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:

Донорское сердце способно быстро перенимать биологический возраст реципиента 12.10.2026

Возраст органов определяется не только количеством прожитых лет. На молекулярном уровне ткани могут стареть с разной скоростью, а после пересадки, как показывают новые эксперименты, их биологические характеристики способны заметно меняться под воздействием организма, в который они попадают. Исследователи из Бостона обнаружили, что молодые донорские сердца после трансплантации довольно быстро приобретают признаки биологического возраста реципиента, тогда как более старые органы могут, напротив, демонстрировать признаки омоложения. Чтобы оценить эти изменения, ученые применили три так называемых "часа старения" - молекулярных инструмента, позволяющих приблизительно определять биологический возраст клеток и тканей. В отличие от обычного календарного возраста, такие показатели отражают состояние организма на уровне определенных молекулярных изменений. Именно их анализ позволил специалистам проследить, как меняются пересаженные сердца спустя несколько месяцев после операции. Основные ...>>

Samsung Galaxy Buds On: клипсы с искусственным интеллектом вместо внутриканальных наушников 12.10.2026

Беспроводные наушники превратились в одно из самых привычных персональных электронных устройств, однако их конструкция по-прежнему во многом определяется необходимостью размещать излучатель внутри или непосредственно у слухового канала. Компания Samsung решила попробовать другой подход. Представленная модель Galaxy Buds On получила формат наушников-клипсов, которые закрепляются непосредственно на ухе и оставляют слуховой канал открытым. Samsung позиционирует новинку как устройство для продолжительного ношения, тренировок и прогулок, а также для ситуаций, когда пользователю важно одновременно слушать музыку и не терять связь с окружающей обстановкой. В отличие от традиционных внутриканальных моделей, Galaxy Buds On практически не изолируют человека от внешнего мира. При этом речь идет не об экспериментальном прототипе или утечке: официальная информация об устройстве уже опубликована в Samsung Newsroom. Открытая конструкция имеет и очевидный недостаток - добиться такой же глубины н ...>>

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Космическое путешествие меняет тело и разум 18.09.2025 Человечество всегда стремилось к звездам, но чем глубже мы проникаем в космос, тем яснее становится: полет за пределы Земли - это не только научный прогресс, но и серьезное испытание для организма. Экстремальные условия микрогравитации, радиации и изоляции воздействуют на человека комплексно, затрагивая как физическое, так и психическое здоровье. Новое исследование показало, что уже спустя месяц на орбите у стволовых клеток, отвечающих за кроветворение и иммунитет, проявляются признаки ускоренного старения. Эти клетки - HSPCs - обеспечивают формирование разных типов клеток крови и поддержание защитных механизмов организма. Ученые зафиксировали, что после 32-45 дней в космосе они быстрее теряли энергетические ресурсы, хуже восстанавливали повреждения ДНК, у них сокращались теломеры и наблюдалось воспаление митохондрий. Более того, активировались участки генома, которые на Земле обычно остаются "молчащими". Хотя часть изменений обратима после возвращения на Землю, исследователи подчеркивают: не все процессы приходят в норму. Это означает, что пребывание в космосе может оставлять долговременный след в функционировании клеток, лежащих в основе иммунной и кроветворной систем. Ранее NASA уже изучало влияние орбитальных полетов на организм в знаменитом исследовании Twins Study, где сравнивались братья Скотт и Марк Келли. Тогда внимание уделялось изменениям в генах, микробиоме и длине теломер. Новая работа впервые сфокусировалась именно на кроветворных стволовых клетках, что позволило понять: речь идет не о "старении организма в целом", а о целенаправленном ускоренном изнашивании определенных клеточных механизмов. Важность таких данных трудно переоценить. По словам исследователей, понимание этих процессов необходимо не только для разработки защитных мер для астронавтов во время будущих миссий к Луне и Марсу, но и для изучения старения и заболеваний на Земле. Для продолжения экспериментов планируется использование нанобиореактора, который позволит выращивать клетки в условиях орбиты и анализировать их с помощью систем искусственного интеллекта. Однако физиология - лишь одна сторона проблемы. Канадское космическое агентство обнародовало результаты исследований, касающихся психического здоровья экипажей. Несмотря на восторг от вида Земли и уникальный опыт работы на Международной космической станции, астронавты сталкиваются с тревожностью, депрессией и чувством изоляции. Жизнь на орбите сопряжена со стрессом: от адаптации к микрогравитации до постоянного давления безошибочного выполнения заданий. Даже бытовые мелочи, привычные на Земле, становятся сложной задачей. Условия ограниченного пространства и редкий контакт с родными усиливают одиночество, а постоянный шум на МКС - около 72 дБА, что сопоставимо с дорогой в час пик, - отрицательно сказывается на психике. Дополнительное воздействие оказывают радиация, повышенный уровень углекислого газа и нарушенные циклы сна, что приводит к раздражительности, усталости и снижению работоспособности. Поддержка психического здоровья экипажа становится не менее важной задачей, чем контроль за физическим состоянием. Астронавтам предоставляют психологические тренинги, методы стресс-менеджмента и новые технологии связи, однако будущие миссии в глубокий космос потребуют еще более совершенных решений. Ведь от состояния человека зависят не только научные результаты, но и безопасность полета в целом.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026