Обнаружили ученые: Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Российские ученые нашли способ снизить стоимость телекоммуникационного оборудования

Фото: Lensabl / Unsplash

Исследователи Научного центра «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого впервые обнаружили оптический эффект, который в перспективе позволит снизить стоимость телекоммуникационного оборудования. Об этом они рассказали в беседе с «Лентой.ру».

Ученые отмечают, что это станет возможно за счет замены дорогостоящих кристаллических элементов для управления световыми потоками на элементы из стекла.

Ранее группа ученых научно-исследовательской лаборатории «Многофункциональные стеклообразные материалы» НЦМУ СПбПУ впервые опытным путем получила гигантское (в 15 раз) усиление сигнала второй оптической гармоники в поляризованных стеклах.

Появление второй оптической гармоники — это физическое явление, при котором кванты света, проходя через оптически нелинейные материалы, объединяются и образуют кванты с удвоенной энергией. Например, за счет генерации второй гармоники невидимое излучение инфракрасного лазера преобразуется в зеленый свет. Эти же материалы дают возможность управлять световыми лучами, прикладывая к материалу электрическое напряжение, то есть создавать электрооптические устройства.

Исследователи СПбПУ впервые доказали, что дополнительная холодная поляризация натриево-силикатного стекла при комнатной температуре приводит к увеличению интенсивности второй гармоники более чем на порядок. А это может повлиять на стоимость оборудования.

«После дополнительной холодной поляризации нелинейные свойства стекла приближаются к нелинейным свойствам кристаллического ниобата лития, который широко используется на рынке телекоммуникаций», — сообщили ученые.

Натриево-силикатные стекла, в которых наблюдается этот эффект, стоят гораздо дешевле кристаллического ниобата лития и других кристаллов. Это обусловливает коммерческую привлекательность

ученые лаборатории «Многофункциональные стеклообразные материалы» НЦМУ СПбПУ

«Полученный фундаментальный результат — это новый взгляд на природу оптической нелинейности в поляризованных щелочесодержащих стеклах. Примечательно, что процесс холодной поляризации можно повторять многократно. После релаксации нелинейности, которая неизбежно происходит через какое-то время, можно повторить холодную поляризацию, чтобы восстановить усиление нелинейного оптического сигнала», — прокомментировала заведующая лабораторией, доктор физико-математических наук Валентина Журихина.

Ученый поделилась, что в экспериментах лаборатории проводилось пять последовательных циклов «релаксации — холодной поляризации».

«Даже после последнего цикла мы наблюдали усиление нелинейного сигнала на уровне примерно 50 процентов по сравнению с первым циклом», — добавила она.

В дальнейшем ученые лаборатории планируют продолжить исследования физики процесса холодной поляризации и зависимости величины полученного эффекта от режимов обработки стекол.

Также ученые лаборатории поделились, что программа исследований НЦМУ до 2025 года содержит 35 научных тематик по совершенно разным направлениям. НЦМУ «Передовые цифровые технологии» программы развития «Приоритет 2030» национального проекта «Наука и университеты» — консорциум из 4-х организаций: СПбПУ, СПбГМТУ, ТюмГУ, НИИ гриппа имени А. А. Смородинцева Минздрава России.

Ранее ученые из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) разработали неинвазивный способ определения уровня глюкозы в крови.

Ученые обнаружили ионный маркер, сигнализирующий о преждевременном старении клеток


Российские исследователи показали, что вызывающий старение клеток человека окислительный стресс характеризуется не только нарушением функций клеток, но и снижением удельного содержания в них калия. В дальнейшем этот показатель может использоваться в качестве маркера, указывающего на преждевременное старение клеток. К такому выводу пришли сотрудники подведомственного Минобрнауки России Института цитологии (ИНЦ) РАН.


Клеточному старению подвергается большинство тканей человеческого организма. Это происходит в случае, когда клетка по каким-то причинам исчерпала способность для размножения. Стресс также может вызывать преждевременное старение клеток.


