Научный дайджест: год длиной 16 дней и мозг, который не умеет экономить энергию

Среди научных новостей недели:

• "Подтекающий насос": почему нашему мозгу требуется так много энергии?
• Пугающая красота: как восстановить лицо по черепу и диадеме
• Обреченная экзопланета, где год длится 16 часов

"Кипит наш разум": почему мозг жжет так много энергии?

Автор фото, Getty Images

Человеческий мозг поглощает в 10 раз больше энергии, чем любой другой участок нашего тела. Даже когда мы отдыхаем, 20% нашей энергии расходуется на поддержание работы этого аппарата.

Более того, у пациентов в коматозном состоянии "мертвый" мозг продолжает потреблять уйму энергии, заставляя нейрологов гадать, куда же уходит вся эта прорва.

И похоже, что разгадку нашли исследователи из Корнеллского университета во главе с биохимиком Тимоти Райном, и кроется она в крошечном пожирателе энергии, скрывающемся в наших нейронах.

Когда один нейрон передает сигнал другому, это происходит через синапс - точку соединения или небольшой зазор между ними.

Сначала пресинаптический нейрон посылает в конец своего хвоста-аксона, ближайшего к зазору, так называемые синаптические везикулы - маленькие мембранные пузырьки, которые всасывают нейротрансмиттеры из нейрона и выполняют функцию "конвертов", в которых передается информация.

Оказавшись там, трансмиттеры подключаются к рецепторам уже постсинаптического нейрона, продолжая таким образом передачу сигнала.

Весь этот процесс весьма энергозатратен, а нервные окончания не в состоянии вместить достаточно энергетических молекул, поэтому для передачи электрохимических импульсов им приходится самим синтезировать такие молекулы.

Все это объясняет повышенный расход энергии во время активной работы мозга, но почему же тогда даже в состоянии отдыха ему требуется так много энергии?

Как выяснили ученые в ходе экспериментов, даже когда нервные окончания не передают никаких сообщений, крошечный "насос", выталкивающий из везикул протоны и засасывающий на их место нейротрансмиттеры, никогда не останавливается. Грубо говоря, он подтекает, и даже когда синаптические везикулы полны нейротрансмиттеров (почтовый ящик переполнен письмами, которые пока некуда отправлять), они продолжают терять протоны (да кто их там считает!)

"Учитывая огромное количество синапсов в мозгу человека и присутствие сотен везикул в каждом из нервных окончаний, скрытые метаболические затраты на быстрое возвращение синапсов в состояние готовности к передаче новых сигналов выливаются в огромные энергетические затраты и ведут к огромным запросам и огромной зависимости мозга от метаболизма", - делают вывод авторы исследования, отмечая при этом, что их работа далека от завершения. К примеру, они пока не могут с уверенностью сказать, все ли типы нейронов в равной степени остро реагируют на нехватку энергии, и можно ли как-то сохранить их при кислородном или сахарном голодании мозга.

"Наше открытие помогает понять, почему человеческий мозг так чутко реагирует на прекращение или ослабление питания, - поясняет Тимоти Райан, и если мы научимся безопасно снижать энергетическиве затраты мозга и замедлять его метаболизм, то переоценить пользу от практического применения таких знаний будет очень трудно".

Властная и немного пугающая: испанка Бронзового века

Автор фото, Joana Bruno/ASOME/Universitat Autònoma de Barcelon

Когда группа археологов из Автономного университета Барселоны объявила, что при раскопках в Ла-Алмолойе в развалинах, как они полагают, древнего дворца в большом керамическом сосуде были обнаружены останки мужчины и женщины, находку окрестили загадочной.

В самом деле, мужчина скончался на несколько лет раньше, а женщину к нему "подселили" уже потом. При этом украшения, положенные в сосуд вместе с ней, по количеству и качеству заметно превосходили загробные дары, доставшиеся мужчине.

Покойница отправилась в мир иной с целым набором драгоценностей и полезных предметов: там была та самая серебряная диадема, бусы, кольца, браслеты, заколки и серьги - все из серебра, а также кружка и шило, тоже с серебряной окантовкой, и все - исключительно высокого качества.

И вот теперь, по остаткам черепов и украшений ученые с помощью иллюстратора методом антропологической реконструкции воссоздали облик этой женщины, которая жила в Бронзовом веке на территории нынешней Испании, и ее современников.

"Самой большой проблемой при воссоздании лица женщины было то, что верхняя часть ее черепа до нас не дошла, - признается иллюстратор Джоана Бруно, которая давно уже сотрудничает с археологами на этих раскопках. - К счастью, мы обнаружили там серебряную диадему, что позволило определить размеры головы. Но все равно это была нелегкая задача".

