Сеть по продаже бытовой техники и электроники «Эльдорадо» выпускает второй бюджетный ноутбук под собственной торговой маркой Cameron. Технические характеристики нового нетбука в сравнении с предыдущей моделью улучшены более чем в два раза. В продаже он появится в первых числах ноября полный текст
Источник: Cybersecurity.ru
Микроскопические биоинженерные генераторы однажды смогут запитывать медицинские имплантаты, получая топливо прямо из организма, без потребности во внешней зарядке. Такова далёкая перспектива удивительной работы американских учёных, вознамерившихся скопировать и даже улучшить работу электрических клеток пресноводных рыб – угрей.
Когда эта рыба находит добычу, она посылает сигнал в специальные "охотничьи" брюшные органы, в которых тысячи и тысячи электрических клеток открывают каналы для пропуска в противоположные стороны ионов натрия и калия. Перемещение этих ионов создаёт на клетках напряжение, которое суммируется вдоль всего органа, достигая внушительной величины.
Эти опасные не только для морской живности, но и для человека импульсы могут следовать с частотой в сотни герц. И в определённых условиях угорь способен посылать такие разряды до одного часа кряду, не выказывая усталости. Всё – за счёт внутренней энергетики организма.
 |
 Электрический угорь может вырастать до трёх метров в длину и весить до 40 килограммов. Живёт эта рыба в пресных водах Центральной и Южной Америки (фото brian.gratwicke). |
Ну разве это не чудо природы? Так почему бы не поучиться у него? И правда, про биомиметику слышали, наверное, все, а вот про биомиметику на клеточном и даже молекулярном уровне – едва ли.
Между тем именно такую задачу – разобрать по молекулам и скопировать работу электрических клеток угря – поставили перед собой Цзянь Сюй (Jian Xu) из Йельского университета (Yale University) и Дэвид Лаван (David LaVan) из американского Национального института стандартов и технологий (NIST).
Эти исследователи разработали сложные численные модели перемещения ионов через клеточные структуры и сравнили их с ранее полученными данными об электрических клетках.
А далее учёные разработали модели искусственных клеток, позволяющие улучшить выходные параметры, против природного аналога. В частности, один из таких проектов сулит рост пиковой мощности на 40%, а второй – на 28%.
(Этому исследованию посвящена статья в журнале Nature Nanotechnology.)
 |
Первая картинка показывает анатомию электрического органа угря, то есть наборы электроцитов, клеток, связанных последовательно (чтобы поднять суммарное напряжение) и параллельно (чтобы увеличить ток). На второй картинке – отдельная клетка с ионными каналами и насосами, проникающими сквозь мембрану (новая модель Йеля и NIST как раз изучала поведение нескольких таких клеток). Заключительный рисунок демонстрирует отдельный ионный канал – стандартный блок модели (иллюстрация Daniel Zukowski/Yale University). |
Лаван поясняет, что механизм создания напряжения клетками электрических органов угря схож со схемой посылки нервных сигналов в мозге. Только нервные клетки способны на генерацию очень маленького напряжения (зато – они создают его быстро), в то время как специальные электрические обладают более длительным циклом работы, зато накапливают куда более внушительное напряжение.
Соответственно, подбирая по определённым законам ионные проводники и формируя из них системы нанометрового масштаба, можно создать искусственные аналоги электрических клеток, которые за счёт оптимизации параметров превзойдут свои живые прообразы по эффективности.
Данное исследование является частью усилий американского Национального центра дизайна биомиметических нанопроводников (National Center for the Design of Biomimetic Nanoconductors), направленных на создание крошечных систем, как ясно из названия, по образу и подобию природных аналогов.
 |
Один из примеров наногенераторов, разрабатываемых в Biomimetic Nanoconductors. Специально сконструированная липидная мембрана на тонкой пористой подложке из кварца или полимера. Внизу: компьютерные модели молекулярных комплексов, обеспечивающих требуемую ионную проводимость (иллюстрации с сайта nanoconductor.org). |
Упомянутые системы самых разных видов должны вырабатывать электрическую энергию, производить электрические или электрохимические сигналы или создавать осмотические давление и потоки внутри микроскопических устройств.
Заметим, саму идею "взять угря да превратить его в живую электростанцию на благо человечества" изобретатели предлагали не раз. И даже курьёзные опыты ставили. Скажем, мы видели, что угорь способен питать лампочки на рождественской ёлке.
Но нельзя же всерьёз полагать, что колонии запертых в аквариумах несчастных угрей помогут нам решить энергетическую проблему? Уж лучше получать электричество из шоколада или сточных вод при помощи бактерий.
