Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-nobelovi-nagradi-2025/

Медицина и физиология

В ежедневието си се срещаме с безброй микроорганизми, които заплашват нашето здраве. Те са навсякъде около нас – във водата, храната, въздуха. За справяне с тях еволюцията ни е предоставила изключително мощно оръжие – имунната ни система, без която не бихме оцелели.

Тя се състои от различни класове клетки, всеки с различна функция. Т-клетките (наречени така, тъй като съзряват в тимуса) са един от класовете и от своя страна се разделя на няколко подкласа. Един от признаците за това разделение са протеините, намиращи се по клетъчната им обвивка: клетки с протеин CD4 (важни за днешната история), които помагат на имунната система, насочвайки другите клетки към проблемни места; клетки убийци с протеин CD8, в състояние да унищожават клетки, в които протичат нежелани процеси; клетки на паметта и други видове.

Много впечатляваща способност на имунната ни система е, че тя успява да бъде изключително специфична – напада само неприятели, които заплашват нашето здраве, но не и здравите клетки на тялото ни. Колкото и да е добра в това обаче, понякога стават грешки и така възникват автоимунните заболявания. Те могат да бъдат изключително тежки, ето защо изясняването как точно се осъществява контролът на имунния отговор занимава учените от дълго време.

Един от процесите, отговорни за това, е т.нар. централен толеранс. Той протича в тимуса, където Т-клетките минават проверка и тези, които биха атакували тялото ни, се отстраняват. Въпреки че механизмът работи в повечето случаи, някои от Т-клетките успяват да се измъкнат, създавайки проблеми в организма. Това кара учените да заподозрат съществуването на допълнителни начини за контрол на тези клетки.

Така се ражда хипотезата за съществуването на „супресорни Т-клетки“, които могат да потиснат имунния отговор. Според нея в генома има участък, кодиращ функционалността на тези клетки. Хипотезата набира скорост през 70-те години на миналия век, но уви, по това време технологиите не позволяват прецизно разделяне на различните видове Т-клетки, поради което публикуваните резултати понякога не съвпадат напълно или дори си противоречат. И когато в началото на 80-те става ясно, че такъв участък в генома не съществува, хипотезата бързо изчезва от вниманието на учените.

По това време японски учени получават интересни резултати – когато тимусната жлеза на тридневни мишлета се премахне оперативно, имунната им система излиза извън контрол, водейки до автоимунно заболяване. Но ако в мишлетата се инжектират помощни Т-клетки от възрастен донор, остават здрави. Това повдига въпроса как помощните Т-клетки, които би трябвало да активират имунната система, я потискат. Може би все пак супресорните Т-клетки съществуват?

Един от тези японски учени е бъдещият нобелов лауреат Сакагучи. Вдъхновен от резултатите, той посвещава следващите над десет години в търсене на тези клетки и през 1995 г. обявява съществуването им. По-късно са наречени „регулаторни“ Т-клетки (Treg), като характерното за тях е, че освен обичайния за помощните Т-клетки протеин CD4 носят още един на повърхността си – CD25. Екипът на Сакагучи демонстрира, че ако експериментът с мишките се повтори, за спиране на автоимунното заболяване е достатъчно инжектирането само на този тип клетки. За съжаление, тъй като CD25 се намира в малки количества и по другите помощни Т-клетки, новооткритите клетки не могат да бъдат напълно отделени от тях. Липсата на специфичен маркер за Treg поставя бариера пред по-нататъшната работа за установяване на тяхната функционалност.

В този момент в историята се включват мишки с далечен прародител, изложен на радиация. По време на разработването на атомната бомба се извършват и експерименти за установяване на ефекта от радиацията върху животни. При някои облъчени мишки се наблюдават проблеми с козината и кожата, в някои вътрешни органи, както и кратък живот. Това заинтригува учените и те създават нова линия мишки с тежко автоимунно заболяване, наречена scurfy. По време на развъждането им се установява, че заболяването се проявява само при мъжките мишки, което насочва учените към мишата X хромозома. Тъй като автоимунното им заболяване засяга множество органи, намирането на причината за възникването му е от голям интерес за учените.

Тук се включва биотехнологичната компания Celltech Chiroscience, и по-конкретно двамата бъдещи нобелови лауреати, които работят там – Брънкау и Рамсдел. Бавно и методично те започват проучване на мишата X хромозома, като успяват да стеснят участъка, където се намира мутацията, до около 500 000 бази от 170-те милиона на цялата хромозома. В този участък те откриват около 20 гена, които са потенциалните виновници за заболяването. След като в продължение на няколко години Брънкау и Рамсдел ги проверяват един по един, последният ген се оказва този, чиято промяна води до силния автоимунен отговор. Непознатият към онзи момент ген е структурно сходен с гените от групата forkhead box, поради което го наричат Forkhead Box P3, или за по-кратко Foxp3.

Щом откриват гена, Брънкау и Рамсдел правят интересен паралел с човешкото автоимунно заболяване IPEX, което също се проявява при момчета и е с генетичен механизъм, локализиран на X хромозомата, като подлежи на терапия чрез трансплантация на стволови клетки. Анализирайки човешкия аналог на Foxp3 при пациенти с IPEX, те потвърждават, че причината е мутация именно в този ген.

След като това става ясно, екипът на Сакагучи бързо прави връзка между двете открития – Foxp3 се активира само в Treg клетките, правейки възможна тяхната уникална функция. Ако генът е повреден, те губят способността си да контролират клетките, изплъзнали се от централния толеранс.

На базата на това познание вече се работи по създаването на нови терапии. Установено е, че туморните образувания привличат множество Treg клетки, за да потиснат активността на имунната система и да се предпазят от нея. В момента се търсят начини, по които да се намали количеството Treg клетки, така че тялото само да се справи със заболелите тъкани. Друго потенциално приложение е терапия на автоимунни заболявания – специфични за пациента Treg клетки се намножават в лаборатория, след което се инжектират отново в него с идеята това да повиши общия им брой в организма. В лабораторията те също могат да се модифицират, така че да бъдат насочени към конкретно място в тялото, например трансплантиран орган, който да бъде предпазен от имунната система.

Освен огромния принос на лабораторните животни към развитието на медицината и науката като цяло, тазгодишната награда за медицина и физиология показва и колко е важно учените да проявяват наблюдателност, постоянство и любопитство. От забелязването и запазването на мишките, страдащи от странно заболяване, през вярата на Сакагучи и плуването му ако не срещу течението, то поне в съседен коридор, до правенето на връзки с човешката генетика и създаването на нови терапии за автоимунни заболявания.

Физика

Квантовите компютри крият голям потенциал, който все още не можем да овладеем напълно. Те са изградени от изключително специфични части, които по същество не се държат както повечето обекти в нашето ежедневие. Нобеловата награда за физика тази година е признание за учените, които вникват в това какви процеси протичат и какво практическо приложение могат да имат в системите, които стават основа на днешните квантови компютри.

За да разберем какво точно е откритието на лауреатите, първо трябва да се вмъкнем в дебрите на квантовата физика и да разгледаме два феномена.

И двата ефекта протичат в микроскопични мащаби с едни от най-простите частици, изграждащи материята. Пресечната точка между тях е в електрическа схема, наречена контакт на Джоузефсън. Това е система, състояща се от два свръхпроводника, между които е поставена непроводяща бариера. От време на време куперовите двойки успяват да преминат през тази бариера, като прехвърлят квантовото състояние от единия свръхпроводник в другия без подаване на напрежение. За математическото моделиране на процеса Брайън Джоузефсън получава Нобелова награда за физика през 1973 г.

В началото на 80-те години на миналия век възниква въпросът дали в тези контакти може да се наблюдава тунелен преход в макроскопски мащаб – движение на милиарди електрони в синхрон. Предположението е направено от Антъни Легет, който през 2003 г. също получава Нобелова награда за физика. Тази хипотеза заинтригува тримата настоящи лауреати и те се заемат със създаването на специална опитна установка, с която да я изпитат. Поради много ниските температури и случайния характер на прескачането установката трябва да бъде изключително прецизна, за да се изключи влизането на външна енергия в системата, което би дало фалшиво позитивен сигнал.

С помощта на новосъздадения уред триото учени провежда няколко ключови експеримента. При нормална температура системата се придържа към класическите модели – за преминаване на бариерата (протичане на напрежение) е необходимо да се подаде енергия. Но под определена температура тя започва да работи като свръхпроводник и в закономерни интервали през нея протича напрежение. Това ясно потвърждава, че целият контакт на Джоузефсън се държи като една голяма квантова единица – всички куперови двойки в него са квантово идентични. Щом потвърждават хипотезата, учените също показват, че схемата има дискретни нива на енергия, подобно на атомите. 

На практика устройството, което създават Джон Кларк, Мишел Деворе и Джон Мартинис, е своеобразен кюбит – градивната единица на квантовите компютри. В последващи експерименти Мартинис показва, че използвайки различните нива на енергия в системата, тя може да съхранява информация под формата на 1 и 0. Това е и фундаменталният практически принос на откритието на лауреатите – те полагат основите за създаване на ново поколение изчислителни машини.

Признание за това са и новите поприща на двама от тях, след като напускат академичните среди – Мартинис е част от екипа на Google, разработващ квантови компютри, в периода от 2014 до 2020 г., след което създава свой стартъп. Деворе поема ръководството на отдела за квантови компютри на технологичния гигант през 2023 г.

Химия

Едно от интересните умения на хората е да черпят вдъхновение от природата и да променят сътвореното от нея. Пример за това са много материали в нашето ежедневие, които сме взели от нея, а после сме ги преработили и подобрили. Но със сигурност не е лесно – измислянето на нов клас материали е постижение, с което не могат да се похвалят мнозина.

Ричард Робсън е един от тях – той е бащата на т.нар. метало-органични структури (МОС). Идеята за създаването им го осенява, докато подготвя модели на молекули за упражнения по химия. Тогава Робсън се замисля как би изглеждала молекула, в която има метални звена, свързани с органични молекули.

Първата структура, която хрумва на Робсън, е сходна с диамант, в който въглеродните атоми използват четирите си връзки, за да се свържат под формата на пирамида с други въглеродни атоми. За техен аналог той използва медни йони, които също като въглеродните атоми могат да направят четири връзки, а за свързващи звена използва органична молекула с четири „ръце“, които могат да се захванат за четири медни йона.

Една от впечатляващите характеристики на тази структура е, че тъй като отделните метални звена са свързани не директно едно с друго (както е в плътните диаманти), а с по-дълги елементи, в нея има големи празни пространства. Робсън установява, че при образуването на структурата празнините са пълни с разтворителя, в който протича реакцията, но той не е затворен там, а може да се движи през тях.

След като създава първия по вида си нов материал, той продължава с експериментите си, правейки други структури с по-различни свойства – например структура, която може да приема избирателно само определени вещества в празнините си. Като пионер той изказва редица хипотези, които предстои да се потвърдят – това, че структурите могат да запазят формата си, дори и без празнините да са пълни, както и възможността за заключване на молекули, които катализират реакции. Това би ги направило изключително впечатляващи катализатори за химическата индустрия поради избирателната им пропускливост и голямата им площ.

За съжаление, в началото структурите на Робсън не привличат огромно внимание. Те имат интригуващи свойства, но са нестабилни и поради пълната си новост учените могат само да изказват хипотези за потенциалните им приложения.

Тази „безполезност“ привлича Китагава, който смята, че за да бъде нещо интересно, не е задължително да бъде полезно. Това се случва и с първата МОС, създадена от него – двуизмерна структура, в която може да се улавя ацетон и която засега няма особено практическо приложение. Въпреки трудностите с намирането на финансиране той продължава да се занимава с тези структури и след няколко години създава МОС, която може да бъде изсушена и да остане стабилна, а в празнините ѝ да се абсорбират различни газове, като метан, кислород и азот. След това постижение той се концентрира върху създаването на гъвкави МОС. Изградени по подходящ начин, те биха могли да функционират като бял дроб.

Паралелно с японеца работи третият лауреат – Омар Яги. Той е роден в семейство на палестински бежанци в Йордания и когато е на 15 години, заминава за САЩ, където открива любовта си към химията. Докато Китагава се занимава с гъвкавите структури, Яги се фокусира върху създаването на изключително стабилни структури, издържащи на високи температури. Една от тях, която се налага като крайъгълен камък в дизайна на МОС, е MOF-5. Свойствата ѝ са главозамайващи – тя остава стабилна дори при 300℃ и е изключително порьозна. Един грам от нея има площ от 2900 кв.м – представете си как нагъвате половин футболно игрище в зарче.

С времето екипът на Яги създава още по-впечатляващи МОС – например MOF-210 има три пъти по-голяма площ от MOF-5. Някои от тях имат и пряко приложение: една от тях има способността да задържа въглероден двуокис, а друга – да поема влага от въздуха, която после да освободи при нагряване.

Въпреки че все още могат да бъдат описани като „нов материал“, полезните свойства на МОС вече не са под въпрос. Поради богатото разнообразие от молекули и метални йони, от които е възможно да бъдат изградени, те могат да имат изключително различни структури и функционалности, което ги прави ценни за редица индустрии. Сами по себе си МОС биха заинтригували малцина. Но продуктите, на които могат да станат основа (събиране на вода от пустинния въздух, пречистване на вода, съхранение на водород), пленяват вниманието и показват колко обещаващи са всъщност.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-hrana-za-pcheli-sluntsezashtita-biosenzori-i-bioinzhenerna-plastmasa/

Лакомства за пчели

Пчелите са едни от ключовите работници в земеделието, чийто труд понякога се приема за даденост. В съвременните производства те са своеобразни наемници – кошерите им се местят близо до културите, които трябва да опрашат, и не е изключение това да става няколко пъти през сезона. Макар да се предполага, че те ще имат достатъчен достъп до цъфтящи растения, от които да си набавят прашец и нектар (т.нар. паша), с разрастващите се климатични промени и човешка дейност понякога цветният прашец се оказва недостатъчен. За справяне с проблема пчеларите рутинно използват подхранване с поленови заместители, но техният състав не е оптимален. Обикновено тези поленови заместители се приготвят от протеинов прах, захари и масла, в които не присъстват важни компоненти от диетата на пчелите.

Подобно на бозайниците, които не могат да синтезират някои витамини и аминокиселини и им се налага да ги приемат с храната си, пчелите са загубили способността да произвеждат стероли, ключово важни за протичането на редица процеси в клетките им. За да си ги набавят, работничките, които се грижат за пилото (съвкупността от яйца, ларви и какавиди), приемат стероли от събрания полен, след което ги концентрират и отделят чрез специализирани жлези в устите си.

Този естествен процес вдъхновява учените за нова разработка, която обещава пълноценна храна за пчелите, помагайки им да запазят висока жизненост на колонията. След като анализират стеролното съдържание на пчелите, изследователи от Оксфорд определят, че най-важни за тези насекоми са шест стерола, като единият от тях (24-MC) съставя 60–70% от общото съдържание на стероли в какавидите. Донякъде очаквано, съотношението между шестте е различно при какавидите на различните видове пчели, което се връзва с познатия ефект от диетата върху развитието на пчелните ларви – в зависимост от приеманата храна ларвите се превръщат в работнички или в пчели майки.

Прицелвайки се в тези шест вещества, екипът се захваща с техния биологичен синтез, избирайки вид дрожди, които натрупват много липиди. Тъй като в естественото си състояние дрождите не синтезират 24-MC, се налагат няколко промени в метаболизма им – премахват се два гена, за да се натрупа прекурсор на желания стерол, и се вмъкват два други гена, кодиращи ензими, които превръщат прекурсора в 24-MC. След като създават този щам на дрождите, учените го модифицират допълнително така, че да натрупва и другите пет стерола. Източниците на гените са най-различни – картоф, киноа, зелени водорасли.

След култивиране на дрождите в биореактори получената биомаса се изсушава, стрива се и се влага в специална храна за пчелите. Резултатите от изпитването ѝ са впечатляващи – колониите, подхранени с нея, отглеждат до 10–15 пъти повече ларви към края на сезона, а продуктивният сезон е по-дълъг. Тъй като изследването е проведено в специални кошери и в контролирани условия, предстоят по-обширни полски изследвания, които да определят дългосрочните ефекти от храната върху здравето на колониите.

Освен по-добрия хранителен ефект, потенциална полза от тази разработка е, че така може да се намали конкуренцията на комерсиално отглежданите пчели с дивите видове. Проучване в Южна Калифорния показва, че медоносните пчели могат да извлекат около 80% от полена в района на пашата си, лишавайки местните видове от важен ресурс. Според авторите медоносните пчели съставляват над 98% от пчелната биомаса в изследваната екосистема, което донякъде се дължи и на по-големия им размер. Но ако хранителните ресурси станат достъпни за местните пчели, техните популации биха се увеличили над 50 пъти.

Този подход може да се приложи и при други видове, например при земните пчели, които са често срещан опрашител в оранжериите. Възможно е и създаване на храни, които да помогнат именно на местните видове да се справят с промените в своите хабитати.

Природна слънцезащита

Макар човешкото тяло да има нужда от слънчева светлина (например за синтез на витамин D), не се препоръчва по-продължително излагане на слънце без някаква защита. Потенциалната вреда се дължи на лъчите в ултравиолетовия спектър (UVA и UVB), които имат голям ефект върху кожата ни. UVA проникват по-дълбоко в нея, причинявайки преждевременното ѝ състаряване и набръчкване. Макар и с по-плитко проникване, UVB имат по-висока енергия и са много по-вредни, тъй като могат да разкъсват веригите на ДНК, което е предпоставка за възникване на мутации, а оттам и на ракови заболявания.

Това налага използването на слънцезащитни препарати, особено когато ще стоим дълго на слънце. През годините са използвани най-различни вещества, но към момента само две от тях са безопасни според Агенцията за контрол на храните и лекарствата на САЩ – цинковият оксид и титаниевият диоксид. Други (оксибензон, октиноксат) се приемат през кожата и могат да нарушат хормоналния баланс, което води до тяхната забрана – оксибензонът е забранен за употреба в Европейския съюз от края на 2023 г. Освен за хората, някои съставки в слънцезащитните кремове са токсични и за морските обитатели – изключително неприятен факт, като се има предвид, че около 25% от слънцезащитата се отмива след 20-минутен престой във водата.

Тъй като защитата от ултравиолетовото лъчение е важна, много организми са развили свои механизми за справяне с неговите вредни ефекти. Пример е спорополенинът – биополимер, който обвива цветния прашец. Спорополенинът е изключително стабилен и здрав заради разнородния си състав, включващ и фенолни съединения, които могат да абсорбират ултравиолетовата светлина.

Тази характеристика на поленовата обвивка се използва в нова разработка на слънцезащитен продукт, който може да се употребява като традиционните препарати, предлагани в момента. За приготвянето му учените изпробват два варианта – прашец от чаен храст и от слънчоглед. Този прашец след двустъпкова обработка образува микрогел. След като с помощта на инвитро отгледани кожни клетки се установява, че е безвреден, се стига и до прякото му изпробване върху лабораторни мишки, изложени на ултравиолетова светлина.

