Сегодня - 27.05.2020

Задайте вопрос учёному

В этом разделе вы можете задать вопросы, относящиеся к любому научному направлению: будь то археология или ядерная физика. Задавая вопрос, вы можете обозначить, ученому какой специальности он адресован. Если вы не определились с адресатом, мы найдем для ответа на ваш вопрос компетентного эксперта. Ответ будет опубликован на сайте.

Обращаем ваше внимание на то, что не подлежат рассмотрению вопросы и обращения, в которых содержатся выражения, оскорбляющие чьи-либо честь и достоинство, а также те, из которых не представляется возможным понять суть вопроса.

Вопросы вы можете направлять на электронный адрес: scienceinsiberia@gmail.com с пометкой в теме: «Вопрос ученому»



Зачем микроорганизмам выживаемость в условиях, соответствующих космическому излучению?

Отвечает заведующий лабораторией генетики и эволюции бобовых растений ИЦИГ СО РАН кандидат биологических наук Олег Энгельсович Костерин.

 


С точки зрения эволюции, если у живого существа есть какие-то приспособления к окружающей среде, это значит, что на предков данного вида воздействие, соответствующее приспособлению, производилось окружающей средой. В связи с этим у меня вопрос такого характера: если у микроорганизмов (спор, бактерий, вирусов) существует выживаемость в экстремальных условиях, например, космического излучения, то откуда у них подобное свойство? Мой вопрос ни на что не намекает, это именно вопрос. Возможно, в чем-то мое рассуждение некомпетентно с точки зрения теории эволюции. Буду рада выслушать комментарии специалиста в данной области.


Представление, что совершенно любое свойство организма (а их можно выделить бесконечно много) продиктовано его приспособлениями к окружающей среде, в целом оставлено более полувека назад. На самом деле большинство признаков с точки зрения естественного отбора нейтральны. Фигурально выражаясь, они обусловлены адаптацией организма к самому себе и существуют постольку, поскольку система в целом оказывается в данной среде жизнеспособной (а все мы хорошо знаем, что в любой среде существует множество жизнеспособных решений и, по всей видимости, потенциально возможно гораздо больше). Например, у эмбриона человека на короткое время появляются жаберные щели, которые, казалось бы, ему давно уже не нужны. Однако еще на той стадии эволюции, когда наши рыбообразные предки ими пользовались, развитие организма было организовано таким образом, что образование жаберных щелей на определенной стадии стало для него необходимостью, которая с тех пор не изменилась.
 
С другой стороны, возможность организма существовать в какой-либо среде совершенно не означает, что его предки сталкивались с ней ранее. Утрируя, приведу такой пример — мышь можно посадить и успешно содержать в клетке пятиугольной формы, но из этого не следует, что ее предки подвергались естественному отбору на то, чтобы жить клетках именно такой формы. Что касается микроорганизмов, то они могут выживать в условиях, которые кажутся нам экстремальными,  но, совершенно точно — не в прямом космическом излучении (в космосе они могли бы оставаться жизнеспособными лишь в толще метеоритов и комет). Свойство, о котором идет речь, является побочным следствием адаптации к земным экстремальным условиям, и «в повседневной жизни» микроорганизмы им не пользуются.
 




Возникнет ли индуцированный ток в метеорите, летящем в экваториальном направлении на широте Челябинска?

Отвечает старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Алексеевич Шошин.

 


Возник вопрос, может ли в теле метеорита при движении в экваториальном направлении на широте Челябинска возникнуть индуцированный ток под воздействием магнитного поля Земли? Исходные условия: метеорит массой в 1 тонну, железо-никелевый (проводник), диаметр 63 см (условно сферический). Угол вхождения в атмосферу — 30 градусов к горизонту, скорость 10 км/с (именно при таких данных рассматривался вопрос). Какова может быть величина тока и его влияние на нагрев метеорита? (теплопотерями пренебрегаем).


В данном случае возникающий ток настолько мал, что его влияние на нагрев метеорита пренебрежимо. Как его оценить. В системе отсчета метеорита при движении в поперечном для него магнитном поле Земли (~1 Гс) появляется электрическое поле E~B*v/c~1*10-5 единиц СГС (Л.Д.Ландау, Е.М.Лившиц, Теоретическая физика, т.2, с.91). Для массивного железного проводника с большой проводимостью индуцированный ток чрезвычайно мал и будет появляться только из-за того, что магнитное поле Земли возрастает (от 0 до 1 Гс) при приближении метеорита к Земле, то есть, электрическое поле в системе отсчета метеорита возрастает от 0 до 10-5 единиц СГС за время, которое можно грубо оценить как 10 минут (время пролета магнитосферы Земли). Вы можете посчитать проводимость метеорита самостоятельно и посмотреть этот микроскопический ток.
 