Цзянь Сюй изучает самые различные системы, в которых используются биологические составляющие и может генерироваться напряжение. Как эти две соприкасающиеся капли с различными растворами внутри, покрытые липидными мембранами, – примитивный прообраз биобатареи (фото с сайта pantheon.yale.edu).
Однако что-то в этой мысли (про угрей) — есть. Скопировав их "боевые" клетки, можно создать крошечные генераторы для нетребовательных к мощности имплантатов или иных небольших устройств. Так рассуждают Сюй и Лаван.
Они высчитали, что слои искусственных клеток, уложенных в куб со стороной чуть более четырёх миллиметров (да, это вам не хомяк-зарядник), способны будут производить непрерывную мощность около 300 микроватт.
Отдельные компоненты таких искусственных клеток, в том числе мембраны и ионные каналы, можно построить из сконструированных протеинов, которые уже продемонстрированы другими исследователями.
Источником энергии для таких биогенераторов, как и для природных аналогов, послужит аденозин трифосфат, синтезируемый из сахаров и жиров, имеющихся в организме, при помощи бактерий или митохондрий.
Ранее мы видели проекты (и опыты) по созданию миниатюрных устройств, вырабатывающих толику электричества прямо в теле пациента: за счёт тепла (1 и 2) и даже человеческой крови.
В теории это всё реализуемо. Вопрос лишь в достижимом тем или иным способом фактическом уровне мощности. Обойдёт ли угорь-генератор прочие варианты?
Когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии, солнце и ветер упоминаются намного чаще других типов альтернативных ресурсов. А ведь существуют места, где можно собирать в больших количествах и с минимальными затратами энергию приливов. Например — в Британии. Именно там родился оригинальный проект приливной электростанции.
Классическая схема — это плотина, разделяющая море и большой водоём за ней (озеро, залив). Прилив заполняет водоём, в отлив вода уходит, и в обоих случаях она крутит турбины, установленные в плотине. Недостаток такого принципа очевиден — большие капитальные затраты и сложное строительство.
Но есть и другой вариант — простые турбины с генераторами, установленные прямо на дне, в месте, где существуют сильные приливные течения. Никаких плотин, только опоры для подводных "мельниц". Всё проще и дешевле. Тут, впрочем, опять начинаются разногласия — какие именно турбины и как устанавливать.
 |
Общий принцип THAWT: набор горизонтальных турбин предполагается установить над дном на нескольких обтекаемых бетонных пилонах, внутри которых разместятся и электрогенераторы (иллюстрация с сайта inhabitat.com). |
Три профессора из Оксфорда (Oxford University) – Гай Хоулсби (Guy Houlsby), Малькольм Маккаллок (Malcolm McCulloch) и Мартин Олдфилд (Martin Oldfield) — разработали установку, которая, по их мнению, побьёт конкурентов по соотношению отдачи и затрат. Называется эта система THAWT (Transverse Horizontal Axis Water Turbine), то есть "Поперечная водяная турбина с горизонтальной осью".
Такая конструкция обладает рядом достоинств. В частности её не нужно поворачивать или как-то подстраивать при смене направления течения. Горизонтальный "барабан" с косыми лезвиями будет крутиться в любом случае.
Ещё, как посчитали авторы проекта, затраты на производство такой установки будут на 60% ниже, а эксплуатационные расходы — примерно на 40% меньше, чем у морских турбин текущего образца.
Но с чем собственно сравнивают спецы из Оксфорда свою разработку? Практически все приливные турбины, стоящие в свободном потоке, похожи по виду и устройству на классические ветряки. То есть это "башни с пропеллерами", только под водой.
Так, мы подробно рассказывали об аппаратах британской компании Marine Current Turbines (MCT). Летом 2003-го такой опытный однотурбинный агрегат установили у Девонского побережья (он же был первой офшорной приливной турбиной в мире).
А в июле 2008 года MCT смонтировала в заливе Стренджфорд (Strangford) в Северной Ирландии двухроторный образец своей установки, названной SeaGen. Как раз такая схема — два колеса на одной башне, задумывалась изначально.
 |
Первый коммерческий аппарат SeaGen в Стренджфорде. Лопасти развёрнуты и подняты над водой. На врезке – принцип работы установки (фото с сайта guardian.co.uk, иллюстрация Marine Current Turbines). |
Максимальная мощность этого агрегата составляет 1,2 мегаватта, и британцы заявляют, что это — первая в мире турбина "коммерческого масштаба" для приливного течения.
Аппарат SeaGen уже включён в национальную сеть, а его мощность эквивалентна среднему расходу примерно тысячи британских домов.