Резултатите от експериментите са обещаващи – кожата на третираните мишки е защитена от вредното влияние на светлината. Това се потвърждава и от ниските нива на експресия на гени, които обикновено се активират при повреди, причинени от слънчево изгаряне. Накратко: защитният ефект на микрогела с прашец от чай е сходен с ефекта от комерсиално предлаган препарат, в чийто състав има редица съставки, които попиват в кожата и могат да причинят промени в хормоналния баланс. Средното ниво на защита се равнява на SPF 27 и това го прави подходящ за ежедневна употреба в слънчево време.

Наред с този добър резултат екипът отбелязва още две важни открития. В сравнение с традиционния слънцезащитен продукт микрогелът поглъща по-малко светлина от видимата и инфрачервената част от спектъра. Това води до значително по-бавно затопляне на кожата и съответно иновативният гел е по-приятен за използване. Другият ефект, значително по-важен, е върху морските обитатели. При отглеждане на корали във вода, в която има комерсиално предлаган продукт, който би трябвало да е безопасен за тях, те се избелват за две седмици. За сравнение, микрогелът от чаен прашец е безвреден дори след два месеца.

Това е пример, че освен питателен ресурс за пчелите, поленът може да бъде суровина и за човека. С оглед на ограничения достъп на опрашителите до полен е трудно да се прецени какво би означавало масовото производство на такъв слънцезащитен продукт за екологичния баланс. От една страна, с него би се намалил доказаният вреден ефект от сегашните продукти за слънцезащита върху морските организми. От друга страна, достъпната храна за пчелите би намаляла, което ще се отрази върху техните популации. Въпросът доколко етично е индустриалното събиране на полен, остава без категоричен отговор. А към момента изкуственият синтез на спорополенин все още изглежда далеч, защото съставът му е неясен и не се знае какъв е точният биосинтетичен път в растенията.

Въпреки това подобни разработки дават надежда, че природата може да ни вдъхнови за създаването на по-щадящи продукти, които в даден момент да станат приложими и да помогнат за опазването ѝ.

Биологични сензори

Микропластмасите са един от по-новите замърсители и ефектът от тях все още не е напълно изяснен, но присъствието им вече е повсеместно – от мозъците ни до далечни ледници. Въпреки широкото им разпространение те са изключително трудни за откриване поради малкия си размер. Към момента при най-често прилаганите методи са нужни дълга пробоподготовка и високотехнологична апаратура, като микроскопи и спектроскопи, поради което процесът е скъп и времеемък.

Възможно решение за по-лесното засичане на микропластмаси е използването на биосензори. Това са системи, които откриват различни вещества чрез биологични процеси. Биологичната част в тях може да е най-различна – от сравнително прости вещества, през по-сложни биомолекули, до цели клетъчни структури. Някои биосензори са вече добре наложени – например антигенните тестове, които придобиха масова популярност след появата на COVID-19. Продължение на този похват е използването на цели организми. Най-често това са бактерии заради малкия им размер, простата им биология и лесното им отглеждане. За разлика от технологиите, в които се използват отделни молекули, тук вече има достъп до целия биологичен апарат на организмите и до всички биохимични процеси, протичащи в тях.

Пример за това е нов генноредактиран щам бактерии, който може да бъде използван за засичане на микропластмаса във води. В бактериите е направена минимална намеса чрез вмъкване на две нови за тях ДНК последователности. Едната е свързана с клетъчната стена на бактериите и е отговорна за засичането на парченцата пластмаса. При контакт с тях тя активира другата ДНК последователност и така започва синтез на зелен флуоресциращ протеин (GFP), който често се използва за визуализация на процеси в клетките.

Първоначално бактериите са изпитани в лабораторни условия върху най-различни видове субстрат. Ако се поставят в епруветки с пясък или стъкло, те не флуоресцират, но ако бъдат изложени на различни видове пластмаса, в рамките на три часа в тях се натрупва GFP, който може да бъде отчетен. За симулация на употребата му в реални условия биосензорът е изпробван с морска вода, която, очаквано, е замърсена с микропластмаси. Интересното е, че след анализа ѝ с помощта на микроспектроскопия се оказва, че замърсяванията са основно от биоразградими пластмаси, върху каквито към момента бактериите не са изпитвани, което показва по-широко действие от предвиденото. Допълнително предимство на системата е, че тя може да се използва за установяване не само на наличието на пластмасови частици, но и на тяхната концентрация, тъй като интензитетът на светлината е правопропорционален на количеството им.

Биосензорът обещава бърз и икономичен метод за количествено определяне на широк набор микропластмаси и подобно на бързите антигенни тестове за COVID-19 има потенциал да предостави възможност за по-интензивно изпитване на различни водоизточници. Това ще помогне за откриване на особено замърсени места, както и за проследяване на източниците на замърсяване.

Биоинженерна пластмаса

Несъмнено замърсяването с пластмаса е сериозен екологичен проблем, който допълнително се разраства от производството на подобни материали, разчитащо на петролни суровини. За съжаление, пластмасите са неразривно свързани със съвременното ни ежедневие и редица продукти не биха били възможни без тях. Поради това търсенето на екологични алтернативи е изключително активно, като особено се ценят биоразградимите пластмаси, за чието производство се използват биологични суровини.

Пример за такава суровина е PDCA (пиридинкарбоксилна киселина) – мономер, който може да се използва за изработката на пластмаса, сходна на PET – материала, познат ни от бутилките за минерална вода. В зависимост от „рецептата“ за приготвяне на полимера, свойствата му могат да се адаптират спрямо конкретното му приложение, като някои варианти дори имат по-висока якост от традиционните пластмаси. Уви, химическият синтез на PDCA е сложен – към момента няма процес със задоволителен добив.

Добри новини идват от Япония, където екип от Университета в Кобе е разработил нов метод за производство на мономера чрез прецизна ферментация. Учените използват добре познатата бактерия E. coli като малка химическа фабрика, в която вмъкват два биосинтетични пътя. Така бактериите придобиват способността да преобразуват глюкозата от хранителната си среда в PDCA. Това не е първото биоинженерно производство на тази суровина – основите са положени преди 10 години, но новата разработка значително подобрява добива.

След установяването на работеща процедура в лабораторни условия екипът насочва усилията си към оптимизацията на процеса за по-мащабно производство. Потенциален проблем е нуждата от добавяне на вещества в хранителната среда, които спират натрупването на водороден пероксид в бактериите. Той е токсичен за тях, но се образува като вторичен продукт на един от новите гени. Учените вече имат идеи как могат да се справят с него – чрез по-прецизна регулация на този ген или чрез подмяната му със сходен, при който не се отделя толкова пероксид.

Използването на растителни отпадъци като суровина за биологично производство на биоразградими пластмаси звучи изключително футуристично, но подобни разработки показват, че сме изключително близко до това. Освен че са по-щадящи за природата, тези суровини са и по-икономични. Наред с това те дават възможност за създаване на полимери, които имат по-добри свойства от използваните в момента. Биоинженерството и прецизните ферментации могат да се окажат в авангарда не само на производството на хранителни продукти и лекарства, но и на подобни иновативни материали.

Веднъж месечно Михаил Ангелов – биолог, агроном и любим нърд от нашия екип, ни представя най-интересните скорошни новини от различни сфери на науката и обяснява защо тези постижения са толкова значими за света и човечеството. Или най-малкото – любопитни и забавни.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-kometi-mlyako-bez-kravi-i-potomstvo-ot-ednopolovi-roditeli/

Мляко без крави

Млякото е изключително важна (и вкусна) суровина, която към момента може да се добива само от животни. Отглеждането им ще става все по-трудно и по-скъпо заради очакваните климатични промени и намаляващите водни ресурси и затова интересът към създаването на млечни аналози е изключително голям. Засега най-достъпният метод е биотехнологичното производство на отделните компоненти на млякото, които после да бъдат смесени. А ако се цели производство на млечни субпродукти (например суроватъчни протеини), компонентите могат да бъдат директно вложени в тях, като така се премахва нуждата от разделянето им.

Отделните елементи на млякото, засягащи най-вече вкуса, са: мазнини, казеини (протеините, които формират твърда маса при пресичането на млякото и които са необходими за производството на сирене), суроватъчни протеини (те са по-разтворими и остават в суроватката), захари, витамини и микроелементи. 

В последните години няколко компании съобщават, че са решили загадката и имат „биотехнологично мляко“, но за съжаление, никоя от тях не предлага пълна алтернатива. Една от тези компании е Perfect Day (по популярната песен на Lou Reed), основана през 2014 г. Тя работи по B2B модел и предлага своя продукт като суровина на различни компании с цел производство на всякакви хранителни продукти – сладолед, овкусени млека и др.

Зад технологията стои утвърден биотехнологичен модел. Гените за желаните протеини се клонират от първоначалния организъм (в случая крава) в микроорганизъм, който може да се отглежда в биореактори. Perfect Day са избрали за синтез суроватъчния протеин лактоглобулин, а като биологична „фабрика“ – една нишковидна гъба от рода Триходерма. Тези гъби са подходящи за подобен вид производство, тъй като имат свойството да отделят извън клетките си големи количества ензими и с тяхна помощ разграждат целулозата, с която се хранят. Използвайки генетични редакции, учените успяват да ги подлъжат, така че вместо тези хранителни ензими те да синтезират и отделят протеини, чужди за тях.

За съжаление, информацията, която е представена от компанията, може да се окаже не съвсем вярна – това предстои да се установи в дело, заведено преди няколко месеца от две организации – Асоциацията на органичните консуматори (OCA) и GMO/Toxin Free USA.

Perfect Day обявяват съдържание на гъбни протеини от около 7% в своя продукт като следствие от производствения процес. Според ищците независим анализ показва почти обратното – само 13% от продукта представляват рекомбинантен тлактоглобулин, т.е. 87% е съдържанието на гъбни протеини.

Под въпрос е и дали наистина в произведената суровина няма ГМО, тъй като е възможно части от гъбата да не са премахнати при процеса на пречистване. Компанията държи на своя анализ и се позовава на публикувани данни в научна литература, които сочат, че използваната гъба няма известни отрицателни ефекти. Делото ще е интересно, защото може да бъде важно за бъдещето на подобни биотехнологични производства.

Наред със суроватъчните протеини казеините са ключова част от млечните аналози (съставят около 80% от кравето мляко), поради което възможността за техния синтез също представлява голям интерес. В млякото те се намират под формата на агрегати от няколко вида казеин. Важно условие за формирането на тези агрегати е отрицателният заряд на протеините, който те получават чрез фосфорилиране (закрепване на фосфатни групи към тях).

В скорошна публикация са описани два подхода за синтез на фосфорилиран казеин в бактерии. Първият е относително директен – освен гена за казеин от крава се вмъкват и няколко кинази от бактерията Bacillus subtilis. Киназите са ензими, които могат да фосфорилират протеина, закачайки фосфатни групи към него. Второто решение е по-иновативно и се състои в редакция на състава на протеина чрез подмяна на една аминокиселина – серинът се заменя с аспарагинова киселина. Тя има негативен заряд, който ѝ придава свойства, сходни на свойствата на фосфорилирания серин. Екипът нарича този модифициран протеин фосфомиметична версия на казеина, тъй като се държи като него, но няма фосфорилиране.

Според получените резултати от редица тестове, между двата протеина, синтезирани от бактерии, и протеина, извлечен от краве мляко, няма функционална разлика, което звучи обещаващо.

От една страна, е стъпка към чисто практичното приложение на протеина в производство на сирена без използване на животни. Заедно с това показва, че с леки намеси в структурата на протеините може да се получат удачни функционални модификации, чрез които да се опростят подобни производства.

Подобни „прецизни ферментации“ са част от по-общата идея за „клетъчно земеделие“, чиято цел е да се намали използването на животни, като продуктите, традиционно получавани от тях, се заменят с биотехнологични алтернативи. Потенциалът на този нов подход е голям и може да има положително отражение върху много от негативните аспекти на животновъдството – въглеродни емисии, употреба на вода и енергия, заета площ, неетично отглеждане и др. Пълното премахване на животински продукти към момента изглежда много далеч, но на хоризонта се появяват проблясъци като млечните алтернативи или синтетичните месни аналози.

Татко, татко и аз

Размножаването при бозайниците е сравнително праволинейно. Създаването на потомство започва със сливането на две клетки, идващи в общия случай от майката и бащата – процес, който е резултат от милиони години еволюция. Именно поради това намесата в него е изключително трудна и разкриването на всички фини механизми на протичането му е дългогодишна цел на ембриологията. Една от интересните задачи, които са си поставили учените, е да вникнат в процеса на сливане на двете полови клетки и генетичните основи за получаване на новия индивид.

Важен елемент от този процес е епигенетичният феномен „генетичен импринтинг“. След сливането на половите клетки в получената зигота има два набора хромозоми – по един от всеки родител, като всеки се състои от една полова хромозома (X или Y) и няколко автозоми. Тъй като всеки ген е представен от две копия, е нужен прецизен контрол на тяхната активност, за да няма нарушения в развитието на организма. Това е ролята на импринтинга – с помощта на епигенетични механизми някои гени, намиращи се на автозомите, се изключват.

Интересното е, че за разлика от други случаи (например инактивирането на X хромозомите при женските бозайници), в които това се извършва на случаен принцип, при импринтинга има строги правила кои майчини и кои бащини гени ще бъдат изключени. Счита се, че именно поради това няма описани случаи на партеногенеза („непорочно зачатие“) при бозайниците.

Това кара учените да се запитат дали не е възможно изкуствено да се създаде потомство от индивиди от един и същи пол.

Основите на тези опити са поставени през 80-те години на миналия век от английски учени, но резултатите само потвърждават, че наличните към момента технологии не са достатъчни за намеса в специфичния процес на ембриогенеза и в импринтинга. Първият сериозен пробив е направен през 2018 г., когато китайски учени успяват да манипулират ембрионални стволови клетки чрез премахване на няколко ключови гена, които са обект на импринтинг. Най-вероятно поради грубия подход (премахване на цели гени вместо на импринтинга върху тях) от родените 12 мишлета оцеляват само две, при това за по-малко от 48 часа. Въпреки това процедурата е окуражаваща и показва, че с подобни намеси могат да се преодолеят първите критични фази, като образуването на плацентата и началните стадии в развитието на ембриона. В същата публикация е описана сходна технология, чрез която успешно се създават мишки от две майки, даващи нормално потомство след кръстосване с обикновена мишка.

Информация за сходен експеримент бе публикувана и в началото на януари. С помощта на CRISPR/Cas9 китайски учени нарушават функционирането на 20 гена в миши сперматозоиди. Тази намеса е по-успешна – получените мишки оцеляват, но последиците от нея са налице. Животните са по-големи от обикновените, с уголемени органи и по-кратък живот; освен това не са фертилни. Двата експеримента потвърждават сложността на процеса и необходимостта от присъствие на гените.

Промяна на стратегията и сериозна стъпка напред представлява първата яйцеклетка, получена от мъжка стволова клетка.

Разработката, публикувана през 2023 г., е на японски екип, който нарича новата технология „инвитро гаметогенеза“. Процедурата започва със създаване на стволови клетки от възрастни мъжки мишки чрез вземане на материал от опашките им. След това тяхната Y хромозома се премахва и се дублира останалата X, което е една от най-важните стъпки. Така направените XX клетки се имплантират в изкуствено създаден яйчник, където се оформя „мъжката“ яйцеклетка.

След оплождането на тези изкуствени яйцеклетки със сперматозоиди от немодифицирани животни те са имплантирани в сурогатни майки. Получените седем мишки се развиват нормално, без забележими дефекти. Една мъжка и една женска от тях са изпитани за фертилност, като и в двата случая опитите са успешни. Въпреки че само от 1% от имплантираните ембриони се раждат модифицирани мишки, това се оценява като сериозен напредък в полето на репродуктивната генетика.

Разбира се, историята не свършва дотук – в края на миналия месец беше описан нов подход за решаване на тази загадка. Той се базира на модифицирана CRISPR система, редактираща не самия геном, а епигенетичните маркери, които носи ДНК. За получаване на ембрион с генетичен материал от двама бащи се имплантират два сперматозоида в яйцеклетка с премахнато ядро. Така получената „диплоидна“ клетка, която носи два набора хромозоми, се подлага на прецизно насочена редакция, прицелена към алели, които се срещат само на едната хромозома – от единия или от другия татко.

Крайният резултат са две мишлета, които оцеляват и се развиват нормално.

След като достигат полова зрялост, те успяват да създадат потомство с две немодифицирани майки. Този метод изглежда най-щадящ и най-обещаващ, тъй като няма директна намеса в генома, която да бъде предадена на потомството.

Въпреки че може би изглежда малко самоцелно и странно, от манипулирането на половите клетки може да има и преки ползи. Комбинацията от инвитро гаметогенеза и епигенетично редактиране може да бъде важен инструмент за възстановяване на популациите на видове, които са на ръба на изчезването. Макар че най-вероятно няма да може да се пренесе директно от мишки към други видове, натрупаната информация ще помогне за по-бързото и по-лесно разработване на видовоспецифични похвати. Пример са белите носорози, при които инвитро процедурите за оплождане все още не са оптимални.

За добро или лошо, все още сме далеч от прилагането на тези подходи при хора. Дори да приемем, че това би се приело от обществото и се предложи като част от пакетите за репродуктивна помощ, чисто технологично има множество спънки, които трябва да бъдат преодолени. Едната от тях е самото ни познание за гените, подложени на импринтинг – през 2014 г. са били известни около 70, а през 2019 г. броят им надхвърля 200, тоест тепърва се трупат данни. Много е вероятно процедурата да крие рискове, за които все още не подозираме; в повечето публикации полученото потомство не се подлага на тестове за оценка на когнитивните способности. Дискусията доколко етични са подобни технологии, тепърва предстои и няма да бъде лека. 

Далечен гост

В необхватните дебри на Космоса има множество обекти, които не обикалят около конкретна звезда, а се движат самотно в пространството между звездните системи. Въпреки че според математическите изчисления те са изключително голям брой, към момента наблюдаването им е доста рядко явление.

В началото на месеца системата за засичане на обекти, представляващи риск за Земята (ATLAS), регистрира ново тяло при преминаването му покрай орбитата на Юпитер.

Траекторията и скоростта му показваха, че идва от пространство извън Слънчевата система и няма да се задържи дълго в нея. Това е едва третият засечен подобен обект, поради което е наречен 3I/ATLAS. Той е по-голям от предишните два, забелязани през 2017 и 2019 г., но точният му размер не може да се определи, защото е активна комета с ядро, обградено от прах (т.нар. кома). Най-вероятно диаметърът му е около 1–2 км, но може да се окаже и към 10 км.

