n+1

Физики подтвердили наличие аномалии в электромагнитном отклике протона

Если я верно улавливаю суть то это довольно крутое открытие которое подтверждает возможность квантовых энергетических уровней в протоне (раньше про квантовые уровни энергии/орбитали говорили для электронов, теперь официально и для протонов), перспективы этого открытия лично мне представить пока сложновато (протонный лазер?,  холодный термоядерный синтез?, просто узнаем что у протона внутри?) но очень интересно.

Большая группа физиков уточнила зависимость электрической и магнитной поляризуемости протона от квадрата переданного 4-импульса. Для этого они исследовали виртуальное комптоновского рассеяние, обстреливая электронами мишень из жидкого водорода. Результаты эксперимента позволили подтвердить существование аномалии в окрестности 0,33 квадратных гигаэлектронвольта, что противоречит существующим теориям ядерных взаимодействий. Исследование опубликовано в Nature.

Протон имеет положительный заряд, равный элементарному, однако, в отличие от электрона, этот заряд складывается из зарядов частиц, входящих в его состав (партонов). Среди них могут быть и отрицательно заряженные партоны: валентный d-кварк, а также бесчисленные отрицательные морские кварки, рождающиеся в парах частица-античастица. Это означает, что внешнее электрическое поле должно смещать части протона относительно друг друга, что физики характеризуют с помощью электрической поляризуемости (также еще бывает и магнитная поляризуемость).

Величина этого параметра напрямую зависит от жесткости протона, а потому несет важную информацию о взаимодействиях внутри него. В экспериментах по рассеянию электронов на протонах поляризуемости дают различный вклад в его исход в зависимости от квадрата переданного от частицы системе 4-импульса. Измеряя эту зависимость, Роше с коллегами еще в 2000 году обнаружили аномальный пик при 0,33 квадратных гигаэлектронвольта, который противоречит теоретическим соображениям, предсказывающим монотонный спад к этой области, хотя точность эксперимента было не очень большой. Проблема усугубляется тем, что такие переданные импульсы — это область, в которой плохо работают приближенные методы квантовой хромодинамики — теории кварк-глюонных взаимодействий. По этой причине крайне важно иметь высокоточные данные об аномалии, чтобы улучшить протонные модели.

Ценную работу в этом направлении проделала большая группа физиков из Армении, Индии, Канады и США под руководством Николаоса Спарвериса (Nikolaos Sparveris) из Университета Темпл. Они провели измерение сечение виртуального комптоновского рассеяния, обстреливая протоны электронами в зале C лаборатории Джефферсона. За счет нескольких технических улучшений, ученые смогли добиться большей точности, нежели была у их предшественников. В результате группа подтвердила существование аномалии.

Поляризуемость атомов и молекул физики умеют измерять сравнительно легко. Тот же параметр для протонов измерять гораздо сложнее в силу иных физических масштабов. Некоторые выводы об электрической и магнитной поляризуемости можно сделать, облучая протоны электромагнитным излучением. В этом случае наблюдается реальное рассеяние Комптона, которое сопровождается изменение частоты фотона. Скалярные компоненты нужных величин (то есть поляризуемости при нулевом квадрате переданного 4-импульса) появляются во вкладах второго порядка в соответствующий гамильтониан взаимодействия.

Для исследования же зависимости поляризуемостей от различных переданных 4-импульсов, физикам нужны процессы с нарушением связи энергия-импульс, то есть вне массовой поверхности. Такое происходит при взаимодействии с виртуальными частицами. Поэтому полностью поляризуемости проявляют себя при измерении виртуального комптоновского рассеяния, в котором падающий фотон рождается в акте взаимодействия электрона с протоном как частица-переносчик.

Для исследования такого рассеяния физики направляли пучок электронов с энергией 4,56 гигаэлектронвольт на мишень из жидкого водорода толщиной 10 сантиметров. Спектрометры в экспериментальной камере фиксировали энергии и импульсы рассеявшихся электронов и протонов отдачи. По совпадениям от них можно было восстановить всю кинематику рассеяния. Особенностью проделанного эксперимента стало то, что его авторы проводили измерения вблизи нуклонного резонанса, где поляризуемости проявляются сильнее. Кроме того, физики концентрировались на азимутально-симметричных рассеяниях фотона, сравнения которых позволили исключить ряд систематических факторов.

