«Наука из первых рук» №5(59), 2014
анонс номера
НОВОСТИ НАУКИ
Фосфорилгуанидины — новые химические аналоги нуклеиновых кислот
Д.А. Стеценко, Д.В. Пышный
Новосибирским химикам из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН выпала редкая в научном мире удача — им удалось открыть новый класс соединений, не встречающихся в живой природе. Речь идет о фосфорилгуанидинах — аналогах нуклеиновых кислот. Это исследование является прямым продолжением работ новосибирских ученых Н.И. Гриневой и Д.Г. Кнорре, в 1967 г. выдвинувших революционную концепцию терапевтических препаратов на основе олигонуклеотидов (коротких фрагментов нуклеиновых кислот), способных комплементарно связываться с клеточными нуклеиновыми кислотами и направленно влиять на работу генов и перенос генетической информации с ДНК и РНК.
В отличие от обычных нуклеиновых кислот, в новых соединениях «мостиками» между звеньями-нуклеотидами служат не отрицательно заряженные фосфатные, а «нейтральные» фосфорилгуанидиновые группы. Подобная химическая трансформация позволяет им беспрепятственно проникать сквозь липидные мембраны живых клеток, придает устойчивость к разрушающему действию ферментов-нуклеаз и, главное, способность образовывать прочные комплексы в виде двойной спирали с клеточными ДНК и РНК.
Вулкан, «надутый» газом
И.Ю. Кулаков
В 2013 г. сибирские вулканологи установили сеть сейсмических станций на Горелом — одном из камчатских вулканов Мутновско-Горелой группы, расположенной в 80 км южнее г. Петропавловск. Изучив отклик вулкана на сейсмические возмущения, они установили, что Горелый относится к очень редким вулканам, наполненным не жидкой магмой, а газом. Образно говоря, он представляет собой «паровой котел» с очень прочной крышкой из базальта, в центре которой имеется небольшое отверстие. Последнее играет роль предохранительного клапана, предотвращая взрыв газа, находящегося под огромным давлением. Около 11 тыс. т горячего вулканического газа, ежесуточно с ревом выбрасываемого из Горелого, формируют видимое издалека облако — «визитную карточку» вулкана.
Бермудский треугольник Ямала
М.И. Эпов и др.
В сентябре 2014 г. экспедиция Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (Новосибирск) провела комплексное геолого-геофизическое и геохимическое исследование уникального природного феномена — Ямальского кратера, сообщения о котором заполонили традиционные и электронные СМИ. Близость огромной воронки шириной около 40 м к уже действующему газовому промыслу Бованенковского месторождения объясняет отчасти тот интерес, который проявила к уникальному геологическому объекту широкая общественность и представители бизнеса и нефтегазовой промышленности.
С подачи ученых журналисты начали активно муссировать тему родства Ямальского кратера и Бермудского треугольника. Одна из рабочих гипотез, объясняющих аномальные явления в Бермудском треугольнике, связывает их появление с бурным выделением метана из активно разлагающихся придонных залежей газогидратов — своего рода замороженных «газовых консервов». И действительно, на основе полученных результатов новосибирские исследователи сошлись во мнении, что своим появлением Ямальский кратер обязан лавинному выбросу метана в результате разрушения реликтовых газогидратов на глубине 60–80 м. При этом многократно возросло пластовое давление, что и привело к выбросу грунта и льда и образованию воронки, формой напоминающей пробку от шампанского.
ГОРИЗОНТЫ НАУКИ
На темной стороне Вселенной
А.Е. Бондарь, А.Д. Долгов
Лучшие умы человечества веками бились над вопросом — как устроена наша Вселенная? Наконец была создана согласованная картина мироздания, базирующаяся на фундаменте физики элементарных частиц. Согласно современным представлениям, во Вселенной «обычная материя» составляет всего 5% массы, а все остальное — так называемые «темная материя» и «темная энергия». Существует несколько моделей темной материи, поэтому задача поиска частиц темной материи состоит прежде всего в создании метода, позволяющего «найти неизвестное».
Сегодня в ряде крупнейших научных центров мира разрабатываются детекторы неуловимых до сих пор частиц темной материи, основанные на разных физических принципах. Новосибирские физики ищут так называемую холодную темную материю, частицы которой, изначально медленные, сейчас разогнались в гравитационном поле галактики до тысячной доли скорости света. Диапазон возможных значений массы этих частиц очень велик: они могут оказаться в тысячи раз тяжелее или
Такой чувствительный ЯМР
А.В. Юрковская и др.
Один из наиболее эффективных современных методов анализа структуры химических соединений на молекулярном уровне основывается на явлении ядерного магнитного резонанса (ЯМР), которое возникает при взаимодействии магнитных ядер с внешним магнитным полем.
Несмотря на многочисленные достоинства, ЯМР-спектроскопия обладает существенным недостатком — относительно низкой чувствительностью. Это связано с трудностью регистрации квантов электромагнитной волны с низкой энергией, а также со слабой «поляризацией» спиновой системы, поскольку даже в самых мощных доступных магнитных полях энергия резонансного поглощения существенно меньше энергии теплового движения частиц. Однако новосибирским исследователям удалось значительно повысить чувствительность ЯМР-методов, разработав оригинальные подходы поляризации спиновых систем.
