Журнал "Компьютерра" №769

Физики-теоретики из Ренсселерского политехнического института показали, что электронными характеристиками графена можно управлять, меняя химические свойства подложки. Если их выкладки подтвердятся в ходе экспериментов, многие препятствия, стоящие на пути использования этого уникального материала в электронике, вскоре удастся преодолеть.

В последние годы научные журналы буквально пестрят публикациями о графене. Благодаря своей плоской структуре, вкупе с высокими прочностью, теплопроводностью и скоростью движения электронов, этот материал является наиболее вероятным кандидатом на роль заместителя кремния в наноэлектронике будущего. Из графена уже сделаны отменные транзисторы и другие компоненты электронных схем, но несмотря на впечатляющие успехи ученых, до массового производства подобных устройств пока далеко.

Одна из проблем состоит в том, что при изготовлении графена только часть получаемых чешуек обладает полупроводниковыми свойствами, а оставшиеся ведут себя как металл. И отделить их друг от друга крайне трудно. А плохо контролируемый разброс параметров ставит крест на массовом производстве.

Чтобы понять, почему так происходит, ученые выполнили квантово-механические расчеты и обнаружили, что все дело в подложке, на которой выращиваются слои графена. Обычно для этих целей используется диоксид кремния. Если его обогатить кислородом, то формируются полупроводниковые структуры, а если подложку обработать водородом, то на ней вырастает "металлический" графен. Такой способ управления свойствами графена сравнительно легко реализовать на практике, и это обещает одним махом снять массу технологических проблем.

Теперь слово за экспериментаторами. Если предсказания теоретиков подтвердятся, новые успехи углеродной электроники не заставят себя ждать. ГА

Воскрешение РНК-мира

К цепочке экспериментов, моделирующих возникновение жизни, добавилось новое звено. Но прежде чем приступить к рассказу о нем, необходимо вступление.

"КТ" уже обсуждала представления о том, что жизнь появилась от случайного взаимодействия примитивных органических молекул. Эту точку зрения обычно приписывают ученым те, кто зарабатывает очки на ее разоблачении. Науке уже давно ясно, что сложность не является результатом однократной случайности, а возникает в результате запоминания развивающейся системой целой серии случайных выборов, когда изменения в определенном направлении фильтруются неким направляющим механизмом. Подобный механизм фильтрации неплохо описан. Для организмов это естественный отбор, для молекул — отбор автокатализаторов и иные виды отбора относительно более конкурентоспособных структур и процессов.

Современная жизнь построена на взаимодействии двух классов биополимеров — белков и ДНК. Но удивительным образом "между" ними почти всегда оказывается другой (помимо ДНК) класс нуклеиновых кислот — РНК. Может, наблюдаемое нами состояние — результат наложения новых молекулярных механизмов на старую РНК-основу? РНК пригодна для хранения и передачи наследственной информации (пусть и хуже, чем более устойчивая ДНК) и может обладать каталитической активностью (конечно, уступая в этом отношении ферментам — белкам-катализаторам). В 1986 году нобелевский лауреат Уолтер Гилберт подвел итог вызревавшим в течение двух десятилетий идеям и описал "РНК-мир" — форму преджизни, где и каталитическую, и информационную функции выполняли молекулы рибонуклеиновой кислоты. РНК-мир, считает Гилберт, возник в результате отбора на молекулярном уровне и привел к многократному повышению эффективности дальнейшего отбора.

Можно ли экспериментально доказать, что происходило на Земле почти четыре миллиарда лет назад? Увы, нет. Но попытки моделирования этих процессов способны дать весьма ценное теоретическое знание.

В конце 1990-х А. Б. Четверин и другие сотрудники Института белка РАН научились выращивать колонии размножающихся и конкурирующих друг с другом клонов РНК на чашках Петри с гелем, содержащим РНК-мономеры и необходимые ферменты. Достаточно выставить такую чашку на открытый воздух, как в ней начнут размножаться молекулы РНК. Но это, конечно, еще не РНК-мир, ведь сборку новых полимеров осуществляют белки.

В начале 2008 года были опубликованы результаты работ сотрудников Исследовательского института Скриппса (SRI) в Калифорнии, создавших установку для размножения и отбора рибозимов (РНК-катализаторов). Авторам исследования удалось создать условия, при которых лучшие катализаторы размножаются на среде с белками и мономерами нуклеиновых кислот быстрее худших. Молекулы РНК сами "решают", как изменить свою структуру в соответствии с требованиями экспериментаторов.

И, наконец, начало 2009 года. В том же SRI запущен процесс эволюции молекул РНК, которые обходятся без белков. Ученым удалось подобрать пары молекул РНК, каждая из которых синтезирует свою напарницу. Поселенные на соответствующую среду, разные пары начинают конкурировать друг с другом и совершенствовать свою структуру.