Сегодня - 18.08.2019

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»



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
 




Каким образом обезьяны повсеместно эволюционировали в людей?

Отвечает ассистент кафедры сравнительной психологии факультета психологии НГУ, кандидат биологических наук Елена Алексеевна Дорошева.

 


Существует утверждение что обезьяны эволюционировали в людей, скажите, пожалуйста, каким образом они эволюционировали повсеместно.? Александр
 


Современная антропология (наука о происхождении человека) основывается преимущественно на данных об ископаемых останков приматов, которые могли бы быть «переходным звеном» к современному человеку. По одной из гипотез, подкрепленной находками палеонтологов, человек современного типа возник в Восточной Африке. По другим представлениям предки современных людей появились в Средиземноморье, Передней Азии, на юго-востоке Европы. Несмотря на разногласия по поводу предполагаемой «Родины» современных людей, антропологи сходятся в том, что Homo sapiens, возникнув в одной географической точке, получил эволюционные преимущества перед другими близкими видами приматов, вытеснил их и распространился по всей Земле.
 




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)




Можно ли транслировать сигналы от мозга компьютеру и наоборот?

Отвечает старший научный сотрудник научно-исследовательской части Сибирского федерального университета кандидат физико-математических наук Владимир Евгеньевич Захватаев.

 


Возможно ли (и как?) перехватить сигналы мозга к зрительным и двигательным центрам и передать их компьютеру, и наоборот — транслировать импульсы от компьютера (пре-образователя) к мозгу ?


Когнитивные функции головного мозга (различение, категоризация и реакция на сенсорные стимулы, интеграция) сопровождаются переработкой информации  в сетях нейронов. Имеется множество способов наблюдать за изменениями функционирования последних. Например, электрофизиологический мониторинг, в частности, электроэнцефалография, отражает биоэлек-трическую активность мозга, отводимую с поверхности кожи головы, хорошо фиксируя  реак-ции на действие раздражителей. Функциональная магнитно-резонансная томография позволяет увидеть изменения в токе крови, вызванные нейронной активностью.

В последнее время для подобных исследований применяется оптогенетика, основанная на измерениях с помощью света. Что это такое? При поглощении фотона молекула может просто потерять воспринятую энергию, которая рассеется в тепло, а может использовать для переизлучения (флуоресценции), отражающего ее состояние и те процессы, где она принимает участие — или для инициирования определенных биофизических и биохимических реакций. Например, фоторецепторы: молекулы-сенсоры способны взаимодействовать с фотонами опре-деленной длины волны и продуцировать различные биологические процессы, в частности индуцировать значительные электрические токи в клетке при поглощении всего одного кванта света! Молекулы-сенсоры генетически кодируются с тем, чтобы они могли отражать исследуемые процессы внутри нейрона, и при возбуждении фотонами передавать информацию о происходящем путем флуоресценции. Полученные сигналы транслируются на компьютер и анализируются. В качестве молекул, способных при поглощении фотонов повлиять на клетку, применяют, например, генетически модифицируемые ионные каналы бактерий и водорослей. Такие каналы, встроенные в мембраны, пропускают ионы через последние в ответ на свет определенных длин волн, и значит, производят вариации мембранного электрического потенциала. Например, функционирование нейронов в мозгу лабораторной мыши может быть подвержено влиянию световыми импульсами, передаваемым по световодам через компьютер. Эта новая область нейробиологии, требующая высочайшей этической ответственности, может помочь в понимании механизмов развития самых грозных заболеваний.
 

Фото: кадр из фильма «Джони Мнемоник»




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.
     



Нужно ли пересматривать теорию относительности?

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

 


Сейчас много говорят о пересмотре некоторых постулатов теории относительности. С чем это связано, и насколько действительно оправдан такой пересмотр?


Я давно не слышал такого. В XX веке теория относительности была многократно подтверждена экспериментами с высочайшей точностью. Сегодня специальная и общая ее часть являются основами технологий! Это и космонавтика с глобальными системами связи, и дальние космические полеты автоматических аппаратов, и Большой адронный коллайдер.

Скорее всего, речь идёт о расширении границ современной физики (квантовая гравитация, фундаментальные взаимодействия, квантовая космология). Эти теории и гипотезы не отвергают теорию относительности, а дополняют ее.

В начале XX века часто говорили, что ТО отвергает механику Ньютона. Нет! Она дополняет последнюю. Нельзя отвергать классические законы, которым подчиняется вся наша жизнь и повседневный опыт. Таковы законы развития науки. Новые теории содержат в себе старые теории как частные случаи.
 

Фото: wikipedia.org (public domain)




К чему приведет остывание экватора?

Отвечает старший научный сотрудник Института геологии и минералогии им. В.С.Соболева СО РАН заведующий лабораторией петрологии и рудоносности магматических формаций доктор геолого-минералогических наук Андрей Эмильевич Изох.

 


К чему приведет остывание экватора, и как подействует это на температуру полюсов Земли? На сколько опустится температура на севере?


К сожалению, мы не сможем уточнить, на сколько точно опустится температура на севере, так как никаких других численных значений в вопросе не указано. Попробуем рассмотреть последствия остывания экватора. Колебания температуры поверхностного слоя воды в экваториальной части Тихого океана исследованы учеными очень хорошо. Это явление даже носит своё название: смещение температуры в большую сторону называется Эль-Ниньо, в меньшую — Ла-Нинья. В переводе с испанского это означает малыш, мальчик и малышка, девочка соответственно. При возникновении Эль-Ниньо происходит повышение температуры воды на огромной площади Тихого океана за счёт того, что течением в экваториальные широты приносит более тёплые потоки. Соответственно, Ла-Нинья — процесс обратный, причем, он может влиять на погоду по всему земному шару, вызывая засухи в одних регионах, ураганы и сильные дожди — в других. Этот климатический феномен в 2011 году вызвал падение уровня мирового океана на пять миллиметров. Однако в основном эти колебания незначительные, наблюдается отклонение примерно на 0.5 C, и для того, чтобы оно составило больше, чем полградуса, необходимы условия, которых сейчас в природе нет.

