Луч против иглы
Необычный способ избавления подопытных крыс от кокаиновой зависимости обнаружили ученые из Национального института здоровья и Университета Калифорнии. Они стимулировали определенный участок мозга лазерным излучением и «стирали» аддиктивное (наркозависимое) поведение у крыс. Более того, с помощью той же методики можно превратить здоровых мышей в наркозависимых.
Электрофизиологические исследования наркозависимых крыс показывают крайне низкую активность в префронтальной коре головного мозга, которая имеет важнейшее значение для принятия решений и поведенческой гибкости. Аналогичное снижение активности данного участка мозга наблюдается и у наркозависимых людей.
Американские ученые решили проверить, может ли изменение активности префронтальной коры повлиять на зависимость от наркотиков. Для этого использовали технологию оптогенетики — управления клетками с помощью света. Сначала с помощью генной инженерии крысам ввели в нейроны префронтальной коры специальные светочувствительные белки. Лазер воздействовал на эти белки и включал/выключал нейроны по желанию экспериментаторов. При этом наблюдалась четкая картина: включение нейронов отключало зависимое поведение, а их выключение, наоборот, делало мышей зависимыми.
Интересно, что подобную активацию можно провести и без генной терапии и лазера — с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС). Данная методика неинвазивна и воздействует на нейроны с помощью внешнего электромагнитного поля. В настоящее время ученые планируют использовать ТМС-методику отключения префронтальной коры на людях, пристрастившихся к кокаину.
Однако, как замечает CNews.ru, открытие ученых помимо лечения зависимостей имеет и обратную сторону. Теоретически выключение и включение префронтальной коры головного мозга позволяет переключать человека между состояниями «решительный, волевой» и «нерешительный, безвольный». Нетрудно догадаться, какие этические проблемы может породить использование данной технологии в немедицинских целях.
---------------------------------------
Не по законам физики
Что происходит с материалом, если на него сильно надавить? Он сожмется, став еще более плотным. Американские ученые, работающие на Департамент энергетики США, доказали, что это не всегда так. А поскольку такое поведение вещества кажется абсолютно нелогичным с точки зрения физики, прежде чем объявить о своем открытии, ученые из лаборатории в Аргонне провели несколько лет, экспериментируя с различными материалами. По словам исследователей, в структуре вещества, подвергшегося сильнейшему давлению, меняется сам характер межмолекулярных связей.
С помощью усовершенствованной установки синхротронного излучения в Аргонне ученые подвергли цианид цинка — материал, используемый в гальванотехнике, — воздействию очень высокого давления — от 0,9 до 1,8 гигапаскаля. Воздействуя различными флюидами на материал в момент его сдавливания, удалось создать пять новых состояний вещества, в двух из которых оно сохранило свои новые пористые свойства уже при нормальном давлении. Таким образом, ученым впервые удалось с помощью гидростатического давления сделать плотный непористый материал пористым со структурой, похожей на губку, сообщает Detalimira.com, ссылаясь на публикацию в «Journal of the American Chemical Society».
Такие материалы, имеющие в своей структуре пустоты, могут в перспективе использоваться для улавливания, хранения и фильтрации различных веществ. Поры в структуре позволяют избирательно захватывать некоторые молекулы, что открывает возможности по использованию новых материалов в качестве фильтров для воды, химических сенсоров, а также сжимаемых хранилищ для удаления (секвестрации) двуокиси углерода из водородного топлива.
---------------------------------------
Первая заповедь: беречь кислород
Все, что связано с газообменом в организме живых существ, изучается давно, и, казалось бы, белых пятен тут быть не может. Тем не менее физиологические, генетические и молекулярно-биохимические уловки, повышающие эффективность газообмена, столь разнообразны, что до сих пор интригуют ученых. Интригуют настолько, что в журнале «Science», например, вышло сразу три статьи, посвященные особенностям газообмена у разных групп животных.
Самыми изобретательными в смысле снабжения тканей кислородом считаются водные животные, особенно те, что начинали свою эволюцию на суше, но потом вернулись в водную стихию, например китообразные. В первой из статей как раз и говорится об особенностях газообмена у китов, точнее об особенностях их миоглобина. Миоглобин — это мышечный белок, который запасает кислород и снабжает им мышцы; он же придает мышцам красный цвет. Очевидно, чем больше миоглобина, тем больше кислорода удастся запасти, и у животных, которые ныряют глубоко и надолго, миоглобина в мышцах так много, что они выглядят уже не красными, а черными.
Однако миоглобин в таких концентрациях должен слипаться и превращаться в бесполезные белковые скопления. Но, как пишут Майкл Беренбринк и его коллеги из Ливерпульского университета (Великобритания), у китов миоглобин имеет некоторые особенности: его молекулы несут избыточный положительный заряд, из-за которого они отталкиваются друг от друга — как одноименные полюса магнита. То есть «водный» миоглобин защищают от слипания электростатические силы.
