Раскрыт механизм долговременной памяти

Раскрыт механизм формировния воспоминаний. Оказалось, что сложнейший процесс контролирует один белок под названием Arc.

Ученые из Института Гладстоуна раскрыли механизм формирования долгосрочной памяти в мозге человека. Возможно, это открытие позволит вылечить тяжелые неврологические заболевания и станет основой новых суперэффективных обучающих технологий.

Ученые расшифровали способ, с помощью которого белок под названием Arc регулирует активность нейронов, формирующих долговременную память. Результаты данного исследования, опубликованные в издании Nature Neuroscience, также дают понимание того, что происходит в мозге на молекулярном уровне, когда этот процесс нарушен.

Ученые из Института Гладстоуна очень тщательно изучили внутреннюю работу синапсов - узкоспециализированных переходов, которые обрабатывают и передают информацию между нейронами. Большинство синапсов в нашем мозге формируются на ранних стадиях развития мозга, однако на протяжении взрослой жизни могут появляться новые, разрушаться или укрепляться старые. Более активные синапсы становятся сильнее, и этот процесс имеет важное значение для формирования новых воспоминаний. В то же время этот процесс опасен, поскольку сильно возбуждает нейроны и может привести к эпилептическим припадкам. Поэтому природа предусмотрела мощные механизмы контроля, один из которых обнаружен недавно.

Речь идет о так называемом процессе гомеостатического масштабирования, который позволяет укреплять новые синаптические связи. Это происходит в процессе формирования воспоминаний, и особый процесс защищает нейроны от чрезмерного возбуждения. Теперь ученые подозревают, что ключевую роль в этом процессе играет белок Arc.

В ходе экспериментов, мыши, лишенные белка Arc, не могли вспомнить порядок выполнения задачи, которую они усвоили прошедшим днем. Они обучались новым задачам, но не могли их запомнить, сохранить в памяти надолго. Исследования показали, что белок Arc накапливается в синапсах при обучении, судя по всему, белок очень важен для формирования долговременных воспоминаний.

Более того, когда отдельные нейроны стимулируются во время обучения, Arc начинает не только накапливаться в синапсах, но и направляется в ядро нейрона. При этом действует сложная схема: Arc работает в трех направлениях. Одно из них ведет белок от ядра, другое в ядро, а третье держит белок внутри ядра. По мнению ученых, наличие такой сложной и жестко регулируемой системы является убедительным доказательством того, что данный процесс является очень важным для организма.

И это действительно так: эксперименты показали, что Arc действует как главный регулятор всего процесса гомеостатического масштабирования. Во время формирования памяти определенные гены должны включаться и выключаться в строго определенное время и генерировать белки, которые помогают нейронам сохранить новые воспоминания. Arc регулирует этот процесс и укрепляет синаптические связи без перевозбуждения нейронов, что позволяет переводить приобретенные навыки в долговременную память.

Это очень важное открытие, которое имеет большое значение не только для расшифровки механизмов работы памяти. Также оно может помочь решить множество неврологических проблем, включая лечение доселе неизлечимых болезней, например аутизма или болезни Альцгеймера.

Биотопливо.

Биотопливо готовит удар по нефтяным державам - «дубина» в руках США

Ученый подсчитал, что необходимо для того, чтобы биотопливо начало влиять на мировой рынок энергоресурсов. Экономику России может подорвать всего 1,2 млн. гектаров американских пахотных земель.

При достижении определенного ежегодного количества произведенного биотоплива, нефть резко подешевеет, что отразится на экономике нефтедобывающих стран, в частности России. Ученый, футурист, специалист по нанотехнологиям, научный консультант и выпускник Стенфордского Университета Брайан Ванг (Brian Wang) подсчитал, какой производительности необходимо достичь, чтобы биотопливо могло конкурировать с нефтью и в конечном итоге снизить стоимость углеводородного сырья.

Насколько реальным является масштабный переход на биотопливо, в частности этанол? Прежде всего, нужно учесть, что потребление топлива сильно разнится от страны к стране, из-за чего всего несколько стран могут кардинально изменить облик энергетического рынка. Проще говоря, 15% этанола в Китае, это совсем другие объемы горючего, нежели 15% этанола в Лихтенштейне. То же касается и производства. Сегодня в промышленном производстве топливного этанола лидируют Бразилия и США, которые вместе взятые в 2010 году изготовили 87,8%, а в 2011 году 87,1% общемирового количества этанола. При этом в Бразилии производится 5,57 млрд. галлонов (21,1 млрд. литров), что составляет 24,9% от ежегодного общемирового производства топливного этанола.

Надо отметить, что и потребление энергоресурсов такое же неравномерное. В мире потребляется более 85 млн. баррелей нефти каждый день (более 30 млрд. баррелей в год). Из этого количества США потребляют более 20 млн. баррелей в день (более 7 млрд. баррелей в год). Для сравнения: Россия потребляет около 3,1 млн. баррелей нефти в день.

Понятно, что больше всего на мировой рынок способны повлиять США и частично Бразилия. При этом американцы лидируют и по потреблению конкретно топлива: в 2012 году они потребляли 134 млрд. галлонов (507,2 млрд. литров) бензина, в котором содержалось около 13 млрд. галлонов (49,2 млрд. литров) этанола (смесь с 9,7% этанола). Таким образом, даже с учетом повышения расхода топлива за счет меньшей энергоемкости этанола, американцы отказались от 87 млрд. галлонов (32,9 млрд. литров) бензина.

