Читайте также биографии химиков на нашем сайте Федерация Интернет Образования
Давид Вильнев (David Villeneuve) из Национального Исследовательского Совета Канады (National Research Council of Canada) с коллегами по Университету Оттавы (University of Ottawa) получили фотоснимки электронного облака вокруг молекулы азота. Электронное облако – это область пространства, в каждой из точек которой может находиться электрон, это наиболее вероятное местонахождение электрона. Группа Вильнева использовала в своих экспериментах два вида лазерных импульсов. Один выстраивал молекулы, состоящие из 2 атомов азота, в нужном направлении, а другой, называемый фемтосекундным лазером (его импульс длится 30 на 10 в минус 15 степени секунды) выбивал электрон из наиболее высокоэнергичной его орбитали. Орбиталь – не линия-орбита, по которой движется частица, но тоже область наибольшей вероятности присутствия электрона, т.е. синоним электронного облака. Спустя 1.3 фемтосекунды менялось направление электрического поля второго лазера, и электрон отправлялся обратно к родной молекуле, сталкиваясь с ней. В результате получалась частица света – энергетический рентгенолучевой фотон, который можно регистрировать – поясняет портал PhysicsWeb. Работа канадцев, выполненная в сотрудничестве с Японским Агентством по Науке и Технологии (Japan Science and Technology Agency) опубликована в Nature (16 Dec., 2004).
Изменяя угол между молекулой и лучом лазера при повторных экспериментах, ученые построили трехмерное изображение молекулярной орбитали, т.е. электронного облака. Эта работа требовала создания математической модели, связывающей спектр рентгенолучевого излучения с формой молекулярной орбитали, она подобна той, что используется при томографии в медицине. Поскольку изображение получается фактически за 30 фемтосекунд, можно наблюдать простые процессы, такие как, например, химическая диссоциация, распад молекулы – говорит Вильнев. «И мы надеемся сейчас увидеть орбитальные изменения при разложении молекулы на составные части, что позволит постичь механизм возникновения внутримолекулярных связей и их разрушения в химических реакциях» - добавляет ученый. Продемонстрированная группой Вильнева технология может внести вклад в биологию, в понимание процессов, подобных загадочному превращению нормального приона в болезнетворный – отмечает служба новостей Nature, прогнозируя практическое применение достижения канадских физиков.
Как выяснили ученые, от седины нашу шевелюру предохраняют стволовые клетки: и когда этих детских клеток оказывается недостаточно, волосы начинают неудержимо седеть. Ученые впервые обнаружили этот эффект у мышей, затем и у человека. И это знание может в весьма отдаленном будущем позволить распрощаться с краской для волос, используемой для поддержания натурального цвета.
Отправным пунктом для исследования, которым руководит Эми Нишимура, стало исследование механизмов, благодаря которым волосы имеют цвет и в основе которых лежит действие меланоцитов, клеток, производящих естественный пигмент, присутствующий и в коже, меланин. Пигмент, производимый меланоцитами, сливается в клетках, формирующих волосы, с кератиноцитами: именно поэтому существуют блондины, брюнеты, рыжие. Меланоциты производятся и обновляются непрерывно благодаря запасу стволовых клеток в основании волосяного фолликула.
Именно эти стволовые клетки, открытые тем же Нишимурой, играют ключевую роль в развитии меланомы, потому что опухоль появляется, когда эти клетки начинают бесконтрольно делиться. Ученые занимались поисками сигнала, который мог бы подтолкнуть стволовые клетки к самоликвидации, когда установили, что в этих же незрелых клетках находится ключ к пониманию того, почему волосы седеют.
Таким образом, они обнаружили, что с течением времени, взрослые стволовые клетки воспроизводятся, при этом часть меланоцитов, произведенных оставшимися стволовыми клетками, направляются в неверный сектор фолликула, и, как следствие, им не удается придавать окраску кератоницитам. Ученые также обнаружили ген Bcl2, защищающий стволовые клетки от смерти, – таким образом, можно избежать того, что их количество стволовых клеток сократится настолько, что волосы начнут седеть.
Формула, уже получившая название "закон Смита" по имени своего открывателя выглядит как P = T/4,5 + 1, где P – это давление, а T – температура. Эта формула основывается на том, что давление в обычной бутылке шампанского при комнатной температуре эквивалентно давлению в шине двухэтажного английского автобуса.