Несмотря на то, что стареющие клетки полностью прекращают деление, они не гибнут, а сохраняются в тканях. Но так как работа большинства внутриклеточных систем в стареющих клетках нарушается, они перестают выполнять свои обычные функции. Более того, стареющие клетки выделяют во внеклеточное пространство вещества, которые могут ухудшать работу соседних клеток, вызывая старение нормальных и даже возникновение раковых клеток.


Обычно иммунная система организма уничтожает стареющие клетки. Однако с возрастом или в случае каких-то нарушений не все такие клетки подвергаются удалению из тканей. Их накопление способствует общему старению организма и развитию различных заболеваний (например, остеоартрита, сердечной недостаточности и других).


«Мы подвергли клетки эндометрия (ткань, выстилающая внутреннюю полость матки) человека окислительному стрессу, который вызывает преждевременное старение. Далее эти клетки использовали для того, чтобы понять, как старение влияет на содержание и транспорт внутриклеточных катионов — калия и натрия, которые отвечают за жизнеспособность клетки и участвуют в регуляции различных клеточных функций», — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории внутриклеточной сигнализации ИНЦ РАН Ирина Марахова.


В экспериментах ученые использовали мезенхимные стволовые клетки (МСК) эндометрия человека. В процессе развития они способны дифференцироваться (делиться) в клетки разного типа. Изучение процессов в клетках проводилось с помощью специального метода — пламенной фотометрии, которая позволяет измерить количество внутриклеточных катионов и отследить их движение между клеткой и внешней средой. В качестве стрессового фактора использовалась перекись водорода.


Результаты показали, что вызванное окислительным стрессом преждевременное старение клеток характеризуется значительным снижением удельного содержания ионов калия в клетке, указывающее на дегидратацию (обезвоживание) стареющих клеток.


«Мы обнаружили, что в процессе старения сохраняются характерные для нормальной клетки ионные градиенты (в клетке содержание калия выше, а содержание натрия ниже, чем в окружающей среде). Однако в стареющей клетке снижается удельное содержание калия, оцениваемое как отношение содержания калия к массе клеточного белка. Такое изменение этого показателя свидетельствует о снижении содержания воды в клетке (ее дегидратации) в процессе старения. Кроме того, такой показатель, как удельное внутриклеточное содержание калия, можно использовать в качестве своеобразного маркера, чтобы определить, подвержены ли клетки преждевременному старению и обезвоживанию», — поясняет Ирина Марахова.


Авторы также отмечают, что преждевременному старению подвержены не только нормальные, но и трансформированные (раковые) клетки. Предстоит изучить, можно ли изменения ионного состава опухолевых клеток использовать в качестве инструмента для снижения скорости роста опухолей.


Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского научного фонда, его результаты опубликованы в одном из международных изданий.



Микрофотографии и графики, свидетельствующие о снижении содержания катионов калия в стареющих клетках 

вопросов и ответов — Кто открыл элементы?

Предыдущий вопрос

(Найдут ли когда-нибудь ученые более мелкие элементы?)

Вопросы и ответы
Основной указатель

Следующий вопрос

(Что такое температуры кипения и плавления?)

Предыдущий вопрос

(Найдут ли когда-нибудь ученые более мелкие элементы?)

Вопросы и ответы Основной индекс

Следующий вопрос

(Что такое температуры кипения и плавления?)

Вопросы и ответы Основной индекс

Кто открыл элемент золото, серебро, медь, неон и т. д.?

Ниже приведен список всех известных элементов, кем они были открыты и в каком году они были открыты. Некоторые элементы, такие как золото, серебро и железо, известны с древних времен, поэтому невозможно приписать их открытие одному человеку. Другие элементы были обнаружены примерно в одно и то же время двумя или более учеными, работавшими независимо друг от друга. В этих случаях каждый ученый указан вместе с годом, когда он сделал свое открытие. Другие элементы были обнаружены группами ученых, работающих вместе. В таких случаях известные члены команды перечислены вместе с одним годом открытия. Нажмите на название элемента, чтобы увидеть всю историю!