Возможна ли модификация взрослого организма с помощью генной инженерии?

Отвечает старший научный сотрудник Института цитологии и генетики СО РАН, доктор биологических наук Юрий Сергеевич Аульченко.

 


Хочу задать довольно  футурологический вопрос. В прошлом году в сети появилась информация о том, что биологам удалось  внести изменения в геном мальков рыб, используя специальные ферменты и нужные части ДНК. Причем, внесенные изменения  передавались по наследству. Интересно, возможно ли в будущем, пусть и  отдаленном, по мере накопления знаний о функциях наших генов и процессах, протекающих на их уровне, появление  технологии, которая позволит  редактировать геном уже взрослого человека, задавая ему нужные  характеристики? Т.е. всячески  модифицировать организм, меняя его  врожденные признаки: исправлять дефектные гены, улучшать физические данные, менять внешность и прочее. Или с уже сформированным, крупным многоклеточным организмом такое проделать не получится?


Юрий АульченкоИскусственное замещение генов, по крайней мере, в части клеток взрослого организма в принципе возможно уже сейчас («генная терапия»). Однако вмешательство на уровне генома взрослого организма — это все равно, что ... с чем бы это сравнить? Вот скажем вам не нравится цвет глаз: они у вас голубые, в вы хотите, что бы были карие. Вместо того, чтобы надеть цветные линзы, вы идёте в продвинутую клинику и там просите вырастить новые глаза (карие). А потом нейрохирург старые глаза вырезает и новые пришивает. Представили? Кстати, это теоретически будет возможно лет через -цать. Так вот, в большинстве случаев генная терапия — это вот такая кардинальная и дорогая процедура, и  зачастую есть менее радикальный способ решения (линзы). Хотя в некоторых случаях (некоторые моногенные заболевания) альтернативы нет.

Так что, даже рассуждая гипотетически (предположив, что в какой-то момент генная терапия станет дешевой, простой и стопроцентно безопасной процедурой), не всякую проблему можно и нужно решать на уровне генов, многие решаются лучше с помощью изменения образа жизни, или с помощью лекарств, без вмешательства в ДНК.

Что касается будущего, то я думаю, что результаты исследования генома человека будут широко применяться в персонализированной медицине. Что я имею в виду? Человеку по результатам исследований будут выдаваться некоторые рекомендации по образу жизни (питание, физическая активность и так далее), в соответствии с которыми он сможет, например, дольше жить и избежать болезней. Или при подборе лекарств. Некоторые препараты, например, «Варфарин» (понижает свертываемость крови) уже сейчас можно назначать пациенту на основе генетического тестирования. В настоящий момент существуют десятки лекарств, которые могут и должны назначаться (или как раз НЕ назначаться!) индивидуально, по результатам дополнительных обследований.
 

Фото анонса: membrana.ru




Как будет действовать магнит в космосе?

Отвечает старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Алексеевич Шошин.

 


Расскажите, пожалуйста, как будет действовать постоянный магнит в космосе? Как могут измениться его свойства? Будут ли отталкиваться или притягиваться магниты с разной полярностью?


В космосе свойства магнита не изменятся: магниты по-прежнему будут отталкиваться и притягиваться, как на Земле.
 




Все ли мы имеем общих предков?

Отвечает старший научный сотрудник Института математики им. С. Л. Соболева СО РАН кандидат физико-математических наук Сергей Владимирович Августинович.

 


У каждого из нас есть 2 родителя, у которых так же по 2 родителя. Получается, что 25 лет назад для рождения 1 человека должны были встретиться 2 родителя (у которых, опять же, по 2 родителя).  Значит, 50 лет назад жили 8 человек, которые так или иначе связаны с рождением нас. Если по такой схеме считать, то 33 поколения назад (825 лет) людей, принимавших участие в одной конкретной судьбе, было больше, чем сейчас в мире. Как это возможно? Где ошибка?


У каждого человека 2 родителя, у тех тоже по 2 родителя. Два поколения назад было 4 прародителя. Хотя уже 2 поколения назад могло произойти «перекрывание»: дедушка по материнской линии совпадает с дедушкой по отцовской линии (например, для того чтобы родить 210, то есть 1024 человека,  достаточно всего лишь 29, то есть 512 человек, если в каждой семье будет рождено по 4 ребенка). Допустим, что эти 4 родителя разные. Тогда ещё одно поколение назад — получается 8. И так далее. Если бы среди наших предков не было совпадений (то есть предок по материнской линии совпадал бы с предком по отцовской линии), то был бы парадокс: что когда-то на земле жило бы людей больше, чем атомов во вселенной.