После изменения температуры на экваторе по всему Земному шару произойдет ее выравнивание. То есть на полюсах она опустится на очень маленькое значение, которое будет тяжело зафиксировать.

Если же гипотетически предположить, что на экваторе температура резко упадет, то это приведёт к очень серьезным последствиям. Например, установлена связь между вспышками австралийского энцефалита и сильными дождями и наводнениями, вызванными Ла-Нинья. То есть изменится не только климат. Стремительное уменьшение T° вызовет вспышки болезней, неурожаи в разных частях света, возникновение гражданских конфликтов. Также снизится улов рыбы, что приведет к падению экономик различных стран, и так далее. Полностью эти изменения спрогнозировать очень тяжело.

Фото: wikipedia.org (public domain)
 




Если реклама установлена на жилом доме, влияет ли она на здоровье людей?

Отвечает профессор Сибирского федерального университета, доктор биологических наук Валерий Владимирович Заворуев.

 


Мы живем на последнем этаже дома, и у нас на крыше собираются установить огромную светящуюся рекламу(состоящую из лампочек и постоянно горящую). Сосед — врач-кардиолог — говорит, что это очень вредно, так как якобы создается магнитное поле, которое наносит вред здоровью. Скажите, безопасна ли для проживающих рядом людей такая реклама?


Вероятно, речь идет о световой рекламе, так называемой, «бегущей строке». В ней используются светодиоды, и работают она на постоянном токе низкого напряжения. Частота его — 50 герц, и электромагнитные поля, создаваемые в процессе, как правило, безвредны. Однако если есть сомнения, то можно заказать и провести измерения: до включения этой рекламы и после. В соответствии с Санитарными правилами и нормами 2122645-10, предельно допустимая напряженность магнитного поля с частотой 50 герц должна составлять 5 микроТесла, а предельно допустимая напряженность переменного электрического поля частотой 50 герц на высоте от пола от 0,5 до 2 метров — 500 вольт на метр. Если показатели не превышают нормативов, то все в порядке, а в случае, когда они и до, и после окажутся одинаковыми —  влияния нет никакого.
 




Почему до сих пор не придумали лекарство от ВИЧ/СПИДа?

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

 


Скажите, пожалуйста, почему за столько лет не придумали лекарство от ВИЧ/СПИДа?


Это волнует человечество уже многие годы. Для начала следует сказать, что СПИД — это одна из последних стадий проявления иммунодефицита (ВИЧ). СПИД является болезнью иммунной системы, которая сопровождается развитием у больных иммунной недостаточности. В результате безопасные для здорового человека микроорганизмы приобретают способность вызывать тяжелые заболевания.

Последние 30 лет ученые многих стран пытаются разработать вакцину против ВИЧ, но эта задача является очень сложной, так как данный вирус является уникальным, и до сих пор медицина с таким не сталкивалась. Сложность заключается еще и в том, что при репликации болезнетворной структуры с очень большой частотой возникают ошибки, которые приводят к возникновению мутантных форм. На первых стадиях заражения происходит активная наработка вируса, которая сопровождается интенсивным Т-клеточным иммунным ответом. В результате происходит отбор вариантов ВИЧ, и в организме появляется форма , отличная от той, которая вызвала заражение.

Ещё один фактор, осложняющий разработку вакцины, состоит в том, что ВИЧ может находиться в форме профага (вирус, который встраивается в хромосомную ДНК клеток инфицированного). В данной форме он защищен от атаки иммунной системы. Как видно, это действительно уникальное явление, и работать с ним очень тяжело.

В настоящее время в процессе изготовления лекарства идут испытания на лабораторных животных, но тут возникает еще одна проблема: вирус иммунодефицита человека способен поражать лишь шимпанзе, но у них не наблюдается симптомов угнетения иммунитета, в связи с чем возможно лишь наблюдать подавление репликации вируса.

Создание вакцины — процесс очень сложный, трудоемкий и не имеет четких критериев оценки эффективности. Однако в ближайшем будущем разработка оптимального средства против вируса иммунодефицита человека возможна, но только лишь после большого количества экспериментов.
 




Почему корпуса самолётов до сих пор клепают, а не сваривают?

Отвечает учёный секретарь института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН кандидат технических наук Борис Михайлович Меламед.

 

Ответ очень прост: корпуса самолётов до сих пор клепают из соображений безопасности. Воздушные суда испытывают сильные нагрузки как при взлёте и посадке, так и во время полёта, особенно в зонах турбулентности. Поэтому важно обеспечить прочность, а прочностные характеристики при склёпке гораздо выше. Авиастроение сможет перейти на сварку только тогда, когда это станет абсолютно безопасным. Дело в том, что при этом процессе происходит нагрев металла и его плавление, что вызывает внутренние напряжения и деформацию, а при остывании и затвердевании также возникает остаточное напряжение. Оно и может послужить причиной нарушений целостности корпуса самолёта во время его полёта. В судостроении перешли на сварку ещё в начале 30-х годов XX века, но авиастроение пока не может себе этого позволить.

Система Orphus