятиях фиксируются тысячи пожаров и взрывов, многие из которых происходят из-за электростатических разрядов. При трении о волосы и внутренние детали защитной экипировки накапливается опасный заряд, который может воспламенить горючие газы, пары или пыль. Для решения проблемы сегодня создают антистатическую спецодежду. Однако для защитных касок таких решений практически нет: основное внимание разработчиков сосредоточено только на ударопрочности и эргономике. Ученые Пермского Политеха впервые предложили новый способ улучшения электростатических характеристик защитной каски. Эксперименты показали, что он снижает опасный заряд до нуля всего за 2 секунды — этого достаточно, чтобы предотвратить искру и исключить риск взрыва.
Статья опубликована в журнале «Безопасность труда в промышленности».
Ежегодно на промышленных предприятиях по всему миру регистрируются десятки тысяч серьезных аварий и пожаров. Они происходят по разным причинам: короткое замыкание, перегрев оборудования, искры от ударов и трения, самовозгорание веществ. Все это может привести к гибели работников, травмам, разрушению производственных объектов и многомиллиардным убыткам.
Одна из наиболее опасных и трудно контролируемых причин возгорания — электростатические разряды. При трении или перемещении материалов, не проводящих ток, на их поверхности накапливается статический заряд. Когда он становится слишком большим, возникает искра, которая может поджечь горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости или пыль. Такая опасность сохраняется на нефтеперерабатывающих и химических заводах, угольных шахтах, металлургических предприятиях, деревообрабатывающих цехах и в фармацевтическом производстве.
Особенно интенсивно статический заряд накапливается на элементах спецодежды и защитного снаряжения, выполненных из синтетических и полимерных материалов. Куртки, костюмы, перчатки, обувь — всё это в процессе движения, трения о тело и окружающие предметы создает электростатический потенциал.
Одним из уязвимых элементов защитной экипировки является каска. В процессе надевания или снятия при контакте с волосами и внутренней поверхностью накапливается электростатический заряд. В итоге, когда человек приближается к оборудованию или касается другого сотрудника, может возникнуть разряд, которого будет достаточно для воспламенения многих взрывопожароопасных веществ.
Для решения этой проблемы создаются специальные антистатические виды одежды, обуви и тканей. Однако в отношении защитных касок основное внимание исследований и разработок сосредоточено на механических свойствах — ударопрочности, устойчивости к деформациям, снижении веса, улучшении эргономики.
Сегодня существуют единичные варианты антистатических касок, в материале которых используются специальные токопроводящие добавки. Однако для отвода заряда нужно заземление, которое сейчас отсутствует в обычных касках. Это значит, что заряду некуда стекать, и он продолжает накапливаться на поверхности, сохраняя риск искрового разряда.
Ученые Пермского Политеха впервые предложили новый способ улучшения электростатических характеристик защитной каски. Такое решение позволит безопасно отводить опасный заряд и тем самым предотвращать взрывы на производствах, где используются горючие газы и легковоспламеняющиеся жидкости.
Для экспериментов исследователи выбрали алюминиевую и медную фольгу, поскольку они легкие, пластичные, хорошо проводят электрический ток и широко используются в электротехнике, а также практически не увеличивают вес. Кроме того, это доступные и недорогие материалы, что важно для возможного массового применения разработки.
На внутреннюю поверхность каски исследователи нанесли слой металлической фольги, подключили ее к заземлению и с помощью прибора замеряли, как быстро падает потенциал. Заряд создавали простым способом: терли париком из натуральных волос о детали экипировки, как если бы человек надевал и снимал ее.
— В ходе испытаний мы выяснили, что медная фольга оказалась эффективнее: заряд снизился до нуля всего за 2 секунды. Этого времени достаточно, чтобы предотвратить искровой разряд. Алюминию для такого же результата потребовалось на несколько секунд больше. Кроме того, мы установили, что скорость стекания заряда напрямую зависит от площади заземленной поверхности: чем большая часть каски покрыта фольгой, тем быстрее он уходит. Эти результаты подтвердили, что предложенный нами способ работает и может использоваться для защиты от взрывов на производствах, — отметил Константин Черный, заведующий кафедрой «Безопасность жизнедеятельности» ПНИПУ, доктор технических наук.
