Максим Либанов - Почему наш мир таков, каков он есть. Природа. Человек. Общество (сборник)

Ожидается, что в ближайшие годы будет очень большой прогресс в изучении сверхновых. Компьютеры будут становиться мощнее, и можно будет строить более детальные модели. Наблюдения позволят нам узнать гораздо больше, чем сейчас. Мы можем надеяться увидеть очень ранний этап вспышки. Для этого нужно одновременно осматривать все небо телескопами в разных диапазонах. Сделать это очень сложно, но сейчас мы подошли к тому, что почти все небо все время под контролем. Будут также наблюдать нейтрино – замечательные частицы, очень плохо взаимодействующие с веществом. Можно сколько угодно фантазировать про частицы кваркового вещества, а нейтрино тем временем идут через нас сплошным потоком постоянно. И они нас совершенно не трогают – очень хорошее свойство. С одной стороны, их трудно поймать: они ни с чем почти не взаимодействуют. С другой стороны, они могут вылезти из такого места, откуда вылезти очень трудно. Например, они могут быть в центре взрыва сверхновой в самый момент взрыва. Там их рождается очень много. И они несут информацию о физике взрыва.

Нейтрино пока удалось увидеть лишь однажды, во время очень близкой, каких-то 150 тысяч световых лет, вспышки в Большом Магеллановом Облаке [21]. Вблизи нас нет звезд, которые должны взорваться в ближайшие годы. На физически опасном расстоянии нет ничего и близко похожего. Не знаю, хорошо это или плохо. На каком-то умеренно интересном расстоянии есть звезды, которые взорвутся через миллионы лет. Все наблюдаемые сверхновые находятся довольно далеко. Новые детекторы смогут видеть нейтрино на расстояниях в миллионы световых лет. Пока, к сожалению, ничего не взорвалось: не каждый день неподалеку взрывается сверхновая.

Совсем недавно произошло радостное событие – впервые сверхновая взорвалась в компьютере. Люди смогли построить модель, где не надо было ничего добавлять руками для того, чтобы звезда полноценно взорвалась. До этого был необходим дополнительный толчок, чтобы звезда разлеталась. Было известно, сколько должно выделяться энергии, но получалось, что выделяется меньше, так что ее добавляли руками.

Интересно, что взрыв сверхновой очень несимметричен. Представьте себе нейтронную звезду – десятикилометровый шарик с плотностью как у атомного ядра, массой Солнца и скоростью 1000 километров в секунду. А такие скорости наблюдаются! Эту звезду надо было очень несимметрично родить – в момент рождения дать ей пинка. То, что взрывы сверхновых несимметричны, очень нетривиально и очень хорошо. Это и есть тот самый пинок. Потихоньку мы действительно начинаем понимать, как взрываются сверхновые, поскольку даже из скоростей нейтронных звезд пытаемся выудить информацию о физике взрыва. Многое сделано, но многое еще предстоит.

«Нейтронные звезды страшно интересно исследовать, и в некотором смысле это имеет народно-хозяйственное значение».

Константин Северинов – Доктор биологических наук, профессор Ратгерского университета (Нью-Джерси, США) и Сколковского института науки и технологии.

Этот рассказ – о том, как делаются исследования в современной биологии. Но для начала следует ввести всех в курс дела, чтобы легче было продвигаться дальше. Начнем с главного.

«Догма» – не очень удачное слово. Некоторые его пугаются, думая, что это непременно нечто косное, принципиально недоказуемое, ограничивающее свободный полет мысли. Точно так же и с теорией Дарвина: почему-то есть люди, которые считают, что раз она называется теорией, то она, скорее всего, не доказана. На самом деле центральная догма молекулярной биологии просто описывает, каким образом из информации, записанной в генах, возникает что-то типа меня, присутствующих в зале слушателей или бактерий. Другими словами, как генетическая информация выражается (ученые часто говорят «экспрессируется»), в результате чего клетки приобретают свою индивидуальность.

Часто центральную догму формулируют в виде краткого афоризма: «ДНК –> РНК [22]–> белок». Вот что это значит.

Генетическая информация хранится в ДНК – это знаменитая молекула, которая выглядит как двойная спираль. Молекула ДНК – это фактически линейная последовательность оснований; для нас важно думать про них как про буквы. Это просто генетический текст. Алфавит русского языка состоит из 33 букв, и с помощью комбинаций этих букв мы можем составлять тексты, которые имеют смысл. Генетический язык для всей жизни един – он был «изобретен» только раз, и его алфавит состоит всего из четырех букв. Они называются А, G, C и T – аденин, гуанин, цитозин и тимин. Для биологической функции ДНК очень существенно, что последовательность букв, то есть генетическая информация, содержащаяся в одной цепи, отражена в – или «комплементарна», как говорят ученые, – последовательности другой цепи. Это фактически означает, что генетический текст в двойной цепочке закодирован дважды. Можно разделить цепи, а затем достроить на разделенных цепочках недостающие «буквы», чтобы спирали снова стали двойными. Теперь цепочек будет уже не одна, а две. Так генетическая информация дуплицируется и передается в поколениях. На очень грубом уровне мы возникаем из своих родителей именно в ходе такого процесса.

Итак, информация хранится, дуплицируется, то есть передается потомству, но она еще должна работать: генетический текст должен что-то нам сказать, и потом что-то должно случиться, чтобы из текста вырос живой организм. Происходит это таким образом: сначала идет процесс под названием «транскрипция» [23]. При этом одна из цепей ДНК переводится в другую молекулу, очень похожую, которая называется РНК. Последовательность букв в ней идентична исходной ДНК. А затем молекула РНК транслируется: это означает, что на ней синтезируется белок. Есть специальный генетический код, в результате которого последовательность букв в молекуле РНК, а следовательно, и в ДНК, переводится в последовательность аминокислот в белке. А белки – это то, из чего мы состоим. У меня волосы вьющиеся и темные, а у вас, возможно, другие, и связано это с тем, что белки, из которых состоят волосы, разные у каждого из нас. У разных людей эти белки очень похожи, но есть и отличия – большинство «букв» те же, но кое-где написание слегка изменено.

Итак, ДНК –> РНК –> белок. Стрелки здесь показывают, в какую сторону движется информация. Очевидно, что гены при посредничестве РНК влияют на белки – то есть на фенотип, или на то, как организм выглядит и что с ним происходит в жизни. Но обратно, от фенотипа к генам, информация не передается. То, что происходит с организмом в жизни, не влияет на его гены. Приобретенные признаки не наследуются: вопреки взглядам злополучного академика Лысенко, сколько ни обрубай мышам хвосты, бесхвостые мышата у них ни в каком поколении не появятся. Центральная догма была сформулирована в начале 1960-х годов и, безусловно, является одним из величайших фундаментальных научных открытий.