Кишечнодышащие черви обладают невероятной способностью к регенерации. У людей и этих червей много общих генов, поэтому ученые изучают последних в надежде когда-нибудь стимулировать регенерацию и у людей. Способность к регенерации частей тела всегда была увлекательной перспективой, вдохновляющей таких персонажей, как Росомаха, которые могут мгновенно исцелять себя и восстанавливать потерянные части тела. И теперь регенерация вдохновляет научные исследования. Многие виды животного царства могут регенерировать: членистоногие (например, скорпионы) могут выращивать придатки. Некоторые кольчатые черви могут регенерировать всего лишь из нескольких сегментов своего тела. Иглокожие (морские звезды) могут как самостоятельно ампутировать, так и повторно вырастить конечность. Амфибии (саламандры и тритоны) могут регенерировать конечность всего за месяц, а некоторые рептилии могут регенерировать свои хвосты.

Небольшие обитатели коралловых рифов, черви, которые прячутся в песке и являются одним из самых близких беспозвоночных к человеку, могут регенерировать любые части своего тела, которые были отрезаны, даже нервную систему и голову. Разрежьте такого червя пополам — и через пятнадцать дней будет два полных, неразличимых варианта. И еще они необычайно похожи по структуре тела на людей. Ученые задаются вопросом: раз уж у людей много таких же генов, можем ли мы так же?

«Я думаю, что у нас, как людей, есть потенциал для регенерации, но что-то мешает ей происходить», говорит профессор биологии Билли Сволла из Университета Вашингтона. Сволла — директор Friday Harbor Laboratories, которая занимается, в числе прочего, исследованием регенерации у беспозвоночных. «Я думаю, что у людей есть все необходимые гены, и если мы сможем понять, как их включить, мы сможем регенерировать».

Хотя все это похоже на научную фантастику, многие ученые считают, что регенерация частей человеческого тела вполне достижима. Мы уже восстанавливаем кожу, части других органов и ногти; у нас также есть много необходимых генов, из которых практически все используются другими животными для регенерации структур их тела. Мы могли бы восстанавливать нервную систему, если бы поняли механизм, который черви используют для регенерации.

Обратная инженерия червей

Дорожная карта человека, которая содержится в нашей ДНК, присутствует в каждой клетке нашего тела и также должна содержать достаточно информации для создания или регенерации тела. Однако доступ к этой части плана недоступен для человека по какой-то эволюционной причине. Одна из возможных причин этого заключается в том, что регенерация требует слишком много энергии у большого и сложного организма вроде человека. Может быть и такое, что наша чрезвычайно развитая иммунная система останавливает этот процесс при помощи ответов, например, ввиду формирования рубцов.

Команда Вашингтонского университета исследовала, какие схемы экспрессии генов имеют место, когда у червей начинается регенерация. Поскольку регенерация у каждого червя идет по одной и той же схеме после начала, ученые считают, что должен существовать мастер-ген. Если этот ген начинает процесс, он может стать триггером для регенерации и у человека.

Они также пытаются определить, какие клеточные функции выступают в роли строительных блоков регенерации. Стволовые клетки — очевидный вариант, но могут быть и другие типы клеток, которые могут использоваться для регенерации. Наконец, команда ученых надеется использовать активацию генов или редактирование, чтобы запустить процесс у других животных, включая людей.

В конечном счете медицина могла бы принять совершенно другой вид. Жертвы ожога могли бы восстанавливать кожу, а люди, которые стоят в очереди на трансплантацию, выращивать новые конечности и внутренние органы. Конечно, такая технология, если она возможна, появится не скоро. Препятствия колоссальны, а над дублированием рабочих нервных систем человека, мозга и внутренних органов придется провести очень глубокую работу. Возможно, на это уйдет сотня лет.

Инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего создали наноразмерное оптоволокно, обладающее невероятным уровнем чувствительности: оно способно улавливать колебания, производимые завихрениями, создаваемыми двигающимися бактериями, а также звуковые волны, создаваемые бьющимися клетками сердечной ткани. В перспективе такой уровень чувствительности позволит специалистам следить за каждой отдельно взятой клеткой и предупреждать об изменениях в процессе их нормальной работы.

«Этот инструмент может открыть перед нами двери возможностей слежения за самыми малозаметными взаимодействиями и изменениями в организме, что раньше было просто невозможно», — говорит Дональд Сирбули, один из создателей гиперчувствительного оптоволокна из Калифорнийского университета.

Прогресс в развитии технологий микроскопии позволил нам проникнуть в самые крошечные расщелины нашего физического мира, но для того, чтобы по-настоящему понять, что же в этом мире происходит, недостаточно просто иметь возможность увидеть это – нужно обладать возможностью еще и почувствовать.