Главное отличие предложенного способа от существующих антистатических касок в том, что исследователи не просто добавили токопроводящие материалы, а создали полноценный путь для отвода заряда через заземление. При его отсутствии опасное напряжение все равно нарастает, и риск искры сохраняется. При новом способе заряд непрерывно стекает в землю и не накапливается ни на каске, ни на человеке, что делает этот элемент спецодежды более безопасным во взрывоопасной среде.
Важно понимать, что проведенный эксперимент только подтвердил работоспособность принципа заземления. Для его дальнейшего применения ученые разработали математическую модель, которая учитывает начальное напряжение, площадь заземленного покрытия и материал.
— Таким образом, зная, например, удельное электрическое сопротивление выбранного покрытия, специалист сможет с помощью модели рассчитать, через сколько секунд заряд упадет до безопасного уровня. Применять ее могут как сами промышленные предприятия для дооснащения купленных защитных касок, так и производители средств индивидуальной защиты для выпуска новой экипировки, — дополнил Константин Черный.
Кроме того, опираясь на конкретные задачи, инженеры могут использовать модель для оценки других покрытий (например, токопроводящих сетчатых материалов или напыляемых составов) и способов заземления, подбирая оптимальное решение без дополнительных испытаний.
Результаты исследования открывают возможности для дальнейшего совершенствования спецодежды от статического электричества. Это особенно важно для предприятий нефтехимической, газовой, фармацевтической и горнорудной промышленности, где работа персонала связана с взрывопожароопасными веществами.
На уроках биологии вы часто слышали про такой термин как биоразнообразие, грубо говоря это разнообразие жизни, места где большая часть видов вымерла обладают низким биоразнообразием и наоборот. Есть растения, животные и грибы которые при попадании в чужеродную среду часто вытесняют или уничтожают десятки видов снижая биоразнообразие, одним из таких растений является бамбук.
Бамбук это не просто красивая трава из Азии, но и самый настоящий сорняк который вытесняет все виды со своей территории.
Бамбуковая роща
Почему же так происходит, начнем с самого главного. Корни бамбука это не просто мочковатая "тряпка" как у его ближайших родственников(пшеница, рис, овес), а жёсткие, мощные корневища, которые просто напросто расползаются во все стороны и буквально вытесняют корни других растений. Справедливости ради не все бамбуки такими являются, представители рода фаргезия к примеру являются кустистыми бамбуками, а растения рода листоколосник как раз таки агрессивны и захватывают территории.
Корни бегущего, инвазивного бамбука слева и корни кустистого "безопасного" бамбука справа
Вторая, более очевидная причина почему он вытесняет растения со своей территории это сильная надземная часть. Мощное, набравшее силу корневище выпускает не менее сильные стебли, которые называют соломины, всего за 1-2 месяца они достигают своей максимальной высоты в 10-20 метров и закрывают доступ к свету другим растениям, в такой тени способны расти только самые теневыносливые растения, если их не вытеснили корни бамбука.
1/3
Мощная крона бамбуковой рощи
Третья причина такого агрессивного захвата территорий бамбуком, это его скорость роста, молодые растения до 5 лет растут медленно, соломины небольшие, а корни слабые, но как только растению исполняется 5 год, оно начинает расти с бешеной скоростью, сильные, набравшие массу корни начинают поддерживать новые, сильные соломины водой и минеральными веществами, которые начинают обеспечивать корни органическими веществами и адский круг замыкается.
Красивый конец этого поста я не придумал, просто не сажайте бамбук на участке.
На первый взгляд между русским авангардом начала XX века и научной фантастикой Кристофера Нолана нет ничего общего. Один рассказывает о живописи, другой — о путешествии к черной дыре Гаргантюа. Но стоит вспомнить идеи Михаила Ларионова и сцену с тессерактом в финале «Интерстеллара», как становится ясно: оба произведения пытаются решить одну и ту же задачу — показать мир, который невозможно увидеть человеческим глазом.
Лучизм возник в 1910-х годах как попытка отказаться от изображения предметов. По мысли Ларионова, человек воспринимает не сами объекты, а отраженные от них лучи света. Поэтому художник должен писать не дерево, человека или дом, а пересечения световых потоков, которые создают зрительный образ. Реальность оказывается вторичной, а главным героем картины становится само пространство взаимодействующих лучей.
