Звуковые фононы – или Тайна паутины в биологических тканях организма
http://nashaplaneta.su/news/tajna_krovi/2016-11-02-33181
Впервые в истории человеческой науки было доказано, что живые клетки способны формировать углеродно-кремниевые связи.
В природе кремний в чистом виде не встречается. Это связано с тем, что элемент очень высокореактивен, поэтому быстро создаёт соединения с другими элементами.
Чистый кремний существовал на Земле в лабораторных условиях. То же самое можно сказать и про кремниево-углеродные связи, известные как «кремнийорганические».
Кремний и углерод действительно очень похожи: оба элемента могут образовывать связи с четырьмя атомами одновременно, что делает их пригодными для формирования длинных цепочек молекул, таких как белки и ДНК.
Новое исследование, проведённое специалистами Калифорнийского технологического института под руководством знаменитой американской учёной Фрэнсис Арнольд, доказало, что живые клетки стали способны создавать кремнийорганические связи.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Арнольд,_Фрэнсис
Короткое и важное отступление.
Фрэнсис Гамильтон Арнольд.
Известная американская учёная – исследователь в области направленной эволюции.
Награды: Премия Чарльза Старка Дрейпера (2011).
Национальная медаль США в области технологий и инноваций (2013).
Технология тысячелетия (2016).
Является членом Национальной академии наук США (2008), членом Американской академии искусств и наук (2011).
Дата рождения: 25 июля 1956 (60 лет)
Место рождения: США.
Страна: Flag of the United States.svg США.
Научная сфера: Химическая технология.
Место работы: Калифорнийский технологический институт
Учёная степень: доктор философии (PhD).
Альма-матер: Принстонский университет и Калифорнийский университет в Беркли.
Биохимику из США Фрэнсис Арнольд присуждена премия "Технология тысячелетия"
Наука 24 мая, 16:35 UTC+3 http://tass.ru/nauka/3309553
Премия Технологической академии Финляндии считается своеобразным аналогом Нобелевской премии в области технологий и инноваций
ХЕЛЬСИНКИ, 24 мая. /ТАСС/. Биохимик из США Фрэнсис Арнольд стала обладателем престижной премии "Технология тысячелетия" (Millennium technology) за 2016 год.
Технологическая академия Финляндии присуждает эту награду каждые два года, начиная с 2004 года, и многие называют её своеобразным аналогом Нобелевской премии в области технологических инноваций. Размер премии €1 млн.
59-летняя профессор из Калифорнийского технологического института в Пасадене награждена за достижения в области "направленной эволюции" - одного из направлений белковой инженерии, которая занимается разработкой полезных или ценных белков.
Её деятельность, отмечается в заявлении призового комитета, помогла устойчивому развитию и появлению чистых технологий во многих областях промышленности. Арнольд "с самого начала своей карьеры была первооткрывателем в сфере, в которой ранее доминировали мужчины", отмечается в документе.
Первым лауреатом премии "Технология тысячелетия" стал создатель интернета сэр Тим Бернерс-Ли (2004). Помимо него в сфере развития вычислительной техники были отмечены заслуги создателя операционной системы Linux Линуса Торвальдса. Он удостоился награды в 2012 году вместе с японцем Синья Яманакой, открывшим этически приемлемый способ получения стволовых клеток.
Исследователи использовали протеин под названием «cytochrome c», выделенный из бактерии, найденной в горячих источниках Исландии, после чего внесли несколько изменений в его ДНК.
Найден фермент, который избирательно создаёт кремний-углеродные связи. И этого впервые удалось добиться натуральным способом, без использования каких-либо химических катализаторов или других агрессивных веществ.
Что значит для науки это открытие?
А значит оно, что природа способна адаптироваться и включать кремний в основу живых клеток.
= паутина хранит гиперзвуковую фононную запрещенную зону =
Международная группа физиков (Германия, Сингапур, США, Греция) обнаружила, что волокна паутины обладают фононной зоной, соответствующей гиперзвуковым частотам. Исследование опубликовано в журнале Nature Materials, кратко о нем сообщает пресс-релиз Университета Райса.
Это свойство зоне в полупроводниках, запрещающей электронам материала обладать энергией в некотором диапазоне. Применительно к волокнам паутины фононная запрещённая зона не позволяет распространяться в материале колебаниям определенной частоты. Это первый биоматериал, в котором обнаружено подобное свойство.
