Гравитация - это причина, по которой предметы, обладающие массой или энергией, притягиваются друг к другу. Именно поэтому яблоки падают на землю, а планеты вращаются вокруг звезд.
Магниты притягивают некоторые виды металлов, но они также могут отталкивать другие магниты. Так почему же вы чувствуете только силу притяжения?
В 1915 году Альберт Эйнштейн нашел ответ на этот вопрос, опубликовав свою теорию общей относительности. Причина, по которой гравитация тянет вас к земле, заключается в том, что все объекты с массой, такие как наша Земля, на самом деле изгибают и искривляют ткань Вселенной, называемую пространством-временем. Это искривление и есть то, что вы ощущаете как гравитацию.
Что такое пространственное время?
Прежде чем погрузиться в сложный мир гравитации, необходимо понять, что такое пространство-время.
Пространственное время - это именно то, что звучит: три измерения пространства - длина, ширина и высота - в сочетании с четвертым измерением - временем. С помощью блестящих математических выкладок Эйнштейн первым понял, что законы физики работают во вселенной, где пространство и время слиты воедино.
Это означает, что пространство и время взаимосвязаны - если вы двигаетесь в пространстве очень быстро, время для вас замедляется по сравнению с тем, кто движется медленно. Вот почему астронавты, которые очень быстро перемещаются в космосе, стареют немного медленнее, чем люди на Земле.
Материя создает гравитационные колодцы, а не гравитационные холмы
Помните, гравитация - это идея о том, что объекты во Вселенной притягиваются друг к другу, потому что пространство-время искривляется. Когда Эйнштейн придумал общую теорию относительности, он показал, что все предметы во Вселенной могут искривлять пространство-время - в терминах физики эти предметы представляют собой массу и энергию.
Поскольку ваш мозг обычно воспринимает мир в трех измерениях, очень трудно представить себе четыре измерения пространства-времени как единую идею. Поэтому, чтобы было легче, представьте себе поверхность батута. Если на ней ничего нет, она плоская. Но если вы встанете на батут, он растянется вокруг ваших ног и образует долину с вами в центре. Если на батуте лежит мяч, он будет катиться к вашим ногам.
Это двумерный пример того, как работает пространство-время. Ваша масса растягивает батут, создавая так называемый гравитационный колодец, в который скатывается мяч. Это очень похоже на то, как гравитация тяжелого объекта - например, Земли - притягивает к себе такие вещи, как мы с вами.
Что еще более странно, поскольку пространство и время связаны, время также растягивается под действием тяжелых предметов!
Чем вы тяжелее, тем круче стороны батутного колодца. Вот почему действительно массивные объекты во Вселенной - например, Солнце - обладают более сильной гравитацией, чем Земля.
Так почему же гравитация тянет вас вниз, а не отталкивает?
Представьте, что кто-то зашел под батут и оттолкнулся. Мяч бы укатился! Это был бы гравитационный холм, а не гравитационный колодец. Насколько известно ученым, материя - или материал - всегда создает гравитационные колодцы, а не гравитационные холмы. Ученые могут представить, что из экзотической материи или энергии гравитация может вытолкнуть вас в космос, но пока никто не нашел ничего, что могло бы заставить гравитацию оттолкнуть вас от Земли.
Многие биологи считают, что есть, такие типы вирусов: бактериофаги или вирусы, заражающие бактерии. Когда ДНК этих вирусов попадает в клетку, она может содержать инструкции, позволяющие клетке выполнять новые трюки.
Могучая сила бактериальных вирусов
Бактериофаги, или сокращенно фаги, держат под контролем популяции бактерий как на суше, так и в море. Ежедневно они убивают до 40% бактерий в океанах, помогая контролировать цветение бактерий и перераспределение органических веществ.
Их способность избирательно убивать бактерии также радует врачей. Природные и сконструированные фаги успешно используются для лечения бактериальных инфекций, которые не поддаются антибиотикам. Этот процесс, известный как фаговая терапия, может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Последние исследования указывают на еще одну важную функцию фагов: они могут быть самыми лучшими генетическими мастерами природы, создающими новые гены, которые клетки могут перестраивать для получения новых функций.
Фаги являются самой распространенной формой жизни на планете: в любой момент в мире насчитывается не один миллион - это единица с 31 нулем после нее. Как и все вирусы, фаги имеют высокую скорость репликации и мутации, то есть при каждом размножении они образуют множество вариантов с различными характеристиками.
Большинство фагов имеют жесткую оболочку, называемую капсидом, которая заполнена их генетическим материалом. Во многих случаях оболочка имеет больше места, чем требуется фагу для хранения ДНК, необходимой для его репликации. Это означает, что у фагов есть место для хранения дополнительного генетического багажа: генов, которые на самом деле не нужны для выживания фага и которые он может изменять по своему усмотрению.
Как бактерии перенастроили вирусный переключатель?
Чтобы понять, как это происходит, давайте более подробно рассмотрим жизненный цикл фага.
Фаги бывают двух основных видов: умеренные и вирулентные. Вирулентные фаги, как и многие другие вирусы, действуют по программе "вторжение-репликация-убийство". Они проникают в клетку, захватывают ее компоненты, создают свои копии и вырываются наружу.
