Основания мира: «конструкторы» для создания жизни и «липучки» для водорода

Российские физики научили роботов одной камерой «чувствовать» расстояние до объектов, микробиологи выяснили, как «прыгающие гены» дирижируют здоровьем мух-дрозофил, а материаловеды создали «нанолипучку» для водородного топлива. Австралийские биологи предупредили о голоде из-за уменьшения рыб, а японские ученые нашли на астероиде Рюгу «конструктор» для создания жизни. О самых интересных новостях науки и технологий прошедшей недели — в материале «Известий».

«​​Прыгающие гены» помогут лечить рак и шизофрению

Ученые Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН совместно с коллегами впервые составили карту распределения мобильных элементов-транспозонов, или «прыгающих генов», в геномах плодовых мушек-дрозофил. Исследование помогло понять, как эти элементы влияют на работу ДНК.

Оказалось, что, перемещаясь по геному, такие элементы могут влиять на активность соседних участков, распространяя молекулярные метки, которые подавляют работу генов. Анализ показал, что в отдельных зонах генома дрозофилы до 35% активности генов может быть связано с присутствием таких элементов. Кроме того, исследователи установили, что близкие виды насекомых способны обмениваться мобильными элементами между собой.

«Ранее считалось, что такие элементы ДНК — это генетический балласт. Однако на примере дрозофил мы показали, что они крайне важны для регулирования работы генов», — отметил старший научный сотрудник лаборатории молекулярных механизмов биологической адаптации Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН Сергей Фуников.

По его словам, исследования на мухах, а также работы по геному человека подтверждают, что «прыгающие гены» играют важную роль в здоровье человека. В частности, их активность связывают с развитием онкологии, нейродегенеративных процессов, шизофрении, мышечной дистрофии и других заболеваний.

В перспективе изучение «прыгающих генов» может открыть путь к созданию новых методов генной терапии и управления активностью генома. Кроме того, понимание механизмов их регуляции позволит глубже разобраться в процессах эволюции живых организмов.

«Липучка» для водорода поможет создать самолеты без топливных баков

Ученые из НИЯУ МИФИ предложили двумерный (толщиной в один атом) материал на основе лития и углерода в качестве эффективного накопителя водорода — перспективного горючего для авто- и авиатранспорта. Материал способен связывать до 60–80 г водорода на килограмм собственной массы, что позволяет говорить о его высокой перспективности.

— Разработка представляет собой плоскую решетку из атомов углерода, окруженных атомами лития. Материал работает по принципу «липучки»: ионы лития создают локальное электрическое поле, которое удерживает молекулы водорода за счет слабого физического взаимодействия, не разрушая их, — объяснил «Известиям» руководитель лаборатории 2D-наноматериалов НИЯУ МИФИ профессор Константин Катин.

При давлении 10–20 атмосфер и комнатной температуре материал удерживает почти весь водород, а при снижении давления (например, при открытии вентиля) газ быстро высвобождается, сообщил специалист.

По мнению разработчиков, такие характеристики позволят создать технологии для хранения водорода непосредственно в элементах конструкции транспортных средств. Это даст возможность отказаться от громоздких топливных баков и существенно уменьшить вес системы, что особенно актуально для авиации, где каждый лишний килограмм взлетной массы имеет значение.

Роботы-курьеры научились видеть глубину одной камерой

Специалисты МФТИ совместно с зарубежными коллегами разработали нейросеть, которая позволит роботам-курьерам определять расстояние до объектов с помощью штатной видеокамеры. Главное преимущество системы — работа в сложных условиях (тумане, густой листве и т. д.), где аналогичные алгоритмы часто дают сбой.

Для обучения ученые использовали алгоритм, который учитывает тени, перспективу и перекрытия и на основании этих данных почти безошибочно определяет, какие объекты находятся ближе, а какие дальше. Разработка позволит роботам обойтись без специальных лазерных дальномеров (лидаров) и другого дорогостоящего оборудования.

— Модель постоянно передает подсказки стереосистеме. Например, «я не знаю, на сколько метров эта машина ближе дерева, но она точно ближе, и граница между ними должна быть резкой». Или «на этой стене нет контраста — значит глубина должна меняться плавно, — объяснил руководитель проекта Научно-технического центра телекоммуникаций МФТИ Александр Дворкович.

Разработка может найти применение в различных видах автономной техники: беспилотных такси, роботах-курьерах, сельскохозяйственной технике. В перспективе она снизит зависимость отрасли от большого числа датчиков, что уменьшит себестоимость эксплуатации роботов.

Глобальное потепление сделает рыбу мельче и сократит уловы

Биологи из Университета Монаш (Австралия) и Ягеллонского университета (Польша) вычислительными методами смоделировали, как глобальное изменение климата повлияет на эволюцию рыб и объемы вылова в мире. Модель протестировали на почти 3 тыс. представителей водной фауны. Результаты показали, что в более теплой воде рыбы будут расти быстрее, но к зрелому возрасту станут достигать меньших размеров.

— Эта эволюция полезна для рыб, но вредна для рыболовства. Она нивелирует влияние глобального потепления на жизнеспособность рыб, но усугубляет его влияние на устойчивость промысла, — рассказал ведущий автор исследования, завкафедрой биологических наук на факультете естественных наук Университета Монаш Крейг Уайт.

По его словам, с каждым градусом потепления объемы вылова рыбы будут сокращаться. Потери могут достигать 50% по сравнению с тем, если бы рыбы вообще не эволюционировали. Такая тенденция угрожает продовольственной безопасности человечества. Однако эффективная климатическая политика может предотвратить негативный сценарий и сохранить уловы.

Полный набор предшественников жизни нашли на астероиде Рюгу

Все пять нуклеиновых оснований, из которых состоят молекулы ДНК и РНК, обнаружили японские ученые в образцах, доставленных с астероида Рюгу. Это аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил. Находка подтверждает, что компоненты, необходимые для зарождения жизни, были доставлены на Землю из космоса.

«Обнаружение разнообразных нуклеиновых оснований в образцах с астероидов и метеоритов демонстрирует их широкое распространение по всей Солнечной системе и подтверждает гипотезу о том, что углеродсодержащие астероиды внесли вклад в добиотический химический состав ранней Земли», — сообщили исследователи в статье, посвященной результатам исследований.

Зонд отправился к Рюгу в декабре 2014 года и достиг астероида в июне 2018-го. Затем в декабре 2020-го доставил капсулу с 5,4 г образцов на Землю. Находка стала вторым подобным подтверждением. Ранее все пять нуклеиновых оснований были найдены в образцах с астероида Бенну, которые доставила миссия OSIRIS-REx в 2023 году.

Исследователи подчеркнули, что это открытие не доказывает существования жизни за пределами Земли, однако указывает на широкое распространение во Вселенной химических соединений, необходимых для ее возникновения.