Эта идея удивительным образом перекликается с кульминацией «Интерстеллара». Попав внутрь сверхмассивной вращающейся черной дыры Гаргантюа, Купер оказывается в тессеракте — многомерной структуре, существующей за пределами привычного трехмерного мира.
Авторы фильма сознательно отказались показывать зрителю «реальную» физику сингулярности. Вместо этого они визуализировали пространство как бесконечное нагромождение линий, пересечений и направлений, где время становится одной из координат.
Получившийся образ удивительно напоминает полотна Ларионова. Острые диагонали, пересекающиеся цветовые лучи, исчезновение привычной перспективы и отказ от материальных объектов — все это уже присутствовало в лучизме более ста лет назад.
Если заменить на картине художника условные световые линии потоками искривленного пространства-времени, получится вполне убедительная иллюстрация многомерного мира из фильма.
Есть и более глубокое сходство. Ларионов утверждал, что художник должен изображать не то, что видит глаз непосредственно, а мысленно реконструировать сложную систему отраженных лучей. Это почти научная модель восприятия. Художник работает не с предметом, а с его скрытой физической природой.
Именно так поступает и «Интерстеллар» — научным консультантом фильма выступил Кип Торн, один из крупнейших специалистов по общей теории относительности. Многие визуальные решения картины опираются не на художественную фантазию, а на математические модели искривленного пространства-времени, вращающихся черных дыр и дополнительных измерений.
Зритель наблюдает не космос таким, каким его можно сфотографировать, а попытку представить процессы, существующие за пределами человеческого опыта.
Любопытно, что и лучизм, и тессеракт разрушают привычные представления о пространстве. У Ларионова картина перестает быть окном в реальность и становится самостоятельной системой пересекающихся энергетических линий. В «Интерстелларе» исчезает само различие между пространством и временем: перемещаясь внутри тессеракта, Купер одновременно путешествует по различным моментам жизни своей дочери.
В обоих случаях привычная геометрия мира уступает место более сложной структуре связей.
Даже цвет играет схожую роль. Для Ларионова цвет — это не украшение предмета, а самостоятельная сила, формирующая пространство картины. В фильме свет тоже становится носителем информации: гравитация, искривление пространства и движение времени визуализируются через световые потоки, линии и сложные перспективные конструкции.
Конечно, Ларионов не пытался предсказать устройство Вселенной, а Нолан не создавал оммаж русскому авангарду. Однако оба пришли к удивительно похожему художественному языку. Потому, лучизм сегодня можно воспринимать не только как важную страницу истории русского авангарда, но и как неожиданно современный визуальный язык. Задолго до появления компьютерной графики и разговоров о многомерных пространствах Михаил Ларионов предложил способ изображать не вещи, а саму структуру мира. И именно этим языком спустя столетие заговорил один из самых известных научно-фантастических фильмов XXI века.
В сети набирает популярность тренд – молодежь массово клеит осветляющие полоски, чтобы получить белоснежную улыбку. Однако за видимой легкостью использования скрывается агрессивная химия, способная превратить прочную эмаль в уязвимую ткань. Ученый Пермского Политеха объясняет, почему активные компоненты этих средств действуют как «кислотный дождь» для зубов, как малейшее отклонение от инструкции провоцирует воспаление десен, и почему развившаяся гиперчувствительность – это лишь вершина айсберга серьезных стоматологических проблем.
Оттенок зубов у каждого человека уникален и складывается из нескольких составляющих. Одна из них – дентин – внутренняя ткань, которая просвечивает сквозь эмаль и задает основной цвет. Со временем в ее порах накапливаются хромофоры – красящие частицы из пищи, напитков и табака, из-за которых улыбка постепенно темнеет. Недовольные такими изменениями и стремящиеся к голливудской белизне, люди начинают прибегать к домашним отбеливающим полоскам из интернет-магазинов.