Следует отметить, что микроскопы, способные вести наблюдение за самыми крошечными силами, уже существуют. Одним из примеров может служить хотя бы атомно-силовой микроскоп, способный не только сканировать поведение атомов, но и манипулировать ими. Однако метод, согласно которому работают такие микроскопы, не позволяет их использовать для исследования биологических систем.

Возможность измерения биологических сил самых малых масштабов требует от ученых использования нового подхода. Поэтому группа специалистов из США разработала из оксида олова оптоволокно, которое в 100 раз тоньше человеческого волоса. Для наделения оптоволокна способностью «чувствовать», оксид олова покрыли тонким слоем полимера, усеянного наночастицами золота.

Как это работает

Метод использования такого волокна очень прост. Все, что нужно, – поместить оптоволокно в раствор, содержащий клетки или бактерии. Оптоволокно излучает свет, взаимодействующий с частицами золота. Биологические силы организма и создаваемые ими звуковые волны сталкиваются с наночастицами золота, слегка вдавливая их в полимерную оболочку. С помощью этого можно рассчитать как уровень самой силы, так и уровень звука, ею создаваемый. Создатели оптоволокна проверили его работу, проведя наблюдение за клетками ткани бьющегося сердца, а также за движением жгутиков (движущих органов) бактерий.

«С помощью этого устройства мы смогли не только уловить эти едва заметные биосилы и звуки, но и провели их количественную оценку. Этот инструмент идеально подходит для проведения наномеханического зондирования в высоком разрешении», — комментирует Сирбули.

После калибровки устройства оказалось, что подобное оптоволокно может быть в 10 раз более чувствительным, чем атомно-силовые микроскопы и способно определять биологические силы с уровнем воздействия менее 160 фН (фемтоньютонов), а звука – менее -30 дБ (децибел). А это, в свою очередь, в тысячу раз меньше того уровня, который может восприниматься человеческим ухом.

Специалисты отмечают, что при использовании различных видов полимерного покрытия можно расширить диапазон эффективности созданного ими оптоволокна. Например, для измерения больших сил можно использовать более прочное полимерное покрытие, а для определения меньших сил – с оптоволокном можно использовать очень мягкое покрытие, вроде того же гидрогеля.

В будущем исследователи планируют использовать оптические нановолокна для измерения биоактивности и механического поведения отдельных клеток. Это позволит еще сильнее увеличить возможности технологии и в перспективе может привести к созданию сверхчувствительных биостетоскопов.

Война подарила человечеству ряд изобретений, практически никак не связанных с военной промышленностью. Сегодня большинство из них вошло в наш повседневный обиход и современный человек понятия не имеет, для чего изначально придумывались наручные часы, что делали в микроволновой печи и кто изобрел обычную канистру.

Канистра

Мы до сих пор используем канистры, поскольку это простейший способ для перевозки бензина. Мало кто знает, что канистры придумали инженеры Третьего Рейха в преддверии войны: уже в 1938 году армия Германии стала получать их в большом количестве.

Микроволновая печь

Обыденная для современного человека микроволновка была разработана американским инженером во время Второй мировой войны. Перси Спенсер изучал СВЧ радиоволны и случайно обнаружил их влияние на продукты питания. В американской армии первые микроволновые печи были огромны, а использовались исключительно для разморозки мяса.

Чайные пакетики

Немецкая компания Teekanne предложила новый способ заваривать чай еще в 1908 году. Пакетик был очень удобен — теперь не нужно было вылавливать чаинки из напитка. Однако, до Первой мировой войны такой способ не использовался в быту и только на фронте оказался полезен.

Беспилотные аппараты

Думаете, дроны появились лишь в новом времени? А вот и нет. Первый беспилотник американский инженер собрал еще в 1916 году. Конструкция, правда, получилась слишком тяжелой и потому не эффективной. Но уже в 1973 году армейский конструктор Стюарт Фостер собрал сравнительно легкий дрон, весом в 35 килограмм — теперь же легкие и быстрые беспилотники используются и в мирной жизни.

Интернет

Во время Второй мировой войны информация имела первостепенное значение. Расшифровкой немецких переговоров занимались лучшие умы мира. Чтобы объединить разрозненные по университетам огромные компьютеры, Джозеф Ликлайдер создал систему ARPANET, прототип современного интернета.

Наручные часы

Солдаты кровавой англо-бурской войны первыми додумались крепить часы к запястью — так их было проще сохранить в бою. Спустя годы компания Mappin&Webb использовала этот опыт для производства первых в мире наручных часов, предназначенных для армии.

Очки «Авиаторы»

Компания Ray-Ban придумала знаменитые «Авиаторы» в 1936 году. Такая форма очков нужна была именно военным летчикам: она защищала сетчатку глаза и не мешала обзору.