Читаем без скачивания Журнал "Компьютерра" №768 - Компьютерра

Расчеты выявили и ряд других интересных закономерностей. Неустойчивости приводят к тому, что, помимо ведущих к основной звезде нитей, в коллапсирующем облаке образуются сгустки газа, которые затем сжимаются в сравнительно небольшие звезды. Так, во время одной из симуляций образовалась не только основная звезда, но и пара звезд поменьше, с массами примерно в 30 и 40 солнечных.

Авторы считают, что расчеты следует продолжить. Это поз волит собрать статистику по возможным сценариям роста звезд и сравнить ее с наблюдениями. Кроме того, пока так и не удалось объяснить наблюдаемый верхний предел в 120–150 солнечных масс, хотя, возможно, он определяется какой-то неустойчивостью, механизм которой еще предстоит выяснить. ГА

Любопытные предсказания сделали два физика-теоретика из Университета Тафта в США и Бразильского центра физических исследований в Рио-де-Жанейро. По их оценкам, загадочные квантовые флуктуации проявляют себя в рассеянном свете даже в обыкновенной воде при комнатной температуре.

Знаменитое квантовое соотношение неопределенности утверждает, что частицы не могут одновременно иметь определенные значения координаты и скорости, а это значит, что атом нельзя полностью остановить в заданном месте. Даже при нулевой энергии и температуре атом неизбежно будет слегка колебаться. Эти флуктуации принято называть квантовыми.

Квантовые флуктуации проявляют себя, например, в том, что жидкий гелий трудно превратить в лед даже при очень низких температурах, и лишь при больших давлениях он становится твердым. Однако всегда считалось, что в нормальных условиях квантовые флуктуации гораздо слабее обычных флуктуаций изза теплового движения атомов и, чтобы их наблюдать, придется работать при очень низких температурах или в каких-то других экзотических условиях.

Однако теперь теоретики нашли способ обойти это ограничение. Они заметили, что фононы - кванты звуковых колебаний - в состоянии с наименьшей энергией обладают теми же свойствами, что и релятивистское поле частиц с нулевой массой, если скорость света в уравнениях формально заменить на скорость звука. Это позволило вычислить, как обычный свет будет рассеиваться на квантовых флуктуациях плотности материала. Оказалось, что рассеяние должно быть пропорционально пятой степени частоты света, тогда как обычное рассеяние на тепловых флуктуациях плотности пропорционально лишь четвертой степени частоты. Оценки показали, что в оптическом диапазоне в воде при комнатной температуре квантовое рассеяние составит около половины процента теплового и его относительный вклад будет обратно пропорционален температуре. Половина процента - это немного, но уже вполне поддается измерению с помощью современного оптического оборудования. Разумеется, можно подобрать условия, при которых этот эффект проявляется сильнее. Например, в жидком неоне при 25 градусах выше абсолютного нуля рассеяние на нулевых квантовых флуктуациях составит уже 13 процентов теплового.

Теперь слово за экспериментом. Если предсказания теории подтвердятся, то у физиков появится новый способ изучения экзотических квантовых явлений даже в обычных условиях. ГА

Ученые из Университета Пенсильвании предложили новый метод сборки электронно-биологических чипов, который позволяет встраивать покрытые ДНК нановолокна в заданные места интегральных схем. Метод прост, гибок, сохраняет свойства ДНК, пригоден для массового производства и хорошо сочетается с современными кремниевыми технологиями.

В первых экспериментах, демонстрирующих работоспособность концепции объединения электроники и биотехнологий, ученые использовали нановолокна, покрытые тремя разными ДНК-последовательностями, заранее приготовленными в отдельных пробирках. На поверхности кремния стандартными методами вытравили небольшие канавки, в которые предполагалось встроить нановолокна, и нанесли электроды, управляющие процессом сборки. Затем к нановолокнам с первой ДНК добавили растворитель, полученную суспензию нанесли на чип, а на нужные электроды подали переменный ток. Под действием созданного электрического поля нановолокна попали точно в предназначенные для них канавки. Остатки суспензии с нановолокнами, покрытыми первой ДНК, удалили и ту же операцию проделали с двумя порциями нановолокон из других пробирок.

