Названия рубрик

Последний номер

Февраль (№2) 2019


     Скачать в pdf (4,5 Мб)

Январь (№1) 2019


     Скачать в pdf (8,9 Мб)

Декабрь (№12) 2018


     Скачать в pdf (5,5 Мб)

Архив номеров

Из рубрики: Это очень интересно

Главная / Это очень интересно / Нанотехнологии в мире природы поражают воображение и свидетельствуют о замысле Создателя
2018 | №11

Нанотехнологии в мире природы поражают воображение и свидетельствуют о замысле Создателя

Бактерии обладают не только сверхдвигателями, но и различными типами датчиков

Скорость, с которой передвигаются многие организмы, поражает воображение. И это касается не только птиц или насекомых, но и бактерий. То, что они, используя жгутики, плавают со средней скоростью около 25 мкм/с, ученым известно давно. Но среди них есть виды, которые могут развивать спринтерскую скорость – 100 и больше мкм/с. А это значит, что за столь незначительный отрезок времени бактерия перемещается на расстояние, которое в 10 и более раз превышает ее собственную длину. Если представить это в более понятных для человека масштабах, то при таком соотношении расстояния и скорости пловец проплыл бы 100 м приблизительно за 5 с.

Наблюдения под электронным микроскопом, а также микросъемка показали, что во время движения жгутик бактерии вращается вокруг оси. Причем скорость этого вращения поражает воображение: от 100 до 1000 оборотов в секунду. Для вращения жгутика у бактерий есть специальное устройство, которое ученые назвали «протонным мотором». Суть его работы заключается в следующем: во время дыхания из бактериальной клетки во внешнюю среду откачиваются ионы водорода (Н) или ионы натрия (Na). Но когда ионы Н+ или Na+ возвращаются в клетку, их обратный поток и обеспечивает вращение жгутика.

Впоследствии было установлено, что некоторые морские бактерии для вращения жгутика, вместо «протонного мотора», используют «натриевый», в котором энергия образуется за счет разности электрохимических потенциалов ионов натрия.

Более того, у морской бактерии вибрио альгинолитикус, в зависимости от внешних условий, образуются два типа жгутиков. Если этот микроорганизм живет в морской воде, то у него присутствует только один большой жгутик, который приводится в движение «натриевым мотором». Если же бактерия оказывается в другой среде, то на ее тельце появляется множество мелких жгутиков, которые вращаются с помощью «протонных моторов».

Движение позволяет микроорганизмам выбирать оптимальные условия существования, для чего бактерии располагают множеством датчиков, регистрирующих параметры внешней и внутренней среды: температуру, освещенность, кислотность и т. д.

Датчики – это особые белки-рецепторы, которые обычно располагаются на внутренней мембране. Они регулируют характер вращения жгутика, подавая два вида сигналов, одни из которых вызывают переключение, другие – запрещают его. Если бактерия плывет в нужном направлении (например, в сторону увеличения концентрации глюкозы), то рецептор глюкозы связывает этот сахар и посылает сигнал, запрещающий изменение направления движения. Если же концентрация глюкозы падает, то рецептор посылает противоположный сигнал. Бактерия меняет направление движения в ту сторону, где концентрация глюкозы более высокая, и оказывается в благоприятных условиях.

Современные технологии не позволяют нам управлять цветом с такой точностью, как это могут делать птицы

Оперение птиц всегда остается ярким и не тускнеет благодаря «нанотехнологиям» – пигментные структуры в их перьях представляют собой особый метаматериал, цвет которому придают не красители, а особое расположение «дырок» в его поверхности, говорится в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports.

«Современные технологии не позволяют нам управлять цветом с такой точностью – нам до сих пор приходится подбирать тона, используя различные пигменты. Теперь у нас появилась возможность создавать краски, используя подобные наноструктуры. Это, к примеру, позволит нам шить красные свитера, которые не будут тускнеть и будут всегда яркими после стирки», – заявил Эндрю Парнелл (Andrew Parnell) из университета Шеффилда (Великобритания).

