25.12.2014 Есть ли практическая польза от космических исследований?

Отвечает доцент кафедры теоретической физики и волновых явлений Института инженерной физики и радиоэлектроники Сибирского федерального университета Николай Николаевич Паклин.

В последнее время в космос постоянно запускаются высокотехнологичные и дорогостоящие приборы, а также изобретаются разные механизмы и материалы для работы там. Имеет ли смысл, кроме получения фундаментального знания, вся эта глобальная космическая программа? Сможем ли мы получить какие-либо практические вещи?

Да, конечно. Космические исследования проводятся в первую очередь для решения практических задач. Так было ещё во времена СССР, при Сергее Павловиче Королёве, когда разрабатывались сначала военные ракеты, и только потом уже их модифицировали для того, чтобы запустить спутник. Похожая ситуация сохраняется и сейчас. Современные системы связи, спутниковое телевиденье, мониторинг, навигация, метеорология — ничего из этого не возможно без исследования космоса. Бизнес и государство вкладывают деньги в решение этих задач, но заодно развивается и фундаментальная наука.
 

25.11.2014 Почему не удается победить рак?

Отвечает проректор НГУ по научной работе, член-корреспондент РАН Сергей Викторович Нетёсов

Расскажите, почему не удается победить рак, почему не удается изобрести вакцину?

В первую очередь, следует отметить, что «рак», как стало ясно в последние десятилетия, — это не одна болезнь, а несколько сотен (если не тысяч) различных видов онкозаболеваний. Поэтому вопрос о «вакцине против рака» — примерно то же самое, что и мечты о «таблетке от всех болезней».

Кроме того, необходимо понимать, что рак вызывают как внутренние, так и внешние причины, и даже если существуют последние: радиационное облучение, воздействие химическими веществами, заражение некоторыми вирусами и бактериями — все равно онкозаболевания провоцируют изменениями внутри организма. Поэтому для лечения раковых заболеваний нужно либо блокировать/нейтрализовать внешние причины, либо придумать средство, которое будет избирательно уничтожать в организме дефектные, раковые клетки.

Сегодня большое количество видов лекарств создано для уничтожения раковых клеток за счет каких-то их особых свойств, например, усиленного метаболизма (обмена веществ) в этих клетках. Но у взрослого человека немного клеток с активным метаболизмом, а сам лечебный антиметаболитный препарат не может различить раковые и здоровые  клетки. Поэтому в результате лечения у больного будет много побочных эффектов: могут, например, выпадать волосы, болеть суставы и т.д.

На мой взгляд, ученые и врачи все равно будут медленно, но верно добиваться отдельных прорывов в борьбе с онкозаболеваниями. Сейчас это быстрее всего происходит тогда,  когда мы выясняем, что причинами некоторых конкретных видов рака являются вирусы или бактерии. Тогда и удается разработать вакцины, которые предотвращают заражение этими возбудителями и, соответственно, защищают от конкретных видов рака. Если же болезнь возникла из-за ряда ошибок какого-то человеческого фермента, спровоцировавших мутации и блокирование какого-либо важного гена, то победить ее очень не просто (пока и не всегда возможно): иногда не удается уничтожить все бесконтрольно размножающиеся клетки, образующие опухоли. Поэтому и нужны новые знания о причинах раковых заболеваний и о свойствах конкретных раковых клеток.

Фото: wikipedia.org, Creative Commons Attribution-Share Alike 2.0 Generic
 

27.10.2014 Для чего необходима регуляция действия генов?

Отвечает старший лаборант института цитологии и генетики СО РАН Валерия Юрьевна Михальская.

Для чего необходима регуляция действия генов, помимо того, что это позволяет организму приспособиться к изменяющимся условиям окружающей среды?

При ответе на вопрос следует начать с определения генов и регуляции их действия. В классической генетике ген — это наследуемый фактор, влияющий на признаки организма. Под регуляцией действия (экспрессией) генов подразумевается их способность контролировать синтез функционального продукта — белка. Также существует понятие «доза генов». Доза гена — это количество копий гена в расчете на ядро одной клетки.

Так, например, у человека может произойти дозовая компенсация, в результате которой у самок случайным образом происходит инактивация одной из Х-хромосом. Вообще, при возникновении различных мутаций, количество копий гена способно увеличиться или уменьшиться. Например, при делении участка на 17-й хромосоме возникает синдром Смита-Магениса, являющийся сложным врожденным заболеванием с различными аномалиями черепа и лица и характеризующийся задержкой психического развития, нарушениями когнитивных функций и поведенческими расстройствами. При дупликации того же района на этой же хромосоме возникает другой синдром — Потоцки-Лупски, который включает в себя множественные врожденные аномалии и легкое слабоумие, аутизм, в отдельных случаях — потерю слуха. Этот пример прекрасно демонстрирует, как важна для правильного развития организма доза генов. То есть, при нарушении регуляции их действия могут возникнуть сложные заболевания.

Второй важной составляющей у млекопитающих является  генный импринтинг — это эпигенетически обусловленный процесс, регулирующий активность определенных генов в зависимости от того, кто из родителей передал аллель. Материнский и отцовский геномы отличаются по эпигенетическим меткам. Так, при нарушениях, приводящих к наследованию одной пары гомологичных хромосом от одного родителя, возникает однородительская дисомия. В этом случае также происходят различные нарушения в развитии организма.

Это нам показывает, что правильная регуляция экспрессии генов важна не только для приспособления организма к окружающей среде, но и для его правильного развития.

Фото: wikipedia.org (public domain)

01.10.2014 Откуда у микроорганизмов появилось свойство выживать в экстремальной среде?

