Главная Версия для печати Карта сайта Помощь Версия для слабовидящих

Около 35 тысяч российских ученых проводили и проводят фундаментальные исследования при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Ежемесячно в российских и зарубежных СМИ выходят десятки новостей об их достижениях. РНФ выбрал одни из самых ярких и важных научных результатов уходящего года.

Математика

Ученые создали 3D-модель, угадывающую поведение нейронов

Нервные клетки в нашем мозге постоянно меняют свое состояние: то покоятся, то возбуждаются и пульсируют, напоминая ритмично вспыхивающий и гаснущий маяк. Эти «маяки» могут пульсировать по-разному: все зависит от факторов, которые на них влияют. Есть случайные факторы, которые предугадать трудно. Иногда ученые пренебрегают ими, что может увести лечение болезней нервной системы не в ту сторону.

Фото: компьютерная модель сложного колебательного режима нейронной активности.

Источник: Лев Ряшко

«Обычно к случайным влияниям относятся не очень серьезно, как к насморку. Ведь человек с насморком все так же хорошо видит, слышит и ведет себя обычным образом. К случайным воздействиям или возмущениям относятся как к простому искажению четкой картинки. Но в сложных процессах, которые наблюдаются в живых организмах, эти возмущения могут качественно менять поведение системы в целом», — говорит Лев Ряшко, доктор физико-математических наук, один из авторов исследования, профессор УрФУ.

Например, вы видите на экране телевизора зайца. Из-за случайных воздействий, скажем, помех связи, может появиться рябь, «белый шум», и картинка станет размытой. Вам будет плохо видно, какое у зайца выражение глаз или какие уши. Но при определенных изменениях картинки заяц вообще может превратиться в волка. А это уже качественно новая картинка. То же самое происходит и с нейронами. При определенных воздействиях их поведение полностью меняется. Так, например, даже малое случайное воздействие температуры или электромагнитного поля на покоящийся нейрон может активизировать его, причем форма активности может быть очень сложной и, конечно, непредсказуемой. Именно такое поведение нервных клеток описывает математическая 3D-модель ученых из Уральского федерального университета.

«Допустим, вы включили микроволновую печь, она дает излучение, оно носит случайный характер, что тоже может воздействовать на деятельность нейронов. Случайностями пронизана вся наша жизнь, мы в них живем, но иногда они радикально меняют наш путь», — поясняет Ряшко.

По сути, ученые описали биологические процессы математическим языком. В этом им помогли методы компьютерного и математического моделирования. Также они разработали специальную технику стохастической чувствительности, которая позволяет определять, будет ли нейрон реагировать на случайные воздействия и, если да, каким образом.

Зная, как нейроны реагируют на случайности, можно создать новые, более эффективные препараты для лечения нейродегенеративных заболеваний, в том числе болезни Альцгеймера, Паркинсона, расстройств памяти и других заболеваний нервной системы.

Физика

Впервые смешаны классические и квантовые состояния света на элементе квантового компьютера

     Фото: Пресс-служба МФТИ

Квантовый компьютер может передать информацию при помощи квантовых битов – кубитов, то есть частиц света (фотонов), молекул или атомов. Кубиты одновременно кодируют информацию нулем и единицей, что позволяет решать задачи гораздо быстрее, чем на наших компьютерах. Но квантовый компьютер — это пока будущее. Ученые разных стран работают над тем, чтобы приблизить его. Так, российские физики совместно с британскими коллегами впервые смешали классические и квантовые состояния света на сверхпроводящем кубите в виде искусственного атома. Такой охлаждённый до сверхнизких температур кубит может испускать и поглощать отдельные кванты микроволнового излучения точно так же, как отдельные атомы взаимодействуют с квантами видимого нами света.

Физики МФТИ и Королевского колледжа Холлоуэй (Royal Holloway, Англия) взяли такой кубит, встроили его в волновод (канал, по которому распространяется волна), облучили его и таким образом изучали взаимодействие кубита с частицами света. В итоге ученые увидели как исходное излучение, так и электромагнитные волны, получившиеся в результате взаимодействия с искусственным атомом. То есть две разные волны — из классического и квантового мира. Это указывало на квантовое смешивание волн — эффект, похожий на «смешивание» разных сигналов, например, когда вы ищете нужную станцию на радио.

Новые частицы света несут в себе информацию о количестве фотонов, которые содержат состояние света. Это можно использовать для передачи информации о квантовых состояниях и создания новых компонентов квантовых компьютеров и других устройств, в работе которых применяются квантовые эффекты.

Химия

Российские ученые поняли, как светятся грибы, и научили их светиться всеми цветами радуги

  Фото: скриншот страницы журнала с иллюстрацией к статье. Источник: Science Advances

Бактерии, черви, грибы и множество морских организмов могут излучать свет. Это явление вызывало интерес ещё у Аристотеля. Но только в XX веке учёные выяснили, что само выделение света происходит благодаря молекуле люциферина, то есть молекуле, «несущей свет». И только в этом году команда исследователей из Института биоорганической химии РАН (ИБХ РАН), Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН (ИБФ СО РАН) и Российского национального исследовательского медицинского университета им. Н. И. Пирогова совместно с коллегами из Бразилии и Японии смогла расшифровать структуры этой молекулы в грибе.

Вначале ученые собрали грибы в лесах Вьетнама, а затем уже в лабораториях изучили всех участников процесса свечения: люциферин, люцифераза (белок-катализатор, ускоряющий процесс) и получающуюся в итоге молекулу оксилюциферин, которая и заставляет гриб светиться.

«Перед нами, кроме всего прочего, стояла задача провести биолюминесцентную реакцию и найти условия, когда продукт будет сохраняться относительно долго. Такие условия мы подобрали, но даже законсервированный оксилюцефирин распадался — до Москвы доезжала лишь малая часть. Для определения общих характеристик молекулы его еще хватало, а вот для структурных исследований нет», — делится подробностями проведённой работы кандидат биологических наук, сотрудник ИБФ СО РАН Константин Пуртов.

Тогда на помощь пришли коллеги, работающие в ИБХ РАН на ЯМР-спектрометре — бочке с магнитом, позволяющей расшифровать структуру почти любого химического объекта. Они исследовали вещества, получающиеся при распаде молекулы, восстановили первоначальную структуру оксилюциферина и сравнили свойства полученной молекулы со свойствами оригинала. Совпадение доказало, что ученые определили структуру последнего звена в реакции грибного свечения. Причем удалось не просто узнать, как светиться гриб, но и изменить молекулы люциферина так, чтобы они светились почти всеми цветами радуги.

Все это может быть использовано в экологии для наблюдения за качеством окружающей среды или в медицине для проведения клинических анализов и поиска лекарств.

Биология 

Гены мамы и папы упакованы по-разному в оплодотворенной яйцеклетке