Что такое отбеливающие полоски и как они осветляют зубы
– Они представляют собой тонкие гибкие ленты с гелевым покрытием, содержащим вещества-окислители, например, перекись водорода или карбамида. При использовании они начинают выделять активные формы кислорода – соединения, запускающие химическое расщепление пигментов в эмали. В результате поверхность осветляется, – делится доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» Пермского Политеха, кандидат физико-математических наук Владислав Никитин.
Ученый также обращает внимание, что, в отличие от отбеливающих паст, которые действуют снаружи, компоненты полосок работают в слое зубного покрытия – они проникают сквозь его поверхность и растворяют хромофоры, засевшие в глубине.
– В это же время запускаются и разрушительные изменения: перекиси повреждают органическую матрицу – белковую основу, удерживающую минералы. Особенно критично разрушение коллагена дентина – структурного белка, который делает ткань упругой и не дает зубам трескаться. Добавленные кислоты размягчают эмаль, разрушая белковую основу поверхности зуба, делают ее пористой и рыхлой, а при частом или длительном воздействии – хрупкой, быстро стирающейся и уязвимой для кариеса, – объясняет эксперт ПНИПУ.
От острой боли до разрушения кости и сепсиса
Многие, стремясь ускорить результат, намеренно увеличивают длительность процедуры, из-за чего под удар также попадают дентинные канальцы – микроскопические трубочки, ведущие прямо к зубному нерву. После этого дискомфорт вызывает практически все: глоток холодной воды, горячего чая, сладкая или кислая пища, даже простое дыхание ртом.
Чтобы довести до такого состояния, иногда достаточно несколько раз грубо превысить рекомендованное время; точный порог индивидуален, но риск необратимых изменений резко возрастает при любых серьезных нарушениях инструкции.
– Через образовавшиеся микропоры и трещины агрессивный гель уходит глубже и может дойти прямо к пульпе – сосудисто-нервному пучку зуба. Если на нем уже есть кариес или ослабленная эмаль, этот путь занимает считанные минуты. Вскоре внутри развивается пульпит – острое воспаление нерва, которое без лечения переходит в периодонтит. Инфекция проникает за пределы корня, и бактерии в некоторых редких случаях могут запустить рассасывание костей, – комментирует ученый Пермского Политеха.
Этот процесс может растянуться на месяцы или годы, но любое разрушение ткани остается навсегда – полностью восстановить ее проблематично. На рентгеновском снимке эти изменения видны как отчетливое потемнение вокруг корня. Воспаление может привести к расшатыванию и потере зуба, а в тяжелых редких случаях вредоносные микроорганизмы могут попасть в кровоток, что грозит сепсисом – смертельно опасным состоянием, когда заражение распространяется по всему телу. Гораздо выше риск такого развития ситуации при сопутствующих патологиях или на фоне хронических заболеваний, например, диабета.
Когда снимать полоску нужно немедленно
Даже одна процедура с нарушением времени может вызвать тревожные сигналы уже в первые минуты. Среди них – жжение или острая нарастающая боль. В месте контакта нередко появляются покраснение, отек или побеление десны.
– При появлении любого из этих признаков необходимо немедленно снять полоску, тщательно прополоскать рот и ни в коем случае не тереть зубы щеткой. В первые часы избегать горячей, холодной, кислой и сладкой пищи, а для успокоения тканей допускается полоскание слабым солевым раствором, – рассказывает Владислав Никитин.
Обратиться к стоматологу следует как можно скорее, если неприятные ощущения не утихают или становятся пульсирующими, а прикусывание вызывает дискомфорт, который не проходит в течение более 1-2 дней. Чем раньше будет проведен осмотр, тем выше шанс предотвратить серьезные осложнения.
Можно ли вернуть зубам прочность после отбеливания
Полностью восстановить эмаль проблематично: она не содержит живых клеток и не способна к регенерации, а приобретенная чувствительность может сохраниться навсегда при серьезном повреждении.
– Укрепить ослабленный слой эмали помогает реминерализующая терапия – насыщение соединениями кальция, фосфора и фтора. Их наносят в виде геля, который частично восполняет минеральный состав и делает поверхность более плотной и устойчивой к раздражителям, а для более глубокого проникновения активных веществ может дополнительно применяться слабый электрический ток, – делится ученый Пермского Политеха.