Отвечает ученый секретарь Института биофизики СО РАН (Красноярск), кандидат биологических наук Егор Сергеевич Задереев.

С точки зрения приспособленности организма к окружающей среде, у живых существ не может быть адаптации к последней, если она на них не влияла соответствующим образом. То есть, раз какие-то особенности существуют, это значит, что в процессе эволюции на предков данного вида производилось воздействие. В связи с этим у меня вопрос: если у микроорганизмов (спор бактерий, вирусов) наличествует выживаемость в экстремальных условиях, соотносящихся с космическим излучением (в совокупности всех видов воздействия, в т.ч. радиационного фона и т.п.), 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 либо компетентного человека.

Не нужно бояться того, что ваш вопрос на что-то намекает. В науке вообще принято, что вопросы не просто намекают, а ставят под сомнение или опровергают известный факт. Поэтому разобьем его на две части. Сначала разберемся, так ли страшен невысказанный намек, а потом препарируем и первую часть.

Представим себе, что заявленная вами выживаемость бактерий в экстремальных условиях наблюдается потому, что их предки возникли … на других планетах. Это утверждение вряд ли напугает кого-то из современных ученых. Появилась ли жизнь на Земле или на другом космическом теле — как она это сделала, мы можем только догадываться. Даже если на вопрос: «Откуда взялась жизнь на Земле», мы ответим: «прилетела на астероиде с другой планеты», — это не приблизит нас к ответу на вопрос, как она зародилась. Именно он является ключевым, а не место возникновения.

Теперь, когда мы разобрались, что намеки нас не пугают, поговорим про основную часть вопроса. Она состоит из двух утверждений. Первое: приспособление к экстремальным условиям у организма возникает только в случае наличия таковых в жизни его предков. Второе: у организмов на Земле наблюдается выживаемость в неземных условиях.

Оба этих утверждения далеко не очевидны для современной науки. Не стоит забывать, что жизнь на нашей планете возникла (или была занесена, вспоминаем намек, с которого мы начали) как минимум три с лишним миллиарда лет назад. Тогда Земля была совсем другой. Сейчас мы можем обнаружить существ в абсолютно экстремальных, но довольно типичных для того времени условиях. Ведь странно считать соответствующей таковым лишь поверхность планеты на широте и высоте комфортной для человека, в благоприятном для нас климате — в условном сосновом бору или джунглях Африки. На сегодня жизнь обнаружена в гиперсоленых озерах, на дне Марианской впадины, в подземных водоемах на глубине нескольких сотен метров, в термальных источниках и в озерах Антарктиды под огромным слоем льда, в высокогорных водоемах различной кислотности. Совсем недавно (статья была опубликована в журнале Science) ученые обнаружили бактерий в крошечных каплях воды в крупнейшем на планете асфальтовом озере. Сложнее сказать, где и в каких условиях не найти жизни, так что даже современная Земля может служить полигоном для эволюции и возникновения организмов, приспособленных для обитания в экстремальных условиях. Одна из таких адаптаций происходит прямо на наших глазах: не так давно человек придумал антибиотики, которые должны были спасти его от многих бактериальных инфекций, но микроорганизмы вполне с ними сжились.  

Теперь поговорим про эволюционную обусловленность приспособлений. При всём разнообразии окружающей нас жизни природа очень консервативна. Одни и те же клеточные механизмы защиты или адаптаций к условиям окружающей среды, обмена информацией, генетической или гормональной регуляции с небольшими вариациями наблюдаются у самых разных организмов. Более того, схожие приспособления или механизмы могут использоваться для решения совершенно разных задач. Как только природа подобрала какой-то удачный, а иногда и не очень удачный, способ, она использует его и дальше. Самое забавное, что набор экстремальных условий, а точнее возможных физических или химических воздействий, крайне ограничен (попробуйте выписать их на листочке, и поймете, что очень скоро начнете повторяться). При этом многие воздействия будут вызывать сходные эффекты на молекулярном уровне. Так что задачу поддержания устойчивости или репарации ДНК, стабильности белков, других внутриклеточных нарушений от самых разных воздействий могут выполнять комбинации одних и тех же механизмов.

При этом надо помнить, что заявленная «устойчивость» в космических условиях все-таки типична для организмов в покоящемся, неактивном состоянии. Такие эксперименты проводили не только с бактериями, но и с покоящимися стадиями грибов (споры), растений (семена) и животных (покоящиеся яйца водных беспозвоночных). Действительно, часть из них была способна к активному размножению при возвращении на землю, но следует учесть, что 1) в живых оставались не все — часть организмов все-таки погибала в космосе (при этом доля погибших превышала таковую в контрольной группе на земле); 2) в космос отправляли покоящиеся стадии, которые в ходе эволюции на земле появились как формы для выживания в неблагоприятных условиях. То есть они созданы природой для долговременной консервации биологического материала.

Итоговый ответ может состоять из следующих тезисов:

1. Даже сегодня на Земле достаточно сложных условий для того, чтобы у организмов формировались свойства, позволяющие им переживать эти условия. При этом ученые находят жизнь во все более неожиданных местах, которые по экстремальности сопоставимы с некоторыми объектами солнечной системы.
2. Приспособления, которые возникли в ходе эволюции в ответ на одни неблагоприятные воздействия, могут быть использованы природой и для реакции на другие, вызывающие схожие биологические отклики или повреждения.
3. Современную науку не пугает предположение о возникновении жизни не на Земле, а на другом космическом теле. Гораздо интереснее не где, а как возникла жизнь.