Существенным прорывом стала разработка метода получения гиперполяризованных газов и их применение в магнитно-резонансной томографии (МРТ). Традиционная МРТ-диагностика ориентирована на использование сигнала ЯМР протонов воды и жиров, присутствующих в живых тканях. Однако большая часть объема легких занята воздухом, и в этом случае чувствительность обычного МРТ очень низка. В Новосибирске была успешно осуществлена МРТ-визуализация различных объектов, заполненных гиперполяризованными газами, полученными с помощью гетерогенного катализа.
В погоне за особенным светом
А.А. Аполлонский
Всю свою научную жизнь автор, бывший выпускник Новосибирского государственного университета, а ныне старший научный сотрудник германского Института квантовой оптики общества Макса Планка и Мюнхенского университета Людвига Максимилиана, занимался выдумыванием и усовершенствованием лазеров, и их применением в уникальных экспериментах. Как он говорит сам, создавал «особый свет»: сначала — в Венском техническом университете, где команда исследователей участвовала в «поимке» фазы CEP, последнего фундаментального физического параметра света импульсных лазеров, который был неподконтролен физикам; затем — в Германии, где были реализованы такие амбициозные проекты, как создание внешнего фемтосекундного резонатора, одного из самых замечательных устройств в лазерной физике.
В баварском Центре передовых лазерных приложений (CALA) сейчас развивается еще одно направление, связанное с генерацией узконаправленного рентгеновского излучения, благодаря которому удастся почти на порядок повысить разрешающую способность диагностических рентгеновских аппаратов.
ИСТОРИЯ НАУКИ
Даниил Готлиб Мессершмидт: начало пути
Н.П. Копанева
Имя Даниила Готлиба Мессершмидта хорошо известно всем тем, кто занимается историей России первой половины XVIII в., историей науки, историей Сибири. Результаты исследовательской и собирательской деятельности Д.Г. Мессершмидта с 1720 по 1726 г. продолжают изучаться до сегодняшнего дня.
Из всего научного наследия ученого издана лишь часть его дневниковых записей с марта 1721 г. по апрель 1726 г. — в Берлине, и дневник с 21 по 31 декабря 1726 г. — в Ижевске. Большие тома исследований и наблюдений Д.Г. Мессершмидта используются ботаниками, зоологами, лингвистами, этнографами, археологами, но так и остаются неизданными. Не опубликованы и аккуратно собранные им самим многочисленные «репорты» ученого, переписка. А именно они позволяют ответить на вопрос, что же подвигло «благороднейшего и ученейшего» доктора Д.Г. Мессершмидта отправиться из родного Данцига в Россию, и каковы были его научные интересы.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КАТАСТРОФЫ
Экологический кризис на Байкале: ученые ставят диагноз
О.А. Тимошкин и др.
Первым признаком наступления экологического кризиса стало безудержное размножение несвойственной Байкалу нитчатой водоросли спирогиры. Как показали исследования ученых-лимнологов, причина этого необычного явления заключалась не в глобальном потеплении или иных явлениях планетарного масштаба, а в избыточном поступлении в озеро биогенных элементов, таких как азот и фосфор. Виновник был обнаружен — им оказались промышленные и бытовые стоки, поступающие в Байкал с плохо работающих или полуразрушенных очистных сооружений, расположенных в прибрежных населенных пунктах, а также трюмные и фекальные воды с многочисленных судов.
Пока все эти негативные явления приурочены к зоне побережья озера и не затрагивают его глубинную часть, не отражаясь на гидрохимических показателях байкальской воды. Но процесс не останавливается, как не останавливается медленное, но неуклонное загрязнение «священного Байкала».
ФАКУЛЬТЕТ
ТЮФ. Кубок мира по физике
А.И. Щетников
Этот новый, необычный для науки «спортивный» формат научного состязания родился в нашей стране в 1979 г. в стенах Московского государственного университета. С тех пор в турнирах юных физиков (ТЮФ) участвуют энергичные и талантливые ребята, любящие физику, которым становится «тесно» в рамках олимпиад и конференций. Турнир стал всесоюзным состязанием, а через десять лет состоялся и первый международный турнир IYPT (International Young Physicist’s Tournament). Сами участники турнира называют его Кубком мира по физике.
IYPT-2012. Дифракция света на запотевшем стекле
В.И. Матюнин и др.
Посмотрев в темноте через запотевшее стекло на уличный фонарь или луну, мы увидим вокруг источника света венец в виде радужных концентрических колец. Задача исследовать это красивое оптическое явление была предложена на Международном турнире юных физиков IYPT-2012. Для этого авторам потребовалось выполнить серию физических и компьютерных экспериментов по рассеянию света на нерегулярных микрообъектах
IYPT-2013: «медовые кольца»
В.В. Туманов, А.И. Щетников
Когда водяная струя вертикально падает на плоскую горизонтальную поверхность, она растекается по ней равномерно во все стороны. Совсем иная картина наблюдается, если воду заменить на достаточно вязкую жидкость, такую как мед, глицерин, шампунь или минеральное масло. Такая струя из-за высокой вязкости жидкости не успевает растечься, теряет устойчивость и начинает закручиваться в спираль. Это явление было предложено исследовать участникам Международного турнира юных физиков IYPT-2013 в задаче «Медовые кольца»