В момента комата е сравнително компактна и опашката ѝ е къса, но най-вероятно с приближаването към Слънцето ще започне да расте. 3I/ATLAS не представлява опасност за Земята и ще прелети на повече от 200 млн. км от нас, преминавайки през орбитата на Марс, без да го застраши. Според сегашните изчисления перихелият (моментът, когато ще е най-близо до Слънцето) ще е на 29 октомври, след което кометата отново ще се отправи към междузвездното пространство в Млечния път. По това време Земята ще бъде от другата страна на Слънцето и няма да е възможно да се правят наблюдения. Орбитите ще позволят това чак през декември, но все още не е ясно дали тогава 3I/ATLAS ще бъде видим.

Поради редкостта на събитието астрономите се възползват от всички налични инструменти.

Телескопът „Хъбъл“ направи наблюдения на 21 юли, а през ноември с негова помощ ще бъдат проведени спектроскопски измервания в ултравиолетовия спектър, които ще определят съотношението между сяра и кислород в кометата. Обсерваторията „Джеймс Уеб“ ще наблюдава обекта през август и декември, измервайки съдържанието на различни вещества в него (вода, амоняк, въглероден диоксид) чрез спектроскопия в инфрачервения спектър.

Тъй като ще прелети най-близо до Марс, учените предвиждат наблюдения и с помощта на изкуствен спътник (MAVEN) в орбита около Червената планета. Измерванията от тези телескопи ще дадат ценна информация за средата, в която се е формирала кометата, и за компонентите, които са присъствали в този момент. Куриозно и за късмет на астрономите, новата обсерватория „Вера Рубин“ също е заснела обекта по време на предварителните ѝ тестове, давайки допълнителни данни отпреди първоначалното му засичане.

Хипотезата за произхода на подобни обекти е, че те се формират в асоциация с някоя звездна система и се движат по дълги орбити около нейната звезда. Но при разминаването с друга звездна система кометите могат да бъдат „издърпани“, което ги изпраща на пътешествие в празното пространство между звездите. Друга възможност е те просто да се откъснат от звездата майка, когато тя започва да губи от масата си и да загива.

Към момента не е ясно откъде точно идва 3I/ATLAS, но учените подозират, че е изключително стар обект.

Предположенията за възрастта му обхващат голям диапазон: според една статия – от 3 до 11 млрд. години, а според друг екип – между 7,6 и 14 млрд. години. Това е впечатляващо, защото може да се окаже, че 3I/ATLAS се е формирал преди нашата Слънчева система. Една от допълнителните улики за произхода на кометата ще бъде и това колко бързо се върти – ако е бързо, най-вероятно е „издърпана“ от друга звезда, а ако е бавно – по-вероятно е просто да е „отплавала“.

Предстои тепърва да разберем още много за тази странстваща комета, но появата ѝ определено предизвика голям интерес в научните среди, което личи от предварителните статии, публикувани само седмици след откритието. Очаква се, че след като обсерваторията „Вера Рубин“ започне своята работа, подобни обекти ще бъдат засичани по-често. Това обаче няма да намали интереса към тях и те ще продължат да пленяват въображението ни.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-vulnesti-mishki-svirepi-vultsi-i-novi-tsvetove/

Завръщане на изчезнали видове или маркетингова кампания?

Вълнестият мамут е един от най-добре проучените изчезнали видове поради множеството открити негови останки. Популациите на впечатляващото животно започват да намаляват преди около 10 000 години с масовото измиране на мегафауната в края на плеистоцена. Смята се, че последната малка популация е живяла на полярния остров Врангел преди около 4000 години – тогава пирамидите в Гиза вече са били построени. Според някои хипотези за изчезването му принос има и засиленият лов от човека.

За разлика от по-древните животни, които познаваме само от фосилизираните им останки, за анатомията на вълнестия мамут се знае много – някои образци са толкова добре запазени в пермафроста, че дори в един от тях е открита течна кръв. Наличието на дълбоко замразени тъкани не само улеснява сглобяването на генома им, но дори дава възможност за разглеждане на триизмерната му структура.

Още първите разработки, свързани с генома на мамута, пораждат интерес у генетика Джордж Чърч и той започва да работи върху възстановяването на вида. Така през 2015 г. екипът му успява да направи промени в 15 гена на най-близкия жив родственик на изчезналия вид – азиатския слон. В следващите няколко години броят им се увеличава и според новини от 2017 г. в редактираните клетки има 45 гена, които са със секвенцията на вълнестия мамут. За съжаление, тези експерименти не са публикувани в научен журнал и точната методология и получените резултати не са достъпни.

Стъпвайки на тези разработки, през 2021 г. Чърч основа компанията Colossal Biosciences с основен фокус завръщането на изчезнали видове. Един от тях е тасманийският вълк, който е унищожен от хората, а последният екземпляр загива в зоологическа градина през 1936 г. Миналата година от Colossal съобщиха, че геномът му вече е секвениран почти напълно и започва активна работа по възстановяването на животното.

Но тази година в рамките на два месеца компанията попадна два пъти в новинарските емисии, предизвиквайки доста вълнение с живи образци на редактирани животни. 

Миналия месец бяха публикувани снимки на вълнеста мишка (наречена така от компанията), обявена като първа стъпка към връщането на вълнестия мамут. Малките гризачи имат впечатляващ външен вид със своята дълга златиста козина. Уви, под нея се крият генетични редакции, които само са вдъхновени от изчезналия гигант.

За да променят козината на мишките, учените използват дълбоките познания за генома им и правят редакции в гени, които са отговорни за белези, свързани с окосмяването. Например Fgf5 контролира дължината на космите, Fam83g и Tgfa отговарят за къдравия им вид, а Mc1r регулира синтеза на пигменти. Постижението определено заслужава внимание от технологична гледна точка, защото показва силата на CRISPR за извършване на няколко редакции едновременно – в симпатичните мишки са манипулирани седем гена. Но редакциите са от „по-лесните“ – т.нар. knock-out, които причиняват мутации, нарушаващи функцията на даден ген. Така ефективно мишките са променени, за да изглеждат като вълнестия мамут, но в тях няма ДНК от него.

За създаване на хибрида между мамут и слон пред учените стои много по-трудна задача. Те трябва да променят множество гени, като редакциите няма да са свързани с изключването им, а с промени на техните секвенции, които в някои случаи може да са осезаеми и екстензивни. Част от тази работа вече е свършена, но не е ясно колко допълнителни намеси в генома ще са нужни. Въпреки че наличните инструменти за модификация на генома се развиват бързо, възможността за извършване на няколко намеси наведнъж все още е ограничена. Освен това тяхната ефективност не е толкова висока – налага се времеемко преглеждане на редактираните клетки, за да се установи кои носят желаните редакции.

Към момента плановете са първите мамутчета да бъдат родени през 2028 г., което е доста амбициозна цел – само износването им от майките ще отнеме 22 месеца, което означава, че учените разполагат с около една година да направят нужните редакции и да подготвят ембриони за имплантиране.

Докато вълненията около мишките все още не бяха утихнали, в мащабна пиар кампания фирмата съобщи за „завръщането на свирепия вълк“ – вид, също изчезнал в края на плеистоцена. Най-близкият му родственик е сивият вълк, но от скелетите им става ясно, че той е бил по-голям и е имал значително по-силна захапка – очаквано за хищник, ловуващ по-дребни представители на мегафауната.

Достъпната информация за генома им е оскъдна – през 2021 г. международен екип публикува статия за секвенирането на пет проби, но за съжаление, с много ниско покритие. Colossal изтъкват това в специална секция на сайта си, където сравняват тези резултати със своите – шестима учени успяват да секвенират почти пълен геном от две проби. Според компанията, базирайки се на тези два генома, за „превръщане“ на сивия вълк в свиреп са нужни редакции само на 20 локуса (участъка) в 14 гена. Това повдига известни съмнения, понеже според публикуваното на сайта им отделянето на двата вида е настъпило преди около 3 млн. години – време, за което в геномите се натрупват много разлики. Уви, анализът на компанията не е публичен и затова към момента твърдението не може да се провери.

Но голямата гордост на Colossal не са тези анализи, а три вълчета – мъжките Ромул и Рем и женската Калиси, която е с три месеца по-малка от тях. Компанията не споделя какви редакции са направени в тях, и дава оскъдна информация на сайта си, както и на журналисти, но видимите разлики с обикновените вълци са основно по-големият им размер и бялата козина.

Подобно на мишките, тези два белега са намеси в генома на сивия вълк, а не привнесени от ДНК на изчезналия вид. Генът за размер, който са манипулирали учените, се нарича LCORL. Интересното е, че неговата активност намалява размера и при други видове (хора, прасета, кучета и др.). Намаляването на действието му чрез нарушаване на един от функционалните участъци на протеина води до по-голям размер на редактираните вълци. Много е вероятно промяната в цвета на козината също да се дължи на нарушаване на синтеза на меланини. Както и при вълнестите мишки, в генома на трите животни няма древна ДНК – намесите са направени по начин, който ги доближава до нея.

Всичко това не значи, че редактираните животни не са впечатляващо постижение. Учените от компанията имат много добри резултати в редица проекти и в разнообразни процедури. Дори само секвенирането на генома на свирепия вълк може да бъде ценен принос за науката, ако бъде споделен. Разработените протоколи за множествени редакции също изглеждат изключително оптимизирани.

Но от наличната информация скептицизмът към работата на компанията донякъде е оправдан – немалка част от разработките им не се публикуват и не са достъпни за рецензия. Наред с това използваният от тях език е прекалено оптимистичен и звучи по-скоро като продукт на маркетинг – получените животни няма как да се определят като „истински“ вълнести мамути или свирепи вълци. В най-добрия случай те ще могат да бъдат разглеждани като хибриди, а за по-критичния научен поглед ще са по-скоро слонове или вълци, в които са направени генетични редакции или са вмъкнати участъци от ДНК на друг вид – трансгенни животни. Нещо, което се прави и в момента за фундаментални изследвания.

Освен това се създава и погрешното впечатление, че тези изчезнали видове могат да бъдат възстановени напълно, което е опасно от консервационна гледна точка. Не на последно място, има и етични съображения. Слоновете са изключително интелигентни животни с много силна стадна динамика, поради което най-вероятно единични екземпляри няма да се чувстват добре сами. Като се вземат предвид дългата бременност при слоновете и неясната успеваемост на процедурата, създаването на достатъчно големи стада ще отнеме значително време и ресурси.

От друга страна, компанията очевидно грабва въображението на хората с новините за рунтави гризачи и свирепи вълци, помагайки за приемането на генните манипулации като нещо, което не е страшно и може да бъде полезно дори и от екологична гледна точка. Също така част от разработките все пак се публикуват, което може да донесе ползи в областта на генетичните редакции. Някои от техниките имат потенциал за приложение в медицината за генни терапии или за по-сложни редакции с цел фундаментални изследвания.

Времето ще покаже дали Colossal ще успеят да постигнат целта си и как точно ще бъдат приети новите животни от научните среди, които засега са по-скоро скептични, и на фона на вълнението на широката публика. 

Невиждан цвят

Възприемането на различни цветове е донякъде субективно. Но в основата си то се базира на система, която е добре проучена на физиологично ниво. В очите ни има два вида клетки, отговарящи за създаване на картината, която виждаме – пръчици, които не различават цвета, а само силата на светлината, и конуси, които правят разлика между отделните цветове.

Пръчиците са много по-чувствителни и многобройни (около десет пъти повече) и отговарят за зрението ни при оскъдна светлина. Конусите се делят на три разновидности, в зависимост от дължината на вълната, която улавят най-добре – S, M, L (short, medium, long), съответно за синя, зелена и червена светлина (трицветно зрение). Всеки от пигментите в тях има определен пик, при който се активират най-интензивно, но те могат да улавят с по-нисък интензитет и светлина с близка дължина на вълната. Сигналите от активацията на тези клетки се предават към мозъка, той ги интерпретира и създава картината, която виждаме. Това ни позволява да различаваме около милион нюанса на цветовете.

Но поради това припокриване между сигналите, особено на клетките за зелено и червено (M и L), на практика е невъзможно да видим зелено, без към него мозъкът ни да „добави“ и известно количество жълто. Поради това на практика е невъзможно да видим „истинско зелено“, тъй като няма естествен начин да се стимулират само един тип клетки. Това се променя с нова методология, наречена от изобретателите си Oz, с помощта на която петима доброволци са видели невиждан до момента нюанс на зеленото.

Процедурата е изключително сложна и високотехнологична. Първата стъпка е пълно картиране на ретиновата мозайка на доброволците. По този начин изследователите получават информация за разположението на различните клетки в ретините им. След това участниците поставят главите си в специална установка, където има място, което захапват – така могат да държат главата и съответно очите си почти неподвижни в пространството. И тук става магията – софтуер, наречен Wizard, следи микроскопичните и неволни движения на очите, като същевременно насочва прецизно специален лазер, така че светлината му да попада само в предварително избрани клетки, в случая M конуси.

Новият цвят, наречен от учените olo (от компютърното представяне на активация само на M конусите – 0, 1, 0), е описан от участниците в изследването като синьо-зелено, морскосиньо, зелено, но с много по-силен интензитет от обичайните им нюанси.

Като всяка изключително сложна система и Oz, въпреки своя магьосник, има своите недостатъци. Тъй като броят на M конусите е изключително голям, е много трудно лазерът да се насочи към всеки от тях. Поради това размерът на цветното петно, което виждат доброволците, е сравнително малко – колкото монета от 1 лев, гледана от една ръка разстояние, около два пъти по-голямо от Луната в нощното небе. По-сериозният проблем е, че въпреки следенето на движението на очите и прецизното насочване на лазера, около 60% от излъчената светлина попада в други клетки. Все пак според изчисленията на учените, потвърдени емпирично от наблюденията на участниците в изследването, цветът е извън границите на обичайното ни възприятие. Това прави бъдещото подобрение на технологията още по-интригуващо, защото, ако разсейването на светлината се намали и наистина се активират само един тип клетки, то цветът ще е още по-наситен.

Макар и на пръв поглед да изглежда така, разработената система не е просто високотехнологична играчка. Екипът, създал Oz и Wizard, смята, че интересното тепърва предстои. Системата може да се използва за различни експерименти, свързани с работата на зрението ни и с възприятието на цветовете. По-амбициозната цел е с помощта на подобрена установка, която може да покрие цялото зрително поле, да се помогне на хора с цветна слепота. Това е стъпка към трайно възстановяване на коректното трицветно виждане при тях. 

Вече има експерименти с примати, при които във възрастни екземпляри с червено-зелена слепота с помощта на генна терапия е добавен трети пигмент. От проведените тестове процедурата изглежда успешна – маймуните успешно различават предмети, които преди това са приемали за еднакви. Този експеримент показва, че подобна терапия може да се приложи и при хора. Но все още има много неясноти – маймуните все пак не могат да споделят възприятията си с учените, поради което не се знае как точно се справя мозъкът при внезапната поява на нов сигнал в зрителната система.

Именно тук от полза би била подобрена версия на Oz – конусите могат да бъдат разделени, така че да получават различна цветова информация, давайки възможност да се изследва пластичността на мозъка без драстични намеси. Ако се окаже, че той се адаптира лесно към подобна промяна, на практика ще е възможно разделянето на конусите ни на допълнителни подвидове, което да позволи тетра- или повече цветно зрение. Това би отворило вратите към напълно нов свят на цветно възприятие.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-asteroidi-kvantova-matematika-govoreshti-mishki-i-malko-mars/

Коледа 2032 – възможна?

След откриването му в края на миналата година астероидът 2024 YR₄ предизвика сериозно вълнение поради траекторията си, която ще го преведе изключително близо до Земята през декември 2032-ра. Астероидът беше забелязан след преминаването му на около две лунни разстояния от планетата ни и отдалечаването му от нея. Той е голям – с диаметър между 40 и 90 метра, което би направило удара му сравним с този на Тунгуския метеорит, а според наличната информация за пътя му потенциално биха били застрашени части от Северна Южна Америка, Централна Африка и Южна Азия. Въпреки че сблъсъкът не е заплаха за цялото човечество, последиците биха били изключително тежки, ако стане в гъстонаселен регион.

В края на миналия месец IAWN (международната група за предупреждение за астероидна опасност) пое координацията на наблюдението на астероида, както се прави за обекти с размер над 10 метра при вероятност за сблъсък над 1%. Европейската космическа агенция (ЕКА) изрази готовност да изготви и план за мисия, ако размерът и траекторията на обекта се потвърдят през пролетта. Тъй като в момента пътят му е в почти права линия, отдалечаваща се от Земята, наблюденията от наземни телескопи са трудни и се очаква да са невъзможни след април. След като в средата на месеца рискът надвиши 2%, беше взето решение проследяването на астероида да продължи с помощта на телескопа „Джеймс Уеб“.

За разлика от досегашните измервания, които се базират на видима светлина, космическата обсерватория ще използва уредите си за наблюдение в инфрачервения спектър, за да се следи топлината, отдавана от астероида. Така измерванията ще бъдат по-точни, защото може да се окаже, че само част от обекта отразява видима светлина и всъщност той е по-голям от предполагаемото. Обсерваторията ще даде възможност и за по-дълго наблюдение на 2024 YR₄ поради позицията си в Космоса.

Последните няколко дни бяха доста динамични – на 19 февруари вероятността за сблъсък беше повишена до 2,7%, но бързо след това падна под 1%, мина през 0,15% и спадна до 0,002%. Има известна вероятност за удар върху Луната, но това не е притеснително, тъй като ефектът върху спътника ни ще е пренебрежимо малък. Затова NASA и ЕКА не коментират риска от подобен сблъсък. Към момента изглежда, че зимните празници през 2032 г. няма да бъдат отменени, или поне не заради този астероид.

Очаквано, ситуацията с 2024 YR₄ бе пречупена през призмата на международното положение. Предвид случващото се в САЩ след началото на втория мандат на Доналд Тръмп, отклоняването на астероида до известна степен беше поставено под въпрос, тъй като към момента NASA е единствената космическа агенция с опит в подобни мисии, а изстрелването на сондата DART от SpaceX добави допълнителни неясноти. Друго притеснение беше, че ако през 2028 г. се установи, че астероидът представлява заплаха, няма да има достатъчно време за реакция. Обикновено проектирането на космически апарати, тяхната траектория и като цяло на профила на мисията отнема много повече време.

Последният астероид, който предизвика сходни притеснения, беше Апофис в началото на хилядолетието. За последните 20 години 2024 YR₄ е първият обект, достигнал степен 3 на торинската скала, по която се определя опасността от удар от космически обект. Като при всеки друг подобен случай успокоението е, че в космически мащаби подобни сблъсъци са изключително редки. Все пак това е удобен момент да се оцени доколко сме подготвени за реална ситуация, и да се инвестира в повече мисии за изследването на астероиди. В момента ЕКА има две. Едната се осъществява от апарата „Хера“, който след около месец ще достигне астероида, ударен от DART. Другата мисия е на апарата „Рамзес“, който потенциално ще бъде изстрелян през 2028 г. към астероида Апофис.

Квантова математика чрез телепортация

Квантовите компютри са в основата на една от очакваните революции в информационните технологии. Те няма да предоставят нещо напълно ново, но ще позволят изпълнението на някои математически операции почти мигновено, което може да бъде от изключителна полза за някои приложения, като извършване на симулации и криптографски анализ.