Название элемента Обнаружен Год
Актиний Андре-Луи Дебьерн 1899
Алюминий Ханс Кристиан Эрстед 1825
Америций Гленн Т. Сиборг
Ральф А. Джеймс
Леон О. Морган
Альберт Гиорсо
1944
Сурьма Известна с древних времен ?
Аргон Сэр Уильям Рамсей
Лорд Рэлей
1894
Мышьяк Известен с древних времен ?
Астатин Дейл Р. Карсон
К.Р. Маккензи
Эмилио Сегре
1940
Барий Сэр Хамфри Дэви 1808
Berkelium Стэнли Г. Томпсон
Гленн Т. Сиборг
Кеннет Стрит, мл.
Альберт Гиорсо
1949
Бериллий Луи-Николя Воклен 1798
Висмут Клод Жоффруа Младший 1753
Борий Ученые в Дубне, Россия 1976
Бор Жозеф-Луи Гей-Люссак
Луи-Жак Тенар
Сэр Хамфри Дэви
1808
 
1808
Бром Антуан-Жером Балар 1826
Кадмий Фридрих Штромейер 1817
Кальций Сэр Хамфри Дэви 1808
Калифорния Стэнли Г. Томпсон
Гленн Т. Сиборг
Кеннет Стрит, младший
Альберт Гиорсо
1950
Углерод Известен с древних времен ?
Церий Йонс Якоб Берцелиус
Вильгельм фон Хизингер
Мартин Генрих Клапрот
1803
 
