В мире науки настоящие прорывы случаются нечасто, а работы, способные кардинально изменить наши представления о мироздании, и вовсе можно пересчитать по пальцам. Примечательно, что в современном мире за решение таких фундаментальных проблем предлагаются колоссальные финансовые вознаграждения, что лишь подчеркивает их важность и сложность.
Победить время: загадка старения клеток
В лабораторных условиях человеческие клетки способны делиться лишь ограниченное число раз — около 50 циклов. Приближаясь к этому рубежу, они вступают в фазу старения: теряют чувствительность к внешним сигналам (например, к инсулину), уменьшаются в объеме, а межклеточное пространство теряет свою структуру.
Ключевую роль в этом процессе играют теломеры — защитные «колпачки» на концах хромосом. Они предотвращают слипание хромосом при делении и компенсируют неизбежные потери ДНК при копировании. Однако с каждым клеточным делением теломеры укорачиваются. Когда их ресурс полностью исчерпан, клетка теряет способность к делению. Этот биологический предел, открытый Леонардом Хейфликом, является одним из фундаментальных механизмов старения организма.
Укрощение стихии: проблема турбулентности
Речь идет не о бытовом беспорядке, а о фундаментальном физическом явлении. Представьте реку, плавное течение которой, встретив камень или корягу, превращается в бурлящий, хаотичный водоворот. Этот переход от упорядоченного (ламинарного) течения к неупорядоченному и есть турбулентность. Она возникает повсеместно, где движение жидкостей или газов достигает высоких скоростей, преодолевающих силы внутреннего трения.
Хотя турбулентность хорошо описана экспериментально, ее глубинные причины и методы управления остаются загадкой. Математическое сердце этой проблемы — уравнения Навье-Стокса, описывающие движение жидкости. Они настолько сложны для анализа и решения, что Математический институт Клэя включил их в свой знаменитый список «Задач тысячелетия», за решение каждой из которых назначена награда в один миллион долларов.
Обратите внимание: Вскоре наступит эра автономных боевых машин, которые будут убивать себе подобных.
Прогресс, однако, не стоит на месте. Международная группа ученых под руководством профессора Натальи Берловой из Сколтеха и Кембриджа разработала новый математический подход для описания турбулентности в сверхтекучих жидкостях. Полное решение этой задачи откроет путь к более точным климатическим моделям, пониманию природных катаклизмов и созданию транспорта с революционной аэродинамикой.Код жизни: тайна укладки белков
Разгадка принципов, по которым белки принимают свою уникальную трехмерную форму (процесс, известный как фолдинг), станет прорывом для целого спектра наук — от медицины и биологии до физики и нанотехнологий.
Сразу после синтеза в клетке белок представляет собой длинную линейную цепочку аминокислот. Затем, за доли секунды, она самопроизвольно сворачивается в сложную и строго определенную пространственную структуру. Как белок «понимает», в какую именно форму ему нужно сложиться, и почему этот процесс происходит так быстро и точно — одна из величайших загадок биохимии.
Умение предсказывать конечную структуру белка, зная лишь последовательность его аминокислот, откроет невероятные возможности. Ученые уже научились делать это для относительно простых белков, но предстоит покорить вершину — сложные многодоменные белки. Как отмечает биолог Кен Дилл, даже промежуточные успехи в этой области уже принесли плоды: созданы новые полимерные материалы, а также стало лучше понятно происхождение таких болезней, как диабет II типа, Альцгеймер, Паркинсон и Хантингтон, в основе которых лежит ошибка в укладке белковых молекул.
#наука #исследования #медицина #здоровье #хаос #белок #старение #замедление старения
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Нерешаемые задачи, за которые предлагают.