Новости науки. Февраль, 2024

Пример остеопетроза (слева), справа – норма. Иллюстрация Physorg

Игра в кости

Трудно поверить, что 200 млн лет назад на просторах нынешней Баварии бродил гигантский ящер, в левой бедренной кости которого специалисты берлинской клиники Шарите обнаружили признаки остеосаркомы, которая сходна с таковой у… кошек. У кошачьих 40 лет назад выделили ген FOS (Feline OsteoSarcoma). Затем был установлен «рекорд» и для наших предков. Возраст костей ископаемого человека археологи определили в 1,6–1,8 млн лет. В косточке пальца ноги также были найдены изменения, которые характерны для указанной опухоли (S, SAJS). Этот диагноз стал своеобразным рекордом для представителей линии Homo sapiens. Развитие человека определено каскадом мутаций, одна из которых поразила ген тяжелой цепи миозина, основного протеина комплекса мышц, и жевательных в том числе (самые мощные в теле человека). Недостаточная сила жевательных мышц вынудила обезьян отказаться от грубой растительной пищи, а слабость икроножных – лазать по деревьям. Так наши далекие предки оказались на враждебной для них земле и вынуждены были частично перейти на более калорийную «живность». Облегчение челюстного аппарата позволило увеличить объем черепной коробки и размер мозга, а также – как следствие перехода к прямохождению – диаметр костного канала таза, то есть «пояса» нижних конечностей.

Для насыщения костей кальцием необходим «костеобразующий» витамин D. Регулирует поступление кальция в цитоплазму костных клеток белковый рецептор ORAI. К сожалению, в этом механизме бывают сбои, приводящие в том числе и к остеопетрозу – аномальному окаменению костей. Древний пример этого заболевания привел Археологический музей в Берлине. Скелет 20-летнего молодого человека ростом 1,5 м, жившего 4600–4450 лет до н.э., был найден около города Малик в Албании.

Прямо противоположный пример в виде нарастающего с возрастом остеопороза, из-за которого ломаются хрупкая шейка бедра, описали ученые Нью-Йоркского университета. Известно, пишут авторы, что эмбриональное развитие плода «управляется» геном Notch. Его активность необходима для развития стволовых клеток будущего скелета. Интересно, что выключение гена Notch привело к довольно неожиданному результату, проявившемуся у мышей среднего возраста в «оживлении» стволовых клеток костеобразования, увеличения массы костных балок за счет снижения числа жировых клеток и усиленного восстановления костной ткани.

Стило с атомами железа (Fe) сканирующего туннельного микроскопа нависло над тремя атомами титана, один из которых – сенсор (синий).  Иллюстрация Physorg

Премию по химии за 2023 год дали за еще одно воплощение квантового эффекта, а именно – за «квантовые точки» (КТ), которые можно использовать в качестве кубитов, или бит информации. Преимущество КТ в том, что в них можно вводить элементы, имеющие собственный спин, то есть магнитную ось вращения («спиннинга»). В отличие от классической кодировки информации «0» и «1» спин может иметь множество промежуточных состояний, следовательно, решение задачи может осуществляться разными путями и быстрее. В качестве КТ делались попытки использовать отдельные атомы и ионы, но квантовые состояния «хрупки», что требует глубокого охлаждения кубитов.

Американские физики из г. Аргонн соединили два, казалось бы, несовместимых подхода. Три атома титана в качестве кубитов и «управление» ими с помощью… атома железа на самом кончике стила сканирующего туннельного микроскопа. При этом три атома титана оказались сцеплены друг с другом, что позволило решить простую квантовую задачу. Авторы работы признают, что не представляют, как создать подобную систему со 100 кубитами, что считается необходимым минимумом для работающего квантового компьютера. Тем не менее их статью принял для публикации журнал Science.