Физики обработали данные для трех переданных 4-импульсов: 0,28, 0,33 и 0,40 квадратных гигаэлектронвольта. Они подгоняли измеренные сечения под модель на основе дисперсионных соотношений, куда электрическая и магнитная поляризуемости входят в качестве свободных параметров, в то время как протонные электромагнитные форм-факторы считались известными и брались учеными из литературы. Строя зависимость поляризуемостей от переданных 4-импульсов, авторы подтвердили, что для ее электрической части на 0,33 квадратных гигаэлектронвольта присутствует пик, который, однако, примерно в два раза меньше, чем тот, что наблюдался ранее.

Исходя из модели, авторы оценили средний квадрат радиуса электрически поляризованного протона, который оказался равен 1,36 ± 0,29 квадратных фемтометра. Это почти в два раза больше, чем средний квадрат радиуса неполяризованного протона, равный примерно 0,7 квадратных фемтометра. Физики связывают такое изменение главным образом с деформацией мезонного облака в протоне. Средний квадрат радиуса магнитно поляризованного протона оказался равен 0,63 ± 0,31 квадратных фемтометра, что свидетельствует о компенсации диа- и парамагнитных вкладов в протоне.

полностью на n+1

Первый южнокорейский лунный зонд «Данури» запущен на борту Falcon 9

Прошлой ночью был довольно интересный запуск, ракета-носитель Falcon 9 с лунным зондом «Данури», первым межпланетным космическим аппаратом Южной Кореи, стартовала с мыса Канаверал. Интересно тут то что это был запуск на луну, зонд будет работать на окололунной полярной орбите, как минимум, год, исследуя состав и структуру поверхности Луны, а также поищет залежи льда в полярных кратерах Луны.KPLO (Korea Pathfinder Lunar Orbiter) стал первым космическим аппаратом Южной Кореи, запущенным за пределы околоземной орбиты.

Спасибо Паше из Alpha Centauri за стрим.

KPLO летит к луне по балистической траектории. Ожидается, что зонд выйдет на окололунную орбиту к декабрю. После этого он перейдет на рабочую полярную орбиту с высотой 100 километров, где начнется его научная программа, рассчитанная минимум на один год.

Зонд создавался Корейским институтом астрономии и космических наук более шести лет, при этом свой вклад в проект внесло NASA, поставив один из научных инструментов, а также обязавшись помочь в поддержке связи с аппаратом. Второе официальное название зонда — «Данури», что в переводе с корейского означает «наслаждайтесь Луной». Запуск «Данури» станет первым этапом южнокорейской лунной программы, второй этап которой стартует в 2025 году, когда к Луне будут отправлены орбитальный аппарат и посадочный модуль с луноходом.Общая масса зонда составляет 678 килограмм, он оснащен двумя солнечными батареями, параболической антенной, двигательной установкой из восьми двигателей орбитального маневрирования и управления ориентацией, а также пятью научными инструментами. Камера LUTI (LUnar Terrain Imager) будет получать детальные изображения поверхности Луны, камера PolCam будет вести поляриметрические наблюдения за Луной в оптическом и ультрафиолетовом диапазонах волн. Магнитометр KMAG займется исследованиями магнитного поля Луны и лунных вихрей, а гамма-спектрометр KGRS изучит распределение в поверхностном слое Луны различных химических элементов и воды. Последним научным прибором станет высокочувствительная камера ShadowCam, разработанная NASA и предназначенная для съемки постоянно затененных кратеров вблизи полюсов Луны. Кроме того, на борту аппарата находится эксперимент DTNPL (Delay-Tolerant Networking experiment) по созданию канала связи с Землей, устойчивого к задержкам.

новость полностью на n+1

Индонезийского крокодила освободили от шины на шее после шести лет неудачных попыток

Российский производитель майонеза испытал аэротакси собственной разработки

ссылка на гифку

Компания «Эфко», известная майонезом, подсолнечным маслом и кетчупом «Слобода», показала испытания прототипа аэротакси Hi-Fly Taxi в беспилотном режиме. В конце следующего года Hi-Fly Taxi будет летать по выделенным маршрутам в Белгородской области.

