Все люди, когда-либо жившие на Земле, начинали свой путь с одной клетки, которая затем делилась бесчисленное количество раз, образуя тело, состоящее примерно из 10 триллионов клеток. Клетки ведут активную жизнь: они сокращаются при каждом движении мышцы, мигрируют к месту повреждения и ритмично бьются в течение десятилетий.
Клетки как пример активного вещества
Клетки — это пример активного вещества. Подобно тому как неодушевлённому веществу для движения необходимо топливо (например, самолётам и автомобилям), активное вещество также приводится в движение за счёт потребления энергии. Основной молекулой клеточной энергии является аденозинтрифосфат (АТФ), который катализирует химические реакции, позволяющие клеточным механизмам работать.
Исследователи из Калифорнийского технологического института разработали биоинженерную систему координат для наблюдения за движением клеточных механизмов. Это исследование позволяет лучше понять, как клетки создают порядок из хаоса, например, во время эмбрионального развития или при организованных движениях хромосом, которые являются предпосылкой для верного деления клеток.
Работа была проведена в лабораториях Роба Филлипса, профессора биофизики, биологии и физики, и Мэтта Томсона, профессора вычислительной биологии и исследователя Heritage Medical Research Institute. Статья с описанием исследования опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Основные единицы клеточного механизма
Основными единицами клеточного механизма являются моторы и нити, состоящие из белков, которые действуют подобно мышцам и скелету клетки. Эти структуры самособираются, подобно маленьким белковым роботам, чтобы позволить клеткам двигаться. В 2018 году бывший аспирант Тайлер Росс разработал систему этих компонентов, которую можно контролировать с помощью света в лабораторных условиях, что позволяет исследователям наблюдать и экспериментировать с их движениями.
В новой работе под руководством бывшего аспиранта Соити Хирокавы команда разработала дополнительные световые узоры, которые создают сетку или систему координат в смеси моторов и нитей. Чтобы понять это, представьте себе лист резины с нанесённой на него сеткой — когда резина растягивается и деформируется, сетка также деформируется.
Наблюдение за движением клеток
Деформация сетки позволяет измерить, какие области растягиваются или сжимаются и насколько. Таким образом, команда может отслеживать движения совокупности нитей и моторов — они слишком малы, чтобы их можно было увидеть, но светоузорная сетка, каждый квадрат которой составляет около 12 на 12 микрометров, видна в микроскоп.
«Система позволяет нам наблюдать, как эти биомолекулы реорганизуются при коллективном формировании структуры», — говорит Хирокава. «С её помощью мы можем различать процессы, которые способствуют деформациям, которые мы наблюдаем на этих квадратах».
Эта новая система позволила команде измерить конкурирующую динамику активного сжатия и процесса, который влияет на клеточную самосборку, называемого диффузией.
Оптические часы на основе стронция в Китае достигли новых высот точности
Исследовательская группа под руководством профессора Чан Хонга из Национального центра временной службы (NTSC) Китайской академии наук разработала стронциевые оптические решётчатые часы с частотой стабильности и систематической неопределённостью, превышающими 2×10⁻¹⁸. Это достижение ставит Китай в ряд мировых лидеров в области разработки оптических решётчатых часов.
Прорыв соответствует дорожной карте, установленной 27-й Генеральной конференцией по мерам и весам (CGPM) в 2022 году, которая предложила переопределить единицу измерения времени СИ — секунду — к 2030 году. Разрешение определило строгие критерии производительности для оптических часов следующего поколения.
Результаты были опубликованы в Metrologia.
Для достижения такой сверхвысокой точности и стабильности исследователи интегрировали несколько передовых технологий: технологию движущейся оптической решётки, технологию клетки Фарадея, технологию активного температурного контроля теплового экрана и технологию неглубокой оптической решётки на основе наклонной решётки.
Эти достижения позволили преодолеть постоянные проблемы измерений для критических сдвигов частоты, включая излучение абсолютно чёрного тела и сдвиги плотности, в обычных стронциевых оптических решётчатых часах, подавляя их до уровня 10⁻¹⁹, при этом последовательно поддерживая сдвиги постоянного тока на уровне 10⁻²⁰.
Система также выиграла от высокоэффективного процесса подготовки квантовых ссылок с холодными атомами и технологии лазеров со сверхузкой шириной линии. Вместе система достигла стабильности частоты 3,6×10⁻¹⁶ (τ/s)⁻⁰,⁵ и 1,2×10⁻¹⁸ за 57 000 секунд, с общей систематической неопределённостью 1,96×10⁻¹⁸.
Это развитие не только приближает Китай к будущему переопределению секунды, но и расширяет возможности страны в области прецизионной метрологии и фундаментальных физических исследований.