Похожий дизайн ПЭС, то есть классический винт, вращающийся в плоскости, перпендикулярной потоку, "глянулся" и специалистам из других стран. К примеру, в 2003-м такая подводная "мельница" заработала в Норвегии. Есть похожие проекты в других странах.
Но оксфордские учёные говорят: при равной мощности THAWT окажется гораздо проще.
В финальном варианте один ротор этой системы должен насчитывать 10 метров в диаметре и 60 метров в длину. Два таких ротора потребуют для своего размещения три фундамента на дне и три пилона над ними соответственно. Генератор может быть всего один, в среднем "столбе".
Эта связка будет вырабатывать мощность около 12 мегаватт, что эквивалентно десяти двухроторным башням SeaGen, монтаж которых окажется сложнее и дороже.
Участок с сильными приливно-отливными течениями поперечником 20 километров, заполненный цепью из турбин THAWT, может выдавать в сеть более гигаватта электричества, а это уже можно сравнить с отдачей небольшой угольной электростанции.
 |
Схема THAWT. Видно, что турбина спокойно воспринимает поток воды и справа и слева. Для регулярно меняющегося приливного течения – лучше не придумаешь (иллюстрация с сайта guardian.co.uk). |
Любопытно, что отправной точкой для оксфордской приливной "мельницы" послужила турбина ветровая, а именно давно известный ветряк Дарриуса (Darrieus wind turbine), только британцы положили его на бок, скорректировали форму лезвий, увеличили их число и, наконец, опустили всё это хозяйство под воду.
Ещё одно важное нововведение — набор лопастей THAWT расположен так, что образует треугольники. Такая конструкция отличается большой прочностью и жёсткостью.
Новаторы из университета Оксфорда уже испытали масштабный прототип своего генератора, с ротором диаметром полметра. Тесты показали осуществимость идеи.
В 2009 году британцы намерены построить более крупный прототип, с диаметром турбины 5 метров. Его уже должны испытать в море, причём с подключением к энергосети.
В 2011-м под воду может отправиться уже полномасштабный прототип установки, ну а коммерческую версию THAWT её разработчики рассчитывают увидеть в 2013 году.
 |
Сравнение SeaGen и цепочки турбин THAWT. Последние могут захватывать очень широкий поток (иллюстрация с сайта guardian.co.uk). |
И у данной машины есть шанс победить соперничающие технологии. Ведь в THAWT — меньше генераторов, меньше уплотнений, меньше фундаментов на дне. Всё это оборачивается выгодой для энергетиков.
По словам Маккаллока, полномасштабная установка THAWT будет стоить 1,7 миллиона фунтов стерлингов ($3,13 миллиона) за мегаватт выходной мощности, в то время как оффшорные ветровые фермы стоят 2,3 миллиона фунтов за мегаватт, а приливные турбины типа SeaGen — 3 миллиона (их стоимость, впрочем, обещают снизить по мере расширения строительства).
По консервативным оценкам, приливные потоки вокруг Британии могут поставлять стране 5 гигаватт мощности, а по более оптимистичным – все 15 гигаватт, что эквивалентно потребности 15 миллионов домохозяйств. На карте отражена сила приливных течений. Самые мощные отмечены жёлтым и красным (иллюстрация с сайта guardian.co.uk).
Олдфилд говорит: "Мы восхищаемся пионерами, но наша установка, полагаем, будет лучше". Под пионерами, очевидно, подразумеваются инженеры MCT. Их творение — те самые мельницы SeaGen – Олдфилд со товарищи считают первым поколением приливных подводных турбин, а свой THAWT — уже вторым.
Тут нужно сказать, что на бумаге мы видели немало оригинальных проектов приливных электростанций, каждый из которых обладал какой-то изюминкой. Какие окажутся самыми жизнеспособными — покажет только реальная эксплуатация. И всё к тому идёт.
Целый ряд стран планирует создание крупных ПЭС. Если в следующем году THAWT не посрамит своих разработчиков, этот тип морских турбин может занять достойное место в данной отрасли.
А ведь ещё нужно учесть, что приливные электростанции не зависят от капризов погоды, как ветряные фермы. И в отличие от последних они могут быть полностью скрыты от глаз.
Ветровые турбины убивают летучих мышей без единого прикосновения. Сравнительно медленно вращающие лопасти подводных "мельниц" должны быть безопасны для рыб. Всё это заставляет задуматься, какой вариант альтернативной энергетики выдержит проверку временем.
Некоторые грызуны обладают загадочным механизмом защиты от онкологических заболеваний, который позволяет им жить (по меркам таких крохотных созданий) долго и счастливо. И если человечество хочет научиться бороться с раковыми опухолями и метастазами, ему стоит поискать рецепт, скажем, у обычных белок.