Аэротакси — это собирательный термин для небольших электрических летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой, способных перевозить несколько человек. Их разработкой сегодня занимается целый ряд компаний от стартапов, как Vertical Aerospace, до авиастроительных концернов, как Airbus.

Инновационный центр «Бирюч» компании «Эфко» занимается разработкой Hi-Fly Taxi с прошлого декабря. Аэротакси представляет собой мультикоптер с 16 электрическими двигателями, расположенными в двух плоскостях. Разработчики говорят, что такая конструкция позволяет достичь оптимального соотношения между маневренностью и устойчивостью.

Hi-Fly Taxi семь метров в длину и два — в высоту. Дальность полета аэротакси оценивается в 150 километров, скорость — в 150 километров в час, а грузоподъемность — в 200 килограмм.

«Эфко» 10 декабря показала летные испытания прототипа Hi-Fly Taxi. Первый успешный полет аппарата прошел в октябре 2021 года в беспилотном режиме. До этого он уже поднимался в воздух, но в ручном режиме и не всегда удачно. Например, в сентябре во время тестирования без противопереворотной системы у аэротакси отказал компас и произошла небольшая авария.

Пока прототип Hi-Fly Taxi может пролетать до 15 километров и перевозить грузы до 120 килограмм. Он оснащен литий-ионными аккумуляторами. Разработчики планируют, что в следующем году аэротакси начнет летать по выделенным маршрутам в Белгородской области на расстояние до 50 километров.

Кроме аэротакси «Эфко» создает грузовой беспилотник Hi-Fly Cargo и планирует запустить их в серийное производство к 2024 году. Предполагается, что к этому моменту Hi-Fly Cargo сможет летать на расстояния до 600 километров со скоростью до 300 километров в час, перевозить до 220 килограмм. Продолжительность полета беспилотника должна составить 180 минут. Первый перелет Hi-Fly Cargo из Алексеевки в Белгород запланирован на 2028 год.

Hi-Fly Taxi — не первый российский проект аэротакси. Ранее мы писали про прототип аэротакси компании «Бартини», который во время испытаний замерз и упал в сугроб.

Потенциально самый крупный объект Облака Оорта оказался огромной кометой

Недавно открытый транснептуновый объект 2014 UN271, который считался возможно самым крупным телом Облака Оорта из когда-либо обнаруженных (диаметр 2014 UN271 оценивается в 130–370 километров), оказался огромной кометой. К такому выводу астрономы пришли, обнаружив у него кому. Циркуляр опубликован на сайте Центра малых планет.

Об открытии 2014 UN271 было объявлено 19 июня 2021 года, оно было сделано в рамках обзора DES (Dark Energy Survey). Первоначальные наблюдения за объектом показали, что его текущий орбитальный период составляет 3 миллиона лет, а афелий его орбиты достигает внутренней части облака Оорта (~50 000 а.е., согласно вики). Предварительная оценка размеров 2014 UN271 позволяла предположить, что это достаточно крупный объект, возможно карликовая планета.

Новые наблюдения за объектом, проведенные 22 июня 2021 года при помощи 1-метрового телескопа Sutherland наземной сети LCOGT, показали, что он проявляет активность и обладает немного ассиметричной комой, что характерно для комет. На момент наблюдений 2014 UN271 находился на расстоянии 20,18 астрономических единиц, яркость была оценена в 19,8 звездной величины, что несколько больше, чем предсказывалось. Его орбита сильно (95,4 градуса) наклонена относительно плоскости эклиптики и вытянута (эксцентриситет 0,99)

Наличие комы подтверждается и данными наблюдений телескопа SkyGems в Намибии.

В связи с этим Центр малых планет 24 июня 2021 года переклассифицировал объект как комету, теперь она имеет обозначение C/2014 UN271 (Бернардинелли-Бернштейн). Ожидается, что в начале 2031 года комета пройдет свой перигелий, находящийся на расстоянии примерно 10,5 астрономических единиц от Солнца. Ученые надеются провести ряд наблюдений за ней, так как они могут дать уникальную информацию о свойствах и составе тел, оставшихся со времен формирования Солнечной системы. 

