Архив рубрики ‘Наука’

Кремнистые диатомовые водоросли синтезируют кальцитовые микрофибриллы

Диaтoмoвыe вoдoрoсли Didymosphenia geminate oбрaзуют сплoшныe килoмeтрoвыe зaрoсли нa дoнныx субстрaтax в чистыx рeкax и ручьяx, сoздaвaя сeрьeзную экoлoгичeскую прoблeму. Экoлoги рaзoбрaлись с вoпрoсoм, кaк эти вoдoрoсли зaкрeпляются нa кaмняx в услoвияx быстрo тeкущeй вoды, инициируя нaчaлo кoлoнии. В стебельках этих диатомовых помимо аморфного кремнезема присутствуют микрофибриллы кальцита. По своим размерным характеристикам они соответствуют порам кремнистого панциря. Поэтому логично предположить, что кальцитовые микрофибриллы берут начало именно от этих пор. Ученые предложили вероятный механизм их образования за счет работы комплекса карбоангидраз — класса ферментов, регулирующих реакцию растворения углекислого газа в воде. Эта водоросль необычна во многих аспектах: во-первых, будучи одноклеточной, она способна образовывать колоссальные скопления, в которых клетки образуют ветвистые колонии; во-вторых, у нее имеется весьма длинный стебелек, с помощью которого она относительно высоко поднимается над субстратом, оставаясь тем не менее прикрепленной к нему; в-третьих, она выживает и даже процветает в олиготрофных водах с чрезвычайно низким содержанием органики и доступного фосфора. Все эти свойства обеспечивают ей надежное доминирование — она образует километровые ковры на каменистых и водорослевых грунтах, сильно сокращая пригодные площади обитания для рыб и беспозвоночных. Так что экологи всерьез занимаются ее изучением, в частности вопросами инициации роста колоний. Ведь если закрепится одна клетка, то она за счет быстрого деления вскоре даст начало новой колонии. Фото с сайта duluthnewstribune.com

Как клетка может закрепиться на камне с помощью стебелька? Нужно заметить, что основная биомасса матов создается именно за счет стебельков и окружающего стебелек внеклеточного полисахаридного чехла. Как ни удивительно, но это ощущение имеет вполне определенную причину, и ее удалось прояснить, применив ряд минералогических и элементных анализов стебелька дидимо. Известно, что клеточный скелет диатомовых имеет кремнеземную основу. Много аморфных соединений кремния обнаружилось и в самом стебельке, и это не удивительно с точки зрения налаженного силикатного клеточного хозяйства. Удивительно, что кроме кремния в стебельке обнаружился скелет из микрофибрилл кальцита. Визуализация микрофибрилл стебелька водоросли Didymosphenia geminate. Слева — фото сделано сканирующим микроскопом, на нем хорошо видны микрофибриллы в стебельке (длина масштабного отрезка 10 мкм). Сопряженный элементный состав этих микрофибрилл доказывает присутствие карбоната кальция. Рисунки из обсуждаемой статьи в Advanced Functional Materials

Получается, что дидимо умеет управляться сразу с двумя видами неорганического материала — кремнеземом и кальцитом. Именно кальцит, внедряясь в микрополости субстрата, накрепко привязывает к нему клетку даже в условиях быстро текущей воды. Ученые предположили, что кальцитовые микрофибриллы клетка создает в ходе клеточного дыхания за счет работы различных карбоангидраз (carbonic anhydrase). В ходе этой реакции в растворах оказываются в разных пропорциях протоны, карбонат-ионы и бикарбонат-ионы. За счет работы карбоангидраз — на первый взгляд, регулирующих ничтожно малые колебания условий среды вокруг микроскопических клеток — создаются, например, внушительные цианобактериальные строматолитовые постройки (см.: Е. В. Куприянова, Н. А. Пронина, 2011. В случае с дидимо срабатывают, по всей видимости, карбоангидразы, сконцентрированные в апикальной, обращенной к субстрату, стороне клетки. Там собрано максимальное количество митохондрий, вовлеченных в дыхание и энергетический обмен клетки. Именно на этом конце начинает расти стебелек. Карбоангидразы, выходящие через поры наружу, способствуют повышению кислотности среды, так что в микропространстве вокруг апикального порового поля субстрат растворяется. В результате в субстрате создаются микрополости и, кроме того, образуется избыток ионов Ca. Этот кальций немедленно вовлекается в процесс образования кальцитовых нанокристаллов, которые по мере роста клетки вытягиваются в микрофибриллы. Кристаллизация обеспечивается, возможно, другим классом карбоангидраз, которые увеличивают концентрацию бикарбонатов в непосредственной близости от самих пор. Таким образом, одновременно прояснились сразу два вопроса — простой и сложный: почему дидимо похожа на вату и как клетки закрепляются в быстром течении. Открытый механизм закрепления стебельков дидимо может помочь выработать стратегию борьбы с ее нарастаниями. Но помимо экологических задач этот механизм интересен и с точки зрения создания композитных материалов. Источник: Hermann Ehrlich, Mykhailo Motylenko, Pallaoor V. Sundareshwar, Alexander Ereskovsky, Izabela Zgłobicka, Teresa Noga, Tomasz Płocinski, Mikhail V. Tsurkan, Elzbieta Wyroba, Szymon Suski, Henryk Bilski, Marcin Wysokowski, Hartmut Stöcker, Anna Makarova, Denis Vyalikh, Juliane Walter, Serguei L. Molodtsov, Vasilii V. Bazhenov, Iaroslav Petrenko, Enrico Langer, Andreas Richter, Elke Niederschlag, Marcin Pisarek, Armin Springer, Michael Gelinsky, David Rafaja, Andrzej Witkowski, Dirk C. Meyer, Teofil Jesionowski, and Krzysztof J. О композитных биоматериалах см. также:
Минеральные глаза моллюсков хитонов способны различать форму объекта, «Элементы», 23.11.2015.

