Конкурс «Знание – Сила!»

Источник: feedproxy.google.com, получено с помощью rss-farm.ru

Вскоре стартует эксперимент по проверке гипотезы о майорановской природе нейтрино

Физики завершают подготовительные работы по проекту MAJORANA, направленному на проверку гипотезы о майорановской природе нейтрино.

Торжественное открытие подземной лаборатории в Блэк-Хиллс (Южная Дакота), где разместится оборудование MAJORANA, назначено на 30 мая. Вскоре после этого коллаборация, в которую входят более 100 учёных из США, Канады, России и Японии, планирует приступить к экспериментам.

Шахта, в которой будут проводиться эксперименты по регистрации безнейтринного двойного бета-распада. Левый туннель ведёт к установке MAJORANA DEMONSTRATOR, а правый — к детектору LUX, предназначенному для поиска частиц тёмной материи. В шестидесятых годах ХХ века в камере, которую сейчас занимает LUX, работал лауреат Нобелевской премии Раймонд Дэвис, чьи опыты в итоге привели к открытию нейтринных осцилляций. (Фото Matt Kapust.)

Майорановскими, напомним, называют частицы, тождественные своим античастицам. Такими свойствами обладают бозоны (к примеру, нейтральный пион или фотон), но собрать убедительные доказательства существования майорановских фермионов физикам пока не удаётся. Конечно, совсем недавно мы рассказывали об опыте, в котором были зарегистрированы следы фермионов такого типа, но речь тогда шла о квазичастицах, а не об элементарных частицах, рассматриваемых в работах самого Этторе Майораны.

Попытки показать, что нейтрино — фундаментальные частицы — представляют собой майорановские фермионы, физики предпринимали ещё в ХХ веке. Надёжным экспериментальным свидетельством они считали (и продолжают считать) наблюдение редчайшего вида радиоактивного распада — безнейтринного двойного бета-распада, для которого майорановская природа нейтрино входит в список необходимых условий. Хотя в начале двухтысячных научная группа «Гейдельберг — Москва» уже заявляла о регистрации этого явления, поверили ей далеко не все.

Здесь стоит немного рассказать о собственно безнейтринном двойном бета-распаде. Обычный бета-распад, как могут помнить наши читатели, сопровождается изменением заряда ядра на единицу и испусканием электрона или позитрона и антинейтрино или нейтрино, прекрасно изучен и наблюдается без каких-либо проблем. Зафиксировать его намного более редкую двойную разновидность, которая характеризуется преобразованием двух нейтронов в ядре в протоны и испусканием двух электронов и двух антинейтрино, гораздо сложнее, и успеха физики добились только в 1986-м. Двойному бета-распаду подвержено совсем небольшое число изотопов, объединённых общим свойством: они имеют бóльшую энергию связи ядра, чем их соседи по периодической таблице с увеличенным на единицу атомным номером, и меньшую энергию связи, чем ядра с атомным номером, поднятым на два. В такой ситуации «одинарный» бета-распад энергетически запрещён, тогда как двойной — допускается.

Классическим примером изотопа, склонного к двойному бета-распаду, считается германий-76 (атомное число Z = 32), который не может превратиться в мышьяк-76 с Z = 33, но зато способен перейти в селен-76 с Z = 34. Распады 76Ge регистрируются с девяностых годов прошлого века; измеренный период его полураспада составляет ~1,3•1021 лет, то есть примерно в сто миллиардов раз превышает возраст Вселенной.

Безнейтринный распад должен происходить ещё реже и, в полном соответствии с названием, не будет сопровождаться вылетом антинейтрино. «Важно, что он, помимо прочего, нарушает одно из базовых положений Стандартной модели физики частиц — закон сохранения общего лептонного числа, — замечает участник MAJORANA Алан Пун (Alan Poon) из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли. — Так как электроны относятся к лептонам, двойной бета-распад, в котором рождаются два электрона, увеличивает лептонное число на два, но при этом появляется ещё и пара антинейтрино с отрицательными числами. В результате мы получаем ноль — сохранение. В безнейтринном случае лептонное число, напротив, изменяется на две единицы».