ссылка на гифку

*Точка пересечения плоскости эклиптики на гифке показана изменением цвета траектории и находится немного за Сатурном (желтенький)

Сурс 

Китайцы показали прототип домашнего человекоподобного робота

ссылка на гифку

Человекоподобные роботы позиционируются их разработчиками как устройства, которые в будущем будут сосуществовать с людьми, помогая им в быту, и заменять специалистов-людей в опасных условиях. В основном их можно разделить на два класса: полноразмерные роботы размером с человека, такие как Atlas и Digit, и небольшие с гораздо меньшим ростом, например, NAO от Softbank и Alpha от UBTECH Robotics. Помимо совсем небольшого коммерческого Alpha инженеры компании уже несколько лет разрабатывают робота промежуточного размера Walker и теперь представили его новую версию Walker X.

полностью статья на n+1

Астрономы впервые получили прямой снимок зарождающейся планеты

Астрономы получили первый прямой снимок зарождающейся планеты, движущейся в протопланетном диске молодой звезды. Это позволяет серьезно расширить наши знания о механизмах образования планетных систем и проверить теоретические модели формирования планет. Препринты статей (раз и два) опубликованы на портале arXiv.org, кратко о работе рассказывается на сайте Европейской южной обсерватории.

За последние два c лишним десятилетия, прошедшие с момента открытия первой экзопланеты, астрономы открыли несколько тысяч планетных систем, отличающихся большим разнообразием структур и сочетаний типов звезд и обращающихся вокруг них экзопланет. Это послужило мощным толчком к развитию представлений о механизмах формирования и эволюции планетарных систем. Однако практически все открытые объекты представляют собой уже сформировавшиеся планеты, поэтому задача обнаружения планет на стадии образования (протопланет) важна с точки зрения нашего понимания механизмов, управляющих зарождением и эволюцией планетных систем, в том числе и нашей собственной. Задача осложняется тем, что существующие методы поиска плохо годятся для обнаружения протопланет и получение прямых изображений таких объектов в среде, где они формируются (околозвездных дисках вокруг молодых звезд) возможно, но достаточно сложно, поэтому исследователи пользуются косвенными методами, например по движению газовых облаков в диске.

В новых работах две группы астрономов во главе с Мириам Кепплер (Miriam Keppler) и Андре Мюллером (André Müller) сообщают о результатах наблюдений, проведенных при помощи приемника SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch instrument), смонтированного на телескопе VLT (Very Large Telescope) в Чили. Основная цель этого мощного специализированного научного инструмента — получение снимков экзопланет и околозвездных дисков методом прямых изображений, для этой цели свет от звезды блокируется при помощи коронографа, а данные обрабатываются при помощи специальных алгоритмов. Целью наблюдений стала звезда PDS 70типа Т Тельца, расположенная на расстоянии 370 световых лет в созвездии Центавра. Ее масса оценивается в 0,76 масс Солнца, а возраст — в 5,4 миллионов лет. Звезда окружена протопланетным диском, открытым в 2006 году, и имеющим средний радиус примерно 140 астрономических единиц.

Итогом наблюдений в ближнем инфракрасном диапазоне, проведенных в рамках обзоров SHINE (SpHere INfrared survey for Exoplanets) и DISK (sphere survey for circumstellar DISK), стало открытие формирующейся планеты PDS 70b, окруженной собственным аккреционным диском, которая при движении создает зазор в протопланетном диске. Моделирования, проведенные с использованием данных спектрофотометрических наблюдений, дают оценки массы планеты от 2 до 17 масс Юпитера, радиус от 1,4 до 3,7 радиусов Юпитера, температуру внешних слоев в 1000–1600 Кельвинов. Планета расположена на расстоянии в 22 астрономических единицы от звезды, а орбитальный период PDS 70b оценивается в 118 лет (Уран 19,19 а.е. и 84 года, Юпитер - 5.2 а.е. и 11,86 лет соответственно). Ученые отмечают, что проведенная работа представляет собой лишь первый шаг к всестороннему изучению параметров орбиты и атмосферы новорожденной планеты, дальнейшие наблюдения, проведенные при помощи космического телескопа имени Джеймса Уэбба и системы радиотелескопов ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) позволят ввести дополнительные ограничения на характеристики этого объекта.