За разлика от конвенционалните компютри, където информацията се съхранява в битове (0 или 1), при квантовите се използва понятието кюбит. В нормалното си състояние той се намира в квантова суперпозиция – едновременно 0 и 1 – и чак при прочитането му преминава в една от двете стойности. Прехвърлянето на стойност от един към друг кюбит се извършва с помощта на квантова телепортация. Това звучи абсолютно научнофантастично, но е добре изучен процес, който, общо взето, е рутинен за учените, работещи в полето на квантовите изчисления. След като състоянието на един кюбит бъде прочетено, то може да бъде прехвърлено към друг, класически комуникационен канал – най-често оптични кабели, тъй като скоростта на трансфер в тях е много висока.

В края на миналата година беше постигнат сериозен напредък в прехвърлянето на квантова информация – възможността за използване на вече съществуващи информационни трасета. За разлика от конвенционалния интернет трафик, състоящ се от милиони фотони, квантовата информация се пренася само от един, в който е „записано“ квантовото състояние на изходния кюбит. Това означава, че при смесване на двата вида потоци е почти гарантирано, че квантовият ще се загуби.

За справяне с този проблем учените първо се концентрират върху обикновения поток от информация, наблюдавайки разпръскването му в оптичните влакна. Така те успяват да намерят дължина на вълната, при която пътят на фотоните, носещи квантовата информация, няма да се пресича с останалия светлинен поток. За премахване на шума от широкоспектърната светлина на интернет трафика те използват специални филтри и алгоритми.

Създадената тестова установка с дължина 30 км потвърждава хипотезата – дори при пропускане на високоскоростен интернет трафик по трасето квантовата информация се предава надеждно. Това означава, че когато технологията на квантовите изчисления се развие достатъчно, ще могат да се използват вече съществуващите оптични кабели, които пренасят интернет трафика в момента, без да има смущения в двете системи.

Този успех, макар и важен за бъдещото развитие на технологията, не помага за решаването на по-важен проблем – за извършването на сложни изчисления са нужни много кюбити. А към момента „квантовите чипове“ с уловени йони са с максимален капацитет 32 кюбита. Това налага свързването на множество такива процесори един с друг, подобно на конвенционалните изчислителни машини. Използването на квантова телепортация е възможно – част от изчисленията могат да се извършат на един процесор, след което да се прехвърлят на друг. Но това не променя нуждата от много процесори.

На помощ идват интересните правила на квантовата физика, които понякога са абсолютно неинтуитивни. При телепортацията на състоянието на един кюбит, освен простото му препредаване, е възможно да се извършват и математически операции. Така, поне на теория, като се извършва поредица от телепортации, може да бъде изпълнен всеки квантов алгоритъм без нуждата от много кюбити и съответно процесори.

Това вече има и практическо потвърждение, след като екип от Оксфорд успешно прехвърли такъв алгоритъм с два кюбита на разстояние от два метра. Това може да изглежда малко, но в случая е без значение, защото по-важната част е самата математическа операция. Използваният алгоритъм може да бъде използван за най-различни операции върху два кюбита, което потвърждава широкото приложение на подхода. Точността за момента не е задоволителна (най-високата постигната е 86%), но според авторите това може да се дължи на използваните процесори. Грешките са установени основно при извършване на локални операции, а не при телепортацията на алгоритъма.

Поради това учените изказват хипотезата, че ако се използва по-висок клас хардуер, при който има повече от два кюбита, може да се направи корекция на тези грешки и точността да се повиши значително. Допълнително предимство на разработката е, че подходът може да бъде приложен при всички налични варианти на квантови процесори, а не е ограничен само за тези с уловени йони.

Към момента е трудно да се определи колко важни ще се окажат тези разработки за бъдещото развитие на квантовите компютри, но и двете имат потенциал да изиграят ключова роля. Най-сложният момент – точността на операциите, тепърва ще се подобрява с подобряването и на хардуера. Точността вече е значително по-висока в сравнение с първите версии на квантовите процесори и най-вероятно тепърва ще расте. Практическото приложение на този тип компютри все още изглежда далеч, но е много обещаващо и има потенциал да промени редица информационни области.

Бъбриви мишки по следите на речта

Човекът не е единственият биологичен вид, използващ система от звуци за комуникация – редица бозайници използват свой „език“. Но при хората вокализациите са много по-сложни, с най-различни звуци и интонации, които ни дават възможност да общуваме на много високо ниво. Въпросите кога и как се е повила речта, нямат ясни отговори. От анатомична гледна точка близките ни неандерталски родственици имат всичко нужно, но към момента се предполага, че участъците в мозъка, които дават възможност за сложна реч, не са били достатъчно развити. Проследяването на нещо ефимерно, като възникването на езика, е още по-сложно от търсенето на меки тъкани във фосили, но генетиката отново може да бъде от помощ.

Един от начините за откриване на нови еволюционни придобивки е сравняването на геномите на видовете, притежавани и от техните предшественици. Такъв набор от гени е наличен и за съвременния човек на фона на неандерталците и денисовците – нашите най-близки исторически родственици. Разглеждайки конкретна част от тези гени, която има връзка с процеси, протичащи в мозъка, група изследователи попада на гена NOVA1, чийто протеин се синтезира в невроните. Той има способността да се свързва с РНК и взема участие в развитието на мозъка и на финия мускулен контрол, които са тясно свързани с речта.

Генът е много сходен при повечето гръбначни – от бозайници до птици, поради което експериментите с мишки позволяват на учените да надникнат по-дълбоко в начина му на действие. При проследяване на точното място на експресия в мозъка на мишките се оказва, че той е особено активен в областта, отговорна за издаване на звуци, и се свързва с РНК на гени, асоциирани с вокализациите.

Още по-интересни резултати се наблюдават при вмъкване на човешката версия на гена в мишки – мъжките започват да използват нови и по-сложни звуци за комуникация с женските. Според учените това е предпоставка такива самци да са по-желани и така тази версия на гена да бъде подложена на положителна селекция. Промяна има и в начина, по който бебетата общуват с майките си. Това кара изследователите да изкажат хипотезата, че NOVA1 има ключово участие в развитието на сложна реч при Homo sapiens.

Ентусиазмът от откритието е разбираем, но все пак трябва да се отнесем и критично, с поглед към миналото. Сходно вълнение преминава през научните среди преди повече от 20 години – открит през 1998 г. в английско семейство с говорни проблеми, FOXP2 бързо бива определен като „генът на речта“. Учените виждат подкрепа за това и във факта, че той се открива в много гръбначни видове и играе важна роля в мимикрията при птиците и ехолокацията при прилепите. В хипотезата се появяват пробойни, след като през годините се установява, че този ген е изключително добре запазен във всички бозайници и разликите понякога са само в една или две аминокиселини. С времето е проучен много добре и вече е ясно, че той не е еднолично отговорен за възникването на речта.

Както се вижда, NOVA1 и вълнението от откритията за него са изключително близки до FOXP2, поради което е напълно възможно с времето емоциите, свързани с него, да улегнат. Като имаме предвид колко сложна система е нашият организъм, особено частите, отговорни за процесите, които протичат в мозъка, най-вероятно ще се окаже, че двата гена са част от мрежа, която веднъж организирана в някой наш праотец, му е позволила да издава по-различни звуци. А с времето и разпространението ѝ в популацията е дала възможност за възникване на речта такава, каквато я познаваме в момента.

За съжаление, биологията е наука, при която лесните отговори обикновено не са правилните и всяко правило има редица изключения. Все пак откритието не трябва да се пренебрегва, тъй като може да се окаже важно за диагностиката и лечението на заболявания, свързани с развитието на по-сложните системи в мозъка.

Червеният Марс

Цветът на Марс е едно от характерните неща в Слънчевата система – неслучайно е известен като Червената планета. Това се дължи на минерали в праха на повърхността му, които съдържат железни оксиди. Окислението на желязото е процес, добре познат на всички като ръждясване. Железните оксиди са разнообразна група, а точната разновидност зависи от начина им на образуване, което в случая с Марс може да даде информация за историята на климата на планетата.

Ново изследване показва, че е много вероятно червеният цвят да се дължи на ферихидрит, образуван през влажен период, когато по повърхността на планетата е имало достъпна вода. Наложилата се към момента хипотеза беше, че основният оксид е безводен хематит, образуван сравнително скоро в по-сухи условия. За състава на материала, покриващ планетата, има много данни, получени както от орбитални апарати, така и от някои от марсоходите. Но въпреки това определянето на преобладаващия вид железен оксид е трудно. Донякъде това е следствие от изключително малкия размер на частиците заради ерозионните процеси на планетата.

За установяване на състава на праха, покриващ Марс, учените използват интересен експериментален подход. Първо са обобщени всички налични данни, получени през годините. След това в лабораторни условия те започват да изпитват различни „рецепти“ за марсиански реголит, като смесват различните минерални съставки, които после смилат на изключително фин прах. Накрая различните видове лабораторен реголит се анализират по спектрометричните методи, приложени от космическите апарати.

Оказва се, че най-близко до реалните измервания е смес от базалт и ферихидрит. Според учените това съвпада със сегашните климатични модели, които показват преходи между по-топли и по-студени сухи периоди. Преди около 3 млрд. години е имало засилена вулканична активност, съчетана с наличие на течна вода или лед – условия, много подходящи за формирането на ферихидрит. Аморфната структура на минерала сочи, че това е бил сравнително кратък период и скоро след него климатът на Марс се е променил към този, който познаваме – изключително сух, със засилени ерозионни процеси. Именно това запазва ферихидрита от разграждане и му позволява да се разсее по цялата повърхност на планетата.

Смяната на хипотезата не променя възприятието ни за Марс. Освен ако – както в епоса на Ким Стенли Робинсън за тераформирането му – не се намесим драстично, той ще си остане Червената планета. Но новите данни помагат за вникване в историята на климата му и това дали на него е имало условия за живот. Очакваните мисии за връщане на материал от планетата ще дадат още по-точна информация за състава на марсианския реголит и неговото минало.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-ushi-torove-i-edna-tuvrde-topla-2024-ta/

Мидите (включително ушните) идват от водата

Предполага се, че последният универсален общ предшественик (LUCA) на всички организми, които съществуват на Земята, е живял преди около 4 млрд. години и е бил сходен с днешните аеробни прокариотни организми. За този период еволюцията ни е превела по странен и неясен път, сътворявайки невероятно разнообразие от видове и запълвайки всевъзможни биологични ниши, дори подводни вулкани. Поради ненасочения характер на еволюционните процеси пътят е доста лъкатушещ и по него могат да се срещнат най-различни куриози – например странният произход на крилата при летящите насекоми.

Въпреки че голяма част от гръбначните животни също имат уши, някои са развили много характерна структура – външното ухо. Освен да насочва и усилва звуковите вълни, при различните видове то може да има допълнителни функции, като показване на настроение или отделяне на топлина. До момента произходът му беше неясен, но две скорошни публикации, изграждат много достоверна хипотеза, която почива на откритието, че малките кости в средното ухо са били част от челюстта на древните ни рибни праотци.

Едната нишка в историята започва с наблюдението на хрущял от миши уши под микроскоп. Учените забелязват в него специфични празнини, които много приличат на оставените от липидни натрупвания. Тъй като липидите не са характерни за познатите към момента три типа хрущял, бързо става ясно, че тази структура (която авторите наричат липо-хрущял), не е описана към момента. При премахване на липидните натрупвания еластичността ѝ става сходна с тази на обикновените хрущяли, което показва, че именно те придават специфичната ѝ гъвкавост. След обследване на мишата анатомия такива тъкани са открити и в носа, ларинкса и гърдите. По-интересното е, че липо-хрущялът се открива и в други бозайници (например прилепи и хора), но не се наблюдава при влечуги и птици, които не развиват външно ухо.

За създаването на тази непозната досега тъкан отговарят специфични механизми, които също са описани за първи път. Тя се формира от протоклетки, в които се активират стандартните пътища за образуване на хрущял. Но в края на процеса на клетъчна диференциация се активира синтезът на липиди, при който глюкозата се превръща в мастни киселини. За разлика от адипоцитите (клетките, отговорни за натрупването на мастните тъкани), тези клетки нямат специфични ензими за разграждане на липидите, състоящи се от мастни киселини. Така след като се изгради, структурата запазва формата си дори и при калорийни ограничения, които обикновено намаляват мазнините в организма.

Друга група учени си задават въпроса откъде идва тази тъкан и кога се е появила за първи път. Тъй като тя не се фосилизира, отговорът не е лесен поради липсата на останали образци. Въпреки това, с помощта на съвременната наука, генетичният код ни позволява да пътешестваме в еволюционната история.

Регулацията на генната експресия е много сложен процес, контролиран чрез най-разнообразни механизми. Един от тях е наличието на енхансъри – къси участъци от генома, които могат да се свържат с протеини, засилвайки активността на гена. Те са сравнително ново откритие и са интересни заради своята специфичност и заради това, че участват в образуването на различни тъкани, позволявайки задействането само на определени биохимични пътища в клетките.

От 14 такива последователности, открити в човешките уши, пет се намират и в хрущялните хриле на малката рибка данио (zebrafish), използвана често от еволюционните биолози за моделен организъм. Но само една последователност се среща в другите видове хрущял в тялото ѝ. Това кара изследователите да предположат, че двете тъкани са еволюционно свързани. За потвърждаване на тази връзка учените правят двупосочен трансфер на генетичен материал. При прехвърляне на човешките енхансъри в данио се активират само гени в хрилете. Съответно при вмъкване на енхансъри от рибката в мишки активацията е в ушите. Това е пряко доказателство, че генетичните механизми за образуване на двете структури са свързани.

Връщайки се няколко стъпки по-назад в еволюционната история, учените разглеждат и хрилете на „живия фосил“, непроменен през последните 250 млн. години – подковообразния (или мечоопашат) рак. Прехвърлянето на един енхансър от рака в данио и обратното активира гени в хрилете на другия вид. Така е открита още по-стара следа за произхода на външното ни ухо.

Установяването на еволюционния произход на ушите може да звучи леко абстрактно, но изследванията имат и голям приложен потенциал. Освен за създаване на трансплантанти за реконструктивна хирургия, специфичната структура на новооткритата тъкан ѝ придава здравина и еластичност, която може да бъде полезна за изграждането на най-различни биоструктури.

По-екологично земеделие

Синтетичните азотни торове са важна предпоставка за т.нар. Зелена революция и са един от стълбовете, на които се крепи съвременното земеделие. Според редица източници благодарение на употребата на азотни торове се изхранва около половината от световното население. Процесът на Хабер-Бош – синтез на амоняк от атмосферен азот – е едно от най-важните открития в историята на човечеството. Описан в началото на XX век от двамата германски учени, от които получава името си, той е много по-енергоефективен от методите, използвани в момента. Това позволява драстично увеличаване на годишното производство на амоняк, който може да се използва като тор или е основа за синтеза на други азотсъдържащи вещества. Въпреки неоспоримата полза от торенето то има и своите недостатъци – повишени разходи, допълнителна обработка, нарушаване на екологични системи.

Две нови решения могат да помогнат за намаляване на употребата на синтетични азотни торове. И двете са свързани с процес, който протича естествено в природата и се използва от земеделците от хилядолетия. Древните фермери забелязват, че когато в някой посев се добавят бобови растения, общият добив се повишава. Научно обяснение за това се появява към края на XIX век, когато са открити бактерии, които живеят в симбиоза с корените на растенията и превръщат атмосферния азот във форма, достъпна за тях чрез процеса на азотфиксация. С годините става ясно, че и някои други растения имат симбионтни бактерии, но бързият растеж и широкото приложение на бобовите култури ги прави изключително подходящи за включване в сеитбооборота за запасяване на почвата с азот. Подобни предкултури помагат, но в повечето случаи натрупаният азот не е достатъчен за основната култура, а за съжаление, симбиозата между бактериите и растенията е стриктно ограничена между конкретни видове, така че те не могат да се прехвърлят лесно.

Един от недостатъците на торенето е, че не цялото количество се усвоява от посевите – част от хранителните вещества остават в почвата, но са недостъпни за растенията. В природата обаче малко ресурси остават неизползвани. В случая остатъците могат да бъдат мобилизирани от бактерии, които живеят в кореновата зона. За да привлекат тези бактерии, растенията отделят в почвата специфични вещества (флавоноиди) – процес, който се контролира от промени в концентрацията на калциевите йони в ядрата на кореновите клетки. Тези промени се наричат калциеви вълни.

Учени от центъра „Джон Инес“ са открили интересен мутант люцерна, при който тези калциеви вълни са по-бавни и продължават по-дълго време, което кара корените на растението да синтезират повече флавоноиди и така се привличат много повече азотфиксиращи бактерии към тях. В реални условия това води до повишаване на съотношението азот–въглерод в листата им с 20%, което е изключително добър резултат. Същата мутация е открита и в пшеница, където увеличението е по-малко – 10%, но все пак може да се окаже значимо за повишаване на добивите.

Откритието е доста вълнуващо. Към момента мутацията няма установени негативни ефекти и може да се окаже лесна цел за подобряване на добивите и намаляване на вложеното количество синтетични торове. Наред с това откриването ѝ в два сравнително далечни вида е индикация, че най-вероятно ще е приложима и в други култури.

Царевицата е сред културите, изискващи големи количества азот за добър добив. Една от особеностите при нея е необходимостта от подхранване по време на вегетацията, което означава допълнителни разходи и опасност да се повреди посевът. С по-модерните торове с бавно отделяне това не е чак такъв проблем, но остава нуждата от големи количества торове, които теоретично могат да бъдат заместени със свободно достъпния азот в атмосферата. Потенциално решение предлага компанията Pivot Bio – с помощта на генетична редакция тя е създала два щама свободно живеещи азотфиксиращи бактерии. Те могат да се внесат в кореновата зона на царевицата и да натрупват азот, който по официални данни се равнява на около 5 кг/дка синтетичен тор.

За да провери твърденията на компанията, независима група учени залага поредица от експерименти, в които се намалява традиционно внасяното количество синтетичен тор за сметка на инокулация с редактираните бактерии. Получените резултати са интригуващи. На първо място, тези бактерии не се влияят от внасянето на азот, за разлика от симбионтите в бобовите, които при наличие на по-високи дози в почвата понякога не провеждат процеса на азотфиксация. Също се наблюдава статистически значимо повишаване на добива при внасяне на бактериите. За съжаление, добрите новини свършват тук. Въпреки че откритието е значимо, допълнителната продукция не е достатъчна да покрие повишените разходи от препарата, който е по-скъп от обикновения азотен тор. Освен това разликата в еквивалента на внесен тор варира значително през периода на вегетацията – започва от около 4 кг/дка в началото, но към края ѝ спада до малко над 1 кг/дка.

Заключението на изследователите е, че въпреки успешното натрупване на азот в почвата, към момента използването на подобни бактериални препарати не е икономически обосновано. Въпреки това не се отричат потенциалът на технологията и възможността за приложение за целево внасяне на азот или при необходимост от намаляване на внесените синтетични торове. Статията показва и нуждата от независима проверка на препаратите, които се предлагат на земеделските производители, тъй като понякога има разминавания между рекламирания и реалния резултат.