Чтобы сделать извлечение пробки безопасным, температура жидкости должна быть 5C – 7C, в таком случае давление будет на треть меньше, чем при комнатной температуре.
Доктор Смит говорит: "Если температура правильная, то давление будет тоже правильным, и вы насладитесь шампанским сполна. Есть три причины, почему шампанское следует открывать при оптимальной температуре. Во-первых, при низкой температуре будет низкое давление, и процесс открывания станет безопаснее".
"Во-вторых, вкус охлажденного шампанского лучше, потому что подчеркивается кислота. В-третьих, чем холоднее шампанское, тем медленнее всплывают пузырьки, значит, вы сможете дольше ими наслаждаться".
Доктору Смиту поручили разработать формулу после того, как исследование сети магазинов Marks & Spencer обнаружило, что 50% женщин слишком боятся открывать шампанское, потому что опасаются, что пробка вылетит и попадет в них или в какой-нибудь ценный предмет обстановки.
Крис Мерфи, специалист по шампанскому из Marks & Spencer, сказал: "Открывая шампанское по закону Смита, то есть при оптимальной температуре и давлении, можно быть в полной безопасности – так что женщинам нечего бояться".
Вопреки распространенному мнению, шампанское должно отрываться с легким "вздохом", а не с громким хлопком.
"Перед тем как подавать шампанское на стол, его следует охлаждать примерно три с половиной часа. Возьмите бутылку под углом 45 градусов, медленно освободите пробку, поворачивая бутылку, и контролируйте выход газа, постепенно ослабляя давление руки на верхнюю часть пробки".
"Наша работа впервые предлагает генетическое свидетельство того, что люди занимают уникальное положение на древе жизни".
Статья профессора Лана, опубликованная на этой неделе в журнале Cell, наводит на мысль о том, что люди развили свои когнитивные способности не благодаря нескольким спорадическим и случайным генетическим мутациям, которые являются характерными для живых организмов, а в результате огромного количества мутаций на небольшом отрезке времени путем интенсивного процесса отбора в пользу более изощренных когнитивных способностей.
Среди эволюционных биологов принято считать, что люди эволюционировали примерно так же, как все другие виды жизни на Земле. Мутации генов при смене поколений иногда способствует новым формам адаптации к окружающей среде.
Те, кто адаптируется лучше других, имеют больше шансов выжить и передать свои гены следующему поколению.
Эволюцию крупного мозга у человека можно рассматривать как аналог процесса, в результате которого появляются более длинные бивни и большие рога. В целом, после корректировки в соответствии с размером тела мозг становится больше и сложнее по мере того, как больше становится животное.
Но в случае с людьми размер мозга не вписывается в общую тенденцию, наш мозг непропорционально велик, он намного больше, чем мозг других приматов, включая наших ближайших родственников, шимпанзе.
Группа Лана исследовала ДНК 214 генов, участвующих в развитии мозга людей, макак, крыс и мышей.
Сравнивая мутации, которые не оказывали воздействия на функционирование генов, с теми, которые оказывали, ученые оценивали меру воздействия естественного отбора на эти гены.
Они пришли к выводу, что гены человеческого мозга за короткий промежуток времени проделали огромную эволюцию, далеко превосходящую эволюцию генов других животных.
"Мы доказали, что существует огромное различие, – заявил Лан. – Эволюция человека, по сути, является привилегированным процессом, потому что она включает в себя большое количество мутаций в большом количестве генов.
"Чтобы сделать так много за столь короткий эволюционный период – несколько десятков миллионов лет, – необходим процесс отбора, который кардинально отличается от обычных процессов приобретения новых биологических черт".
Что касается того, как все это произошло, профессор высказывает предположение, что причиной могло быть развитие человеческого общества.
В социальной среде когнитивные способности, возможно, стали большим преимуществом.
"По мере социализации, различия в интеллекте оборачиваются различием физической формы, потому что вы можете манипулировать своей социальной структурой на благо себе", – заявил он.
"Даже помимо социального контекста, по мере того как люди становились умнее, это могло создать ситуацию, когда небольшое интеллектуальное превосходство имеет огромное значение".
"Появление крупного человеческого мозга не является нейрофизиологическим эквивалентом больших рогов. Для этого требуется беспрецедентный процесс отбора".