Но совпадения были, и у нас у всех есть общие предки.

Парадокса нет, и всё объясняется.

В принципе, дети могут быть от брата и сестры, у них один дедушка и одна бабушка. Если брат и сестра произвели на свет мальчика и девочку, а те проделали то же самое, то это ведёт к вырождению. Но такую цепочку можно продолжать бесконечно.

Численность человечества удваивается почти каждые 60 лет, значит, что за 600 лет оно увеличивается в 1000 раз, а это значит, что 600 лет назад было примерно в 1000 раз меньше жителей Земли, чем сейчас.  Если сейчас порядка 7 млрд. людей, то должно было быть порядка 7 млн., а если ещё 600 лет назад «открутить», получается небольшой парадокс, что совсем мало — 7 тысяч людей. Это всего лишь приблизительно. Сейчас уровень здравоохранения другой, который тоже вносит свой вклад в увеличение численности населения.
 




Почему принято считать, что электрический ток движется от положительного заряда к отрицательному?

Отвечает старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Михайлович Балдин.

 


Достоверно известно, что электрический ток — это направленное движение электронов или, в некоторых случаях, положительных или отрицательных ионов. Электричество как таковое также связано с понятием ЭДС, то есть для тока в проводнике нужна разность потенциалов. Тогда направление движения тока при движении электронов и отрицательно заряженных ионов будет от отрицательного полюса к положительному, так как одноименные заряды отталкиваются, а разноименные притягиваются. Движение же положительных ионов будет связано с движением обратным по направлению. Почему тогда официально считается, что ток идет всегда от плюса к минусу и такое же направление указывается на электрических схемах?! Преподаватели физики мне отвечали, что так сложилось исторически, но ведь в двух случаях из трех это ошибка. Так тогда как понимать?


Дело в том, что электрический ток стали изучать задолго до того, как разобрались с его «переносчиками». Наверное, первые систематические опыты с ним можно датировать 1801 годом, когда итальянский учёный Алессандро Вольта опустил в банку с кислотой две пластинки — цинковую и медную. Так возникла первая батарея — Вольтов столб, хотя, безусловно, электрические явления не были в тот период новостью. Например, в то же время Бруньятелли осуществил посеребрение, оцинкование и омеднение электродов. Позже последовали опыты Эрстеда, Ампера, Ома, Фарадея и множества других исследователей. В 1861-1862 годах английский физик Джеймс Кларк Максвелл опубликовал свои труды, которые привели к возникновению четырёх уравнений Максвелла — своеобразное обобщение  всех классических электрических и магнитных явлений. Исследования об электричестве и магнетизме стали единой классической электродинамикой. То есть на тот момент людям уже пришлось договориться о единых понятиях направления тока, но что именно выступает в проводниках в качестве переносчика зарядов, тогда известно не было.

Электроны в чистом виде были выделены только в 1869 году немецким исследователем Иоганном Вильгельом Гитторфом, когда он впервые наблюдал катодные лучи — потоки электронов, испускаемых катодом. Они используются в старых телевизорах, осциллографах, радиолампах и электронных микроскопах. Это случилось уже позже формирования уравнений Максвелла, кроме того, на осознание, что именно такое катодные лучи, то есть на собственно открытие электрона ушло ещё 28 лет, пока этим вопрос вплотную не занялся английский физик Джозеф Джон Томсон.
 




Где и как добыть смолу-янтарь?

Отвечает куратор Центрального сибирского геологического музея, кандидат геолого-минералогических наук Станислав Михайлович Николаев.

 


Каким образом можно обнаружить смолу-янтарь, лежащую на глубине шесть и более метров под землёй: химический анализ земли, магнитное поле или прибор, измеряющий это поле, или же свой полевой учёный-физик?


Смолу-янтарь можно добыть только с помощью раскопок. Конечно, нужно знать, где копать, потому что янтарь добывается в определённых местах: в основном в Калининграде. Он встречается в мизерных количествах в скважинах и карьерах, например, в Хатанге (село в  Красноярском крае), на Аляске, на Чукотке. Ювелирного качества встречается ещё на острове Сахалин.

Магнитных методов существует около 50, но им ищут минералы, обладающие соответствующими свойствами, например, золото. Ничего нового тут тоже не выдумаешь.

Можно сказать, что янтарь-смолу можно найти только с помощью раскопок  и только в уже известных местах, а другими методами её не определить и не найти.
 




Каких размеров была Вселенная 13,2 млрд. лет назад?