2024 година – най-горещата досега

На фона на опустошителните пожари в Калифорния данните за глобалната температура през 2024-та изглеждат обезкуражаващо. Няма съмнение, че тя е била най-горещата година, откакто се водят измервания. В зависимост от източника има известни разлики, но те не са съществени и са или над, или много близо до заложените в Парижкото споразумение 1,5°C.

Според обстоен отчет на европейската услуга „Коперник“, в сравнение с периода 1850–1900 г. температурата на въздуха е била по-висока с 1,6°C. Годината е била най-топла и за Европа – с 1,47°C над средната за периода 1991–2020 г. и с 0,28°C по-висока от рекорда, поставен през 2020-та. Близки данни представя и английската метеорологична служба – 1,53°C. Националната агенция за океански и атмосферни изследвания на САЩ (NOAA) сочи малко по-ниска стойност – 1,46°C.

Сходна е ситуацията и с глобалния океан, който се загрява с безпрецедентна скорост. Както вече сме споменавали, водните маси са изключително важен температурен резервоар поради високия специфичен топлинен капацитет на водата – способността ѝ да поеме голямо количество енергия, преди температурата ѝ да се повиши. Според обобщените данни от три източника, в горния слой от 2000 м през последната година са се натрупали допълнителни 16 зета джаула енергия, което е над 500 пъти повече от цялата произведена енергия в ЕС за 2022 г. Тревожното е, че това е засилваща се тенденция – за периода 1958–1985 г. годишното повишение е било около 2,9 зета джаула, а за 1986–2007 г. – около 9 зета джаула. Глобалната средна температура на водната повърхност също е по-висока, отколкото през 2023 г.

Тези промени оказват влияние не само върху обитателите на Световния океан, но и върху всички останали екосистеми. Затоплянето на водата означава по-високо изпарение, а водните пари допринасят значително за парниковия ефект в атмосферата. Натрупването им не е еднозначно и може да бъде непредвидимо, като причинява нехарактерни за дадени райони събития – рязко засушаване, поройни валежи, урагани.

Въпреки ясната основна причина за покачването на водната температура през последните две години, това повишение е изключително рязко, което все още не е напълно обяснено. Един от факторите най-вероятно е Ел Ниньо, който в последния си цикъл беше с неочаквано висок интензитет. Друга по-интригуваща и на пръв поглед противоречива хипотеза е, че намаляването на аерозолните емисии всъщност допринася за покачването на глобалната температура. Аерозолите са фини частици, които се отделят в атмосферата. Освен че допринасят за замърсяването на въздуха, веднъж попаднали в по-високите атмосферни слоеве, някои от тях имат способността да отразят част от слънчевата светлина обратно в Космоса. С въвеждането на мерки за ограничаване на тези емисии от енергийни централи на твърдо гориво (най-мащабни в Китай), както и с предприемането на строги мерки върху емисиите от морския транспорт, този фактор за забавяне на климатичните промени също отпада.

Очаква се 2025 година да е малко по-студена от миналата, тъй като започва със слаба Ла Ниня, която ще доведе до известен спад на глобалната температура. Въпреки това спадът няма да е драстичен и най-вероятно тази година ще се нареди на трето място след 2024 и 2023 г. Това също не значи, че екстремните метеорологични събития ще бъдат по-редки или по-слаби. Климатът на планетата е разклатен из основи и въпреки че в космически мащаб това е без значение и след време ще се възстанови или ще се стигне до ново равновесие, този момент може да се окаже пагубен за човешката цивилизация.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-miniluni-kometi-zoonozi-i-foraminiferi/

Това не е луна (а малък астероид)

Луната е стар другар на планетата ни, близо e до нея през по-голямата част от съществуването ѝ. Към момента най-широко приетата хипотеза е, че тя се е формирала след сблъсъка на обект с големината на Марс (Тея) и Протоземята. Поради близостта си до Слънцето и сравнително малката си маса след това събитие Земята не е успяла да привлече друг обект в постоянна орбита около себе си, затова Луната е нейният единствен постоянен естествен спътник.

Но понякога орбитата на някои астероиди минава близо до Земята и за известен период те са прихванати от нейното гравитационно поле. Тези събития може да са кратки – в рамките на няколко месеца астероидите само прелитат покрай планетата ни. Или по-дълги, продължаващи няколко години, като през този период обектите изминават една или повече пълни орбити около Земята. Тъй като са естествени спътници на планетата за известно време, могат да бъдат приети за своеобразни луни.

Примери за това са 2020 CD₃, който напуска земното пространство през 2020 г., след като е прекарал там няколко години, и 2022 NX₁, който е периодичен гост на планетата – прелетял е покрай нас през 1981 и 2022 г., а следващото му посещение трябва да е през 2051-ва.

Това предстои да стане и с астероида 2024 PT₅, открит преди два месеца. Той е с размер около 10 м и е представител на групата астероиди Арджуна (наречени на хиндуистки герой) с орбити, сходни на земната. На 29 септември орбитата му ще се приближи до планетата дотолкова, че той ще стане минилуна до 25 ноември. Астероидът ще прелети отново покрай Земята на 9 януари 2025 г., след което ще се отправи на далечно пътешествие за 30 години, връщайки се при нас през 2055 г. Поради малкия си размер и голямото разстояние от Земята (около 10 пъти по-далеч от Луната) наблюдението на астероида ще бъде възможно само с големи телескопи. Имайки предвид характеристиките на орбитата му, учените отбелязват, че е малко вероятно обектът да е изкуствен.

Реално обектът няма да е същинска луна, тъй като няма да има стабилна орбита около планетата, но това е забавен начин да се гледа на сравнително рядък феномен.

Случаят обръща вниманието и към по-неприятния аспект на такива събития – сравнително късното откриване на малки обекти, които преминават близо до Земята. Въпреки че не са чак толкова опасни, колкото астероида, довел до загиването на динозаврите, те все пак могат да причинят огромни щети. Интензитетът на експлозията от метеорита, който избухна над Челябинск през 2013 г., се определя като над 20 пъти по-голям от този на бомбата, пусната над Хирошима. За справяне с проблема има предложени различни подходи, но техническите предизвикателства и необходимостта от финансиране са въпроси, на които все още няма точни отговори.

Посещение от комета

Преминаването на 2024 PT₅ ще съвпадне с посещението и на друг далечен пътник – кометата C/2023 A3 (Tsuchinshan–ATLAS). Тя е забелязана първо в началото на 2023 г. от китайска обсерватория. След месец е наблюдавана от южноафриканската обсерватория ATLAS, открила и астероида по-горе. Кометата идва от облака на Оорт – своеобразна сфера от обекти, която обвива Слънчевата система и се намира след хелиопаузата. Счита се, че повечето комети, които наблюдаваме, са с такъв произход. Орбитата на A3 я отведе най-близо до Слънцето (т.нар. перихелий) на 27 септември.

След откриването ѝ кометата постоянно се наблюдава, за да се проследи нейният път и да се прецени състоянието ѝ. Тъй като в повечето случаи кометите не са много големи и при всяко преминаване покрай Слънцето отделят материал и са изложени на силни гравитационни сили, има голям риск от разделянето им на по-малки обекти, около които не може да се образува голяма опашка и които не достигат достатъчна яркост за наблюдение с просто око. Такъв беше случаят с C/2019 Y4 (ATLAS), която даваше първоначални индикации за отдавна невиждан интензитет, но няколко месеца преди да достигне перихелий, започна да се разпада.

В началото на юли беше публикувана статия, според която кометата е започнала да отделя по-малко прах, което е знак, че ядрото ѝ се е фрагментирало. Притесненията за това нараснаха поради липсата на наблюдения, но за радост на астрономите в началото на септември бяха публикувани редица съобщения, че кометата е видима и е с добра яркост. Южното полукълбо на Земята ще предостави по-добра възможност за наблюдение, което вече дава резултат – преди ден кометата е заснета над Чили с красива дълга опашка, видима и с просто око. Това показва, че най-вероятно A3 ще издържи на острия завой около Слънцето и ще можем да ѝ се полюбуваме.

Очаква се кометата да бъде видима в рамките на месец – от края на септември до края на октомври. До средата на октомври наблюденията ще са възможни рано сутрин, преди изгрев, ниско над хоризонта в посока изток, а след това привечер, след залез, в посока запад.

Зоонозите са все така актуални

Инфекциозните заболявания, които се предават от животни на човек, са предизвикателство, при справянето с което съвременната медицина продължава да изпитва трудности. При патогените, за които гостоприемник е само човекът, може да се разработи ваксина, която да помогне за почти пълното заличаване на заболяванията, причинени от тях. Примери за това са едрата шарка и полиомиелитът. Но когато вирусите могат да бъдат приютени в друг вид, особено див, изпълнението на тази задача става практически невъзможно. Въпреки че прескачането на междувидовата бариера се наблюдава рядко, то може да доведе до много сериозни последици, както показа пандемията от COVID-19.

Преди няколко дни беше публикувана нова информация, която допълнително подкрепя животинския произход на вируса причинител на последната пандемия (SARS-CoV-2). Проучването се базира на набор от данни, който е публикуван от Китайският център по заразни болести и съдържа информация от над 800 проби, събрани от пазара Хуанан в Ухан. Пробите са взети както от животни, останали непродадени след затварянето на пазара, така и от повърхности, с които животните са били в контакт – клетки, канали и др. Така събраният материал е бил секвениран с цел получаване на пълен набор от всички налични нуклеинови киселини – без значение от какъв вид са те.

Новият анализ успешно е определил от кой вид бозайник е пробата и дали в нея има следи от SARS-CoV-2. Благодарение на детайлната информация за конкретното местоположение, от което са събрани, учените са направили карта на пазара, в която могат да се видят огнищата на COVID и видовете, които са най-засегнати от него. Това са цивети и енотовидни кучета, които бяха уличени като преносители още в началото на пандемията, а също и по време на епидемията от SARS през 2002 г.

Тези проби са сравнени линиите на вируса, изолирани в началото на пандемията. Те са практически идентични, което е силен аргумент, че именно пазарът (или общ доставчик) е бил мястото, от което се е разпространило заболяването. Определена още в началото като малко вероятна, хипотезата за изкуствения произход на вируса вече е още по-съмнителна.

За съжаление, повечето животни са премахнати от пазара, преди китайският екип да започне събиране на проби, поради което директното установяване на произхода на вируса става невъзможно. Единственият достъпен материал са РНК и ДНК, останали по клетките, в които са държани животните. Въпреки това експертите се надяват, че благодарение на установяването на конкретни видове болни животни ще може да се проследи техният произход и да се проучи местната популация на прилепи, които са основният резервоар на коронавируси.

Проследяването на източника на новопоявилите се вирусни заболявания е от изключително значение, защото може да помогне както за превенция на разпространението им, така и за ускоряване на създаването на ваксини за тях. Въпросът е повече от актуален на фона на продължаващото разпространение на птичи грип в САЩ. Нов случай в Мисури буди притеснение, защото все още не е ясно как се е заразил пациентът.

Към момента вирусът е установен в 14 души в САЩ: деветима са се заразили след контакт с птици, а четирима – от крави. Източникът при най-новия случай не може да се установи и не е ясно дали става въпрос за пренос от човек, или друг вектор. Пациентът е постъпил в болница и при тест за грип е дал положителен резултат. Тъй като вирусът се е оказал различен от сезонните щамове, той е секвениран и е потвърдено, че е от птича разновидност. Пациентът се е възстановил и вече е изписан, но учените се тревожат най-вече поради неясния произход на заразата.

Данните от секвенирането не помагат да се разплете напълно мистерията. Секвенцията е непълна, което може да се дължи на това, че пробата е взета прекалено късно след острото развитие на вируса. Не може да се заключи със сигурност, че става въпрос за пренос от човек. Както вече е известно, вирусът се отделя в млякото на болни крави, така че неправилно обработено мляко може да бъде евентуален вектор.

Въпреки че към момента описаните случаи при хора са малко, вирусът е установен в много други бозайници – крави, лисици, мишки, еноти, котки, което означава, че прескачането на междувидовата бариера става често. Така потенциалните източници на зараза се увеличават. Расте и възможността на вируса да рекомбинира в по-агресивни щамове. Успокоителното е, че към момента няма данни за широко разпространение сред хора и в изявлението си Центърът за контрол и превенция на заболявания (CDC) определя риска за населението като нисък.

Пренареждане в Средиземно море

Глобалните промени в климата обикновено се свързват с температурни аномалии и по-непредвидимо време, но те влияят на всички части от екосферата. Повишаването на нивата на въглероден диоксид (CO₂) в атмосферата има различен ефект върху различните организми. За растенията леко повишените нива могат да бъдат полезни – CO₂ е източник на въглерод за техния метаболизъм. Наред с това, тъй като могат да отворят по-малко устицата си, за да приемат същото количество въглерод, те губят по-малко вода и така стават по-устойчиви на засушаване. Разбира се, това е деликатен баланс и над определена граница растенията започват да страдат.

Антропогенното покачване на CO₂ влияе и на водните екосистеми – той се разтваря във водата и така понижава нейното pH, правейки я по-кисела. Един от подходящите хабитати за изследване на последиците от вкисляването на Световния океан е Средиземно море, което е по-алкално (с по-високо pH). Това се дължи на няколко специфични за него фактора. Един от тях са по-високите температури. Вследствие от тях изпаряването на вода е по-бързо. Те също имат значение и за способността на водата да поглъща CO₂, по-топлите течности могат да задържат по-малко от газа. Морето също е със завишено съдържание на карбонати, които могат да формират кристали. При това се отделя CO₂ и така концентрацията му във водата намалява.

Това помага за забавяне на процеса на вкисляване, но все пак pH на водата спада, като в западната част на морето това става по-бързо, отколкото в световен мащаб. Въпреки че промяната, погледната като абсолютна стойност, не е висока, трябва да се има предвид, че водните обитатели имат сравнително тесен диапазон от условия на околната среда, в който могат да се развиват.

Едни от тези организми са фораминиферите, микроскопични едноклетъчни, близки до радиолариите, които образуват защитна черупка от карбонати. Разглеждайки масата на обвивката на два вида в западната част на Средиземно море, учени са установили, че се забелязва голям спад след индустриалната революция, както и повишение в степента на нейната вариация – черупките са по-леки и отделните индивиди не са хомогенни, както се предполага в популациите им. За проследяване на масата през годините е използвано радиоизотопно датиране с помощта на няколко изотопа.

Най-вероятната хипотеза е, че промяната в масата на черупките на фораминиферите се дължи на променящите се условия в морето, като един от важните фактори е именно киселинността на водата – по-киселата среда води до по-трудно формиране и разграждане на обвивката от калциев карбонат.

Но природата е разнообразна и понякога лошите условия за един вид се оказват изключително подходящи за друг. Amphistegina lobifera е важен пясъкоформиращ вид, който се развива много добре в топли и бедни на хранителни вещества води. След като изчезва от Средиземно море преди около 6 млн. години, след построяването на Суецкия канал той се завръща от Червено море.

Оказва се, че видът е изключително пригоден за сегашните условия – издържа на по-широк температурен диапазон, има способността да се хибернира и създава междинна черупка от магнезиев карбонат, която е по-устойчива на киселинна среда. Всичко това води до бързото нарастване на неговите популации, което дори повдига дискусия дали трябва да бъде определен като инвазивен.

Дори да е така, той може да се окаже изключително ценен за държавите, близо до чиито брегове се развива, защото карбонатните му черупки са материал, който се превръща в прекрасни плажове. С повишаването на морското равнище отлагането на нов материал е от изключителна важност и според учените популациите към момента са толкова големи, че най-вероятно ще могат да компенсират промяната в нивото. Отлаганията по някои брегове в Турция са около един сантиметър годишно, а сегашните нива на покачване на морското равнище се определят на половин сантиметър годишно. Друга добра новина е, че според наличната информация видът ще продължи да процъфтява в региона още дълго – той е еволюирал в сходни условия и сега се завръща в позната среда.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-ksenotransplantatsii-ptichi-grip/

Необичайни донори

Бъбреците са най-често трансплантираните органи в световен мащаб. Въпреки че донори могат да бъдат и доброволци, все пак има недостиг на органи. Потенциално решение за този проблем е използването на животни. Първите опити за ксенотрансплантация (прехвърляне между различни видове) са с органи от примати, но те се отхвърлят в рамките на няколко месеца.

С подновяването на интереса към процедурата за донор са избрани прасета – техните органи са сходни с човешките и за разлика от приматите не са застрашени. Наред с това могат да се подберат животни с различен размер, вероятността за предаване на заболявания е по-ниска и не на последно място – решението е по-лесно от етична гледна точка.

Миналия месец беше направена първата трансплантация на бъбрек от прасе на човек. Пациентът е на 62 години и вече е претърпял една стандартна процедура през 2018 г., но трансплантираният тогава орган отказва. Това налага той да започне отново диализа, което води до усложнения – образуване на съсиреци и запушване на кръвоносни съдове. Поради влошаващото се състояние на пациента и липсата на подходящ донор лекарите са му предложили експерименталната ксенотрансплантация.

Разбира се, процедурата не е лесна, тъй като имунната система реагира остро на орган от чужд организъм. Това е така дори и с човешки донор, което налага извършването на редица проверки за съвместимост – кръвна група, антигени и др. За да се премахне опасността за пациента, в прасето донор са направени 69 генетични редакции с помощта на CRISPR. Три от тях са свързани с премахването на гени от неговия геном, които са отговорни за синтеза на специфични молекули по клетъчните стени, които имунната ни система разпознава като нашественици.

Добавени са и седем човешки гена, които кодират протеини, намаляващи риска от отхвърляне на органите. Останалите са изрязани от генома ретровируси, които са счетени за потенциално опасни за хората. Въпреки че към момента активацията на такива вируси в човешки гостоприемник се наблюдава рядко, рискът да се случи е по-висок при пациенти, чиято имунна система е потисната. А именно такъв е случаят при трансплантациите, защото, за да се намали вероятността за отхвърляне на новия орган, се изписват медикаменти, които намаляват активността на имунната система.

Операцията е преминала успешно и пациентът вече е изписан, като в изявление той казва, че се чувства добре и се вълнува да се върне при семейството си. Дългосрочната прогноза не е ясна, но предварителните изследвания на екипа, създал генетично модифицирания донор, са обнадеждаващи. Процедурата е приложена при макаци, част от които са живели повече от една година след трансплантацията, а един – над две. Резултатите са хетерогенни и не изглеждат впечатляващо, но генните редакции са насочени към човешки реципиенти, което може да е едно от обясненията. Сходна операция, но с черен дроб, е направена и при пациент в мозъчна смърт. Експериментът е проведен в рамките на три дни, през които органът е изпълнявал функциите си нормално, поддържайки пациента в стабилно състояние. 