Сурс

Уже не те. Почему помидоры потеряли вкус и как его вернуть

Интересная обзорная статья про помидорчики на n+1

ссылка на гифку

«Помидоры у нас круглый год пластиковые на вкус», — сетует обитательница женского форума. Активная участница форума агрономов-любителей жалуется на голландский сорт томатов «Лоджейн»: «Кирпич, а не помидор». Авторитетного консенсуса, какие же томаты выискивать на рынках и прилавках магазинов или какие сорта сажать на своих участках, будто бы нет. В редакции N + 1 тоже считают, что купить сочный, вкусный и ароматный помидор — небывалая удача. Разбираемся с потерей помидорного запаха и вкуса, читая научную периодику. 

Негодование потребителей не спишешь ни на какие психологические эффекты и когнитивные искажения из серии «раньше было лучше»: ученые подтверждают, что томаты уже не те, что были раньше.

В конце 90-х норвежские маркетологи отобрали все найденные ими в супермаркетах сорта и разновидности томатов, а затем с помощью добровольцев-дегустаторов оценили их вкусовые качества (такие исследования носят звучное имя sensory studies). Потребителям понравились те сорта, что содержали много сахаров. На следующем этапе ученые проанализировали спрос и выяснили, что люди отдают предпочтение твердым плодам — вкус которых далеко от того, который выбирали дегустаторы в первом исследовании. Такие плоды хорошо годятся для фаршировки, засола и прочей обработки.

Затем исследователи предложили производителям томатов и торговым сетям маркировать свой товар, чтобы покупатели понимали, твердые или сахаристые покупают. В результате этого эксперимента потребление томатов в Норвегии увеличилось с примерно пяти до 15-20 килограммов на душу населения в год — оказывается, потребители просто не могли разобраться, какие плоды вкусные.

***

Томат родом из Латинской Америки. В Европу его привезли испанцы в XVI веке. Слово же «томат» происходит от «томатль», которым астеки обозначали и растение, и его плоды.

Происхождение же русского слова «помидор» имеет несколько версий. По одной из них, это название восходит к итальянскому «pomo d’oro», что означает «золотое яблоко». По другой — к французскому «pomme d’amour» (яблоко любви), которое ссылается на репутацию помидоров, как афродизиаков, в эпоху барокко. В России до XVIII века к помидорам относились настороженно: слишком уж их листья похожи на ядовитую беладонну, европейскую представительницу того же семейства пасленовых, которую в народе называли сонной одурью.

***

Изображение томата Solanum lycopersicum из ботанического труда начала XIX века J.T. Descourtilz

Но пример норвежской реформы не отвечает на вопрос, почему помидоры лишились вкуса. Этим в середине 2010-х занялся крупный международный коллектив, куда вошли научные группы из Китая, США, Испании и Израиля. Дизайн их исследования напоминал сценарий телепередачи «Контрольная закупка»: народная дегустация, лабораторные тесты, сведение данных.

Исследователи выбрали 160 распространенных сортов — как старых сортов, так и недавно выведенных селекционерами — и предоставили их на дегустацию 101 испытуемому. Затем расширили число анализируемых сортов до 398, взяв данные предыдущих исследований. В финальную выборку вошли «реликтовые» помидоры (так называемые heirloom plants: овощи и фрукты, которые выращиваются традиционным, а не промышленным способом, размножаются опылением и так далее — прим. N + 1), а также дикие томаты и их ближайшие некультивируемые родственники.

Другая часть команды в это время занималась химическим анализом плодов. Они выявили более 400 органических соединений, входящих в их состав и измерили концентрации каждого из них в каждом исследуемом сорте.

Дальше они стали искать корреляции между концентрациями соединений в томатах и тем, как их вкус оценили дегустаторы. Выяснилось, что 33 молекулы связаны с оценками вкусовых качеств томатов, 37 — аромата, а еще 28 веществ ассоциированы одновременно со вкусом и запахом. В число особо значимых веществ попали глюкоза, фруктоза, компоненты растворимой клетчатки, лимонная и яблочная кислоты, геранилацетат, сулкатон (6-метил-5-гептен-2-он) и гваякол (ароматическое вещество из класса фенолов с «дымным» запахом; им пахнет, например, пряный ром). Причем их концентрации в старых коллекционных сортах оказалось существенно выше, чем в современных.