Безнейтринный вариант распада также реализуется только при условии смены спиральности (проекции спина на направление импульса) нейтрино. Возможность такого изменения, в свою очередь, прямо связана с вопросом о массе этой частицы. При ненулевой массе последняя должна двигаться со скоростью, уступающей скорости света, а это означает, что её всегда можно «обогнать», перейдя в новую систему отсчёта, которая перемещается быстрее; поскольку импульс в этой системе имеет направление, противоположное исходному, вслед за ним и сменится спиральность. Таким образом, если физики сумеют определить, насколько часто происходит безнейтринный двойной бета-распад, они оценят ещё и массу нейтрино.

Схемы обычного (сверху) и безнейтринного двойных бета-распадов (иллюстрация Berkeley Lab).
Схемы обычного (сверху) и безнейтринного двойных бета-распадов (иллюстрация Berkeley Lab).

Сотрудники коллаборации MAJORANA намереваются создать установку с полупроводниковыми детекторами на основе германия (обогащённого изотопом 76Ge) общей массой в ~1 т, длительные наблюдения на которой дадут хорошую вероятность регистрации безнейтринного распада. Сначала, впрочем, экспериментаторам необходимо установить, существует ли возможность снизить естественный фон до приемлемых значений. Именно этим они и будут заниматься на первой стадии эксперимента, названной MAJORANA DEMONSTRATOR и требующей «всего» 40 килограммов чистейшего германия, 30 из которых будут обогащены 76Ge на уровне в 86%.

Слой горных пород толщиной более километра должен, согласно плану, защитить детекторы от внешних воздействий, связанных с космическими лучами, а несколько слоёв меди и свинца — от природной радиоактивности пород. Если это позволит подавить фон, выделить сигнал безнейтринного двойного бета-распада — появление двух электронов с общей энергией в 2,039 МэВ — будет не так уж и трудно.

На начальном этапе эксперименту MAJORANA придётся конкурировать с проектом GERDA. Здесь также используются германиевые детекторы, смонтированные в подземной итальянской Национальной лаборатории Гран-Сассо, но защита организована по другому принципу, с помощью жидкого аргона и воды. «Мы сравним результаты измерений и выясним, какой метод подавления фона работает лучше, а при постройке однотонного детектора, возможно, объединим наши усилия», — делится планами на будущее г-н Пун.

Отдельные германиевые детекторы компонуются в виде «нитей», после чего загружаются в защищённый свинцом и медью объём установки MAJORANA DEMONSTRATOR (иллюстрация Berkeley Lab).
Отдельные германиевые детекторы компонуются в виде «нитей», после чего загружаются в защищённый свинцом и медью объём установки MAJORANA DEMONSTRATOR (иллюстрация Berkeley Lab).

Подготовлено по материалам Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли.

blog comments powered by Disqus

Источник: feedproxy.google.com, получено с помощью rss-farm.ru

У матричной РНК нашлись многочисленные модификации

Исследователи обнаружили, что матричная РНК модифицирована ничуть не меньше, чем ДНК, причём модификации касаются важнейших генов, участвующих в развитии самых разных заболеваний, от рака до шизофрении.

Синтез белка на мРНК; нить мРНК окрашена красным, рибосомы — синим, растущие полипептидные цепи — зелёным. (Фото <noindex><a  href=http://www.sciencephoto.com>Dr Elena Kiseleva</a></noindex>.)
Синтез белка на мРНК; нить мРНК окрашена красным, рибосомы — синим, растущие полипептидные цепи — зелёным. (Фото Dr Elena Kiseleva.)

О том, что химические модификации ДНК или обслуживающих её белков влияют на активность генов, известно давно: это один из примеров эпигенетического кодирования. Но до сих пор в исследованиях эпигенетического кода не находилось места для РНК: исследователи были заняты ДНК и гистонами, упаковывающими ДНК в хромосому. Оттого результаты, полученные группой исследователей из Корнеллского университета (США), выглядят особенно интригующими.

Учёным удалось обнаружить многочисленные модификации в матричной РНК, и есть все основания полагать, что они вносят свой вклад в регуляцию генетической активности. Результаты исследования опубликованы в журнале Cell.