Отвечает старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, кандидат физико-математических наук Евгений Михайлович Балдин.

 


С помощью телескопа Хаббл обнаружен самый дальний на настоящее время объект во Вселенной — галактика, расположенная на расстоянии 13,2 млрд. световых лет. В связи с этим возник вопрос: каких размеров была Вселенная 13,2 млрд. лет назад, если свет от самой дальней обнаруженной галактики дошел до нас за те же 13,2 млрд. лет? Т.е. Земля уже в то время находилась от этой галактики на расстоянии 13,2 млрд. световых лет. А ведь Вселенная расширяется, да еще с ускорением? За какое время она расширилась из точки сингулярности до размеров 13,2 млрд световых лет до момента, в который мы увидели эту галактику?


Евгений БалдинОчень хороший вопрос. Причины, по которым он возник, являются совершенно стандартными заблуждениями, связанными с теорией Большого взрыва. Я, как выяснилось, тоже не был лишён последних. Прежде всего Большой взрыв — это не взрыв бомбы или гранаты, от эпицентра которого разлетаются осколки-галактики. Во время него не было никакого перепада давления, принуждающего осколки к движению. Просто вся Вселенная стала расширяться, то есть это был «взрыв пространства». Галактики действительно имеют свои скорости и куда-то летят, но расстояние между ними увеличивается из-за расширения всей Вселенной.

Здесь имеет смысл посмотреть на картинку — модель хлеба с изюмом, демонстрация расширения Вселенной, где вместо изюминок можно подставить галактики, а вместо буханки — всю Вселенную. При увеличении буханки в два раза, расстояния между изюминками тоже увеличиваются в два раза, но размеры самих изюминок остаются неизменными. Так что фотоны, оторвавшиеся от удалённого объекта, кроме непосредственного расстояния до Земли на момент отрыва должны были пройти и дополнительное расстояние из-за постоянно «пухнущей» Вселенной.

Действительно, собственные скорости объектов не могут превышать скорости света, но из-за расширения Вселенной относительные скорости между двумя объектами могут превысить её. На начальном этапе жизни Вселенной эта скорость могла быть очень большой (инфляция). Кроме этого, мы не знаем какого именно размера была Вселенная на момент Большого взрыва. Мы знаем только то, что она расширяется, то есть её плотность уменьшается. Общая теория относительности предсказывает, что Вселенная должна начаться с точки (сингулярности), но так ли это на самом деле — пока не понятно. С тем же успехом расширяться может и бесконечное пространство. Так что в удивившем вас факте нет никаких противоречий современным космологическим теориям.

Некоторые парадоксы Большого взрыва рассмотрены в популярной статье Чарльза Линевивера и  Тамары Дэвис.

Фото анонса: astronet.ru




Как можно продлить жизнь человека?

Отвечает научный сотрудник Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН, кандидат химических наук Григорий Вениаминович Мечетин.

 


Будут ли созданы технологии, способные увеличить среднюю продолжительность жизни человека, через 30-50 лет? Какие интересные направление есть в этой части науки?


За счет чего мы стареем? Один из основных факторов — повреждение ДНК. В нашем организме ДНК превращается в РНК, а РНК — в белок. Многие белки функциональные и делают  что-то полезное внутри нас, например, синтезируют или переносят нужные вещества. У нас есть система, которая ответственна за исправление неполадок ДНК в течение жизни (появляются за счёт разных факторов, например, космической радиации, агрессивного воздействия внешней среды и других), но она справляется не со всеми повреждениями. Таким образом, изменяется структура белка, который в результате будет работать хуже. Допустим, машинный двигатель рано или поздно ломается, потому что изнашиваются его части.  То же происходит и с белками, которые начинают функционировать недолжным образом.

В мире есть 3 основных многообещающих направления: 1) бионика, 2) инженерия органов, тканей, 3) генная терапия.

1) Бионика — наука, в рамках которой ученые создают на небиологической основе элементы биологических систем. Сейчас уже существуют руки и ноги, которые можно закрепить и управлять ими за счёт специальных детекторов, передающих по напряжению мышц сигналы на запястье, например. Есть электронные уши. Даже когда у человека повреждена барабанная перепонка или система наковальня-молоточек, есть технологии, которые помогут: специальный электрод вводится в ушную улитку, в черепе сверлится дырочка, вставляется разъем и подключается декодирующий аппарат. И люди начинают слышать. Есть успехи в создании искусственного сердца. Оно представляет собой турбину и работает на батарейках, но у человека, которому сделали операцию, нет пульса. Батарейки люди могут менять сами: в груди делается разъем, куда они подключаются.

