Клетки расходуют скрытую нергию

08.01.2026

Энергия - ключевой ресурс любой живой системы, однако классические методы биохимии и физики далеко не всегда позволяют оценить все расходы, связанные с жизнью клетки. Недавно ученые предложили новый взгляд на метаболизм, показывая, что внутри каждой клетки существует "невидимая" энергетическая цена, которую мы традиционно не учитываем. Эта работа открывает новые горизонты в понимании того, почему эволюция выбирает одни биохимические пути, а другие - отбрасывает.

Новое исследование представляет собой термодинамический подход к оценке скрытых энергетических затрат клеточного метаболизма. Ученые обращают внимание на то, что жизнь требует энергии не только для очевидных процессов, таких как синтез молекул, но и для поддержания определенных реакций при одновременном подавлении альтернативных. В классической механике отсутствие движения воспринимается как отсутствие работы, однако стохастическая термодинамика, изучающая флуктуации энергии в малых системах, показывает, что даже в кажущейся "статике" клетки расходуют энергию на поддержание порядка.

По мнению авторов исследования, жизнь начинается с границ и выбора. Формирование клеточной мембраны создало разделение внутренней и внешней среды, которое требует постоянного энергетического обеспечения. Это разделение стало основой для ограничения химических реакций и концентрации энергии на нескольких ключевых метаболических путях, обеспечивая устойчивость и эффективность клеточной деятельности.

Метаболические пути клетки обладают не только прямой энергетической потребностью. Они несут дополнительные издержки, связанные с поддержанием желаемого направления реакций, которые классическая механика рассматривает как фиксированные условия и, следовательно, считает "бесплатными". Новое исследование показывает, что такая "экономия" иллюзорна, а реальные энергетические расходы гораздо выше, чем принято считать.

Команда под руководством Прафула Гаграни из Токийского университета предложила метод, позволяющий оценивать эти скрытые затраты. Метод ранжирует метаболические пути по их термодинамической стоимости, учитывая как поддержку одного пути, так и подавление других реакций. Это позволяет получить более точное представление о "цене" выбора клетки, чем традиционные энергетические оценки.

По словам Гаграни, вдохновением для работы стала работа Эрика Смита, который составил перечень всех возможных путей, способных воспроизвести цикл Кальвина. Смит показал, что естественный фотосинтетический цикл является одним из наименее диссипативных, что удивительно с точки зрения термодинамики. "Невероятно, не правда ли?" - добавляет Гаграни, подчеркивая, что эволюция действительно ищет пути с минимальными скрытыми затратами.

Новый подход не измеряет энергию напрямую, а оценивает маловероятность процесса, которая складывается из стоимости поддержания выбранного пути и стоимости ограничения альтернативных реакций. Совокупность этих факторов отражает реальную цену метаболического выбора, показывая, насколько сложно и дорого поддерживать жизнь на клеточном уровне.

"Мы обнаружили явления, которых не ожидали", - объясняет Гаграни. Например, параллельные пути метаболизма иногда оказываются менее затратными, но в живых системах катализ, токсичность и другие факторы изменяют этот баланс. Разработанный метод открывает новые возможности для изучения происхождения и эволюции жизни, хотя окончательные ответы потребуют объединения усилий биологов, физиков и химиков.

<< Назад: Беспроводные наушники JBL Soundgear CLIPS, Sense Pro и Sense Lite 09.01.2026

>> Вперед: Водородные поезда: экологичный транспорт будущего в Индии 08.01.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Случайная новость из Архива Смартфоны не вредят успеваемости школьников 01.02.2025 Вопрос влияния смартфонов на успеваемость школьников вызывает множество споров. Некоторые считают, что мобильные телефоны отвлекают детей от учебы и негативно сказываются на их образовательных результатах. Другие же уверены, что смартфоны могут быть полезным инструментом в обучении. Недавно британские ученые представили результаты исследования, которые могут изменить наше представление об этой проблеме. Команда из Бирмингемского университета провела исследование среди 1227 учащихся из 30 английских школ. В 20 учебных заведениях действовали ограничения на использование смартфонов в учебное время. Ученые так и не смогли выявить связь между запретом гаджетов и улучшением успеваемости или психического здоровья учащихся. Полученные данные заставили исследователей задуматься о том, насколько эффективны подобные запреты. Ученые предполагают, что отсутствие заметного эффекта от запрета смартфонов в школах связано с тем, что общее время использования телефонов учащимися остается высоким и вне школы. По сути, запрет в школе сократил время, проведенное в смартфонах, всего на 40 минут, а в социальных сетях - на 30 минут в день. Это незначительное снижение времени, проведенного с телефоном, вероятно, недостаточно для того, чтобы оказать существенное влияние на успеваемость или психическое здоровье школьников. Сторонники запретов считают их способом преодолеть негативное влияние смартфонов на обучение и психическое здоровье учащихся. К примеру, британская сеть школ Ormiston Academies Trust в 2024 году запретила смартфоны для всех 35 000 своих учеников. Руководство ссылалось на взаимосвязь между использованием соцсетей и психическими проблемами. Однако, как показало исследование, запрет смартфонов в школах не приводит к заметным улучшениям. Исследование подтвердило, что общее время, проведенное за смартфонами, действительно влияет на успеваемость, психическое здоровье, физическую активность и поведение учащихся. Среднестатистический ученик проводит с телефоном от 4 до 6 часов в день, причем разница между школами с запретами и без этого показателя оказалась незначительной. Это говорит о том, что запрет смартфонов в школах не решает проблему зависимости от гаджетов, а лишь переносит ее за пределы школьных стен. Полученные результаты заставляют задуматься о том, какие меры действительно могут помочь школьникам справиться с зависимостью от смартфонов и научиться более эффективно использовать гаджеты в образовательных целях. Возможно, стоит сосредоточиться не на запретах, а на развитии медиаграмотности и культуры осознанного использования технологий. Важно научить детей правильно распределять время между реальной и виртуальной жизнью, а также использовать смартфоны не только для развлечений, но и для обучения и развития. Исследование, проведенное британскими учеными, ставит под сомнение эффективность запрета смартфонов в школах как способа улучшения успеваемости и психического здоровья учащихся. Полученные данные свидетельствуют о том, что необходимо искать более эффективные подходы к решению проблемы зависимости от гаджетов и развитию медиаграмотности у школьников. Возможно, стоит сосредоточиться на обучении детей осознанному использованию технологий и развитии у них навыков саморегуляции.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026