Фаги умеренного типа, с другой стороны, играют в долгую игру. Они соединяют свою ДНК с ДНК клетки и могут лежать в спящем состоянии годами, пока что-то не вызовет их активацию. Тогда они возвращаются к вирулентному поведению: реплицируются и вырываются наружу.
Многие умеренные фаги используют повреждение ДНК в качестве пускового механизма. Это своего рода сигнал "Хьюстон, у нас проблема". Если ДНК клетки повреждается, это означает, что ДНК фага-резидента, скорее всего, будет повреждена следующей, поэтому фаг мудро решает перепрыгнуть на другой корабль. Гены, которые направляют фаг на репликацию и вырываются наружу, выключены, если не обнаружено повреждение ДНК.
Бактерии перенастроили механизмы, контролирующие этот жизненный цикл, чтобы создать сложную генетическую систему, которую ученые изучают уже более двух десятилетий.
Бактериальные клетки также заинтересованы в том, чтобы знать, не повреждается ли их ДНК. Если это так, они активируют набор генов, которые пытаются восстановить ДНК. Эта реакция известна как бактериальная реакция SOS, потому что если она не сработает, клетка погибнет. Бактерии организуют SOS-ответ с помощью белка, похожего на переключатель, который реагирует на повреждения ДНК: Он включается, если есть повреждение, и выключается, если его нет.
Возможно, что бактериальные и фаговые переключатели эволюционно родственны. В связи с этим возникает вопрос: Кто изобрел переключатель, бактерии или вирусы?
Предыдущие исследования и работы других исследователей показывают, что фаги сделали это первыми. В нашем недавнем докладе мы обнаружили, что SOS-реакция бактерий Bacteroidetes, группы бактерий, составляющих до половины бактерий, живущих в вашем кишечнике, находится под контролем фагового переключателя, который был перенастроен для реализации собственных сложных генетических программ бактерий. Это позволяет предположить, что бактериальные SOS-переключатели на самом деле являются фаговыми переключателями, которые были перенастроены много веков назад.
Не только бактериальные переключатели оказываются изобретениями фага. Прекрасная детективная работа показала, что бактериальный ген, необходимый для деления клеток, также возник в результате "одомашнивания" гена токсина фага. А многие системы бактериальной атаки, такие как токсины и генетическое оружие, используемое для их введения в клетки, а также камуфляж, который они используют для уклонения от иммунной системы, известны или подозреваются в фаговом происхождении.
Положительные стороны вирусов.
Хорошо, подумаете вы, фаги - это здорово, но вирусы, которые нас заражают - это, конечно, не круто. Тем не менее, появляется все больше доказательств того, что вирусы, заражающие растения и животных, также являются основным источником генетических инноваций в этих организмах. Например, было показано, что одомашненные вирусные гены играют ключевую роль в эволюции плаценты млекопитающих и в поддержании влажности кожи человека.
Последние данные свидетельствуют о том, что даже ядро клетки, в котором находится ДНК, также могло быть вирусным изобретением. Исследователи также предположили, что предки современных вирусов могли быть пионерами в использовании ДНК в качестве первичной молекулы для жизни. Не такой уж маленький подвиг.
Поэтому, хотя вы привыкли считать вирусы квинтэссенцией злодея, они, возможно, являются мощным двигателем генетических инноваций в природе. Люди существуют сегодня, скорее всего, благодаря им.
Этот прорыв в медицине обычно приписывают одному человеку, Фредерику Бантингу, который искал лекарство от диабета. Но создание надежного средства для лечения диабета зависело от исследований двух других ученых, Оскара Минковского и Сёрена Сёренсена, которые ранее проводили исследования на, казалось бы, несвязанные темы.
История инсулина иллюстрирует тот факт, что медицинские инновации строятся на фундаменте науки, а затем требуются квалифицированные инженеры, чтобы вывести лечение из лаборатории и доставить его людям, которые в нем нуждаются.
Эта идея, в некотором роде, заложена в правилах легкой атлетики. В соревнованиях с несколькими забегами - от студенческого уровня до Олимпийских игр - люди, показавшие более высокое время в ранних забегах, назначаются на средние дорожки в последующих забегах. Другими словами, самые быстрые бегуны получают вознаграждение в виде, как предполагается, лучших дорожек.
Моя недолгая беговая карьера давно позади, но в своей профессиональной деятельности я много думаю об использовании статистики для извлечения смысла из данных. В преддверии Олимпийских игр я решил проверить достоверность фольклора о распределении дорожек, оставшегося со времен моей спринтерской карьеры.
Используя данные Международной ассоциации легкоатлетических федераций за 20 лет, я обнаружил, что давние убеждения о преимуществе дорожки не подтверждаются данными. И на самом деле, в спринте на 200 метров данные свидетельствуют о том, что дорожки, которые часто воспринимаются как наименее желательные, на самом деле являются самыми быстрыми.
Первым шагом в создании модели затонувшего корабля было обучение компьютера тому, как выглядит затонувший корабль. Также важно было научить компьютер отличать затонувшие корабли от рельефа морского дна. Для этого понадобилось множество примеров кораблекрушений. Также нужно было научить модель тому, как выглядит естественное дно океана.
Удобно, что Национальное управление океанических и атмосферных исследований ведет общедоступную базу данных о затонувших кораблях. У нее также есть большая общедоступная база данных различных видов изображений, собранных по всему миру, включая сонарные и лидарные снимки морского дна.
Техническая поддержка проекта ВсеТут