***

***

На следующем этапе ученые стали искать гены, ответственные за выработку вкусных и пахучих молекул. Сначала они провели полногеномное секвенирование сортов — то есть считали всю генетическую информацию. Затем с помощью полногеномного поиска ассоциаций выявили конкретные генетические последовательности, связанные этими молекулами, и их положение в геноме.Оказалось, что гены 13-ти искомых веществ попросту отсутствовали в тех современных сортах, качества которых дегустаторы оценили невысоко. Часть других важных для вкуса и запаха генов в них все же присутствовала, но не в тех локусах (не на тех же местах), что в более привлекательных коллекционных сортах. То есть на вкусовых качествах сказывается не только наличие генов, но и их положение в геноме.

Как так получилось

«Помидоры пластиковые из-за генной модификации», — пишет обитатель форума айтишников под ником Курцвейл. Он отчасти прав: авторы вышеописанного исследования подчеркивают, что вкуса томаты лишились не случайно, а из-за селекции, что, по сути, тоже генная модификация. Только безо всяких манипуляций с геномом при помощи молекулярных инструментов, которые мы освоили к началу XXI века.

Селекционеры, естественно, не ставили перед собой цели получить невкусные помидоры. Просто у них были другие приоритеты: высокая урожайность, устойчивость к холодам и засухам. Или вообще логистические «добродетели»: долгий срок хранения и плоды, которые легче переносят транспортировку.

«После Второй мировой войны компании-производители семян просто беспокоились о том, как накормить как можно больше людей», — отмечает один из авторов статьи, профессор Института молекулярной и клеточной биологии Валенсии Антонио Гранелл в комментарии для The Guardian.

Ко второй половине XX века аграрии поняли, что на коммерческий успех овощей и фруктов влияет их красота — и вплотную занялись тем, чтобы те выглядели симметрично, привлекательно и хорошо сохраняли свою форму. Но при этом им также нужно было сохранить их «транспортабельность», которая намного выше у неспелых плодов. Таким образом, аромат и вкус помидоры потеряли просто потому, что выпали из внимания компаний-производителей. Супермаркеты заполнились сортами, которые хорошо переносят длительную транспортировку и при этом вкусно выглядят. Иными словами, селекция была направлена на то, чтобы плоды становились красными раньше, чем по-настоящему созреют.

Так, например, китайские и испанские биологи выявили молекулярный механизм созревания плодов. Оказалось, что все вкусные и пахучие вещества, равно как и красные пигменты, образуются в результате каскада биохимических реакций в пластидах клеток плода. Этот каскад называется хлоропласт-ассоциированной протеолитической деградацией (chloroplast-associated protein degradation, CHLORAD). Одна из ключевых реакций этого каскада — убиквитинирование белков хлоро- и хромопластов и белков протеосом с помощью фермента убиквитинлигазы Е3 (вариант SP1 или его гомолога SPL2).

***

Зачем плодам вызревать

Все крупные и мясистые плоды рассчитаны на то, что их съест какое-нибудь животное. За время переваривания это животное уйдет, убежит или вовсе улетит куда-нибудь далеко от материнского растения, а потом с экскрементами освободит семена на волю. Пока плод незрел, семена не готовы еще не готовы к такому приключению: у них могли не сформироваться подобающе прочные покровы, достаточный для старта запас питательный веществ или не до конца развиться зародыш. Поэтому незрелые плоды невкусные, невзрачные или даже ядовитые. Когда семена готовы, растение всячески привлекает к себе внимание потенциальных союзников: ярким ли цветом, вкусным ли ароматом, сочной и вкусной ли плотью — или всем и сразу.