1803
Цезий Роберт Вильгельм Бунзен
Густав Роберт Кирхгоф
1860
Хлор Карл Вильгельм Шееле 1774
Хром Луи-Николя Воклен 1797
Кобальт Георг Брандт 1739
Copernicium Петер Армбрустер
Готфрид Мюнценбер
1996
Медь Известна с древних времен ?
Куриум Гленн Т. Сиборг
Ральф А. Джеймс
Альберт Гиорсо
1944
Дармштадт Петер Армбрустер
Готфрид Мюнценбер
1994
Дубниум Ученые в Дубне, Россия
Лаборатория Лоуренса Беркли
1967
1970
Диспрозий Поль-Эмиль Лекок де Буабодран 1886
Эйнштейниум Albert Ghiorso et. др. 1952
Эрбий Карл Густав Мосандер 1843
Европий Эжен-Антол Демарсе 1896
Fermium Albert Ghiorso et. др. 1952
Флеровиум Ученые из Дубны, Россия с
Ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса
1998
Фтор Фердинанд Фредерик Анри Муассан 1886
Франций Маргарита Катрин Перей 1939
Гадолиний Жан Шарль Галиссар де Мариньяк 1880
Галлий Поль-Эмиль Лекок де Буабодран 1875
Германий Клеменс Винклер 1886
Золото Знать Древним ?
Гафний Дирк Костер
Шарль де Эвеси
1923
Хассиум Петер Армбрустер
Готфрид Мюнценбер
1984
Гелий Пьер-Жюль-Сезар Янссен 1868
Гольмий Пер Теодор Клив 1879
Водород Генри Кавендиш 1766
Индий Фердинанд Райх
Иероним Теодор Рихтер
1863
Йод Барнар Куртуа 1811
Иридиум Смитсон Теннант 1803
Железо Известно с древних времен ?
Криптон Сэр Уильям Рэмзи
Моррис М. Трэверс
1898
Лантан Карл Густав Мосандер 1839
Лоуренсиум Альберт Гиорсо
Торбьерн Сиккеланд
Алмон Э. Ларш
Роберт М. Латимер
1961
Свинец Известен с древних времен ?
Литий Иоганн Август Арфведсон 1817
Ливермориум Ученые в Дубне, Россия с
Ученые из Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса
2001
Лютеций Жорж Урбен 1907
Магний Сэр Хамфри Дэви 1808
Марганец Йохан Готлиб Ган 1774
Мейтнериум Петер Армбрустер
Готфрид Мюнценбер
1982
Менделевий Стэнли Г. Томпсон
Гленн Т. Сиборг
Бернард Г. Харви
Грегори Р. Шоппен
Альберт Гиорсо
1955
Меркурий Известен с древних времен ?
Молибден Карл Вельгельм Шееле 1778
Московиум Оганесян Ю.Т. др. 2004
Неодим Карл Ф. Ауэр фон Вельсбах 1885
Неон Сэр Уильям Рамсей
Моррис М. Трэверс
1898
Нептуний Эдвин М. Макмиллиан
Филип Х. Абельсон
1940
Никель Аксель Фредрик Кронстедт 1751
Нигоний Оганесян Ю.Т. др. 2004
Ниобий Чарльз Хэтчетт 1801
Азот Дэниел Резерфорд 1772
Нобелий Альберт Гиорсо
Гленн Т. Сиборг
Торборн Сиккеланд
Джон Р. Уолтон
1958
Оганессон Оганесян Ю. Т. др. 2006
Осмий Смитсон Теннант 1803
Кислород Джозеф Пристли 1774
Палладий Уильям Хайд Волластон 1803
Фосфор Хенниг Бранд 1669
Платина Известный индейцам доколумбовой эпохи
Антонио де Уллоа
?
1735
Плутоний Гленн Т. Сиборг
Джозеф В. Кеннеди
Эдвард М. Макмиллан
Артур К. Воль
1941
Полоний Мария Склодовская Кюри 1898
Калий Сэр Хамфри Дэви 1807
Празеодим Карл Ф. Ауэр фон Вельсбах 1885
Прометий Джейкоб А. Марински
Лоуренс Э. Гленденин
Чарльз Д. Кориелл
1944
Protactinium Kasimir Fajans
O. H. Геринг
1913
Радий Мария Склодовская Кюри
Пьер Кюри
1898
Радон Фридрих Эрнст Дорн 1900
Рений Ида Таке-Ноддак
Вальтер Ноддак
Отто Карл Берг
1925
Родий Уильям Хайд Волластон 1803
Рентгений Питер Армбрустер
Готфрид Мюнценбер
1994
Рубидий Роберт Бунзен
Густав Кирхгоф
1861
Рутений Карл Карлович Клаус 1844
Rutherfordium Ученые в Дубне, Россия
Albert Ghiorso et. др.
1964
1969
Самарий Жан Шарль Галиссар де Мариньяк 1853
Скандий Ларс Фредрик Нильсон 1879
Сиборгиум Albert Ghiorso et. др. 1974
Селен Йонс Якоб Берцелиус 1817
Кремний Йонс Якоб Берцелиус 1824
Серебро Известен с древних времен ?
Натрий Сэр Хамфри Дэви 1807
Стронций Адэр Кроуфорд 1790
Сера Известна с древних времен ?
Тантал Андерс Густав Экенберг 1802
Технеций Карло Перрье
Эмилио Сегре
1937
Теллур Франц Йозеф Мюллер фон Райхенштейн 1782
Теннессин Ю. Т. Оганесян и др. др. 2010
Тербий Карл Густав Мосандер 1843
Таллий Сэр Уильям Крукс 1861
Торий Йонс Якоб Берцелиус 1828
Тулий Пер Теодор Клив 1879
Олово Известно с древних времен ?
Титан Преподобный Уильям Грегор 1791
Вольфрам Хуан Хосе
Фаусто Эльхуяр
1783
Уран Мартин Генрих Клапрот 1789
Ванадий Андрес Мануэль дель Рио
Нильс Габриэль Сефстрем
1801
1830
Ксенон Сэр Уильям Рамсей
Моррис М. Трэверс
1898
Иттербий Жан Шарль Галиссар де Мариньяк 1878
Иттрий Йохан Гадолин 1789
Цинк Известен с древних времен ?
Цирконий Мартин Генрих Клапрот 1789

Связанные страницы:

Информация о цитировании и размещении ссылок

По вопросам, касающимся этой страницы, обращайтесь к Стиву Ганьону.

Открытие двойной спирали, 1951-1953 гг. | Фрэнсис Крик

Открытие в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком двойной спирали дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в виде витой лестницы стало важной вехой в истории науки и дало начало современной молекулярной биологии, которая в значительной степени занимается изучением как гены контролируют химические процессы внутри клеток. Вскоре их открытие дало новаторское понимание генетического кода и синтеза белка. В течение 19В 70-х и 80-х годах она помогла создать новые и мощные научные методы, в частности исследования рекомбинантной ДНК, генную инженерию, быстрое секвенирование генов и моноклональные антитела, методы, на которых основана сегодняшняя многомиллиардная биотехнологическая индустрия. Основные современные достижения в науке, а именно генетические отпечатки пальцев и современная судебная экспертиза, картирование генома человека и обещание генной терапии, хотя и не выполненное, берут свое начало в вдохновленной работе Уотсона и Крика. Двойная спираль не только изменила биологию, но и стала культурным символом, представленным в скульптуре, изобразительном искусстве, украшениях и игрушках.