Однако исследователи этим не ограничились — они попытались восстановить молекулы миоглобинов, которые были у предков современных китообразных. А по структуре миоглобина можно было прикинуть, сколько времени мог проводить под водой тот или иной ископаемый организм. Так ученым удалось показать, что древний наземный предок современных китообразных — пакицет, хоть и жил вблизи водоемов, мог проводить под водой не более 90 секунд. При этом по размерам тела пакицет не превосходил современного волка. Но уже спустя 15 млн. лет шеститонный базилозавр мог нырять на 17 минут. Ну а нынешние киты проводят под водой более часа.
Другая работа, выполненная международной командой ученых из Австралии, Франции, Италии и Канады, посвящена гемоглобину лучеперых рыб. Гемоглобин представлять не надо, это, наверное, самый известный из белков крови. Однако у некоторых организмов гемоглобин имеет любопытные особенности. Например, гемоглобин рыб сверхчувствителен к кислотности и быстро избавляется от кислорода, если кислотность среды начинает расти. Если, скажем, в воде оказывается чуть больше углекислого газа, который повышает кислотность, то рыбий гемоглобин старается избавиться от кислорода.
Иными словами, в условиях повышенной кислотности ткани должны быстро насыщаться кислородом. Это, действительно, так в случае плавательного пузыря, когда гемоглобин интенсивно накачивает его кислородом, чтобы не дать рыбе задержаться на слишком большой глубине, в области высокого давления. То же самое исследователям удалось увидеть и в рыбьих мышцах: они вводили в мышцы сенсор, чувствующий уровень кислорода, и помещали рыб в воду, насыщенную CO2. Кислород в мышцах немедленно подскакивал на 65 %. Видимо, в тяжелых условиях важно было насытить ткани кислородом, чтобы выдержать стресс. Ученые полагают, что, например, лосось может подниматься по реке, преодолевая препятствия, как раз благодаря такому свойству гемоглобина, насыщающего мышцы кислородом.
В третьем материале, написанном коллективом авторов из Университета Небраски в Линкольне (США) и Университета Орхуса (Дания), речь идет опять-таки о гемоглобине, но на примере совсем не водного животного — белоногого хомячка. Эти грызуны живут на разных высотах над уровнем моря, что и отражается на структуре их гемоглобина: у тех хомячков, что забрались высоко, гемоглобин лучше связывает кислород. То есть даже при пониженной его концентрации гемоглобин все равно выхватит кислород из воздуха и доставит куда надо. В этом нет ничего неожиданного, однако авторы работы обнаружили любопытное свойство у мутаций, которые отвечали за разницу в сродстве к гемоглобину. Этих мутаций было двенадцать, причем крайне важным был контекст. Если мутация оказывалась в определенной комбинации с другими, то эффект от нее был положительный. Если же благоприятного контекста не было, мутация вела к обратному эффекту: гемоглобин начинал хуже связывать кислород. То есть польза и вред от мутации — понятия относительные.
Все перечисленные работы, пишет Compulenta.ru, ссылаясь на материалы Ливерпульского университета, Университета Небраски в Линкольне и «Nature News», посвящены главным газообменным белкам, однако, разумеется, модификациями в гемоглобинах и миоглобинах дыхательные усовершенствования не исчерпываются. Легко заметить, что во всех случаях адаптации в физиологии и молекулярной механике газообмена возникали, когда животным нужно было решить стрессовую проблему, например выйти в новую среду обитания или преодолеть изменения в окружении. Если учесть, что прогресс человеческой цивилизации тоже подчас приводит к сильному недостатку кислорода (что в первую очередь касается жителей мегаполисов), то не пора ли и нам перенять что-то из газообменных изобретений китов? Или хотя бы белоногих хомячков?..
---------------------------------------
Футболисты рискуют головой
Футбол является более травмоопасной игрой, чем прежде было принято считать. Исследования, проведенные американскими специалистами, позволили им сделать достоверные выводы: регулярные занятия футболом могут привести к отставанию в умственном развитии, а также общему снижению интеллекта.
«Нам удалось выяснить, что у футболистов, которые в год во время игры совершали 800—1500 ударов головой, наблюдались нарушения в работе нейронов, находящихся в таких долях мозга, как затылочная и височная», — сообщил о результатах исследования Майкл Липтон, эксперт из университета Иешивы в Нью-Йорке (США).
Специалистами в области нейрофизиологии было установлено, сообщает GlobalScience.ru, что люди, увлекающиеся футболом, страдают от тех же расстройств умственной деятельности, что и пациенты, которые получали различные травмы черепа. Футболисты довольно плохо справлялись с несложными тестами, отмечают исследователи.