При глубоких повреждениях требуется реставрация композитными материалами либо установка виниров. Если процесс затронул костную ткань, современные методы – чистка корневых каналов и противовоспалительная терапия – останавливают дальнейшее разрушение и позволяют избежать удаления зуба. Лучше постараться сохранить даже ослабленный зуб, потому что он удерживает соседние от смещения, замедляет атрофию и поддерживает жевательную функцию. Отказ от попытки спасти – крайняя мера, способная запустить цепочку новых проблем.
Чек-лист безопасности: что сделать до, во время и после полосок
Чтобы не пополнить число пациентов с воспаленными деснами и повреждениями эмали, необходимо трезво оценить состояние полости рта. Сделать это может только стоматолог.
– Если решение использовать полоски все же принято, нужно строго соблюдать инструкцию – не превышать указанное время и частоту, выбирать средства с минимальной концентрацией перекиси до 4-6% от проверенных производителей. Перед курсом необходимо укрепить эмаль реминерализующей пастой с кальцием и фтором. Следует категорически избегать попадания геля на десны, после процедуры в течение двух часов не рекомендуется принимать пищу и напитки, а на время курса из рациона исключаются красящие продукты – кофе, чай, вино, ягоды, – отмечает эксперт ПНИПУ.
Как обращает внимание ученый Пермского Политеха Владислав Никитин, от такого домашнего способа осветления зубов необходимо полностью отказаться при кариесе, трещинах, сколах, клиновидных дефектах, истонченной или деминерализованной эмали, повышенной чувствительности, воспаленных деснах, а также в период беременности и кормления грудью. Применение отбеливающих полосок – это не безобидная процедура, а использование медицинского продукта с агрессивным химическим составом, который можно использовать только после консультации со стоматологом и строго по инструкции. При любых сомнениях безопаснее доверить отбеливание профессионалу: здоровые зубы естественного цвета с прочной эмалью лучше, чем белые, но хрупкие и чувствительные.
Вы когда нибудь задумывались, как можете в полной кромешной темноте безошибочно почесать носик или ногу? Какое тривиальное и простейшее действие, да? Ну.. почти.. А если задуматься?
За эту повседневную поистине магию отвечает наше так называемое шестое чувство. А именно проприоцепция. О ней сегодня и потолкуем.
Говоря простым языком, это способность нашего мозга каждую миллисекунду понимать, в каком положении находится тело в пространстве, даже если вы этого не видите. Сенсорные рецепторы, раскиданные по всем нашим мышцам, сухожилиям и суставам, непрерывно отправляют сигналы в теменную долю мозга. Там формируется четкая схема нашего тела, прям как у Тони Старка на столе! (картинка к посту не просто так вообще то).
Вы можете проверить сами, все ли у вас в порядке с этой системой! В неврологии есть два элементарных, но очень показательных теста, которые вы можете сделать прямо сейчас.
1. Пальценосовая проба Встаньте ровно, вытяните руки перед собой и закройте глаза. А теперь попробуйте поочередно указательными пальцами дотронуться до кончика своего носа.
Попали? Отлично, система работает шикардосно. Промахнулись? Если вы при этом абсолютно трезвы, это веский повод дойти до невролога.
2. Поза Ромберга Встаньте прямо, сдвиньте стопы плотно друг к другу, вытяните руки вперед и снова закройте глаза. Здоровый человек в такой позе стоит устойчиво. Если же вас начинает сильно шатать, вы заваливаетесь в сторону или теряете равновесие это красный флажок.
В медицинской литературе описан поразительный клинический случай (доказательство). Из за тяжелой инфекции у пациента (зовут его Иэн Уотерман) полностью погибли проприоцептивные нервы. Его мышцы были абсолютно здоровы, но мозг перестал их видеть.
Чтобы сделать хотя бы шаг, ему приходилось неотрывно смотреть на свои ноги, сознательно контролируя каждое движение зрением. Стоило в комнате внезапно выключить свет и человек мгновенно падал на пол. Без визуального контроля его мозг просто не понимал, где находятся ноги и как удержать равновесие. Он буквально терял свое тело в темноте.
Помните, что способность банально стоять с закрытыми глазами это результат колоссальной, непрерывной вычислительной работы вашей нервной системы.