Това не са първите ксенотрансплантации. През 2022 и 2023 г. бяха трансплантирани две свински сърца, но с не особено добри резултати – и в двата случая органът е отхвърлен след по-малко от два месеца. Въпреки това лекарите са оптимистично настроени. В тези случаи състоянието на реципиентите е било толкова тежко, че те не са попаднали в списъците за трансплантация. Също така редакциите в донорите са значително по-малко – не е направено премахване на ретровируси от генома на прасето. Дали това е сред причините за неуспеха, е обект на дискусия и най-вероятно ще са нужни още данни. Тъй като колкото повече генетични редакции се правят, толкова по-скъп и сложен става процесът по създаване на животното донор, учените трябва да намерят оптималния брой редакции, с които могат да се получат безопасни органи.

Получаването на орган от прасе звучи като от странен научнофантастичен сюжет и сигурно няма да е по вкуса на всеки. Най-добрият вариант е създаването на органи от стволови клетки на пациента, което почти ще изключи риска от отхвърляне. Уви, тази технология е все още далеч в бъдещето, въпреки че в последните години се наблюдава известен прогрес. Това прави ксенотрансплантацията достъпно решение за пациенти, нуждаещи се от нови органи.

„Вояджър“ има проблем с паметта

Новият месец ни носи новини от далечния пътешественик, чието приключение следим внимателно. След като преди месец екипът на НАСА получи пълен пакет с данни от него, вече е ясно какъв точно е проблемът с компютъра на сондата.

Инженерите са установили, че около 3% от данните в паметта на бордовия компютър са грешни, което пречи на нормалното му функциониране. Най-вероятно това се дължи на дефект в някой от чиповете. Конкретната причина не е известна – може да бъде удар от заредена частица или просто да се е повредил след дългогодишното пътуване, но каквато и да е станало, това не е пречка. Въпреки че засега не е ясно колко време ще е нужно за справяне със затруднението, инженерите мислят, че ще успеят да заобиколят проблемния модул и „Вояджър 1“ отново ще може да изпраща научни данни.

Обновяването на софтуера на апаратите не е нещо ново – в края на миналата година към „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“ беше изпратена версия, която внася корекции в двигателната им система. За да се избегне отлагането на гориво по тънките тръби, които го пренасят, използването на двигателите е разредено с цел удължаване на активния живот на сондите. Тъй като двигателите им се използват за промяна на ориентацията в пространството, така че антените им да са насочени към Земята, това ще затрудни малко комуникацията с апаратите.

В новата версия е включена и „кръпка“ за проблем, сходен с настоящия. Поради грешка в системата за управление на ориентацията на „Вояджър 1“ той започва да изпраща съобщения, които не могат да бъдат разчетени. След няколкомесечно разследване проблемът е решен и корекцията е изпратена и към „Вояджър 2“, за да се избегне появата на този проблем и при него.

Макар че комуникацията с двата апарата е трудна, те продължават да будят научен интерес – данните, които изпращат, са важни за опознаването на междузвездното пространство. По стъпките им вървят и други сонди, но до тяхното излизане извън хелиосферата има още време и загубата на „Вояджър 1“ ще бъде осезаема.

Нов гостоприемник на птичи грип

Високопатогенната инфлуенца А по птиците – птичи грип, A(H5N1) – е проблем в глобален мащаб от няколко години. Освен големите щети, които нанася на дивите популации, епидемии от него имаше и в много птицеферми, което повлия значително на цената на яйцата и пилешкото месо. В Англия имаше периоди, в които фермерите не пускаха птиците да излизат извън затворените помещения, което допълнително усложни ситуацията с яйцата от свободни кокошки.

В началото на миналата година имаше тревожни съобщения за прескачане на птичи грип към бозайници – лисици, видри и норки. Сега, около година по-късно, има ново развитие. В края на март няколко стада крави в Тексас и Канзас са дали положителен резултат за вируса, а около седмица по-късно беше съобщено за случаи в още три щата – Айдахо, Мичиган и Ню Мексико. Вирусът е открит в млякото, но при допълнително изследване на кръв и секрети от кравите пробите са били отрицателни, така че към момента учените предполагат, че се реплицира само във вимето, без да засяга значително здравето на животните. Хипотезата им е, че преносът между кравите е посредством капки мляко по дрехите, по ръцете на работниците или доилните машини.

Все още не е ясно как са започнали инфекциите. Възможно е диви птици да са заразили домашни, откъдето вирусът да е прескочил в кравите, или да е станало директно от домашни птици. Наличната информация сочи, че пренос е имало веднъж или два пъти, защото фермата в Мичиган е получила крави от една от фермите в Тексас, където е имало болни животни. Все още няма забрана за транспорт на крави, но най-вероятно, ако ситуацията се влоши, здравните власти ще издадат и такава препоръка.

Във фермите са открити и котки, които са заразени с вируса, най-вероятно от разлято мляко, с което са се хранили. При тях се засягат белият и черният дроб и в повечето случаи заболяването е летално. Това е помогнало за откриването на инфекциите във фермите, наред с промяната в млякото от болните крави.

Известен повод за притеснение е, че в Тексас вирусът е прескочил и към един от работниците. Симптомите му не са тежки и основният е конюнктивит (възпаление на очите). Пациентът е в домашна изолация и му е приложена терапия с антивирусни медикаменти. Геномът на патогена, изолиран от него, е секвениран и е установено, че е почти идентичен с открития в кравите. Липсват мутации за устойчивост на медикаменти или по-висока вирулентност и той е много сходен с два щама, които се използват за създаване на ваксини срещу вируса.

Според Министерството на земеделието на САЩ потребителите не бива да се тревожат, тъй като млякото се изследва редовно и преминава през процес на пастьоризация. Същото важи и за месото – дори и да има вирусни частици в него, те ще бъдат инактивирани при обработката му. Основната опасност е за работниците във фермите, които се следят внимателно и при поява на симптоми се тестват за H5N1.

Въпреки че засега щетите от вируса са основно икономически и засягат животновъдите, прескачането му към все повече бозайници е нещо, на което трябва да се обърне внимание. Описаните случаи са ограничени в САЩ, но е напълно възможно това да стане и в Европа – заболяването се среща при диви и домашни птици, а в средата на миналата година имаше и случаи с починали котки в Полша. Всеки пренос между бозайници дава на вируса възможност да се усъвършенства, създавайки предпоставка за нова пандемия.

Екологична „кожа“

Заместителите на кожа, използвани в модната индустрия, са добър вариант за намаляване на екологичния отпечатък на продуктите. Но към момента по-голямата част от тях са базирани на различни видове пластмаса, получена от петролни продукти, което също не е оптимално решение. Също така подобни тъкани отделят микропластмаси. Развитието на технологиите за производство на полимери от растителен материал (често царевица) позволява създаването на пластмасови продукти, които са по-лесно биоразградими, но добиването на суровината понякога е в конфликт със земеделието.

Интересна алтернатива предлагат биотехнолозите – използване на микробиални култури. Миналата година мексиканската компания Polybion рекламира яке, което е направено по технология, вдъхновена от производството на комбуча – това е напитка, в която се развива симбиотична култура от бактерии и дрожди, образуваща плътен филм.

За производство на материала компанията използва бактерии, които отделят такъв филм от целулоза в хранителната среда, в която се отглеждат. Целулозата е стабилен полимер, изграден от глюкозни мономери, който е широко срещан в растенията – тя съставя над 95% от памучните влакна. Именно от този филм след допълнителна обработка се получава материал, много подобен на кожа. Според компанията той може да се оцветява с вече достъпните технологии за боядисване, но без да са нужни агресивни химикали, и по своите свойства е сходен с другите естествени тъкани. В хранителния субстрат, в който се отглеждат бактериите, се съдържат и отпадъци от плодопреработвателната индустрия, което допълнително понижава екологичния отпечатък на материята.

Още по-екологичен вариант е предложен в разработката на английски учени, които, освен че са получили материал, подобен на кожа, са успели да му придадат цвят. С помощта на генно инженерство те са дали на бактериите способността за синтез на еумеланин. Това е разновидност на меланина, която е широко разпространена в природата и е отговорна за тъмния цвят на кожата и космите при хората. Устойчивостта на еумеланина на високи температури и ниската му водоразтворимост го правят много добър пигмент – освен плътност, цветът има и дълготрайност. Способността му да поглъща ултравиолетова светлина и електропроводимостта му се добавят към полезните му свойства.

Така след култивиране на модифицираните клетки получената бактериална целулоза е оцветена в черен цвят и не е необходимо да се боядисва. В бъдеще бактериите ще могат да отделят и други пигменти, давайки възможност за разширяване на достъпната палитра от цветове. Като пилотен експеримент учените са направили портфейл и сая за обувка. Портфейлът е по-прост и е конструиран от съшити плоски парчета от материала. За саята бактериалите клетки са отгледани в калъп, в който са добавени и влакна, за да се подсили здравината ѝ. Така е образувана своеобразна отливка, която може да се прикрепи към подметка.

Макар че технологията все още не е постигнала масовост, тя е обещаваща и се развива бързо. Бактериите са изключително подходящи за използване като малки „фабрики“ за производство на различни вещества. Бързият им растеж, ниските изисквания към хранителната среда и възможността за отглеждане в биореактори са предпоставки за все по-широкото им използване. Ако идеята ви интригува, процесът е сравнително лесен за изпълнение в домашни условия. Ще са ви нужни само малко подръчни материали и няколко часа подготовка.

Водещо изображение: Снимка на Юпитер и два от естественитe му спътници, направена от „Вояджър“ точно преди 45 години. Източник: NASA

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-slunchevi-paneli-gmo-kravi/

По-ефективни соларни панели

Погледнато философски, голяма част от енергията, която използваме, е слънчева светлина, съхранена под различни форми. В последните 50–60 години с помощта на соларните панели имаме възможността за прякото ѝ улавяне. С времето технологиите за производството им се усъвършенстват и сегашното поколение е с много по-добра ефективност и по-дълъг експлоатационен период. Увеличаващата се нужда от възобновяеми източници на енергия прави работата по подобряването им по-активна от всякога, като учените залагат на най-различни подходи за постигане на тази цел.

Един от тях е използването на перовскити – това са материали, които имат кристална структура, идентична с тази на минерала перовскит. Особено интересна е възможността за производство на леки и гъвкави панели, ако за основа се използва пластмаса. Друг начин за употребата им е комбинирането със силиций в своеобразен „сандвич“. Това увеличава ефективността на панелите, тъй като различните материали поглъщат слънчеви лъчи с различен спектър. Обикновено се използват два слоя – един от силиций и един от перовскит.

Уви, за разлика от силициевите панели, които може да се използват повече от 20 години, панелите от перовскит не са особено устойчиви на околната среда и обикновено издържат от няколко месеца до няколко години. Нова разработка предлага използването на процес по пасивиране на повърхността на панелите, който повишава тяхната устойчивост и ефективност. Това се постига чрез третиране със сол, която съдържа бром. Употребата ѝ има двойно действие – на повърхността на кристала се образува тънък филм, който премахва микроскопичните несъвършенства в кристалната решетка, правейки я по-устойчива на влиянието на околната среда. Наред с това бромът прониква във вътрешността на материала, което помага за намаляване на енергийните загуби в панела. Така с еднократно третиране се подобряват два от критичните параметри за този тип панели. 

Към момента подходът е приложим за малки изпитателни панели, но учените са сигурни, че той е важна стъпка към масовото им производство. Според тях подходът дава възможност за допълнителна оптимизация, тъй като описаният процес може да се приложи и при други видове перовскити и соли, което означава, че е много вероятно да бъде открита още по-ефективна комбинация.

Това предположение се потвърждава от друг екип, публикувал само няколко дни по-късно подобрен начин за използване на перовскит.

Проблем при създаването на комбинирани панели е загубата на енергия между слоевете, което води до спад в полученото напрежение. За справяне с това в кристала вместо бром е инкорпориран цианид, намаляващ значително загубите в панела. Само по себе си това е добро постижение, но учените са опитали и още нещо – вместо двуслоен те са направили трислоен панел, в който за основа е използвана традиционната комбинация от силиций и перовскит. Върху тях е положен още един слой от новосъздадения перовскит с цианид. Тази комбинация се оказва изключително добра – осигурява ефективност от 27%.

Също както при другата разработка, тепърва предстоят инженерни предизвикателства за въвеждане на процеса в производството на соларни панели, които да се използват от потребителите. Но и двата резултата показват, че все още има голям потенциал за подобряване на съотношението цена/добита енергия и този възобновяем източник тепърва ще ни изненадва.

Сръчкване на Вояджър

Проблемите в комуникацията с „Вояджър 1“ продължават, но от НАСА публикуваха обнадеждаваща новина.

В началото на месеца към сондата е изпратена команда, наречена от екипа „сръчкване“ – тя кара апарата да изпрати паметта на бордовия си компютър. Малко след получаването на командата „Вояджър 1“ е върнал пакет с данни, който, както и в предишните комуникации, е бил разбъркан. Въпреки това инженер от групата за комуникация с далечни апарати (Deep Space Network) е успял да го дешифрира и в него е открито пълно копие на паметта.

В паметта на бордовия компютър са всички данни, с които той оперира – командните инструкции на апарата, информация за моментното му състояние, както и научни данни. Съдържанието на пакета ще бъде сравнено с предишни копия от времето, когато „Вояджър 1“ е функционирал нормално.

Това би могло да подскаже на екипа какво се е объркало, и дава надежда, че освен да разберем какво се е случило с апарата, комуникацията с него ще се поднови и той ще продължи научната си мисия.

Човешки инсулин от крави

Биотехнологичният процес за синтез на човешки инсулин е едно от модерните чудеса на науката. В момента най-често се използват генетично модифицирани дрожди, в които е вмъкната генетичната последователност, кодираща за инсулин. Те се отглеждат в големи биореактори (ферментационни съдове, подобни на използваните за производство на бира), след което протеинът се извлича, пречиства и обработва в зависимост от вида, в който е необходим. 

Интересна иновация предлагат учени от Бразилия и САЩ в съвместна разработка. С помощта на генното инженерство те са създали трансгенна крава, която може да отделя проинсулин (прекурсора, от който се получава биологично активната форма) в млякото си. За целта с помощта на лентивирусен вектор човешкият ген за инсулин е включен в генома на 10 ембриона, които впоследствие са имплантирани и от тях е получена една трансгенна крава. За оптимизация на процеса векторът е конструиран така, че човешкият ген е активен само в млечните жлези на животното. Така естествените му биохимични процеси не се нарушават и трансгенният протеин се отделя само там. Вимето е особено подходящо за подобна трансформация – една от основните му функции е да произвежда големи количества протеини, така че това може да направи процеса много ефективен.

За съжаление, въпреки че животното е успешно модифицирано, добивът от трансгенния протеин е бил нисък. Една от причините е, че опитите за оплождане на кравата са били неуспешни и лактацията е предизвикана хормонално, вследствие на което количеството на полученото мляко е било значително по-малко. Друг фактор е донякъде изненадващата находка, че в млякото има повече инсулин, отколкото проинсулин. Най-вероятно това се дължи на протеази (ензими, разграждащи протеини), които могат да превръщат проинсулина в инсулин. Допълнително усложнение е и откриването на протеази, които разграждат инсулина, като привнасят отрицателен ефект в процеса.

Това прави резултатите интригуващи, но не впечатляващи. Въпреки това разработката показва, че методът работи и има голям потенциал. Ако разграждането на получения инсулин се избегне, например чрез допълнителни модификации или чрез промяна на трансгенния протеин, подобно „биологично производство“ би било изключително ефективно, като премахва нуждата от енергоемки биореактори.

При сходно манипулирани трансгенни мишки количеството проинсулин в млякото е достигнало 8 грама на литър. Ако приемем, че някои породи крави могат да дават над 30 литра мляко на ден, дори при ефективност наполовина от тази при мишките това означава хипотетично производство на над 3 млн. единици инсулин от всяка крава. Така едно малко стадо може да покрива нуждите на стотици хиляди пациенти.

Екологична катализа

Голяма част от реакциите, използвани в химичната и фармацевтичната промишленост са невъзможни без използването на катализатори. Това са вещества или елементи, които в общия случай ускоряват химичните реакции, помагайки да се понижи енергията за активация. Най-често за това се използват благородни метали, като платина, паладий и родий. Начинът им на действие е познат на химиците и те успешно са се наложили като стандарт, но има и редица проблеми. Цената им е много висока, а добивът им е доста енергоемък и замърсява околната среда. Също така употребата им е свързана с отделянето на токсични продукти, които трябва да се обработват по специален начин. Тези недостатъци са стимул да се търси техен заместник, който е по-евтин, енергоефективен и природосъобразен.

Възможна алтернатива е използването на електричество вместо химически катализатор. Вдъхновението за това идва от биологичните катализатори – ензимите, които създават електрически полета в активните си региони. През 2016 г. с помощта на тази технология в наномащаб е катализирана реакцията на Дилс–Алдер, която е широко използвана в органичния синтез. Същият екип в нова публикация описва заместването на меден катализатор в азид-алкиновото циклоприсъединяване. Тази реакция е определена от Бари Шарплес, един от тримата Нобелови лауреати за химия през 2022, като еталон за клик реакция. Освен прилагането му към друг вид реакция, методът е подобрен – мащабът вече не е нано, а се измерва в сантиметри. За целта учените са разработили специална микрофлуидна система, в която протича реакцията.

Освен че има предимства пред конвенционалните катализатори, този подход дава възможност за по-прецизно контролиране на реакциите чрез регулиране на силата и продължителността на електрическите импулси. Това може да послужи за производство на чисти форми на конкретни изомери и би премахнало риска от замърсяване на крайните продукти с частици от катализатори, което е важно за фармацевтичната индустрия.

Колко ваксини са прекалено много?

Имунизационният календар е резултат от множество изследвания. Броят и времето на поставяне на ваксините са строго съобразени с познанията ни за човешката имунна система. Медицината може да отговори на въпроса какво се случва, ако се пренебрегнат препоръките на лекарите и изпаднем в крайност по отношение на ваксинирането. Пример са увеличаващите се случаи на морбили (дребна шарка) в световен мащаб – завръщането на заболяване, обявено от Световната здравна организация за изкоренено в редица държави. По-трудно е да се каже какво става в другия случай – когато се слагат твърде много ваксини. Вероятността някоя етична комисия да позволи изследване на ефекта от многократни ваксинации е пренебрежимо ниска.

Към момента една от водещите хипотези е, че многократните ваксинации могат да доведат до по-слаб имунен отговор. Тя се базира на данни, които сочат, че при хронично излагане на даден патоген Т-клетките на имунната система „се уморяват“ и се наблюдава имунна толерантност, при която организмът не може да се справи ефективно с нападателя. Това е и причината да се води дискусия за честотата на реваксинацията против SARS-CoV-2.

Благодарение на 62-годишен мъж от Германия учените вече имат по-добра представа за ефекта от многократното ваксиниране. Изследователите разбират за случая от новините, след като властите започват разследване за измама срещу мъжа. Те са се усъмнили, след като в рамките на 9 месеца на името му са били регистрирани 130 ваксинации против SARS-CoV-2. Даденото обяснение за „лични подбуди“ явно е убедило разследващите органи, тъй като случаят е прекратен, без да бъдат повдигнати обвинения.