Когда помидоры созревают, их маленькие зеленые плоды краснеют и увеличиваются, становятся сочными, сладкими, ароматными — и при этом мягкими. Включение «генов созревания» и выключение генов «незрелости» в томатах, как и у большинства других растений, в основном вызывает этилен (поэтому иногда перед тем, как выложить еще не созревшие на самом деле томаты на прилавок, их поливают этиленом, чтобы те подрумянились). Гены синтеза этилена (например, ACO1, ACS2, ACS4, NR) активируются, опять же, в плодах при созревании, а этилен затем действует как транскрипционный фактор других генов «созревания», и вся система раскручивается, как маховик.Убиквитинлигазы Е3 контролируют эти процессы. Они связываются с белками хлоропластов (с которыми связана зеленая окраска плодов), ускоряя их трансформацию в хромопласты (с увеличением числа которых плод «наливается» цветом). Лигазы способствуют преобразованию клеточных стенок и запускают экспрессию генов, «спавших» в зеленых плодах. Они же и раскручивают маховик синтеза этилена. Таким образом, эти ферменты прямо или косвенно регулируют все аспекты созревания плода: покраснение, умягчение, появление привлекательного вкуса и аромата. Поэтому если заставить ген, кодирующий лигазу SP1, считываться чаще, это приведет к увеличению числа этих ферментов — и заставит плод стремительнее созревать. Подавление же генов синтеза SP1 и SPL2 растягивает во времени процесс созревания. Хотя при этом сам плод во вкусе, запахе и цвете зрелых плодов не потеряет — а значит, можно будет отправить еще не созревший плод в долгую дорогу, чтобы он «дошел» как раз к моменту, как окажется на прилавке.

Это значит, что если контролировать эти молекулярные механизмы, можно получить томаты, которые будут одновременно и удобными для тех, кто ими торгует, и вкусными — то есть привлекательными для покупателей.

Сравнение того, как вызревают: (WT) контрольные томаты, (slSP1-KD) томаты с выключенным геном синтеза убиквитинлигазы Е3 SP1, (slSP1-OX) томаты с увеличенной транскрипцией Е3 SP1, (slSPL2-KD) выключенным геном синтеза варианта SPL2. Выключение генов убиквитинлигаз растягивает все аспекты созревания плодов, а их оверэкспрессия — ускоряет / Qihua Ling et al. / Nature Plants, 2021

Два года назад другая же международная команда, куда вошли некоторые авторы исследования связи вкуса томатов с концентрацией в них специфических соединений, сфокусировалась больше на генах, нежели каскадах биохимических реакций. На основе данных о генетических последовательностях 725 разных сортов и ближайших родственников томата они собрали референсный «пангеном», включающий все возможные кодирующие последовательности.

С помощью алгоритма вычисления присутствующих и отсутствующих вариаций (presence-absence variation analysis) ученые выяснили, что современные томаты в ходе одомашнивания и селекции потеряли 4873 гена. Это позволило им прижиться в разном климате и стать устойчивее к вредителям и болезням — но вместе с тем не всегда позитивно повлияло и на их вкус.

Изменение числа вариантов генов в «пангеноме» по мере увеличения числа исследованных сортов. Зеленая кривая отображает, сколько новых вариантов в «пангеном» дает каждый новый проаналированный генетический вариант. На графике видно, что обогащение «пангенома» нелинейно зависит от увеличения выборки, и что выборка более чем достаточна, ибо кривые вышли на плато / Lei Gao et al. / Nature Genetics, 2019

Продолжив эксперименты, ученые получили трансгенные томаты-черри с вкусными и ароматными плодами. Правда, в чисто научных целях. Но авторы работают утверждают, что их результаты могут взять на вооружение производители семян.

С помидорами работали и другие генные инженеры. Например, одна научная группа внедрила в них гены черники — и получила плоды фиолетово-черного цвета. Ещё одна команда исследователей создала другие помидоры с запахом, напоминающим корицу. Его обуславливает наличие фенилпропаноидов. Эти вещества более знамениты свойством снижать риск развития болезни Альцгеймера. Третьи нашли гены, работая с повторностью которых, можно удлинять или укорачивать плоды томата.

Долгие века селекции подарили нам огромное разнообразие помидоров. Одни — мясистые, сладкие и ароматные, но хранятся не дольше недели и не выносят длительной транспортировки. Другие вызревают на вечной мерзлоте, но жестки и безвкусны. Есть третьи, четвертые, пятые, десятые — и все со своими «но». Генная инженерия способна обратить эти «но» в «а еще и». Правда, их создание, выращивание, применение и продажа в большинстве стран строго регламентированы и ограничены. Так что томаты пока ждут своей очереди вместе с картофелем и хлебом.

Биологи определили кроличий ген хождения на передних лапах

ссылка на гифку

Одна из пород домашних кроликов известна нарушениями в координации движений: чтобы компенсировать недостаточную синхронизацию задних лапок, кролики при ходьбе полностью поднимают заднюю часть и передвигаются только на передних. Биологи нашли ген, соответствующий этому расстройству и показали, что он влияет на формирование вставочных нейронов в спинном мозге животных. Работа опубликована в PLOS Genetics.