На моем канале вышла новая серия моего единственного в России и в мире сериала о дикой природе в VR 360
Мы видим их каждый день. Они сидят на памятниках, ходят по площадям, взлетают перед самыми нашими ногами. Сизый голубь — одна из самых узнаваемых птиц на планете. Но что мы на самом деле о них знаем?
В косметике и фарме часто нужны сложные химические соединения. В растениях молекулы синтезированы миллионами лет эволюции. Природа уже сделала работу за химиков, поэтому проще взять готовое, чем собирать с нуля в лаборатории. Особенно если молекула хиральная, нестабильная или состоит из пятидесяти связей. Такое иногда вообще невозможно собрать.
Выращивать поле ромашек, ждать урожая и молиться на погоду — это долго, дорого, херово нестабильно. Но клетки нужного растения можно поместить в биореактор и в питательный бульон, и они круглосуточно будут производить ровно то, что нужно.
Метод называется культура тканей. Он существует почти 100 лет, но только сейчас стал по-настоящему промышленным. Сначала тихо переформатировал сельское хозяйство: можно клонировать хоть картошку, хоть тропические культуры. Теперь добрался до редких и капризных растений, которые раньше проще было потерять, чем масштабировать. По пути реанимировал 32-тысячелетнее растение Silene stenophylla, найденное в вечной мерзлоте.
Принцип такой: берете кусок растения, стираете ему память и заставляете отращивать вершки, корешки или сразу и то, и другое.
История немного странная и местами мерзковатая, но в науке иначе не бывает.
Сначала клетку нужно заставить забыть, кем она была
У растений есть суперспособность: любая их клетка хранит полный набор инструкций для воссоздания целого организма. Это называется тотипотентность.
Клетка листа знает, что она клетка листа. Если заставить её забыть, что она клетка листа, то она вспомнит про суперспособность. Этот процесс называется дедифференциацией. Под действием стресса и гормонального сигнала клетка сбрасывает специализацию и откатывается в состояние, близкое к стволовой.
После этого в стерильных условиях у неё есть два сценария.
Сценарий первый — стать эмбрионом. Соматическая клетка (то есть обычная телесная, неполовая) перепрограммируется и начинает вести себя как оплодотворённая яйцеклетка. Проходит все стадии зародыша: глобулярную, сердцевидную, торпедовидную. Иногда эмбрионы вырастают прямо на поверхности листа, но чаще сначала образуется каллус, и уже из него формируются зародыши. Каллус — это такая бесформенная делящаяся масса, похожая на опухолевую ткань, но без злокачественного роста.
Сценарий второй — сразу строить орган. Клетка не притворяется эмбрионом, а просто делает что нужно: кусочек стебля отращивает корни, корень даёт побеги. Итальянцы из Университета Палермо именно так размножали хмель сорта Cascade — взяли побеги, простерилизовали спиртом и отбеливателем, нарезали на кусочки с одной почкой и разложили по чашкам Петри с девятью вариантами среды.
В серьёзной науке есть ген, который заставляет растение безудержно плодить эмбрионы. Его назвали BABY BOOM. Ген беспорядочных корней — SCARECROW («Пугало»): мутанты без него выглядят не очень. А регулятор развития FUSCA3 + LEAFY COTYLEDON получил аббревиатуру LAFL — звучит как laugh.
Учёные тоже люди.
Вершки или корешки
Как клетка понимает, что ей делать — корни или побеги?
Скуг и Миллер выяснили это ещё в 1957 году, и с тех пор ничего принципиально не изменилось:
Много цитокининов + мало ауксинов = побеги;
Много ауксинов + мало цитокининов = корни;
Поровну = каллус.
Цитокинины и ауксины — два главных гормона роста растений, которые постоянно воюют друг с другом за то, куда растение будет расти. В живом растении они балансируют, в лаборатории этим балансом управляют вручную.
В эксперименте с хмелем итальянцы гоняли три типа цитокининов в разных концентрациях. Лучше всего сработал TDZ (тидиазурон), с ним 89% почек дали побеги за три месяца. Другой вариант, BAP (бензиладенин), давал больше побегов на одну почку (в среднем 3,2 штуки), но проигрывал по выживаемости. В одной из сред у 93% растений образовался каллус (это плохо!).
