На иллюстрации: Белок бактерии Staphylococcus aureus. В конце ноября команда Google DeepMind объявила о том, что её система глубокого обучения AlphaFold достигла небывалых уровней точности в решении задачи фолдинга белков – трудной проблемы из области вычислительной биохимии.В чём состоит эта проблема и почему её так трудно решить? Белки – это длинные цепочки аминокислот. Ваша ДНК кодирует эти последовательности, а РНК помогает производить белки согласно этой генетической схеме. Белки синтезируются в виде линейных цепочек, но впоследствии сворачиваются в сложные шарообразные структуры (см. картинку в начале статьи). Часть цепочки может свернуться в плотную спираль, “α-спираль“. Другая часть может согнуться туда и обратно, сформировав широкую плоскую фигуру, “β-лист“. Сами эти компоненты также складываются, формируя уникальные сложные формы. Это называется третичной структурой. Выглядит беспорядочно. Почему же этот спутанный клубок аминокислот так важен? Структура белка не случайна! Каждый белок сворачивается в определённую, уникальную, и по большей части предсказуемую структуру, что совершенно необходимо для его правильной работы.
Архив рубрики: Наука
Впервые детально изучено движение пузырей в составе жидкой пены: неожиданные открытия в обыденных объектах
Иллюстрации: Naoya Yanagisawa, Rei Kurita / Scientific Reports, 2021. Физики исследовали движение пузырьков во влажной пене и выяснили, что пузырьки, сильно отличающиеся по размеру, перемещаются более хаотично, чем одинаковые. Для этого ученые деформировали слой пены, добавляя к нему капли воды, и наблюдали, как система возвращалась в равновесие. Статья опубликована в журнале Scientific Reports. Пена — это жидкая или твердая среда с большим количеством пузырьков газа. На первый взгляд пена не кажется чем-то необычным, она встречается в еде и напитках, косметике, строительных материалах. Но с точки зрения физики пена обладает уникальными механическими свойствами. В ней сочетаются эластичность, свойственная твердым материалам, и текучесть, характерная для жидкостей. Эластичность и текучесть — макроскопические свойства, но они определяются микроскопическими параметрами. Чтобы понять, как ведет себя пена в разных условиях, и эффективно использовать ее в промышленности, нужно изучить мельчайшие пузырьки: их количество, размеры, перемещение при деформации.
Вселенная внутри вселенной: размышления о структуре бытья и масштабах космоса
Фото: на каком изображен мозг, а на каком вселенная? Наука не враг духовности, напротив: научное знание — глубочайший источник духовного. Когда мы осознаем свое место в бесконечности световых лет и сменяющих друг друга эпох, когда постигаем красоту, тонкость и сложность жизни, нас охватывает восторг, в котором гордость сочетается со смирением — это ли не парение духа! — Карл Саган, «Мир, полный демонов: Наука — как свеча во тьме». Во время изучения Вселенной я ощущал подобные духовные моменты, описанные Саганом – когда укреплялось моё понимание связей с обширным миром. Как, к примеру, в тот раз, когда я впервые узнал, что буквально состою из пепла звёзд – что атомы моего тела распространились по бесконечному эфиру благодаря сверхновым. В другой раз я ощутил это возвышенное чувство, впервые увидев это изображение. Нейрон в мозге сопоставим со скоплениями галактик и соединяющими их нитями из обычной и тёмной материи. Их схожесть видна сразу. Что это означает? У вас в голове может существовать целая вселенная. Но схожесть изображений может оказаться и примером апофении – восприятия схожести там, где её нет. Ведь как две этих системы могут быть похожими, учитывая огромную разницу в их масштабах?
Почему в основе геологической науки лежат кубы: рассказ о создании масштабной теории об устройстве мира
Упражнения в чистой математике привели к созданию масштабной теории об устройстве мира. Где-то в середине лета 2016 года венгерский математик Габор Домокош взошёл на крыльцо дома Дугласа Джерольмака, геофизика из Филадельфии. С собой у Домокоша были дорожные чемоданы, сильная простуда и жгучая тайна. Чуть позже двое мужчин гуляли по гравийной дорожке на площадке за домом, где жена Джерольмака держала тележку для продажи тако. Под их ногами хрустел измельчённый известняк. Домокош указал под ноги. «Сколько граней у каждого из этих камушков?» – спросил он. Затем он ухмыльнулся. «Что, если я скажу вам, что их количество обычно равно шести?» А затем он задал ещё более общий вопрос, который, как он надеялся, надолго поселится в мозге его коллеги. Что, если мир состоит из кубов? Джерольмак сначала возразил: может, дома и строятся из кирпичей, но Земля состоит из камней. А форма у камней, очевидно, разная. Слюда крошится на чешуйки, кристаллы ломаются по жёстко определённым осям. Однако Домокош утверждал, что из одной лишь чистой математики следует, что любые камни, ломающиеся случайным образом, будут порождать формы, имеющие в среднем по шесть граней и восемь вершин.
Притягивание льдинки к воде объяснили переносом заряда из-за температурного градиента в льдинке
Иллюстрация: Ranit Mukherjee et al. / American Chemical Society Nano, 2021. Американские физики объяснили притягивание льдинки к воде — все дело оказалось в переносе заряда из-за температурного градиента в льдинке. За несколько миллисекунд отрицательно заряженная крошечная льдинка преодолевала расстояние в 5 миллиметров с максимальной скоростью в 0,9 метра в секунду. Результаты исследования, опубликованные в журнале American Chemical Society Nano, помогут описать образование молний и развить электростатическое удаление льда. Если поднести заряженный предмет (например, расческу после причесывания) к струе воды, то она отклонится. Так проявляется дипольная природа молекул воды, которые стремятся выстроиться вдоль электрического поля. Даже если столкнуть или потереть льдинки друг с другом — из-за контактной разности потенциалов на каждой из них появится заряд. Продувание обледеневших поверхностей потоком воздуха или приложение внешнего электрического поля позволило наблюдать заряженные льдинки микрометрового размера.
Создан стабильный при комнатной температуре магнонный кристалл времени с периодической структурой
Иллюстрация: Joachim Grafe et al. / Physical Review Letters, 2021. Физики создали магнонный кристалл, обладающий периодической структурой во времени. Для этого они использовали пластинку из ферромагнитного пермаллоя, помещенную в электромагнитное поле. Это первый временной кристалл микрометрового масштаба, созданный при комнатной температуре. Динамику магнонов в нем удалось заснять на видео с помощью рентгеновского микроскопа. Статья опубликована в журнале Physical Review Letters. Не любое твердое вещество можно назвать кристаллом, эти структуры обладают отличительным свойством — периодичностью. То есть решетка кристалла повторяется через строго определенные расстояния. Такая неоднородность является нарушением пространственной симметрии. В 2012 году физик-теоретик Фрэнк Вильчек предположил, что могут существовать кристаллы, нарушающие симметрию не пространства, а времени. Он представлял себе их как системы, которые пульсируют в состоянии равновесия, периодически возвращаясь в одну и ту же конфигурацию.