Хорошо скоординированные движения конечностями для животных – вопрос жизни и смерти (и успешного размножения). Обработка получаемой информации (визуальной, слуховой, вестибулярной) и соответствующие двигательные команды, посылаемой нервной системой, формируют походку животного. Расположенная в спинном мозге нейронная сеть – центральный генератор упорядоченной активности – управляет ритмом движений, активностью мышц-сгибателей и разгибателей, а также координирует движения правых и левых конечностей. Многие млекопитающие могут менять свою походку в зависимости от необходимой скорости и рельефа, выбирая ходьбу, рысь или галоп. Походка различается у разных видов животных: кто-то передвигается на двух конечностях, кто-то на четырех; кто-то чередует правые и левые конечности, у кого-то их движения синхронизированы (например, во время прыжков у зайцев или кенгуру).

Исследователи часто интересуются биомеханикой, морфолофологическими и физиологическими адаптациями, которые характеризуют разные способы передвижения у животных. Однако генетические и молекулярные механизмы, которые объясняют различия между движениями отдельных особей и представителями разных видов, редко попадают в поле зрения ученых.

Среди млекопитающих кролики и зайцы особенно выделяются своим скачкообразным способом передвижения. Их передние лапы сгибаются и разгибаются поочередно, а задние – синхронно, вместе, с большей амплитудой, что и позволяет этим животным прыгать. Одна из пород одомашненных кроликов, альфорский прыгун (sauteur d'Alfort), известна своим странным способом передвижения. Когда таким кроликам требуется небольшая скорость, они слишком сильно поднимают свои задние лапы. На большой же скорости задние лапы не синхронизируются, и альфорские прыгуны так и не могут прыгать. Расстройство сильно снижает эффективность передвижения, и кролики по-особому адаптировались: ради длительной или более быстрой ходьбы животные стали поднимать свои задние лапы и ходить только на передних, как акробаты.

К сожалению, это не единственная проблема, с которой сталкиваются представители породы. Кролики рождаются слепыми из-за дисплазии сетчатки. Фенотип альфорских прыгунов, который включает в себя особенности походки и поражения глаз, контролируется одной-единственной аутосомной рецессивной аллелью.

Ученые из Университета Порту и Уппсальского университета под руководством Лейва Андерссона (Leif Andersson) изучили генетический механизм, лежащий в основе необычной походки альфорских прыгунов. Исследователи провели эксперимент, который позволяет определить генетические маркеры, связанные с тем или иным мутантным фенотипом. Альфорских прыгунов скрестили с особями другой породы и провели полногеномное секвенирование второго поколения потомства. Внимание ученых привлек один участок, который был свойственен прыгунам, и который, предположительно, должен был содержать искомую мутацию. Участок размером 5,4 миллионов пар нуклеотидов подробно проанализировали на предмет единичных замен, вставок или удалений нукледотидов, а также более крупных структурных изменений. Оказалось, что мутация в гене RORB приводит к неправильному сплайсингу, то есть неправильному формированию зрелой матричной РНК, по которой синтезируется соответствующий белок.

Этот же участок гена оказался консервативным: его нашли еще у 70 плацентарных животных, генетическая информация которых была доступна авторам работы. Также известно, что мыши с удаленным геном Rorb тоже испытывают проблемы с сетчаткой и координацией движений: у них проявляется «утиная» походка.Дальнейшие эксперименты показали, что из-за у кроликов с этой мутацией сильно снижено количество нейронов с белком RORB (по сравнению со здоровыми). У мышей с такой же мутацией RORB играет роль в дифференциации клеток фоторецепторов в сетчатке и определенных слоев неокортекса. Авторы работы показали, что у кроликов RORB вовлечен в процесс дифференциации вставочных нейронов в спинном мозге. Вероятно, это нарушение и приводит к плохой координации движений животных.

Мутации в одном гене нередко приводят неожиданным изменениям в организме животных. Не всегда эти мутации вредны: так, замена одного нуклеотида помогла арктическим сапсанам увеличить дальность миграций, а мутация в единственном гене сделала мышей умными и смелыми.

полностью статья на n+1