Компьютерра, 2007 № 29 (697) - [9]
Около тридцати лет назад английский биохимик Грэхем Кэйрнс-Смит (Graham Cairns-Smith) из университета Глазго выдвинул довольно оригинальную гипотезу о возникновении наследственного механизма жизни на Земле. По его мнению, такое явление как передача свойств от "поколения к поколению" появилось задолго до возникновения органической живой материи. И первыми обладателями этого фундаментального свойства жизни были кристаллы.
Как известно, в любом реальном кристалле содержится большое количество дефектов, представляющих собой локальные нарушения в пространственном расположении атомов или молекул кристаллической решетки. В соответствии с теорией Кэйрнса-Смита, именно расположение дефектов в кристалле и представляло собой первую "генетическую информацию", а сама гипотеза получила название "кристаллы как гены" (crystals as genes). Дефекты могут быть различных типов: точечные, линейные, плоскостные. Наиболее приспособленными для передачи следующему "поколению" кристаллов являются линейные дислокации, которые представляют собой изменения в порядке расположения целого ряда атомов решетки и словно иглы пронизывают массив кристалла. Если исходный ("материнский") кристалл, пронизанный линейными дефектами, раздробить на несколько меньших кристаллов ("зародышей") в направлении, перпендикулярном направлению дефектов, то "дочерние" кристаллы, выросшие на этих зародышах, "унаследуют" распределение линейных дефектов, как у материнского кристалла. В ходе роста в дочерних кристаллах появляются дополнительные дефекты, не связанные с "родителем" – "мутации". Некоторые "мутации" благоприятны, так как способствуют более быстрому росту "дочернего" кристалла, другие же – наоборот. Таким образом, Кэйрнс-Смит выстроил целое подобие эволюционной теории для царства кристаллов, очертив возможный механизм передачи информации в "предбиологическом" мире. Распределение линейных дефектов в кристалле можно сравнить с компьютерной перфокартой, где информация также представлена в виде пространственного расположения отверстий.
За прошедшее время гипотеза Кэйрнса-Смита неоднократно подвергалась разносторонней критике как надуманная и экспериментально необоснованная. Но недавнее исследование добавило аргументов и на другую чашу весов.
Группа американских ученых из Вашингтонского университета под руководством Барта Кара (Bart Kahr) разработала методику экспериментальной проверки гипотезы Кэйрнса-Смита. Вначале дефекты в "материнском" кристалле гидрофталата калия заполняются флуоресцентным веществом. Затем с помощью электронного микроскопа строится карта распределения дефектов "мамы". После этого "родитель" нарезается на "зародыши", которые помещаются в раствор, и на них вырастают "дети". Аналогично строятся карты дефектов "детей".
Сравнение карт дефектов разных поколений кристаллов показало, что наследование дефектов действительно происходит, и гипотеза Кэйрнса-Смита физически обоснована. Однако, по мере "смены поколений" кристаллов происходит очень быстрое нарастание количества "мутаций", и передача наследственной информации неустойчива.
Впрочем, даже если допустить справедливость гипотезы Кэйрнса-Смита, то пока не совсем понятно, что заставляло "родительские" кристаллы распадаться на "зародыши" в массовом порядке, достаточном для интенсивного "естественного" отбора. И самое главное – совершенно непонятно, как произошел переход от "кристаллической жизни" к биологической, от дефектного механизма наследования к механизму на основе нуклеиновых кислот. Но сама красивая идея, как оказалось, вполне работоспособна. ЕГ
Физики из Технологического университета Хельсинки вместе с итальянскими коллегами изготовили первый "тепловой транзистор". В новом устройстве, предназначенном для охлаждения электроники, потоком тепла между двумя электродами можно управлять, меняя напряжение на третьем электроде, точно так же, как в обычном транзисторе управляют электрическим током.
Близкая аналогия теплового транзистора с обычным транзистором совсем не случайна. Дело в том, что тепло в нем переносят, в основном, электроны и, управляя движением электронов, нетрудно управлять потоком тепла. Первые публикации о новом холодильнике появились еще в начале года. Он состоит из нескольких миниатюрных сверхпроводящих электродов (обозначенных буквами S на фото), отделенных изолятором от металлического электрода (N), с другой стороны от которого расположен третий управляющий электрод. Геометрия и материал электродов подобраны так, чтобы электроны между металлом и сверхпроводником туннелировали строго по одному. Это достигается за счет так называемой кулоновской блокады – естественного отталкивания между отрицательно заряженными электронами, которые мешают друг другу одновременно втиснуться в узкий сверхпроводящий электрод. Благодаря кулоновской блокаде только самым быстрым, то есть горячим электронам удается перескочить из металла в сверхпроводник, что и приводит к охлаждению металла.
Ученые надеются достичь таким способом рекордно низких температур для твердых тел около 10 миллиградусов Кельвина. Экспериментируя с новым устройством, авторы обнаружили, что поток тепла и электрический ток в тепловом транзисторе сильно зависят от температуры металлического электрода. Это свойство можно использовать, чтобы получить весьма точные термометры для сверхнизких температур.