Парнелл и его коллеги раскрыли секрет того, почему птицы не «седеют» в старости, когда пигментные клетки в их организме истощаются и перестают производить молекулы красителей, изучая структуру перьев обычных соек (Garrulus glandarius), которых можно встретить почти во всех лесах Европы.

Ярко-голубые перья этих птиц привлекли британских физиков тем, что они необычным образом переливаются на свету, меняя свой цвет от темно-синего к белому при разных углах наклона к лучам солнца. Это натолкнуло ученых на идею о том, что на расцветку соек может влиять не только пигментация их перьев, но и их структура.

Они проверили эту идею, изучив трехмерную структуру перьев при помощи специального SAXS-сканера, который «обстреливает» небольшие участки пера рентгеновскими лучами под разными углами зрения, и следит за тем, как они отражаются от его бородок, «крючков» и других составляющих частей.

Как показал этот «обстрел», каждый участок пера, окрашенный в синий, белый или голубой цвет, обладает уникальными оптическими свойствами, отражая только те волны света, которые соответствуют одному из этих цветов. Это происходит благодаря тому, что поверхность пера сойки организована в особый узор из «дырок» и соединяющих их поверхностей, которые взаимодействуют только с определенными волнами света.

К примеру, если «дырки» обладают достаточно большими размерами, то тогда перо отражает почти все виды волн видимого света, что заставляет нас считать, что перо окрашено в белый цвет. Если же эти поры заметно меньше, то тогда поверхность пера становится синей или ярко-голубой, или приобретает какой-то другой цвет.

Подобные «нанотехнологии», по словам физиков, дают птицам возможность крайне тонко манипулировать окраской своего оперения, достигая точности управления цветом, которая сегодня остается недостижимой для человечества. Защита от «седины», в свою очередь, оказывается дополнительным бонусом.

Пока, как признает Парнелл, его команда не знает, как птицам удается «дирижировать» процессом роста этих «дырок» на биологическом уровне. Раскрытие этих механизмов и их репликация станет главной целью последующих экспериментов, заключают авторы статьи.

Глаз чешуекрылых помог разработать новое антибликовое покрытие для гаджетов

Исследователи из международного Оптического общества представили новое антибликовое покрытие для гаджетов. Особенность разработки заключается в том, что ученым впервые удалось повторить сложное строение глаз чешуекрылых. Благодаря этому пользователь сможет четко видеть изображение или текст на дисплее телефона или планшета даже при ярком солнечном свете.

Поясним, что к чешуекрылым относятся известные всем насекомые – мотыльки, моли, бабочки. Глаза у этих насекомых фасеточного типа; сверху они покрыты наноструктурами, которые позволяют видеть в темноте, а также предотвращают отражение света. Последняя особенность помогает насекомым оставаться незамеченными для хищников.

Вдохновившись таким природным феноменом, ученые из США и Тайваня решили воспроизвести такое же покрытие в лабораторных условиях. По их словам, антибликовые покрытия не являются чем-то новым, однако большинство из них все-таки не справляется со своей задачей на 100%. К тому же, они легко повреждаются и стоят немало. Существуют также гаджеты, которые самостоятельно подстраивают уровень яркости экрана под освещение, но такая функция быстро разряжает аккумулятор. Все эти проблемы специалисты решили одним изящным способом: создали так называемую антиотражающую пленку.

Материал, полученный исследователями, изготовлен на основе крошечных сфер диоксида кремния. Он разглаживается при помощи центрифуги таким образом, чтобы эти сферы выстраивались в один слой. Каждая из них представляет собой углубление (по типу омматидий – структурных и функциональных единиц фасеточного глаза насекомого). Диаметр одной сферы – около 100 нанометров (это 1/1000 ширины человеческого волоса).