Сегодня основная масса нефти перерабатывается в горючее для транспорта: бензин и дизтопливо. Эти виды топлива можно заменить горючим из растительного сырья

В настоящее время наша цивилизация ежегодно потребляет около 600 млрд. галлонов бензина (это 2271 млрд. литров). Исходя из этого количества, всемирное распространение 10-15% топливной смеси смесь этанол-бензин потребует от 60 до 90 млрд. галлонов (227,1 – 340,7 млрд. литров) этанола. Но главное, если производить этанола больше, то автопроизводители начнут выпускать многотопливные моторы, так называемые FlexFuel-моторы, которые могут работать на бензине, чистом этаноле или их смеси. В итоге потребление этанола еще больше возрастет, а нефти наоборот снизится. Кроме того, синтетическая биология может «подарить» технологии, которые позволят непосредственно производить дизельное топливо и еще больше снизят потребление нефти. В качестве примера можно привести технологию Joule, которая с помощью микроорганизмов и солнечного света производит топливо из углекислого газа.

Внедрение подобных технологий и совершенствование существующих, уже в ближайшие десятилетия позволят производить до 25000 галлонов биотоплива на акр (около 200 тыс. литров на 1 гектар). Получается, что для производства 75 млрд. галлонов (283,9 млрд. литров) в год потребуется площадь в 3 млн. акров – это всего 1,2 млн. гектаров или 12, 1 тыс. кв. км. Это площадь, сравнимая со всей территорией Черногории.

Заметим, что наибольшая в мире площадь пахотной земли опять же приходится на США – 179 млн. гектаров. Судя по всему, американцы без особых проблем могут выделить 2-3 млн. гектаров под биотопливо и нанести серьезный удар по мировому рынку нефти. Для этого у американского правительства есть все возможности, включая финансовое стимулирование фермеров, ведь продовольственный кризис стране, выбрасывающей половину продуктов в мусорную корзину, не грозит. Остальным странам, особенно сидящим на «нефтяной игле», стоит всерьез озаботиться данной проблемой: пока производство биотоплива растет медленно, и есть время грамотно распорядиться нефтяными прибылями, которые уже через несколько десятилетий резко пойдут на убыль.

СЛАНЦЫ.

СЛАНЦЕВАЯ НЕФТЬ И СЛАНЦЕВЫЙ ГАЗ: ГИГАНТСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

Освоение сланцевых месторождений нефти и газа вызвало серьезные изменения в энергетике США. В 2012 году доля сланцевой нефти, добываемой в США, достигла 29%, а сланцевого природного газа  –  40%.  

Рост добычи природного газа и замещение им угля в производстве электроэнергии ведет к существенному снижению выбросов CO2 тепловыми электростанциями США, так как при сжигании природного газа выделяется меньше CO2, чем при сжигании угля. Мировые ресурсы сланцевых нефти и газа обладают гигантским потенциалом. В опубликованном недавно докладе Управления энергетической информации США (Energy Information Administration, EIA) отмечается, что самыми большими в мире технически извлекаемыми ресурсами сланцевой нефти (75 миллиардов баррелей) обладает Россия. Китай, Аргентина и Алжир – страны, имеющие самые большие запасы сланцевого газа (Россия по этому показателю – на девятом месте). О том, что месторождения горючих сланцев содержат большие количества нефти и газа, было давно известно геологам, но их освоение стало возможным только в последнее время с появлением технологий гидроразрыва пластов и горизонтального бурения. Несмотря на то, что многие страны обладают большими, чем США, запасами этих полезных ископаемых, широкомасштабная и быстрая и «сланцевая революция» в ближайшее время ожидается не везде. Используемые в США технологии пригодны не для всех месторождений из-за их геологических различий. Во многих странах еще не проведена необходимая технологическая экспертиза месторождений. В некоторых из них, например, в Китае, ограничен доступ частных компаний к разработке природных ресурсов. Мировые ресурсы сланцевой нефти по данным EIA Кроме того, в США имелся большой резерв мощностей по генерации электроэнергии из природного газа, который серьезно облегчил переход электроэнергетики с угля на газ. В таких странах, как Китай, где быстро растут потребности в электроэнергии, резервных мощностей почти нет, и рост добычи природного газа может только замедлить рост производства электроэнергии из угля, но не сократить это производство.

В настоящее время добыча сланцевого газа в больших объемах ограничена в основном пределами США и Канады. Так как экспорт природного газа затратен и требует строительства специальной инфраструктуры, цены на природный газ резко упали внутри этих стран, но не за их пределами. Освоение месторождений горючих сланцев в США имеет и отрицательные последствия. Уголь, который существенно проще экспортировать, чем природный газ, из-за падения спроса на внутреннем рынке США начал вывозиться за их пределы, что привело к падению мировых цен на уголь, увеличению его потребления за пределами США и соответствующему росту выбросов CO2. http://www.technologyreview.com/view/515906/eia-says-worldwide-shale-oil-and-gas-potential-is-huge/