Когда с побегами разобрались, началось укоренение.
Без корней растение в земле умрёт. Стебли пересадили на среды с ауксинами. Победила IAA (индолилуксусная кислота) — 72% растений пустили корни длиной 1,17 см, выживаемость 90%. Конкурент IBA (индолилмасляная кислота) провалился — укоренение всего 50%.
Почему фарма и косметика хотят растения из пробирки
Химический синтез умеет делать одну чистую молекулу, например синтетический витамин С. Растение производит фитокомплекс — сложную смесь соединений из полифенолов, флавоноидов, терпенов, пептидов. Они работают в команде, усиливая действие друг друга и повышая биодоступность. Воспроизвести этот коктейль в лаборатории — либо невозможно, либо дороже самого препарата.
Но растение с поля или из дикой природы — штука нестабильная. При засухе оно получает мало активных веществ, а при дождях гниёт. Ещё картину портят насекомые, пестициды и т. д. И каждая партия отличается от предыдущей.
Но есть ещё кое-что интереснее.
Большинство ценных веществ (вторичные метаболиты) растения вырабатывают в ответ на угрозу. Антиоксиданты — от солнца, токсины — от насекомых, антибиотики — от грибков. В биореакторе клеточную культуру намеренно пугают, и она начинает вырабатывать защитные соединения в промышленных масштабах. В ход идут UV-облучение, перепады температуры, соли тяжёлых металлов, сигнальные молекулы вроде жасмоновой кислоты.
Этот процесс называется элиситацией.
Испугай растение — получишь лекарство.
Paclitaxel (препарат против рака груди и яичников) раньше добывали из коры тиса, и дерево при этом погибало; теперь его варят в биореакторах с клетками тиса. Elelyso — лекарство от болезни Гоше. Человеческий фермент синтезируют клетки моркови. Корни горца многоцветкового в 500-литровом биореакторе дают 287 мг фенольных соединений на литр (это много!).
Каждая партия идентична предыдущей, потому что клоны генетически одинаковы и растут в одинаковых условиях. Нет почвы — нет тяжёлых металлов. Нет насекомых — не нужны инсектициды. Нет ножек — нет мультиков.
На выходе — предсказуемое чистое сырьё, идеальное для гипоаллергенной и экокосметики.
Бородатые корни
В природе живёт почвенная бактерия Agrobacterium rhizogenes, которая умеет встраивать кусочек своей ДНК прямо в геном растения. Естественная генная инженерия, которая работала миллионы лет до того, как люди придумали CRISPR. Встроенный фрагмент перепрограммирует клетки и запускает рост корней.
Но не обычных, а бородатых.
Схема современных методов, применяемых для крупномасштабного получения биологически активных соединений с использованием культуры растительных тканей in vitro
Эти корни (hairy roots) теряют чувство гравитации и растут во все стороны сразу, заполняя весь объём густой плотной бородой. Они не требуют дорогих фитогормонов и синтезируют всё необходимое сами. В отличие от каллуса, генетически стабильны и производят ровно то, что нужно, годами без деградации. Из таких культур получают шиконин (краситель и антисептик), гинзенозиды из женьшеня и алкалоиды для фармацевтики.
Бактерия заражает растение, и оно начинает работать как фабрика.
Гениально? Да.
Мерзковато? Тоже да.
Атака мутантов
Когда клетки проходят стадию каллуса, геном становится нестабильным. Активируются «прыгающие гены» — транспозоны. Из-за этого меняется число хромосом и сбиваются паттерны метилирования ДНК. В итоге можно получить миллион клонов, которые внешне выглядят как элитный сорт, но перестали цвести или потеряли устойчивость к болезням. Для коммерческого производства, где платят за стопроцентную сортность, это катастрофа.
В исследовании 101 линии кукурузы регенерировать смогли только 49%. Гибриды показали почти идеальный результат — 97%. Табак и морковь регенерируют легко. Кукуруза и пшеница капризничают и гибнут в пробирке. Причём даже внутри одного вида один сорт может регенерировать, а другой — нет. Поэтому в производстве стараются обходить каллус и размножать через меристемы — пазушные почки.