Жителят на Магдебург (наричан HIM в изследването) се е съгласил да бъде тестван, като е съобщил за допълнителни нерегистрирани ваксинации, които вдигат общия брой на 217 дози в рамките на 29 месеца. Оказало се също, че той не е бил особено придирчив – ваксините са от осем различни вида (някои от които бустерни).

В периода от 214-тата до 217-тата му ваксинация учените са изследвали кръв и слюнка от HIM, като получените данни са сравнени с контролна група от 29 души, получили нормалната тристепенна ваксинация. Спрямо тях той има между 5 и 11 пъти по-висока способност да инактивира вируса, но това се дължи на по-голямото количество антитела, а не на завишена активност. Също така е установено, че той отделя антитела и в слюнката си, което не се наблюдава в контролната група. Отчетена е и повишена концентрация на B и T-клетки, но без изменения в способността им за имунен отговор.

Общото заключение от изследването е, че в случая хиперваксинацията срещу SARS-CoV-2 няма негативни ефекти и е повишила количеството антитела, без да има забележим ефект върху общото функциониране на имунната система. От един случай няма как да се направят генерални изводи, но все пак това е интересна и рядка възможност да се наблюдава подобен феномен. Тестовете сочат, че HIM е успял да се предпази от заразяване с вируса, но не е ясно дали това се дължи на многото ваксини.

Авторите завършват статията със следното: „Считаме за важно да отбележим, че не поощряваме хиперваксинацията като стратегия за подобряване на придобития имунитет“.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-genetichni-redaktsii-sveteshti-tsvetya/

Европа открехва врата за генетичните редакции

В средата на миналата година в Европа се завъртя на по-високи обороти дебатът за генетичните редакции с помощта на новите геномни техники (НГТ) и в началото на този месец той най-накрая стигна до Европейския парламент. С 307 гласа за (нито един от представител на България), 263 против и 41 въздържали се беше прието предложението да се въведат две категории генетично модифицирани организми. В първата категория ще попадат растенията, при които промените могат да се получат по естествен път в природата или чрез методите на традиционната селекция, и за тях ще отпаднат тежките процедури за регистрация, прилагани в момента. Потребителите ще бъдат осведомявани чрез поставяне на информация върху продуктите, които ги съдържат – промяна в сравнение с първоначалното предложение от 2019 г., в което бе заложено да се обозначават само семената. Също така растенията няма да могат да бъдат сертифицирани като „органични“. Във втората категория ще бъдат оставени растения с по-сложни редакции, както и създадени с предишното поколение методи за генетични манипулации.

Следващата стъпка е предложението да мине през Европейския съвет, където обаче се очаква тежка дискусия за патентите върху растения, получени с помощта на новите методи. От Комисията по околна среда, обществено здраве и безопасност на храните, която гласува положително преди вота в Европарламента, не се дават насоки относно решаването на този въпрос. Намерението е да се направи анализ на пазара и да се оцени влиянието на новите регулации върху биотехнологичните компании и семепроизводителите, както и върху достъпа на фермерите до семена. Резултатите от анализа ще бъдат публикувани през 2026 г.

Депутатите смятат, че патентите върху растенията, получени чрез НГТ, трябва да бъдат забранени, за да се избегнат правни диспути и да се улесни достъпът до тях както на биотехнологичния, така и на земеделския сектор. Също така се изисква отчет за влиянието на новите правила още през 2025 г. За съжаление, не е ясно дали тази забрана може да бъде въведена лесно. В момента всички сортове, получени чрез традиционните методи за селекция (дефинирани като „биологични процеси“), не могат да бъдат патентовани, но генетично манипулираните могат, тъй като са резултат от технологичен процес. Това означава, че за да отпаднат патентите, ще трябва да се променя и съществуващото законодателство в тази област. Към средата на миналата година в Европейското патентно ведомство са били регистрирани около 3100 патента за генетично модифицирани растения. Според организацията успеваемостта за получаване на такъв патент е около 35%, а средната достига почти 60%.

Въпреки заявените намерения на евродепутатите традиционните селекционери, по-малките биотехнологични компании и фермерите изразяват опасения, че сегашната правна рамка за патентите ще им попречи да се възползват от новите регулации и ще позволи на големите компании да завземат сериозни части от пазара. Пример за това е описан в публикация на Politico – голямата биотехнологична компания KWS е получила патент за царевица, която е устойчива на ниски температури и е получена чрез редакция на гени с НГТ. Така KWS има възможността да забрани продажбата на сходен сорт, произведен от малка компания от Нидерландия, която го е създала с помощта на класическа селекция. За момента забрана няма, но освен чисто правно предимство, голямата компания има достъп до повече ресурси и по-лесно производство.

За момента решението на Европейския парламент се приема очаквано от двата лагера, участващи в дискусията – учените и биотехнологичните компании са въодушевени и смятат, че е стъпка в правилната посока, докато природозащитните организации са недоволни. Положителният вот донякъде е неизбежна стъпка за приемането на новите технологии, което, както вече е споменавано, е нужно с оглед на климатичните промени и заплахата Европа да остане извън предстоящата генетична революция.

Генетично манипулирани организми в ръцете на потребителите

Раздвижване в сферата има и отвъд океана, където крайните потребители могат да се сдобият с две нови растения, получени чрез генетични манипулации.

Биолуминесценцията се среща при редица видове от различни групи – бактерии, насекоми, гъби, морски организми, но в природата няма биолуминесциращи растения. За получаването на светлина са нужни два основни компонента – луциферин и ензимът луцифераза. Доскоро за създаването им се използваше бактериен оперон (група от гени, които се експресират заедно, обикновено за нуждите на конкретен процес), но този подход има редица недостатъци, най-важните от които са слаба светлина и токсични междинни продукти.

Иновацията идва от екип руски учени, които разгадават биосинтетичния път в гъбата Neonothopanus nambi в края на 2018 г. Те установяват, че той е тясно свързан с кафеената киселина, намираща се и в растенията, и че за прехвърляне на процеса в тях са нужни само четири гена. Подходът се оказва значително по-ефективен – растенията светят по-ярко, а освен това е безвреден за приемните организми, тъй като се вписва в съществуващи биохимични пътища. Година по-късно учените оповестяват успешното създаване на светещ тютюн, а в началото на годината излиза и публикация, представяща оптимизация, която увеличава силата на светлината до два пъти.

Разработката може да се използва за изучаването на различни биологични процеси като биосензор – светлината може да се индуцира само в определени случаи и така да се проследяват биологични пътища. Работата им има и комерсиален резултат – биолуминесцентна петуния, наречена Светулка (Firefly Petunia) и предлагана от компанията LightBio. След като бе одобрена за продажба и отглеждане в САЩ в края на миналата година, тя вече е достъпна за предварителна поръчка.

Другата иновация е по-практична и е под формата на лилав домат. Тъмнолилавите домати не са новост – с помощта на класическата селекция са създадени редица такива сортове, но при повечето от тях наситеният цвят е само по повърхността, а месестата им част е в оттенък на червеното. Лилавите домати, предлагани от Norfolk Healthy Produce, са изцяло оцветени и са единственият такъв сорт, тъй като технологията за създаването им е патентована.

Научната основа е публикувана през 2008 г. и се базира на вмъкването на два гена от декоративното растение кученце (Antirrhinum majus), които отговарят за синтеза на лилав пигмент – антоциан. С изключение на тези два гена доматите не се различават по нищо от конвенционалните си роднини и сортът дори не е хибриден. Това означава, че от него може да се събират семена, които да се засяват на следващата година, и не е нужно да се купуват нови. Разработката е резултат от сътрудничеството на няколко европейски екипа (от Англия, Италия, Нидерландия и Германия) и е получила европейско финансиране, но към момента семената не са достъпни на нашия пазар поради съществуващите регулации.

Основното предимство на сорта, което се изтъква от авторите, е повишеното ниво на антоциани, които имат антиоксидантна функция. В публикацията си екипът описва и експеримент, целящ да проследи продължителността на живота на мишки, склонни да образуват тумори. Мишките са разделени на три групи. Едните ядат само стандартна храна, другите – стандартна храна и червени домати, а третите – стандартна храна и лилави домати. Между първите две групи няма значима разлика – те живеят средно около 140 дни. Но мишките, в чиято диета са добавени лилавите домати, живеят средно около 180 дни.

Въпреки че данните в изследването изглеждат убедителни, ползата от антоцианите за здравето е тема, по която все още се водят дебати и няма ясен отговор. Окислителните процеси имат важна сигнална роля и са част от процеса на програмирана клетъчна смърт, който е важен за отстраняване на клетки, функциониращи некоректно (например прототуморни). Наред с това новият сорт е 10% от хранителния прием на мишките, което не е пренебрежимо количество, ако се съотнесе към стандартната ни диета. От друга страна, лилавите домати биха допринесли за по-пълноценното хранене на хората, които не приемат достатъчно антоциани.

Въпреки че преките ползи за здравето не са напълно потвърдени, новият сорт е интересен дори само заради вида си и възможността генетично манипулираните растения да станат по-достъпни за потребителите. Климатичната реалност ще бъде изключително изпитание за традиционната селекция и широкото въвеждане на храни – плод на генно инженерство, изглежда неизбежно, поради което, колкото по-бързо се нормализират, толкова по-лесно ще можем да направим стъпката напред.

Грешка в превода

При изстрелването на „Вояджър 1“ през 1977 г. учените от НАСА не подозират, че мисията му ще продължи повече от 40 години. Основната програма е планирана до края на 1980 г., когато той трябва да премине покрай Сатурн и някои от луните му. Благодарение на шеметната си скорост от 17 км/сек в началото на 1998 г. той стана най-отдалечената от Земята космическа сонда, изпреварвайки по-рано изстреляния „Пионер 10“.

През 2012 г. мисията отново попадна в новините, тъй като апаратът стана първият създаден от човека обект, който напуска Слънчевата система. Това беше установено по спадането на нивото на заредени частици от Слънцето (т.нар. слънчев вятър) и покачването на космическите лъчи. Тези данни показват преминаване на хелиопаузата – участък, в който силата на слънчевия вятър и междузвездната среда се изравняват.

През годините с цел пестене на енергия редица от изследователските уреди на сондата бяха изключени, но въпреки това учените все още можеха да комуникират с нея и да получават данни. За съжаление, от няколко месеца съобщенията, които получаваме, са объркани и не могат да бъдат разчетени. 

Според НАСА повредата е в един от бордовите компютри. Една от неговите задачи е да изпраща телеметрия към Земята, което в момента не може да се осъществи, а това прави откриването на проблема изключително трудно, но има редица хипотези какъв може да е той. Една от тях е, че се касае за грешка в паметта на компютъра, която води до объркване на записаните в нея данни; друга възможност е просто да има механична повреда в някоя от частите. По-интересна (но и по-малко вероятна) е възможността за „обръщане на бит“ – това може да бъде причинено от заредена космическа частица, която удря паметта в точно определено място, карайки 0 да премине в 1 или обратното. Допълнителна трудност за установяване на случващото се е и разстоянието до апарата – 22 часа и 34 светлинни минути. За достигането на всяка команда до апарата е необходимо това време и съответно още толкова за получаване на обратната информация. Разбира се, вече е опитан добрият стар трик с рестартирането, но това не е помогнало.

Въпреки че опитите за възстановяване на комуникацията с „Вояджър 1“ продължават, скоро може да се наложи да приемем, че повторна връзка с него няма да има. Добрата новина е, че той има апарат близнак („Вояджър 2“), който също прекоси хелиопаузата, но шест години по-късно, въпреки че е изстрелян с две седмици по-рано от „брат“ си. Причината е в различните орбити, по които се движат двете сонди. Комуникацията с него все още е възможна и това е известно успокоение за учените, които могат да продължат да изучават междузвездното пространство.

По следите на пътешествениците

„Нови хоризонти“ (New Horizons) може да се нарече съвременният последовател на апаратите „Вояджър“. Изстрелян през 2006 г., след 9-годишно пътешествие, преминало покрай Юпитер и Сатурн, той прелита близо до планетата джудже Плутон и луната ѝ Харон, давайки ни първите детайлни снимки на тяхната повърхност. Заснети са и по-малките спътници на Плутон – Стикс, Никс, Керберос и Хидра.

След този успех мисията е удължена и новата цел е изследване на обектите от Пояса на Кайпер – област, сходна с астероидния пояс между Марс и Юпитер, но с много по-големи размери, като повечето обекти в него са от замръзнал метан, амоняк или вода. Там се намират и планети джуджета, сред които е Плутон.

Нови данни, получени от инструмент, броящ и измерващ частиците прах, сочат, че поясът на Кайпер всъщност е много по-обширен. До момента се предполагаше, че той се простира до около 50 AU (AU – астрономически единици, средното разстояние между Земята и Слънцето, или приблизително 150 млн. км). Но изглежда, че той достига 80 AU или дори още по-далеч. За да подкрепят данните, получени от апарата, астрономите използват и телескопски наблюдения, за да търсят обекти, чийто сблъсък може да е причина за образуването на този прах. Сред предложените хипотези е частиците да са от лед, който все още не се е разсеял, или пък този прах да е избутан от слънчевия вятър по-далеч, отколкото се смята за възможно.

Учените са развълнувани от откритието, тъй като това може да доведе до установяването на нова група обекти в Слънчевата система. Към момента мисията е удължена до напускането на Пояса на Кайпер, което се очаква между 2028 и 2029 г. Но най-вероятно научната работа с апарата ще продължи и ще започнат наблюдения на района около хелиопаузата, а може би и след нея. Според данните в момента наличната енергия ще е достатъчна за нормалната му работа за още поне 15 години, така че, ако не стане нещо непредвидено, апаратът ще продължи да ни съобщава какво се случва в периферията на Слънчевата система.

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-klimatichni-izmeneniya-fotosinteza/

Застудяване, причинено от затопляне

В началото на годината северните географски ширини бяха изложени на студена вълна, която доведе до нарушения в транспорта, затваряне на мостове и спиране на работата на редица институции. В северното шведско село Квикьок отчетоха –43,6°C – температура, която не е измервана през януари в последните 25 години. Застудяването не беше ограничено до скандинавските страни. В по-северните части на Европа температурите също паднаха осезаемо – в Москва температурата достигна –30°C, а в Санкт Петербург беше обявен оранжев код за опасно време. Сходна ситуация се наблюдаваше и в Северна Америка с няколко счупени рекорда за ниски температури в Канада. Междувременно във Великобритания, Франция и Германия имаше наводнения и силни ветрове, които нанесоха щети на инфраструктурата и наложиха евакуация на хора.

Тази ситуация може да ни изглежда нехарактерна и дори да бъде причина за изказване на съмнения относно промените в климата. Субективно обяснение за случващото се е, че зимите вече са по-топли от обичайното и ние сме отвикнали от студеното време, което в крайна сметка е характерно за сезона. Но феноменът на внезапното застудяване има и научна основа.

Северните полярни вихри са силни въздушни течения над Северния полюс, локализирани в тропосферата, най-долния слой на атмосферата, който обитаваме, и в стратосферата, слоя над тропосферата. Въпреки че полярните вихри в различните слоеве са две отделни явления, те често взаимодействат и влияят върху климата. Тропосферният полярен вихър се характеризира с ветрове, наричани джетстрийм, или струйно течение, които оформят граница между по-студения северен и по-топлия южен въздух над северните ширини на Европа, Азия и Северна Америка. Стратосферният полярен вихър е концентриран над полюса и представлява кръгообразен поток. Той е най-силен през зимата и с въртенето си задържа студения въздух там, за да не се спусне на юг.

Но понякога двата потока се смесват – щом тропосферният вихър се затопли повече от обичайното, въздухът преминава към стратосферата и нарушава движението на стратосферния вихър. Ако смущението не е голямо, системата успява да компенсира и да се върне към равновесие. В други случаи настъпва т.нар. внезапно стратосферно затопляне, при което полярният вихър в стратосферата се забавя много и вместо един силен централен поток образува няколко по-малки и по-слаби потока. Това нарушава формата на полярния джетстрийм и води до образуването на въздушни меандри от студен арктичен въздух, които се разпростират далеч на юг.

Това е ключова причина и за изключително студения февруари през 2021 г., когато арктичният въздух стигна чак до Тексас и причини смъртта на поне 700 души и щети за над 200 млрд. долара. 

За съжаление, този феномен най-вероятно ще започне да става по-чест поради затоплянето на полюсите. Покачването на температурите в региона на Арктика е почти четири пъти по-високо от това в глобален мащаб за периода 1979–2021 г. В някои региони на Баренцово море затоплянето е още по-рязко и надвишава между пет и седем пъти глобалното за периода 1981–2020 г.

Климатът на планетата е сложна система, съставена от множество елементи, които работят в синхрон. При нарушаване на някой от тях (полярни вихри, Ел Ниньо, снежната покривка и количеството лед по полюсите) смущението не се отразява само на конкретния феномен, а се предава и към останалите, което води до самоподхранваща се каскада.

Дали процесът ще бъде наричан „глобално затопляне“, или „глобални климатични промени“, може би е по-скоро обект на лексикологията, отколкото на климатологията. Но както и да го дефинираме, той ще продължава и ще носи все по-непредвидимо време – било то резки застудявания, рекордни жеги, ураганни ветрове или наводнения.

Промените в климата променят хранителните мрежи, което влияе на климата – и така до безкрай

Със затоплянето на планетата пермафростът (вечно замръзналата почва, покриваща немалка част от земната повърхност) започва да се топи. Това е причина за освобождаване на големи количества от въглерода, запазен в него, което допринася за задълбочаването на проблема със затоплянето. Наред с това самият пермафрост започва да гние. Тази разлагаща се материя е нов източник на въглерод в хранителните мрежи, както и в новата размразена среда, в която вече може да се развива живот, но и над земята.

За да разбере повече за новосъздадените връзки, екип от учени се спира на няколко представители на фауната, обитаваща размразяващите се области на Аляска – два вида полевки, един вид земеровки и един вид паяци. Целта на изследването е да се определи дали има промяна в източника на въглерод в диетата на животните, дефиниран от авторите като „зелен“ – от растителни източници, или „кафяв“ – от микробиален произход (бактерии и почвени гъби).

Тъй като проследяването на хранителните навици на малките животни е изключително трудна задача, учените прилагат хитър подход – изследват специфичния изотопен състав на незаменимите им аминокиселини. Това са аминокиселини, които се синтезират от растения и микроорганизми, но не и от животните, поради което те трябва да ги приемат чрез храната си. Тази биохимична особеност помага за проследяването на движението на въглерода в хранителните мрежи.

За установяване на дълготрайните ефекти е анализиран колаген на земеровки и полевки. Пробите са събрани през 1991 и 2021 г. Краткотрайното влияние на затоплянето е наблюдавано върху две групи арктически паяци вълци: едната – в контролни условия, а другата – в специално устроена среда (мезокосмос) в която температурата е с 2°C по-висока.