Исследователи, работавшие над ДНК в начале 1950-х годов, использовали термин «ген» для обозначения наименьшей единицы генетической информации, но они не знали, как на самом деле выглядит ген структурно и химически, или как он был скопирован, с очень небольшим количеством ошибок. , поколение за поколением. В 1944 году Освальд Эйвери показал, что ДНК является «трансформирующим принципом», носителем наследственной информации у пневмококковых бактерий. Тем не менее, многие ученые продолжали считать, что структура ДНК слишком однородна и проста для хранения генетической информации, необходимой для создания сложных живых организмов. Генетический материал, рассуждали они, должен состоять из белков, гораздо более разнообразных и сложных молекул, которые, как известно, выполняют множество биологических функций в клетке.

Крик и Уотсон на раннем этапе своей карьеры осознали, что получение подробных знаний о трехмерной конфигурации гена является центральной проблемой молекулярной биологии. Без таких знаний невозможно понять наследственность и размножение. Они ухватились за эту проблему во время самой первой встречи, летом 1951 года, и сосредоточились на ней в течение следующих восемнадцати месяцев. Это означало выполнение трудной интеллектуальной задачи по погружению во все задействованные области науки: генетику, биохимию, химию, физическую химию и рентгеновскую кристаллографию. Опираясь на результаты экспериментов других (они не проводили собственных экспериментов с ДНК), пользуясь своим дополнительным научным опытом в физике и рентгеновской кристаллографии (Крик), вирусной и бактериальной генетике (Уотсон), и полагаясь на свою блестящую интуицию. , настойчивость и удача, эти двое показали, что ДНК имеет структуру, достаточно сложную и в то же время достаточно элегантную, чтобы быть основной молекулой жизни.

Другие исследователи сделали важные, но, казалось бы, не связанные друг с другом открытия о составе ДНК; Уотсону и Крику выпало объединить эти разрозненные открытия в последовательную теорию переноса генов. Химик-органик Александр Тодд определил, что остов молекулы ДНК содержит повторяющиеся фосфатные и дезоксирибозо-сахарные группы. Биохимик Эрвин Чаргафф обнаружил, что количество ДНК и ее четырех типов оснований — пуриновых оснований аденина (А) и гуанина (G) и пиримидиновых оснований цитозина (С) и тимина (Т) — различается. Широко распространенные от вида к виду, А и Т всегда появлялись в соотношении один к одному, как и G и С. Морис Уилкинс и Розалинд Франклин получили рентгеновские изображения с высоким разрешением волокон ДНК, которые предполагали спиральную, штопорообразную форму. как форма. Лайнус Полинг, в то время ведущий физический химик мира, недавно открыл одноцепочечную альфа-спираль, структуру, обнаруженную во многих белках, что натолкнуло биологов на мысль о спиральных формах. Более того, он был пионером метода построения моделей в химии, с помощью которого Уотсон и Крик должны были раскрыть структуру ДНК. Действительно, Крик и Уотсон опасались, что они будут отодвинуты на задний план Полингом, который предложил свою собственную модель ДНК в феврале 19.53, хотя его трехцепочечная спиральная структура быстро оказалась ошибочной.