известия: Почему вы решили проводить именно интернет-олимпиады?
Лунин: Интернет-олимпиада - это абсолютно необходимая составляющая современного образования. В этом убедил наш опыт - первая в мире и в стране интернет-олимпиада, которую уже провели. Интернет-олимпиада дает действительно широкий доступ каждому желающему попробовать свои силы в той или иной области знания. В нашем случае это была химия. Скажу честно, мы рассчитывали максимум на 200 участников. Но я был потрясен, когда на нашем сайте зарегистрировались почти 800 человек. Это небывалый случай.
Интернет воочию продемонстрировал свои уникальные возможности, расширяя и географическое пространство. Благодаря ему стало возможным участие в олимпиаде представителей Гарвардского, Софийского, Пражского и других университетов. Практически весь мир. Среди победителей были студенты из Сербии, Германии и наш десятиклассник из Вологодской области. Это еще одно достоинство состязаний такого типа - равные возможности вне зависимости от того, живешь ты в крупном европейском городе или в российской глубинке.
известия: Какие задания предлагались на олимпиаде?
Лунин: Безусловно, успех этой олимпиады был обеспечен наличием хорошей методической базы. Ее создавало Учебно-методическое объединение университетов России по химии, в которое входит более 60 химических факультетов всех российских университетов.
Когда Комиссия по образованию ЮНЕСКО рассматривала вопрос о стратегии развития химического образования в мире, все выступавшие признали, что задания, предлагаемые на нашей Менделеевской олимпиаде, намного интересней и четче, чем на Всемирной олимпиаде, и, конечно, мы должны это беречь. Вот почему мы решили пойти дальше и провести Всемирную интернет-олимпиаду. Для этих целей и создали рабочую группу. МГУ вместе с Российской академией наук выступают ее инициаторами.
известия: Интернет-олимпиада не возникла на пустом месте. У нее ведь были предшественники?
Лунин: Да, мы по-прежнему проводим международную Менделеевскую олимпиаду, это бывшая олимпиада Советского Союза. Сегодня она объединяет ребят и из ближнего зарубежья. В прошлом году она проходила в Кишиневе. В ней впервые приняли участие школьники из Румынии и Болгарии. Двенадцать победителей этой олимпиады из разных государств были зачислены на первый курс химического факультета без дополнительных вступительных испытаний.
известия: Но в Менделеевской олимпиаде участвуют команды?
Лунин: Да, от каждой страны в команду на Менделеевской олимпиаде входит до девяти человек. Если взять Всемирную олимпиаду, то в ней каждый год на протяжении последних пятнадцати лет участвуют команды - четыре человека от страны по химии, математике, информатике, физике, биологии и другим предметам. Конечно, это хорошие, умные дети, но их не так много. Сейчас где-то порядка 60 государств входят в число участников Всемирной олимпиады по химии. Это значит - чуть более 200 человек. Как правило, все наши участники получают медали. Но вот в течение последних трех лет первое место в командном зачете занимает Китай. Эта тенденция настораживает.
известия: На обычной олимпиаде бывает экспериментальный этап. Как быть с этим на интернет-олимпиаде?
Лунин: Хорошие физики, химики, биологи появляются, только когда делают эксперименты. Может быть, я никогда бы не стал химиком, если бы мой школьный учитель не показывал нам, как получается водород, как горит ацетилен, как гаснет свеча в атмосфере азота, как разгорается в атмосфере кислорода. Это 1954 год, в школе тогда никакого оборудования не было. Он проводил эксперименты с консервной банкой, с какими-то бутылочками, с резиновыми трубочками. Конечно, в интернете эксперимент не поставить. Однако использование сети существенно понижает стоимость проведения состязаний при видимых позитивных результатах.
известия: Каких?
Лунин: Прежде всего вуз ищет себе хороших студентов. В прошлом году, например, МГУ впервые в ответ на закрытие вузовских олимпиад предложил участвовать в конкурсе при поступлении в университет победителям региональных олимпиад. Именно региональных. По новым правилам приема без вступительных испытаний принимаются только победители всероссийских и международных олимпиад. Но их единицы, а победителей региональных много. Это было очень правильное решение. На химический факультет поступили 143 победителя разного уровня олимпиад, в том числе 12 человек из СНГ и Балтии.