Модификация, о которой идёт речь в статье, превращает аденозин в N6-метиладенозин, то есть на букву А генетического кода в мРНК вешается метильная группа. По словам авторов работы, 20% мРНК человека несут эту модификацию, причём касается она самых разных генов. Следует сказать, что N6-метиладенозин в матричной РНК был обнаружен ещё в 1975 году, но тогда не было уверенности, что он принадлежит именно мРНК, что в ходе эксперимента к мРНК не примешались транспортная и рибосомная РНК, которые, в отличие от мРНК, модифицированы щедро и разнообразно. На этот раз исследователи сумели прочесть последовательность модифицированных мРНК и обнаружили в них копии самых разных генов, имеющих отношение ко множеству заболеваний, от рака до шизофрении.

Более того, удалось найти фермент, который может снимать эту модификацию с мРНК. Им оказался продукт гена FTO, мутации в котором часто бывают связаны с ожирением и диабетом. Причём к метаболическим расстройствам приводит именно гиперактивность гена FTO, поэтому исследователи делают вывод, что метилирование матричной РНК необходимо для поддержания правильного метаболизма. Что до фермента, который, наоборот, модифицировал бы мРНК, то его пока не нашли. Зато учёные узнали, где группируются модификации — преимущественно вблизи стоп-кодона. Вероятно, это как-то влияет на работу рибосом, хотя тут, как признаются авторы работы, остаётся только гадать: возможно, модифицированные основания служат, как и в ДНК, для привлечения каких-то регуляторных белков.

Метилирование мРНК было обнаружено у человека и мыши, причём его рисунок оказался довольно консервативным: в обоих случаях модификации происходили в сходных последовательностях. Хотя прямых доказательств тому, что метилирование мРНК влияет на активность белкового синтеза, пока не получено, исследователи не сомневаются, что так оно и есть. Возможно, это универсальный механизм регуляции генетической активности, подобный эпигенетическим модификациям ДНК. Если так, то с практической точки зрения биологи и медики получат дополнительный инструмент в борьбе со сложнейшими и тяжелейшими недугами: достаточно будет лишь притормозить или, наоборот, ускорить ферменты, занимающиеся модификациями мРНК, чтобы генетическая активность человека пришла в норму.

Подготовлено по материалам Phys.Org.

blog comments powered by Disqus

Источник: feedproxy.google.com, получено с помощью rss-farm.ru

Генетические изыскания позволили уточнить степень родства приполярных американских племён

Два исследования, проведённые под руководством учёных из Университета Пенсильвании и «Генографического проекта» Национального географического общества США, пролили новый свет на заселение Америки.

Одна из работ, результаты которой опубликованы в American Journal of Physical Anthropology, посвящена хайда и тлинкитам, живущим на юго-востоке Аляски. Второе исследование — о нём учёные отчитались в Proceedings of the National Academy of Sciences — освещает генетическую историю трёх групп, обитающих на Северо-Западных территориях Канады.

Тлинкиты. Снимок сделан в 1906 году. (Изображение <noindex><a  href=http://www.flickr.com/photos/uw_digital_images/4971512955/>University of Washington Libraries</a></noindex>.)
Тлинкиты. Снимок сделан в 1906 году. (Изображение University of Washington Libraries.)

Хайда и тлинкиты имеют много общего в том, что касается материальной культуры, — к примеру, потлач, тотемные мотивы, материнские кланы. Между тем генетический анализ показал, что эти народы, хотя и обладают некоторыми общими характеристиками митохондриальной ДНК, весьма отличаются друг от друга. Сравнение с данными других групп позволяет даже предположить, что хайда долгое время жили относительно изолированно. Об этой изоляции уже подозревают лингвисты, которые сомневаются, что язык хайда принадлежит семейству на-дене.

Вторая статья посвящена племенам инувиалуитов, кучинов и тличо. Язык инувиалуитов относится к эскимосско-алеутской языковой семье, а кучины и тличо говорят на языках, принадлежащих к атабаскской подгруппе на-дене. Исследователи проанализировали 100 индивидуальных мутаций и 19 коротких фрагментов ДНК всех образцов, получив наиболее детализированные данные об Y-хромосоме этих групп в истории.