Итак, пришло время для их открытия. После нескольких неудачных попыток построения модели, в том числе их собственной злополучной трехцепочечной версии и той, в которой основания были соединены в пары подобное с подобным (аденин с аденином и т. д.), они добились своего прорыва. Джерри Донохью, приглашенный физический химик из Соединенных Штатов, который в течение года делил офис Уотсона и Крика, указал, что конфигурация колец углерода, азота, водорода и кислорода (элементы всех четырех оснований) в тимине и гуанине приведенное в большинстве учебников химии было неверным. 28 февраля, 1953, Уотсон, действуя по совету Донохью, придал двум основаниям их правильную форму в картонных моделях, переместив атом водорода из положения, где он связан с кислородом, в соседнее положение, где он связан с азотом. Переворачивая картонные вырезки с точными молекулами на своем офисном столе, Уотсон в порыве вдохновения понял, что А, соединенная с Т, очень похожа на комбинацию С и G, и что каждая пара может держаться вместе за счет образуя водородные связи. Если бы А всегда сочетался с Т, а также С с G, то не только учитывались бы правила Чаргаффа (что в ДНК количество А равно количеству Т, а С — количеству G), но и пары могли бы быть точно подобраны между два спиральных сахаро-фосфатных остова ДНК, внешние перила лестницы. Основания соединялись с двумя позвоночниками под прямым углом, в то время как позвоночники сохраняли свою правильную форму, когда они закручивались вокруг общей оси, и все это было структурными особенностями, требуемыми рентгеновскими данными. Точно так же комплементарное спаривание оснований согласовывалось с фактом, также установленным рентгенограммой, что остовы шли в противоположных направлениях друг к другу, одно вверх, другое вниз.

Уотсон и Крик опубликовали свои выводы в одностраничной статье с преуменьшенным названием «Структура дезоксирибозонуклеиновой кислоты» в британском научном еженедельнике Nature от 25 апреля 1953 г., проиллюстрированную схематическим рисунком двойной спираль от жены Крика, Одиль. Подбрасывание монеты определило порядок, в котором они были названы авторами. Прежде всего среди описанных ими «новых особенностей», представляющих «значительный биологический интерес», было спаривание оснований внутри двух цепей ДНК: A=T и C=G. Правило спаривания немедленно предполагало механизм копирования ДНК: при заданной последовательности оснований в одной цепи последовательность в другой определялась автоматически, а это означало, что при разделении двух цепей каждая служила шаблоном для комплементарной новой цепи. Уотсон и Крик развили свои идеи о генетической репликации во второй статье в Nature , опубликовано 30 мая 1953 года.

Эти двое показали, что в ДНК форма есть функция: двухцепочечная молекула может производить точные копии самой себя и нести генетические инструкции. В последующие годы Крик подробно остановился на последствиях модели двойной спирали, выдвинув революционную тогда, но широко принятую с тех пор гипотезу о том, что последовательность оснований в ДНК образует код, с помощью которого генетическая информация может храниться и передаваться.

Хотя сегодня оригинальная статья Уотсона и Крика в Nature сначала редко цитировался. Его истинное значение стало очевидным, и его распространение расширилось только к концу 1950-х годов, когда было показано, что предложенная ими структура ДНК обеспечивает механизм контроля синтеза белка, и когда их выводы были подтверждены в лаборатории Мэтью Мезельсоном. , Артур Корнберг и другие.

Сам Крик сразу понял значение своего и Ватсона открытия. Как вспоминал Уотсон, после их концептуального прорыва 28 февраля 1953 года Крик объявил собравшимся посетителям обеда в The Eagle, что они «нашли секрет жизни». Сам Крик не помнил такого объявления, но вспомнил, как сказал жене в тот вечер, «что мы, кажется, сделали большое открытие». Он рассказал, что «спустя годы она сказала мне, что не поверила ни единому слову». Как он пересказал ее слова: «Ты всегда приходила домой и говорила такие вещи, поэтому, естественно, я ничего об этом не думал».

Ретроспективные отчеты об открытии структуры ДНК продолжают вызывать споры. Крик был возмущен тем, что Уотсон описал их сотрудничество в The Double Helix (1968), осуждая книгу как предательство их дружбы, вторжение в его частную жизнь и искажение его мотивов. Он вел безуспешную кампанию по предотвращению ее публикации. В конце концов он примирился с бестселлером Ватсона, заключив, что если он представляет собой неблагоприятный портрет ученого, то это был Ватсон, а не он сам.

Более устойчивый спор был вызван использованием Уотсоном и Криком кристаллографических данных Розалинды Франклин о структуре ДНК, которые были продемонстрированы им без ее ведома ее отчужденным коллегой Морисом Уилкинсом и Максом Перутцем.