Почему генетически идентичные однояйцевые близнецы вырастают в людей, различающихся по характеру? В ответе — прыгающие гены

Твой мозг — особенный. Так же, как и мой. Индивидуальные различия появляются на каждом уровне его чрезвычайно сложной организации. Мозг человека состоит из 100 млрд нейронов, подразделяющихся на тысячи видов и в совокупности формирующих более чем 100 трлн связей. Уникальность подобной структуры в свою очередь порождает различия в ходе наших мыслей, поведении и способности к обучению, а также в нашей устойчивости к психическим заболеваниям.

Как возникает такое разнообразие в структуре и работе мозга? Определенную роль в этом играют различия в генах, которые мы унаследовали от наших родителей. Но даже выращенные одними и теми же родителями идентичные близнецы могут заметно отличаться друг от друга по складу ума, признакам поведения и по вероятности развития нейродегенеративных процессов или психических заболеваний. Мыши инбредных линий, которые почти идентичны генетически и выращены в одинаковых условиях лаборатории, демонстрируют различия в способности к обучению, пугливости и реакциях на стресс, даже если их возраст, пол и условия содержания остаются неизменными. Следовательно, наша индивидуальность определяется и чем-то еще.

Светлое будущее звезд

§ №5 2012

§ Рубрика: Астрофизика

Принято считать, что время расцвета Вселенной давно миновало, однако она еще полна жизненной силы и готова преподнести сюрпризы в грядущие миллиарды лет

Неумолимое течение времени всегда возбуждало интерес к будущему космоса и рождало связанные с этим гипотезы. Типичная картина будущего выглядит зловеще. Через 5 млрд лет Солнце раздуется до размеров красного гиганта и поглотит ближайшие планеты, включая Марс, а затем медленно угаснет. Но эти временные рамки охватывают лишь крохотную, по сути, бесконечно малую часть будущего. По мере того как астрономы вглядываются все дальше вперед, скажем на «пятьсот семьдесят шесть тысяч миллионов лет», как это делает юморист Дуглас Адамс (Douglas Adams) в своей книге «Ресторан на краю Вселенной», перед их глазами предстает космос, заполненный несметным количеством теней, медленно уходящих в небытие. К тому времени ускоряющееся расширение Вселенной сделает невидимым для нас все, что находится дальше границ нашей Галактики, и ночное небо над нами станет еще более пустынным. Лорд Байрон запечатлел панораму такой небесной пустыни в своей поэме 1816 г. «Тьма»:

Погаснуло сияющее солнце,

По вечному пространству, без лучей

И без путей, блуждали мрачно звезды;

И в пустоте безлунной шар земной

Беспомощно повиснул, леденея.

Но есть и хорошая новость: ожидающая нас в будущем тьма — лишь половина истории. Хотя блистательная эпоха зарождения звезд уже давно прошла, во Вселенной еще теплится жизнь. На арену астрономического цирка выходят новые странные существа. Диковинные в современной нам Вселенной явления станут обыденными. Благоприятные для жизни условия могут стать даже еще более благоприятными.

Камера хранения для ветра

§ №5 2012

§ Рубрика: Энергетика

§

Для развития регенеративной энергетики необходимы эффективные способы преобразования энергии в другие ее виды, чтобы не оказаться в темноте, когда и солнце не светит, и ветер не дует.

Трудности, с которыми сопряжено использование возобновляемых источников энергии, можно увидеть на примере Дании. В этой маленькой стране, где работает одна из самых больших ветроэнергетических систем в мире, стоимость электроэнергии — одна из самых высоких. Дания вынуждена продавать избыток электроэнергии соседним странам, причем буквально за гроши, а в периоды пикового потребления покупать ее по гораздо более высоким ценам. Причина в том, что когда ветер дует сильнее всего, потребность в электроэнергии зачастую наименьшая.

С подобным дисбалансом сталкиваются энергетические компании в Техасе и Калифорнии: иногда им приходится платить потребителям за электроэнергию от солнечных и ветряных установок. В теории, согласно расчетам, источники возобновляемой энергии могут полностью удовлетворить потребности США и ряда других стран. На практике же, согласно данным Министерства энергетики США, они слишком нерегулярны и поставляют не более 20% потребного объема энергии. Поэтому необходимы дешевые и эффективные способы аккумулирования энергии, чтобы можно было использовать ее по мере необходимости.

Начало начал

§ №6 2012

История начинается заново?

Похоже, люди действительно испытывают внутреннюю потребность понять, как они обрели современный облик. Однако найти следы наших древних предков трудно. Ученым, исследующим эволюцию человека, часто приходится иметь дело с ископаемым пальцем ноги, найденным в одном месте, или челюстью, откопанной в другом. Сегодня благодаря удивительному везению группа палеоантрополога Ли Бергера обнаружила вблизи Йоханнесбурга (ЮАР) два хорошо сохранившихся частичных скелета Australopithecus sediba возрастом около 2 млн лет. Среди находок присутствовали кости всех частей тела. Были найдены также останки еще как минимум четырех особей.

Скелеты первых двух гомининов дают основания предположить, что нам придется пересмотреть многое из того, что считалось незыблемой истиной в отношении ранней истории человечества. Если бергеровская интерпретация находок верна, некоторые ветви нашего родословного дерева, возможно, придется перерисовать. Чтобы узнать все подробности, старший редактор Scientific American Кейт Вонг побывала с Бергером на месте раскопок. Главная статья номера «Первый из нашего племени» даст читателю много пищи для размышлений.