Итальянцы с хмелем, кстати, столкнулись именно с этим. Несмотря на общий успех, каллуса наросло много. Генетический анализ взрослых растений они не делали, так что полная идентичность клонов материнскому растению официально не подтверждена.
Как не убить растение на финише
Растение из пробирки — тепличный неженка.
Оно живёт в комфортных условиях: стопроцентная влажность, сахар напрямую из питательной среды, то есть фотосинтез почти не нужен. При этом нет защитного воскового слоя на листьях, а устьица (поры для дыхания) открыты и не умеют закрываться. Если такое растение просто пересадить в горшок, оно засохнет и умрёт в течение пары часов.
Всё те же итальянцы с хмелем решили это изящно. Отмыли корни от желе, высадили в микробоксы с агроперлитом — стерильной крошкой из вулканического стекла, которая хорошо держит влагу. Поливали витаминами без гормонов. Первые 15 дней держали боксы закрытыми, чтобы была высокая влажность. После этого начали потихоньку открывать крышки, приучая к нормальному воздуху. Потом отправили в холодную теплицу.
Выживаемость на этом последнем этапе — 99,1%. Но если считать с самого начала (с полоскания в хлорке, нарезки, чашек Петри, укоренения и всего остального), то из 150 исходных кусочков стебля до поля добрались 119 растений.
Акклиматизацию пытаются обойти по-всякому. Один из способов: соматические эмбрионы упаковывают в капсулу из альгината — водорослевого геля с питательными веществами и фунгицидами. Получается искусственное семя, которое можно сеять прямо в поле механической сеялкой.
Рынок микроклонального размножения огромен. Только в Западной Европе работают около 250 коммерческих лабораторий, которые производят суммарно более 212 млн растений в год. Показательный пример — Франция: 94% всех продаваемых там цветов выращены методом микроклонирования. То есть почти каждый цветок во французском магазине никогда не видел обычной почвы — он родился в стерильной банке на желе.
Банан, который не умеет размножаться
Банан — самая популярная ягода в мире и основа рациона миллионов людей в тропиках. При этом культурный банан сорта Кавендиш стерилен: семян нет. Его размножают вегетативно, за счёт чего копятся вирусы и появляется полная беззащитность перед «Панамской болезнью», грибком, который уничтожает плантации по всему миру.
— Братан, мы обязательно выживем
Чтобы от всего этого спастись, берут меристему, верхушку точки роста, где клетки делятся быстрее, чем вирус успевает их заразить, и получают миллионы чистых саженцев. Плантацию можно перезапустить с чистого листа.
Тёмная сторона пробирки
Если метод так хорош — почему растения до сих пор выращивают в полях?
Потому что это дорого, муторно и в любой момент может пойти не так.
До 60–70% себестоимости съедает ручной труд. Каждую банку надо открыть, достать растение, разрезать, пересадить, закрыть. Роботам это пока что не доверяют, потому что растения нежные, а роботы — нет. Плюс стерильные помещения, фильтрация воздуха, автоклавы, лампы по 16 часов и круглогодичное кондиционирование.
Но всё это решаемо.
Главный кошмар — контаминация.
Питательная среда: сахар, витамины, аминокислоты — шведский стол для любого микроба. Одна спора с рук оператора, и банка с клонами через несколько дней превращается в плесневелый комок. Ещё хуже эндофиты: бактерии внутри тканей самого растения. Месяцами дремлют, а потом при смене среды устраивают диверсию.
Классика сопротивления — хлорка и хлорид ртути. Рабочий метод, но грубый: тонкая грань между «недомыл» и «перемыл». Другой метод: наночастицы серебра, причём с ними обнаружили странное. В малых дозах серебро не только давит микробов, но и стимулирует рост. Долгосрочных данных о влиянии серебра на мутации пока нет, а для клонирования это критично, потому что клон должен быть точной копией.
Но всё же
Когда на флаконе написано «экстракт розы» или «комплекс из ромашки» — за этим, скорее всего, стоит именно то, что вы только что прочитали. Не дед с тяпкой на огороде в Подмосковье, а биореактор, питательный бульон, меристема и аккуратно подобранное соотношение ауксинов и цитокининов.
Реклама. ООО «Гельтек-Медика», ИНН 7729523682 Erid 2Ranymhg1wq