2) Создание искусственных органов и тканей. Недавно был проведён успешный опыт: трахею сделали из стволовых клеток человека на специальном каркасе и успешно ему поставили. Есть успехи в области создания искусственной почки.

Но эти два подхода  не затрагивают мозг. Если предположим, что все органы можно заменить, то мозг все равно будет стареть. Да, мы будем долго жить, но будет ли «качественна» эта жизнь, если мы, например, будем плохо помнить?

3) Генная терапия — тоже достаточно непростая технология. Реализуется это так: у нас есть дефектный ген, и мы можем либо подавить его, либо внести правильный и заставить работать его. Возможно, в будущем мы научимся блокировать ненужные, испорченные гены и встраивать правильные, в принципе, можно таким образом продлить жизнь достаточно надолго.

Проблема нашей популяции в том, что до 18-19 веков был естественный отбор. То есть человек, рождающийся с кардиопатологией, умирал, а сейчас его «вытаскивают», но он передаёт свои гены будущему поколению. С одной стороны — это положительное достижение медицины, но с другой — увеличивается число людей, гены которых могут привести к возрастанию частоты наследуемых заболеваний. Но, возможно, генная терапия сможет бороться и с этим.

Эти три подхода не решают проблем жизнедеятельности, но, тем не менее, возможно, что через 30-50 лет мы сможем существенно продлить жизнь.

Фото анонса: кадр из фильма «Смерть ей к лицу»




Особи с разным числом хромосом не дают плодовитого потомства. Так ли это?

Отвечает заместитель директора по научной работе Института цитологии и генетики СО РАН профессор доктор биологических наук Николай Борисович Рубцов.

 


В ходе моих споров в интернете с противниками теории эволюции (дарвинизм + СТЭ) с их стороны был высказан следующий аргумент. У шимпанзе 24 пары хромосом, а у человека-23. Виды с разным числом хромосом не скрещиваются, либо скрещиваются, но дают бесплодное потомство (например, мулы, лошаки и т.д.). Поэтому эволюция никак не могла «перешагнуть» этот межвидовой барьер и произвести виды с разным числом хромосом от одного предка. Что можно на это ответить? Для начала - действительно ли всегда скрещивание видов с разным числом хромосом даёт бесплодное потомство? Быть может, вообще есть примеры успешного скрещивания? Какие ещё сведения Вы можете сообщить по данному вопросу?


 

Николай Рубцов
По правде говоря, это очень несерьёзный аргумент против теории эволюции. Скорее всего, люди, которые берутся такое утверждать, просто не достаточно хорошо понимают биологию как науку.
 
Биология достаточно сложная вещь, и понятие вида тоже достаточно специфично, поскольку в ряде случаев, особенно в момент видообразования, общепринятые правила не всегда срабатывают. По этой причине не стоит брать какое-то положение за основную догму, всегда есть некоторые проблемы и неточности во всех наших человеческих определениях. Однако если мы будем разбираться именно в сути событий, а не в их названиях, то тогда никаких проблем не возникнет.
 
Пример с мулами не достаточно удачен, так как существует в науке зафиксированный случай, когда мулица смогла дать потомство. Считается, что мулы стерильны, однако, при подробном изучении данной особи и её детёныша учёные установили, что при определённых особенностях прохождения мейоза, шанс выносить и произвести на свет потомство есть даже у мулицы, хотя её предки осёл и лошадь очень сильно отличаются по хромосомной организации. Этот факт, зафиксированный лет 15 назад, лишний раз доказывает, что в природе возможно всё.
 
Есть в принципе масса тому примеров, где различное число хромосом у родителей не является обстоятельством, которое способно повлиять на плодовитость потомства. Что происходит у бурозубок или в некоторых популяциях домовых мышей? У них две хромосомы сливаются в одну, так случилось и в случае с нашими предками, высшими приматами. Конечно, помимо слияния хромосом, имели место инверсия и ряд некоторых хромосомных перестроек, но в целом, это основополагающее изменение.
 
Такая ситуация абсолютно нормальна, эти животные несмотря на различное число хромосом всё равно могут давать потомство внутри вида. Так получается гибрид между исходной формой, где не было подобного слияния и между формой, где оно было.
 
Далее возможен вариант развития одной популяции внутри другой, а также географического разделения, в этом случае процесс эволюции пойдёт уже независимо друг от друга и образуется цепочка изменений внутри вида, как например, инверсия. И вот только тогда, когда две популяции развиваются по отдельности, существует вероятность трудностей при получении плодовитого потомства.
 
Фото: анонс — ru.wikipedia.org, 2 — bionet.nsc.ru
 

Система Orphus