Были выделены несколько новых генетических маркеров, которые определяют неизвестные ранее ветви генеалогического древа приполярных народов. Один из маркеров, найденный у инувиалуитов и отсутствующий у двух других групп, заставляет предположить, что этот народ возник в результате арктических миграций где-то 8–4 тыс. лет назад отдельно от миграций, которые привели к появлению многих групп, говорящих на языках на-дене.

«Если мы правы, эта генетическая линия охватывала всю Арктику и Берингию», — говорит соавтор исследования Теодор Шурр из Университета Пенсильвании.

Подготовлено по материалам Университета Пенсильвании.

blog comments powered by Disqus

Источник: feedproxy.google.com, получено с помощью rss-farm.ru

Как мозг оценивает степень доверия к другому

Описаны мозговые структуры, которые определяют, насколько можно доверять другому человеку. Они же могут быть причиной гипертрофированной подозрительности.

Схема расположения парагиппокампальной извилины (рисунок <noindex><a  href=http://www.flickr.com/photos/neurociencias/>ixbalenka_calypso</a></noindex>).
Схема расположения парагиппокампальной извилины (рисунок ixbalenka_calypso).

Исследователи из Политехнического института Виргинии (США) заинтересовались тем, какие области мозга отвечают у нас за подозрительность. Чтобы выяснить это, они пригласили около двухсот добровольцев и предложили им сыграть в продавца и покупателя. Торг происходил следующим образом: покупатель оценивал товар и говорил, сколько это, по его мнению, может стоить. После этого продавец открывал свою цену. Если цена продавца была ниже той, что назвал покупатель, продавец получал номинал, а покупатель — товар и разницу между названной и реальной стоимостью. Если же названная покупателем цена была ниже, сделка не совершалась, и обе стороны оставались ни с чем.

Каждая пара проводила несколько таких торгов, причём стоимость товара увеличивалась. Одни покупатели старались называть реальную цену, другие предпочитали консервативно держаться одной и той же величины, но были и те, что пользовались обманной стратегией: на дешёвых товарах они сильно завышали свои оценки, а на дорогих — занижали, заставляя продавца сбивать свою цену. Проще говоря, покупатели должны были вынудить продавца продать вещь по наименьшей (или по реальной) цене. Очевидно, у продавцов был стимул разгадать стратегию покупателя. Никакой информацией о партнёре продавцы не располагали, то есть все их подозрения основывались лишь на поведении покупателя во время торга.

Одновременно исследователи с помощью фМРТ наблюдали за активностью мозга продавцов. В итоге удалось обнаружить две зоны, которые сопровождали рост подозрений: ими оказались миндалевидное тело и парагиппокампальная извилина.

Никакой достоверной информации о «торговом партнёре» у добровольцев-продавцов не было, поэтому большую роль играла эмоциональная оценка ситуации. Отсюда следует, что было задействовано миндалевидное тело, отвечающее за формирование эмоций. Активность этой зоны часто совпадала с общим уровнем недоверия, свойственным человеку. Но участие парагиппокампальной извилины оказалось для нейрофизиологов сюрпризом. Эта область обычно связывается с запоминанием сцен из прошлого, в ней хранятся описания ситуаций, которые с нами случались. В данном же случае она работала чем-то вроде внутреннего детектора лжи: чем сильнее продавец колебался относительно намерений покупателя, тем активней была парагиппокампальная извилина.

Результаты своих экспериментов исследователи представили в журнале PNAS.

Очевидно, что высокая активность этих двух «точек доверия» в мозгу заставит человека иметь дело только с надёжными, проверенными людьми и не пускаться в авантюры. Возможно, в будущем перед финансовыми переговорами высокие договаривающиеся стороны будут стараться достать МРТ-снимок мозга предполагаемого партнёра. Впрочем, даже если не заглядывать так далеко, практическую пользу от полученных результатов можно получить уже сейчас. По мнению авторов работы, параноические расстройства, характеризующиеся гипертрофированной подозрительностью, могут как раз сопровождаться неполадками в этих самых нейронных структурах, оценивающих чужую честность.

Подготовлено по материалам Политехнического института Виргинии.

blog comments powered by Disqus

Источник: feedproxy.google.com, получено с помощью rss-farm.ru