Резултатите са впечатляващи – хищните паяци, хранещи се в по-топла среда, заменят около 27% от въглерода, който приемат, от растителен на такъв от гъбни хранителни мрежи, а процентът бактериен въглерод остава непроменен. При бозайниците се наблюдава сходно преминаване от растителен към гъбен произход. При всеядните червено-сиви горски полевки тази промяна е над 30%, а при хищните земеровки – над 40%. Това показва, че промяната в климата влияе на екосистемите и чрез реорганизиране на хранителните мрежи в тях, създавайки нови трофични пътища.

В случая разлагащата се материя в почвата дава храна за почвените гъби, които превръщат въглерода от недостъпни форми (лигнин, целулоза) в по-лесно усвоими, както и в други полезни вещества, например протеини. Те биват изядени от различни малки животни, като членестоноги и червеи, които са храна за други, и така древният въглерод, заключен в пермафроста, се връща в модерните хранителни мрежи, ставайки още един допълнителен източник, захранващ промените в климата.

По следите на фотосинтезата

Фотосинтезата е най-важният биологичен процес, протичащ на земята, и е в основата на всички хранителни мрежи. Способността да улавят енергия от слънчевата светлина, като я превръщат във форма, достъпна за други същества, прави фотосинтезиращите организми ключови за съществуването на богатото биоразнообразие и изобщо за живот на планетата.

Освен източник на енергия тя отключва и натрупването на кислород – фактор, без който развитието на сложни многоклетъчни организми би било невъзможно. Преди възникването на фотосинтезата, в атмосферата на планетата на практика е отсъствал свободен кислород. Предполага се, че съставът ѝ е бил основно от азот и въглероден диоксид с малки количества други газове (метан, водни пари и др.). Тъй като установяването на нивата на кислород е доста сложно и повишаването им е станало поетапно, е трудно да се определи точният първоначален момент. 

За осезаемото повишаване на концентрацията на кислород в околната среда е било нужно известно време, но настъпва момент, в който тя става токсична за анаеробните организми. Това събитие понякога се нарича кислородна катастрофа, тъй като се оказва пагубно за над 80% от живите организми, населяващи планетата по онова време. Към момента се предполага, че събитието е настъпило преди около 2,4 млрд. години, което се подкрепя от генетичните вариации в различните видове днес – метод, известен като молекулярен часовник. Според него фотосинтезата е възникнала преди около 3 млрд. години, което съвпада с появата на цианобактериите – свободно живеещи прокариоти, част от които продължават да съществуват независимо, а друга част стават ендосимбионти в клетките на микроскопични водорасли преди около 1–2 млрд. години, превръщайки се в добре познатите ни хлоропласти в съвременните фотосинтезиращи еукариоти. 

Въпреки че молекулярното датиране се приема за точно, липсата на преки доказателства за съществуването на фотосинтезиращи организми от този период донякъде поставя под въпрос доколко може да му се вярва в този случай. До момента само няколко микрофосила са определени като цианобактерии, повечето на базата на косвени доказателства. Само един – P. filiformis – със сигурност спада към тази група бактерии и е датиран на 1 млрд. години.

Но най-ранните сигурни данни за протичане на фотосинтеза доскоро бяха от фосили на 550 млн. години. В тях са открити характерните структури на тилакоидните мембрани. Тилакоидите се откриват в някои цианобактерии и в хлоропластите на растенията. Те представляват дискове, подредени в стълбчета (като монети), и увеличават площта на мембраните, върху които се разполагат комплексите от протеини, извършващи фотосинтезата.

Този сигурен белег за извършване на фотосинтеза е открит в новоописани микрофосили на цианобактерии от Канада и Австралия. След специална процедура за извличането им от каменния субстрат и нарязването им на много тънки срезове те са анализирани с помощта на електронен микроскоп, който е разкрил характерните слоеве на тилакоидите. Канадските фосили са датирани на около 1 млрд., а австралийските – на 1,7 млрд. години. Това измества най-ранното пряко доказателство за протичане на фотосинтеза с 1,2 млрд. години и ни доближава значително до началото на процеса.

Откритието, освен че е интересно само по себе си, дава информация и за момента, в който от общия предшественик са се обособили два вида цианобактерии – със и без тилакоиди. Според молекулярните данни това се е случило по-рано, така че търсенето на преходни фосили ще продължи. Точният момент е интересен за учените, защото една от хипотезите е, че появата на тилакоидите е направила процеса на фотосинтеза много по-ефективен, водейки до стремглавото покачване на нивата на кислород на планетата. Авторите предлагат методът да се използва за анализ и на фосили на водорасли и растения, за да се стесни предполагаемият период, в който се е състояла ендосимбиозата на фотосинтезиращите прокариоти.

Хриле или криле, крака или крила

Друга загадка на еволюцията е появата на крилата при насекомите – въпрос, по който се води дългогодишна научна полемика. Летящите насекоми са били първите животни, разпространили се в широки ареали, което им дало достъп до повече хранителни ресурси. Основните хипотези са за „летящата катерица“ и за „летящата риба“, в зависимост от това къде вероятно са живеели първите летящи насекоми – на сушата или във водата. Според първата хипотеза крилата произхождат от видоизменени крака, а според втората са възникнали от трахейните хриле, които са изходни отверстия на дихателната система при водните насекоми и имат малки образувания, подобни на крила. Сравнително нова „хибридна“ хипотеза е, че всъщност крилата са се развили от структура, образувана от сливането на крайници и хриле.

В подкрепа на всяка от трите (както и на техни алтернативи) може да се цитират много публикации, но едно от последните геномни изследвания показва връзка в развитието на крилата и хрилете при представител на разред Еднодневки. Заедно с водните кончета те имат морфология, много сходна с древните им предци, а освен това нимфите им живеят във водата, което налага наличието на трахейни хриле в началото на живота им. При анализа на данните се установява, че набор от гени, свързани с крилата, е много добре запазен при представителите на крилатите насекоми.

Интригуващо е и откритието, че транскриптомната програма (наборът от гени и последователността, в която се активират за провеждането на биологичен процес), отговорна за крилата, се състои от гени, които са част от други генни мрежи. Ако се групират по органи, най-близко са хрилете, споделящи 43% от гените, активни при формирането на крилата. При сравняване на тези общи гени с аналозите им в плодовите мушици (Drosophila melanogaster; класически моделен организъм) почти половината от тях имат ясна роля в развитието на крилата.

А в скорошна публикация на базата на фосили чешки учени показват как може да се е стигнало до образуването на крилата при вид, живял преди 300 млн. години. Находката е много интересна, защото са открити запазени следи от различни стадии на развитието на насекомото, което е позволило да се направи пряко сравнение между тях. Ларвите, приличащи малко на трилобити, имат структури, подобни на трахейни хриле, по периферията на тялото си, което предполага, че са живеели във водата. На трите сегмента, разположени най-близо до главата, се наблюдават сходни образувания, които при възрастните се превръщат в крила. Според авторите това е силен аргумент, че еволюционният произход на крилата е от протоструктури на хриле.

Не е ясно дали ще получим отговор на въпроса как са се появили крилата при насекомите, но е напълно възможно той да бъде съвършено различен от сегашните хипотези или да е странна комбинация между тях. Еволюционните процеси понякога са криволичещи и са истинско предизвикателство за учените, които се опитват да ги разберат. 

Post Syndicated from Михаил Ангелов original https://www.toest.bg/nauchni-novini-slunchogledi-dinozavri-rezultati-ot-prouchvaniya/

Какво гледат слънчогледите

Фототропизмът (растеж по посока на светлината) е механизъм, който се среща при повечето растения и е добре проучен. Основни за функцията му са специални молекули, наречени фототропини, които са чувствителни към светлина в синята част на спектъра. Те насочват растежните хормони към тази страна на растението, която е в сянка, и тя расте по-бързо. Това кара растението да се наклони на другата страна и така се насочва към светлината. 

Хелиотропизмът при слънчогледите (следенето на слънцето) е сходен и познат на всички феномен – сутрин питите се обръщат на изток, за да посрещнат слънцето, а през деня плавно се накланят на запад, към залеза. В началото на годината беше описано наличието на вътрешен часовник, който казва на слънчогледите, че изгревът наближава и е време да се обърнат и да отворят цветчетата си в очакване на насекомите, които ще ги опрашат. Но това е само част от процеса.

До момента се смяташе, че движението на растенията също е базирано на фототропини, което може да се окаже невярно. Това сочи нова публикация, която сравнява генната експресия при слънчогледи, отгледани в специализирани растежни стаи и на полето. В растежните камери те не се движат през деня, а растат директно към неподвижния светлинен източник, при което се активират само гени, свързани с фототропизма, докато в слънчогледите на полето се наблюдава експресия на напълно различни гени.

За да разберат дали спектърът на светлината има значение за хелиотропизма, учените са поставили специални засенчващи филтри над растенията, които спират само определена част от спектъра. Това не е повлияло на движението на питите, което най-вероятно значи, че процесът се базира на множество механизми, действащи в синхрон и активирани от различни дължини на вълната.

Въпреки че не дава отговор как точно работи механизмът за насочване към слънцето, публикацията показва, че процесът е по-сложен, отколкото се смяташе до момента, и описва нови начини, по които растенията реагират на светлината. Статията е интересна и защото от нея се вижда ефектът на контролираните условия – невинаги между полученото в лабораторията и реалните условия може да се направи паралел.

Следа в изчезването на динозаврите

Изчезването на динозаврите вследствие на сблъсък на гигантски метеорит със Земята преди около 66 млн. години е добре приета хипотеза. Тя е предложена през 1980 г. от геолога Уолтър Алварес и баща му, носителя на Нобелова награда за физика Луис Уолтър Алварес, заради което е наричана и хипотеза на Алварес.

Всички доказателства, налични към момента, сочат, че мястото на удара е 180-километровият кратер Чиксулуб, намиращ се в днешен Юкатан, Мексико, който тогава е бил плитко море с дълбочина от няколкостотин метра. Най-вероятно астероидът е бил с диаметър между 10 и 15 км, сходен по големина с по-малкия спътник на Марс – Деймос. Освен експлозия и огромни приливни вълни, ударът му бързо е предизвикал рязко понижаване на температурата, което е довело до измирането на мегафауната. Смята се, че вследствие на това са загинали около 75% от всички видове на планетата, като най-засегнати са били по-големите животни, особено тревопасните и хищниците.

Причината за спадането на температурите все още е обект на дебати. Една от водещите хипотези до момента беше, че изгарянето на частици в атмосферата е довело до многократно увеличение на концентрацията на серен диоксид в нея. Комбинацията със саждите от пожарите по цялата планета е довела до рязко намаляване на количеството слънчева светлина, което е понижило температурата. Възможно е обаче основната причина за тъмната зима, покрила Земята, да се окаже друга – фин прах, изхвърлен при удара.

Това показват резултатите от измерването на силикатни частици, отложени в находището „Танис“ в Северна Дакота. С помощта на лазернодифракционен апарат размерът на частиците е определен между 0,8 и 8 µм – многократно по-малък от предполагания до момента. Това е от значение както за разпространението им в атмосферата, така и за взаимодействието им със слънчевата светлина. Най-вероятно те са били и основният компонент на материала, изхвърлен от удара.

След въвеждането на тези данни в климатична симулация се установява, че частици с такъв размер могат да се задържат във въздуха около 15 години и в зависимост от сезона да понижат глобалната температура с 15–19°C. В комбинация със серния диоксид и саждите моделът е показал потенциал за спад с до 25°C, като най-вероятно температурите са се задържали по-ниски от тези преди удара в продължение на поне 20 години.

Според модела запрашването на въздуха е довело и до пълно спиране на фотосинтетичните процеси, като това най-вероятно е станало само в рамките на две седмици, причинявайки колапс на хранителните вериги. Кризата е продължила почти две години, а възстановяването е започнало от Южното полукълбо, което се доказва от по-малкия брой изчезнали видове там. 

Работата на палеоклиматолозите е трудна, тъй като нямат пряк поглед върху промените и трябва да правят изводите си въз основа на косвени доказателства. Но откритията им за предишни масови измирания и драстични промени в климата са важни, защото могат да ни помогнат да разберем по-добре процесите, протичащи в момента.

Борба с астероиди

Съдбата на динозаврите служи за напомняне, че опасността от подобни събития е реална, макар и малко вероятна. Само преди няколко месеца покрай Земята премина астероид 2023 NT1 с диаметър между 30 и 60 м. Той е прелетял изключително близо, на по-малко от 100 000 км от нас, което е около четвърт от разстоянието до Луната. Въпреки че не би причинил глобална катастрофа, размерът му е достатъчен да унищожи голям град при директен удар. Най-притеснителното е, че следенето на подобни по-малки обекти е трудно – 2023 NT1 е забелязан два дни след като е преминал покрай Земята. Той ще посети Слънчевата система отново през 2044 г., но този път на повече от 1 AU (разстоянието до Слънцето, или 150 млн. км), поради което е премахнат от списъка с потенциално опасни обекти.

Най-доброто решение за опасни астероиди е отклоняването им в нова траектория, която ги отдалечава от Земята. Но това е възможно само ако има достатъчно време. В случай че обектът бъде открит само дни преди сблъсъка, единственото решение е раздробяването му на малки парчета, които или ще подминат планетата, или ще изгорят в атмосферата. Въпреки че звучи като филмов сценарий, е научно издържано.

Това показват доводите, изложени от американски учени в скорошна публикация, предизвикана от преминаването на 2023 NT1. Според тях ракета, която е подготвена да бъде изстреляна в рамките на няколко часа, може да се използва за фрагментиране на астероида. Вариантите са да се действа с пасивни (кинетични) импактори, освободени под формата на облак към астероида, или с активни (експлозивни) импактори – това най-вероятно ще се наложи за някои по-плътни астероиди.

Ако астероидът е от камък (или агрегати), симулациите показват, че той може да бъде обезвреден с разбиване само ден преди удара, като е най-добре фрагментите да са поне 1000, за да може да се намалят ефектите върху атмосферата и да няма щети на повърхността на Земята. При плътни метални астероиди парчетата трябва да с по-малък размер и по-разпръснати, за да се избегне припокриване при изгарянето им.

Отклоняването на астероид с размерите на 2023 NT1 също е възможно и за това ще е нужен само кинетичен импактор с тегло 100 кг, но той трябва да бъде изстрелян няколко дни преди удара. Затова учените смятат, че при предупреждение от около седмица фрагментацията е по-подходящ метод. Тези симулации се базират на данните от сондата DART на NASA, която се сблъска с астероида Диморфос.

Към момента повечето програми за наблюдение и ранно известяване са американски с европейско партньорство. Поради това е най-вероятно и първите противоастероидни ракети да бъдат разработени там. Въпреки това, ако времето за реакция е кратко, местоположението за изстрелване на ракетата може да се окаже ключово, което предполага разполагането на подобен арсенал равномерно по цялата планета. Доколко това е възможно, е въпрос, на който по-скоро трябва да отговорят политиците. Учените показват, че имат решение, което е много вероятно да проработи.

Възпроизводимост в науката

Понякога и в контролирани условия е невъзможно да се повторят конкретни резултати. Тази тема се дискутира активно от дълго време, като се започне от областта на психологията, където е въведен терминът криза на възпроизводимостта. Основната причина са ограничените финансови средства, отпускани за изследвания, чиято цел е да повторят публикувани вече резултати.

В повечето случаи се разчита на изготвянето на проекти със силна „история“, а данните понякога остават на второ място. Донякъде това се дължи на натиска за постоянно публикуване, на който са подложени учените, а отрицателните резултати се приемат изключително трудно от научните издания. Но след като изследванията са вече публикувани, е много трудно да бъдат оборени и тъй като често става въпрос за репутация и его, възниква напрежение между авторите на първоначалните статии и тези, които не могат да повторят резултатите и да публикуват откритието си. Това води до погрешното впечатление, че единични изследвания са абсолютната истина по даден въпрос, а всъщност те са малка част от големия научен пъзел.

Ново проучване представя интересен поглед към проблема и показва колко важно е как ще бъдат обработени данните. То е достъпно в предпечатна версия и все още не е рецензирано, но с оглед на подхода към анализа заслужава да се обсъди, затова и редица публикации обърнаха внимание на представените резултати.

Авторите дават два набора данни на 146 учени в областта на екологията и еволюционната биология. Данните са свързани с два въпроса: доколко размерът на сините синигери се влияе от конкуренцията с другите малки в гнездото и дали тревната покривка пречи, или помага на евкалиптовите фиданки да прорастват. Получените 137 отговора (някои са работили в екип) са многозначителни.

Повечето от 74-те резултата, получени от първия набор данни, показват негативен ефект – колкото по-голяма е конкуренцията в гнездото, толкова по-малки са пиленцата. Но от тези 74 само половината смятат резултата за убедителен. Пет от отговорите са, че данните не показват ясна връзка между двата фактора. А според други пет конкуренцията в гнездото няма ефект. По-ярко разграничаване има при евкалиптовите фиданки. От 63 отговорили 6 откриват позитивен ефект от наличието на тревна покривка, 18 – негативен, а 8 не са сигурни в ефекта. Най-голямата група отговорили смята, че между двете няма връзка.

След получаването на резултатите те са дадени на трета група, която е симулирала рецензионния процес. При него резултатите, показващи най-голям ефект от тревната покривка върху евкалиптовите фиданки, са отхвърлени, но това не променя съществено анализа. При синигерите дори и най-крайните резултати са одобрени. Това показва колко голямо влияние имат подходът при обработка на данните и използваните статистически методи. Особено в биологията, където данните често са изключително хетерогенни, дори малки промени в анализа могат да доведат до абсолютно различен резултат. И въпреки че статиите преминават през рецензиране, това не е гаранция, че статистическият подход ще бъде оценен подобаващо.

Изследването е вдъхновено от друго проучване, при което на 29 екипа, работещи в областта на социалните науки, е даден набор от данни, свързан с цвета на кожата на футболисти и броя червени картони, които получават. Въпреки че 20 от групите откриват статистическа връзка между двете – медианата на вероятността тъмнокож играч да получи картон е около 1,3 пъти по-висока, – абсолютната им стойност варира в широки граници. И както авторите отбелязват, ако всеки един от тези 29 резултата се публикува като отделна статия, изводите може да са коренно различни – от пълна липса на връзка между двете до много силна, с вероятност почти три пъти по-висока в сравнение с играч със светла кожа.

Разпределената обработка на данните не е възможна винаги и крие своите рискове, така че най-вероятно ще остане по-рядко използван подход. Въпреки това, както отбелязват и авторите на изследването с футболните данни, е добра идея да се прилага, когато решенията засягат законодателни промени и други свързани процеси.

Но всичко това не трябва да се приема като сигнал, че науката не работи и не следва да се вярва на резултатите и експертите. Тази дискусия показва, че научният подход работи дори когато е приложен върху себе си. Основният извод за широката публика е, че единични изследвания не трябва да се приемат за абсолютен факт и не е лошо да сме мнителни към шокиращи заглавия в медиите. Това е особено важно при теми като здраве, хранене и икономика, в които сензационните новини не са рядкост.