Зато в итоге перед нами предстала властная и быть может даже пугающая своей спокойной красотой женщина.

Прежде, чем приступить к виртуальной реконструкции, антропологам пришлось почистить, стабилизировать и детально изучить скелет, чтобы определить пол, возраст, общее состояние здоровья, возможную причину смерти и иные детали.

"Такая информация всегда принимается к сведению при реконструкции лиц", - поясняет Бруно.

Эта женщина Бронзового века умерла в возрасте 25-30 лет, у нее было несколько врожденных дефектов, в том числе не хватало одного ребра и шейного позвонка.

Затем Бруно сделала лазерное сканирование самого черепа и отдельно - нижней челюсти, сняв нужные замеры.

"Дело в том, что лазерное сканирование позволяет потом работать с цифровой моделью, не трогая настоящие кости, которые могут быть очень хрупкими", - говорит иллюстратор. После этого лицо облекается плотью, определяется плотность тканей, местоположение глаз, носа и ушей на основе созданных специальной программой шаблонов.

Все это - отработанные годами технологии, которые привязаны к конкретному строению черепа, но поскольку в данном случае кости сохранились не полностью, кое-что пришлось додумывать.

"Зато с мочками ушей все было довольно просто, - говорит Бруно. - серьги на портрете те самые, что лежали в захоронении по обе стороны от головы. Оставалось только сделать лазерное сканирование этих украшений и диадемы".

По словам соавтора нового исследования, профессора археологии Автономного университета Барселоны Кристины Риуэте-Эррады сотрудничество Бруно с антропологами наглядно демонстрирует, как можно с высокой точностью восстановить внешний облик человека по неполному скелету, не повреждая сами останки.

Сама же Джоана Бруно подчеркивает, как "важно видеть за этими костями живых людей, со своими семейными драмами и шутками, которые о ком-то заботились и кого-то любили в мире, который очень сильно отличался от нашего".

"Горячий юпитер", которому осталось жить несколько миллионов лет

Автор фото, dottedhippo/Getty images

Астрономы - одни из самых счастливых ученых в том смысле, что на их долю приходится множество открытий. Вот и на этот раз команде ученых из Массачусетского технологического института (MIT) крупно повезло. Они обнаружили экзопланету с суперкоротким годом, который длится всего 16 часов. Мало этого, планета стремительно приближается к своему солнцу и очень скоро, в космических временных масштабах, разумеется, встретит свой огненный конец.

Исследователи сделали это открытие, проанализировав информацию, полученную с помощью космического телескопа TESS, разработанного Массачусетским технологическим институтом в рамках Малой исследовательской программы НАСА и предназначенного для открытия экзопланет транзитным методом.

Этот телескоп работает на орбите Земли с апреля 2018 года и ищет планеты по периодическим изменениям в яркости звезд, когда эти планеты оказываются между своим светилом и объективом телескопа.

Именно так в созвездии Геркулеса на расстоянии 855 световых лет от Земли и была обнаружена планета TOI-2109b, оказавшаяся "горячим юпитером". И хотя астрономам известно довольно много таких газовых гигантов, TOI-2109b по-настоящему удивила их.

"Как планета размером с Юпитер оказалась на орбите длиною всего в несколько дней? В нашей солнечной системе ничего подобного нет", - отмечает соавтор исследования Ави Шпорер.

В самом деле, TOI-2109b в пять раз тяжелее и на одну треть больше нашего Юпитера, а его звезда в два раза массивнее Солнца. К тому же это почти самая горячая из известных экзопланет - температура на ее поверхности достигает 3300 градусов по Цельсию. При этом гигант находится всего в 2,4 млн км от своего солнца.

Но самое интересное, по мнению ученых, даже не в суперкоротком годе на TOI-2109b, а в том, что орбита планеты постоянно меняется, и она приближается к своей звезде с невиданной для космоса скоростью - от 10 до 750 миллисекунд в год.

Конечно, это не так быстро, чтобы оставить ученым шанс увидеть, как решится ее участь, но они продолжают наблюдения в надежде более детально изучить феномен орбитального распада - постепенного уменьшения расстояния между двумя орбитальными телами при их наибольшем сближении.

"Если нам повезет, то через год или два мы увидим, как эта планета приблизилась к своему солнцу, - говорит руководитель исследования, сотрудник Центра управления космическими полетами НАСА в Мэриленде Иэн Вонг. - Конечно, при нашей жизни эта планета не рухнет на свою звезду, но дайте ей еще десяток миллионов лет, и мы с ней распрощаемся".

bbc

Опубликовано на сайте: 2021-12-12