По словам авторов проекта, полученная поверхность отражает всего 0,23% света по сравнению с 4,4% у iPhone. В результате контрастность дисплея на солнце увеличивается в четыре раза, а в тени – в 10 раз. Пленка подходит для использования в гибких дисплеях, а благодаря гидрофобным свойствам на ней не остаются отпечатки пальцев.

Сверхсложные нанотехнологии функционирования глаза обеспечивают стабилизацию зрения при движении

Человек видит относительно стабильную и «неподвижную» картину окружающего мира даже при быстром шаге или беге благодаря наличию в глазах особых клеток, играющих роль своеобразных акселерометров и датчиков движения, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

«В любой хорошей фото и видеокамере есть целый набор датчиков, которые стабилизируют картинку при движении. В нашем теле ту же самую роль играют клетки сетчатки и вестибулярный аппарат, распознающие движения и вращения тела. В противном случае картинка бы смазывалась при ходьбе или беге, и мы ничего не могли бы видеть, а от четкости зрения, конечно, очень часто зависит наша жизнь», – рассказывает Дэвид Берсон (David Berson) из Брауновского университета (США).

В последние годы ученые находят все больше свидетельств того, что воспринимаемая человеком картина и звуки окружающего мира не являются объективной картиной реальности – наши органы чувств и мозг активно «редактируют» ее, удаляя все ненужные и мешающие элементы.

К примеру, недавно ученые обнаружили, что люди не слышат биение своего собственного сердца по той причине, что мозг отфильтровывает сигнал, который попадает в звуковую кору из ушей. Аналогичным образом, как считали многие нейрофизиологи, наша нервная система делает картинку в глазах стабильной при ходьбе и беге, несмотря на то, что положение глаз и давление внутри них постоянно меняется во время движения.

Берсон и его коллеги обнаружили, что как минимум часть этой системы «автоподстройки» зрения находится не в мозге, а внутри самих глаз человека и других млекопитающих, наблюдая за активностью разных групп нервных клеток в сетчатке глаза мышей. Для этого авторы статьи встроили в ДНК ее нейронов особые гены, заставлявшие клетки светиться при их активизации и передаче сигнала в мозг.

Как рассказывает нейрофизиолог, ученые достаточно давно знают о существовании особой группы клеток в сетчатке, так называемых DSGC-нейронов, которые реагируют на движение картинки только в определенную сторону. В прошлом биологи считали, что поведение этих клеток жестко зависело от их типа и того, какие сигналы в них подавал вестибулярный аппарат.

Наблюдая за работой нескольких тысяч подобных клеток в глазах мышей, команда Берсона выяснила, что на самом деле эти клетки работают сами по себе и что все они исполняют две однотипных задачи – распознают вращательные и поступательные движения головы и всего тела в целом, отслеживая сдвиги в положении определенных объектов в разных частях поля зрения. Эти же клетки напрямую управляют мускулами, отвечающими за вращение и движение глаз.

Данные, которые собирают эти клетки, впоследствии используются центром зрения в мозге для того, чтобы скорректировать воспринимаемую картинку и сделать ее четкой, а не размазанной, в комбинации с сигналами из вестибулярного аппарата или даже без его участия.

Как работают эти клетки и как они распознают вращательные и поступательные движения, ученые пока не знают, однако они планируют понять, как это происходит, в своих следующих экспериментах, в рамках которых будут изучаться животные с бинокулярным зрением, подобным человеческим глазам.

 

К НАЧАЛУ СТРАНИЦЫ

Автор: Источник: santorum.ru
 
Просмотров: 117

Присоединяйтесь к нам

  Подписка 

Книга в подарок!

"Акцент" Вконтакте

 

Книга в подарок!

Книга в подарок!

"Акцент" в Одноклассниках

"Акцент" на Facebook

Партнеры

Газета "Вечное сокровище"
Телеканал "Надия"
Интернет-газета "Путь"