"Мы не натыкались до сих пор на этот противоопухолевый механизм, поскольку его не существует у двух видов, которые наиболее часто используются для исследований в области рака: у мышей и людей", — говорит Горбунова. — Мыши малы и живут недолго, люди — крупные и живут куда дольше. А этот механизм, как представляется, имеется только у маленьких и в то же время долгоживущих животных".
В своей лаборатории Горбунова и её подчинённые изучают особенности старения организмов, восстановления ДНК в клетках и развития рака (фото с сайта rochester.edu).
Своё открытие учёные сделали, изучая экспрессию генов, отвечающих за работу в клетках фермента теломераза. Он восстанавливает теломеры — защитные участки на концах хромосом, которые укорачиваются при каждом цикле деления клетки.
Потому высокая активность данного фермента (регулируемая определёнными белками — каталитическими компонентами теломеразы) продлевает время, в течение которого клетка сохраняет способность к делению. Это способствует самовосстановлению тканей при повреждениях, но, словно плата, заметно повышает и риск рака.
С постепенным укорачиванием теломер биологи также связывают и продолжительность жизни живых существ, и риск мутаций.
Но этот процесс — лишь один из множества факторов: генетические механизмы старения, так же как и возрастные изменения в метаболизме, только-только начинают раскрывать свои тайны. Да и связь теломер с восстановлением тканей – совсем неоднозначна.
 |
Теломеры на концах хромосом. Эти участки ДНК защищают генетическую информацию клетки, но при каждом её делении не воспроизводятся полностью (иллюстрация с сайта wikimedia.org). |
Ранее учёные считали, что экспрессия теломеразы определяется продолжительностью жизни вида.
У существ, живущих дольше 70 лет, в преклонном возрасте возрастает шанс на появление раковых клеток, и тогда, мол, гены начинают подавлять активность фермента, защищая насколько возможно организм от рака, но, увы, не продлевая тем самым срок земного существования (если бы у нас в конце жизни активность теломеразы не подавлялась, мы бы болели раком гораздо чаще).
Однако предыдущая работа Горбуновой показала, что на самом деле экспрессия теломеразы и её подавление у особей "в возрасте" хорошо корреспондируется не с длительностью жизни, а с массой тела. В этом есть логика. Чем больше клеток в организме, тем выше вероятность, что какая-то из них рано или поздно станет раковой.
Новое же исследование учёных из университета Рочестера открыло ещё более любопытные детали "из жизни теломеразы", на примере грызунов.
Почему именно их? Дело в том, что разные виды грызунов занимают очень широкий диапазон по массе тела, в то же время — это всё родственные животные, что позволяет корректнее сравнивать их гены.
 |
Вес и продолжительность жизни некоторых грызунов. Как видно, однозначной корреляции между тем и другим нет. Есть лишь примерная закономерность (тяжелее – дольше) и ряд интересных исключений из этого правила (иллюстрация с сайта rochester.edu). |
Так выяснилось, что фермент активен на протяжении всей жизни в мелких грызунах, но не в больших.
Далее выявились ещё более странные отличия. Скажем, мыши со своей активной теломеразой живут недолго, а белки (также с этим "включённым" ферментом) — четверть века. При этом популяции белок ничуть не вымирают от рака: хвостатые любители орехов счастливо избегают какой-либо его формы.
С мышами всё более-менее понятно — эти зверьки могут болеть раком, но для них такой шанс не так уж важен — раньше кошка съест. А вот умение залечивать раны может быть критичным.
У белок же, как поясняют исследователи, существует некий компенсационный механизм, который предотвращает развитие рака, несмотря на постоянно активную теломеразу. И такое "изобретение" применяют не только белки. Ещё отличились бесшёрстные кротовые крысы, бурундук, ондатры и шиншиллы.
(Детали открытия можно найти в пресс-релизе университета и в статье авторов исследования, вышедшей в журнале Aging Cell.)
Каков же этот механизм?
Горбунова считает, что белки и некоторые другие их родственники развили строгий контроль за функциями клеток. Последние могут сами "понять", уместно или неуместно деление в данный момент, то есть различают здоровое воспроизводство и безудержное размножение — рак.
Клетки у белок каким-то образом препятствуют своему делению, причём только когда это действительно необходимо. Биологи из Рочестера предполагают, что клетки долгоживущих, но маленьких грызунов очень чувствительны к сигналам от окружающих тканей, что позволяет таким клеткам "принимать решение" – делиться или нет.
Вера и её коллеги рассчитывают обнаружить и объяснить этот механизм защиты от рака. А там, быть может, найдётся способ включить его и в человеке.