Что же касается нынешнего состояния вида Homo sapiens, мы предлагаем специальный репортаж, посвященный борьбе с полиомиелитом. Согласно международным данным, число случаев этого заболевания, поражавшего когда-то сотни тысяч жертв, сегодня снизилось до сотен. Но о полной победе говорить рано. Ответ на вопрос, почему это так, вы найдете у Хелен Брансуэлл, автора, пишущего на медицинские темы, в статье «Полиомиелит: последний бой». Уильям Суонсон продолжает тему, рассказывая о том, что в 1950-х гг. страх заболеть полиомиелитом ввергал в панику людей в США и СССР почти так же, как угроза ядерной войны. Для того чтобы провести испытания пероральной вакцины, двое ученых, преодолев конфронтацию между своими странами, объединили усилия и тем самым спасли жизни тысяч людей, находившихся под дамокловым мечом страшного заболевания.

Первый из нашего племени

§ №6 2012

§ Рубрика: Эволюция человека

§

Сенсационная находка из Южной Африки — окаменелые останки гомининов — породила жаркие дебаты о том, как и откуда произошел современный человек

Когда-то в древние времена, примерно 2–3 млн лет назад, вероятно, в девственной африканской саванне наши предки приобрели отчетливые черты сходства с людьми. Более чем за миллион лет их предшественники австралопитеки (Люси и ее соплеменники, которые уже передвигались на двух ногах, как мы, но эти ноги все еще были коротки, руки приспособлены для лазания по деревьям, а мозг мал, как у их предков — обезьян) расселились по всем лесистым участкам континента и вокруг них. Но окружающий мир начал меняться. Изменения климата привели к увеличению площади травянистых равнин, на которых поселились новые человекоподобные существа, произошедшие от первых австралопитеков. Одна из разновидностей обладала длинными ногами, ловкими, способными создавать орудия руками и аномально большим мозгом. Это и были наши предки, первые представители рода Homo, т.е. те приматы, потомки которых впоследствии стали хозяевами на Земле.

Объединенная физика

§ №7 2012

Наука: сегодня и завтра

В 1990-е гг. многим казалось, что у науки в России довольно мрачное будущее. К счастью, этот прогноз не оправдался. И в новом веке российские ученые c успехом работают над актуальными проблемами. Можно ли с помощью РНК-интерференции «выключить» гены опухолевых
клеток? Создать термоядерный реактор, дающий больше энергии, чем потребляет? Над этими и другими проблемами работают исследователи в Новосибирском Академгородке. Сибирское отделение РАН в этом году празднует свое 55-летие. Ученым удалось не только сохранить научный потенциал, но и найти подходы к внедрению научных разработок, осуществлять взаимодействие напрямую с производством. Интересные факты
как о новейших открытиях, так и о тех проблемах и трудностях, с которым удается справляться фундаментальной науке, читайте в статье «Город по-другому: сделано в Сибири».
Стремление познать неизведанное свойственно человеку. Новая установка позволит буквально увидеть процесс движения атомов во времени — смотреть уже не диафильм, а настоящее кино из жизни атомов и молекул. В Гамбурге набирает обороты масштабный проект с партнерским участием российских ученых. На базе DESY начато строительство уникального прибора — Европейского лазера на свободных электронах (European X-Free Electron Laser, XFEL). С российской стороны координатором проекта стал Курчатовский институт. Более подробную информацию о возможностях, которые открываются перед исследователями, ищите в статье «Да будет свет в конце туннеля!»

Новая физика и будущее медицины

В течение десятилетий физики боролись за объединение квантовой механики, обуздавшей микрочастицы, и общей теорией относительности Эйнштейна, которая представляет пространство и время. Они подходили к этой проблеме с разных сторон, применяли теорию струн, но она упорно не поддавалось решению. Что если упростить задачу, разбивая на части сложные проблемы?
Сегодня есть цельная новая парадигма в понимании квантовых частиц, которая значительно облегчает задачу. Гипотетическая частица гравитон принимает форму пространства и времени, объединяя, наконец, две теории. Совершить увлекательное путешествие в разных
пространственно-временных срезах вы сможете, открыв статью «Петли, деревья и поиск новой физики», Цви Берна, Ланса Диксона и Дэвида Косоуэра. Среди злободневных вопросов поддержание здоровья остается очень важным для многих из нас.

Мы предлагаем ознакомиться со специальным репортажем «Медицина завтрашнего дня» и получить представление о том, что же будет дальше. Вы узнаете, как благодаря наночастицам можно обнаружить рак на таких ранних стадиях, когда от него легче всего избавиться; как имплантируемые устройства могут предупредить неминуемый сердечный приступ или помочь справиться с диабетом; как ретинальные микросхемы и искусственные рецепторы восстановят зрение; и как в итоге к нам придет персонализированная медицина.

Нам очень важно знать, что думают наши читате ли. Как всегда, мы будем рады получить ваши отклики. Адрес журнала Scientific American в Интернете: www.scientificamerican.com, адрес журнала «В мире науки»: www.sciam.ru.