Ученые создали биологический «живой и дышащий» суперкомпьютер

Сoздaтeлями супeр кoмпьютeрa стaли ученые институтов Германии, США, Голландии, Швеции и Канады. На программирование и конструирование супер компьютера ученым потребовалось больше 7 лет. За столь долгий период времени ученые протестировали несколько компьютерных технологий, направленных на создание супер умной компьютерной техники. В научном издательстве ученые описали математическую модификацию созданного компьютера с уникальной способностью производить физические и инженерные исчисления. Находящийся на данный момент в пользовании ученых компьютер – прототип, который необходимо подготовить к тестам и дальнейшей работе. Компьютерный модуль потребляет минимум энергетического потенциала, дополнительную энергию выделяет биологический материал.

В 2018 году выпустят первый в мире летающий автомобиль

Американские инженеры пообещали выпустить летательный аппарат в виде автомобиля, похожего на обычное транспортное средство с четырьмя колесами, — сообщили средства массовой информации США, ссылаясь на официальное заявление инженеров.

Автором идеи стал руководитель корпорации Terrafugia по конструированию автомобилей. По сообщениям журналистов, ссылающихся на выступление Читать далее »

Разработаны новые технологии 3D для мастеров Handmade

Вслед за 3 D принтером, способным печатать торты, леденцы, конфеты и другие лакомства на основе сахара, компания 3D Systems представила новую модель трехмерной печати – ChefJet.

Ранее Ярмарка мастеров Handmade уже презентовала принтеры этой компании, создающие макеты из полимерных материалов и металлической стружки, и даже были предоставлены соответствующие мастер-классы 3D печати. Читать далее »

Ученые, возможно, объявят в четверг об открытии гравитационных волн

Группа ученых в области физики объявила о готовящейся сенсации – утверждении волн гравитации, — сообщили средства массовой информации, ссылаясь на официальный источник.

Авторами данного заявления стали эксперты лабораторного центра LIGO, начавшие исследование осенью прошлого года и подошедшие к заключению в текущем году. Волны гравитационного фона, если верить в теорию Читать далее »

Новая наука: стратегии и вектор развития

Наш мир не стоит на месте. Он постоянно развивается, причем очень и очень быстро! Чем быстрее развивается наука, тем больше люди понимают, что образование — необходимость, особенно это касается знаний актуальных технологий. Читать далее »

В США разработали первую каску виртуальной реальности (видео)

Дополненная реальность приходит на стройплощадку. В США создали «умную» каску, способную анализировать мир вокруг себя и выводить перед глазами владельца необходимую ему информацию. Разработчики обещают, что их продукт изменит саму природу работы строителя.

В США разработали «умную» каску. Специалисты компании Daqri из Лос-Анжелеса представили шлем дополненной реальности, Читать далее »

НАСА создает роботов-амеб для изучения опасных планет и лун

Группа исследователей NASA начала работу по созданию робота техника, предназначенного для исследования экзо планет в районе и за пределами нашей солнечной системы, — сообщили средства массовой информации со ссылкой на официальный источник.

Предварительное заявление руководителя отдела исследований NASA подтвердило начало работы экспертов, направленной на конструирование и Читать далее »

Рейтинги безопасности по уязвимостям программных систем

Сейчас в СМИ очередная волна сравнения различных программных систем по числу обнаруженных уязвимостей. При этом во многих публикациях системы, с меньшим числом обнаруженных уязвимостей называют “более безопасными”, сравнивая их с теми системами, где уязвимостей нашли больше. Однако это неправильно. Такой показатель, как число обнаруженных за некоторый промежуток времени Читать далее »

Продолжается сборка нового космического телескопа им. Джеймса Уэбба

В «чистой комнате» Центра космических полётов Годдарда NASA продолжается сборка главного зеркала нового Космического телескопа. Недавно с помощью руки-манипулятора был смонтирован девятый сегмент главного зеркала. Каждый из 18 сегментов имеет форму шестиугольника, диаметром чуть больше 1,3 метра и массой 40 кг.

Сборку всех 18 сегментов главного зеркала планируется завершить в Читать далее »