Чтобы убедиться, что все волокна попали туда, куда и планировалось, чип поместили в раствор с тремя комплементарными ДНК-последовательностями, каждый тип которых имел присоединенные флуоресцирующие красители определенного цвета.

Комплементарные ДНК "нашли" друг друга, и стройные ряды цветных флуоресцирующих нановолокон доказали эффективность метода, огрехи которого уже в первых опытах не превышали одного процента.

В следующих экспериментах ученые планируют разместить на чипе электронную схему и убедиться в надежности контакта с нею нановолокон. Кроме того, количество различных ДНК будет увеличено (вместо них можно использовать также некоторые белки), а рисунок расположения нановолокон значительно усложнится.

Очевидное применение новой технологии - это создание биочипов с тысячами и даже миллионами нановолокон, которые будут способны мгновенно определять возбудителя болезни. Однако таким способом в кремниевые чипы можно интегрировать и нестандартные для них устройства - например, миниатюрные лазеры из других полупроводников. А это уже открывает захватывающие перспективы в самых разных областях электроники. ГА

В журнале Science опубликованы результаты примечательной работы американских микробиологов, изучавших конкуренцию между искусственно созданными линиями кишечных палочек - "лабораторных крыс" бактериального мира. Бактерии выращивали на среде с антибиотиком; с помощью генной инженерии в них "вшили" способность его обезвреживать, для чего требовалось наличие в среде определенного сигнального вещества. Всего было создано две линии бактерий: одни синтезировали требуемое сигнальное вещество сами (их можно условно назвать "альтруистами"), другие ("эгоисты") были лишены такой способности. В смешанных колониях "альтруистов" и "эгоистов" сигнальное вещество передавалось от бактерии к бактерии, позволяя каждой из них противостоять действию антибиотика. Воочию наблюдать за конкуренцией двух линий можно было благодаря тому, что "альтруистов" заставили вдобавок синтезировать зеленый флуоресцирующий белок. Как и следовало ожидать, в смешанных колониях "эгоисты" размножались быстрее, и доля "альтруистов" снижалась. Причина в том, что "альтруистам" приходилось тратить часть энергии на синтез сигнального вещества и флуоресцирующего белка, проигрывая в скорости размножения.

Все это вполне закономерно. Но чем должен закончиться такой процесс? То ли стабилизацией численности "альтруистов" на низком уровне, то ли их полным вымиранием (выбор между этими возможностями зависит от конкретных значений интенсивности действия антибиотика, способности сигнального вещества к распространению, энергетических потерь "альтруистов" и других факторов). Однако в описываемом эксперименте был предусмотрен еще один важный процесс. Периодически колонии смешивали, а смесь бактерий разбавляли и высевали на новую среду. Там возникали новые колонии с разным соотношением "альтруистов" и "эгоистов". Каждая из колоний росла, и в каждой из них доля "альтруистов" снижалась. Однако (вот что важно!) те колонии, где доля "альтруистов" была выше, росли быстрее. Потом опять конец цикла, и снова образование новых колоний. Итог: в каждой колонии доля "альтруистов" снижалась, а во всей экспериментальной популяции - росла!

Авторы эксперимента трактуют это как иллюстрацию парадокса Симпсона (парадокса объединений).

Ограничивается ли описанное сравнение "альтруистов" и "эгоистов" подтверждением этого парадокса? Конечно, нет! Одна из тем, вызывающих ожесточенные споры в эволюционной биологии, - противонаправленность индивидуального и группового отбора. Понятно, что если действие некоего наследственного задатка приводит к увеличению доли его носителей в среде, дальнейшая эволюция пойдет в его сторону. А могут ли закрепиться признаки, которые невыгодны особи, но выгодны группе? Иногда да.

Социобиологи подробно разработали модели, показывающие, что если некий ген заставляет особь жертвовать собой во имя других носителей этого же гена, доля таких носителей может возрастать.

А если акт "альтруизма" совершается во имя всей группы, без оценки родства? В каждой из колоний были как "альтруисты", так и "эгоисты", и несмотря на то, что доля "альтруистов" неизменно снижалась, их образ жизни восторжествовал и стал нормой!