Авторы исследовали паутинные волокна паука Nephila edulis из рода кругопрядов-нефил. Определив рассеяние луча лазера на тепловых фононах — квантах колебаний материи в волокнах.
Особый интерес был к гигагерцовой области — гиперзвуку. Ей соответствует длина волны колебаний, сопоставимая с размерами неоднородностей в структуре паутины — порядка 300 нанометров.
Оказалось, что на частоте 14,8 гигагерца существует запрещенная зона шириной 5,2 гигагерца. Причем её ширина менялась при сжатии и растяжении паутины. Вместе с тем авторы обнаружили необычную область с отрицательной групповой скоростью фононов.
В ней, несмотря на то, что фононы двигались вперед, их групповая скорость была направлена назад. Это явление родственно с отрицательным коэффициентом преломления и фокусирует гиперзвуковые фононы (фонон – квант звука).
Фононы отвечают за передачу тепла в теле. Фононы меньших частот передают звук – вибрации нового света.
АНАЛОГИЯ.
ПАУТИНА = БИОЛОГИЧЕСКИЕ ТКАНИ В ОБЛАСТИ ГИПЕРЗВУКА И ТЕПЛОВЫХ КОЛЕБАНИЙ.
Фононные кристаллы создают структуру, которая пропускает звуковые колебания в одном направлении. Смотри текст стр.32 «квантовая когерентность – выбор оптимального пути».
Диапазоны фононных колебаний: инфразвук (ниже 15 герц), звук (от 15 до 20 000 герц), ультразвук (от 20 килогерц до 100 мегагерц), гиперзвук (от 100 мегагерц до 100 гигагерц) и тепловые колебания.
Паутина — сложный композитный материал. Каждая видимая нить паутины состоит из нескольких отдельных микрометровых нитей. Внутри нитей есть жёсткие белковые кристаллы размером в несколько нанометров. Они соединены между собой эластичными белковыми связками.
Из-за такой сложной структуры и дополнительных «хитростей» пауков, паутина обладает необычными механическими свойствами. Она способна поддерживать натяжение даже при попытке сблизить концы нитей — капли жидкости позволяют ей эффективно сворачиваться в клубок, поддерживая структуру и не запутываясь.
= информация в головном мозге передаётся по квантовым тоннелям =
Нейробиологи знали, что нервные клетки способны испускать СВЕТ (фотоны), однако никто не предполагал, что частицы являлись передатчиком ЗВУКОВОЙ информации. Скорость «биологического света» превышает скорость электрических импульсов в миллионы раз.
Математическое моделирование определило, что волноводы – миелиновые оболочки, покрывающие аксоны нейронов. Миелин имеет более высокий показатель преломления, чем межклеточная среда или содержимое нейронов, что наделяет его необходимыми проводящими свойствами.
Многомерный биологический свет (биофотон) проявляет квантовые оптические сети в головном мозге.
Фотон (свет) и фонон (звук) трудятся вместе, каждый на своём плане.
= ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ =
Phononics: Manipulating heat flow with electronic analogs and beyond.
Martin Maldovan. Sound and heat revolutions in phononics // Nature. 14 November 2013. V. 503. P. 209.
T. Gorishnyy, M. Maldovan, C. Ullal, and E. Thomas. Sound ideas // Physics World (December 2005).
N. Li, J. Ren, L. Wang, G. Zhang, P. Hanggi, B. Li. Phononics: Manipulating heat flow with electronic analogs and beyond // Rev. Mod. Phys. 2012. V. 84. P. 1045–1066; статья также доступна как е-принт arXiv:1108.6120.
Фононика — активно развивающийся раздел физики, который изучает распространение упругих колебаний в средах со сложной периодической структурой. Название этой области перекликается с электроникой и фотоникой — наукой об аккуратном, иногда даже «пофотонном», управлении потоками света.
Главная идея — пропускать звук через материал с регулярно чередующимися механическими свойствами. Если период регулярности сравним с длиной звуковой волны, рождается фононный кристалл.
Разделение мерностей по сознанию – один из примеров. «Шапка-неслышимка», звуковой аналог оптического «плаща-невидимки». Оболочка, которая при эхолокации никак не выдаёт своего присутствия.
Акустооптика – взаимодействие фотонов и фононов.