Интересные новости и комментарии

[АrefievPV]

Ископаемые биомолекулы указали на теплокровность тираннозавра
https://nplus1.ru/news/2022/05/27/fossil-biomolecules

Ученые при помощи спектроскопии проанализировали химический состав окаменелостей вымерших животных и пришли к выводу, что общий предок динозавров был эндотермом (теплокровным), так как эндотермия была обнаружена у ящеротазовых (в том числе у тираннозавра и зауропод) и у части птицетазовых динозавров. Однако в процессе эволюции некоторые птицетазовые (например, трицератопс) стали эктотермными, то есть холоднокровными. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Эндотермами называют животных, которые могут сами поддерживать постоянную температуру тела, в то время как у эктотермов температура тела зависит от условий окружающей среды. Среди современных животных эндотермия характерна для млекопитающих и птиц, причем возникла она у них независимо. Кроме того, эндотермия всего тела обнаружена и у рыбы Lampris guttatus, хотя в ее случае источник тепла не метаболические реакции, а работа грудных плавников.

Палеонтологов давно занимает вопрос, когда именно возникла эндотермия в линии, ведущей к птицам. В последние годы все больше данных указывает на то, что нептичьи динозавры были эндотермами: это и довольно высокая скорость роста (ее определяют при помощи палеогистологических методов), и перьевой покров у многих динозавров, и находки их окаменелостей в полярных широтах. В одном из последних исследований палеонтологи при помощи анализа стабильных изотопов в скорлупе яиц выяснили, что эндотермия была характерна для всех основных групп динозавров, даже для зауропод, которых многие считали гигантотермами (так называют животных, которые поддерживают постоянную температуру тела за счет своих размеров).

Палеонтологи и химики из Испании и США во главе с Ясминой Виманн (Jasmina Wiemann) из Йельского университета решили выяснить уровень метаболизма вымерших животных при помощи анализа ископаемых биомолекул. Ученые сосредоточились на конечных продуктах перекисного окисления липидов (advanced lipoxidation end-products, ALE), которое вызывается активными формами кислорода. Последние, в свою очередь, образуются в результате биохимических процессов, генерирующих тепло, — поэтому количество ALE в ископаемых костях может говорить об уровне метаболизма. Кроме того, эти биомолекулы достаточно стабильны, поэтому хорошо сохраняются на протяжении миллионов лет.

Исследователи проанализировали химический состав костей, зубов и скорлупы яиц динозавров, птерозавров и других вымерших животных, а также — для сравнения — современных млекопитающих, птиц и рептилий. Для этого ученые воспользовались методами рамановской микроспектроскопии и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Исследователи действительно обнаружили следы ALE в образцах, но лучше всего они сохранились в ископаемых костях, поэтому исследователи сосредоточились на них. На основе полученных данных специалисты рассчитали скорость метаболизма животных — и затем использовали результаты при построении филогенетического дерева и реконструкции предковых состояний.

Эндотермами оказались большинство динозавров: тероподы (в том числе тираннозавр), зауропод из семейства диплодоцид и некоторые птицетазовые (орнитопод дриозавр, пахицефалозавр и панцирный динозавр нодозавр). Но другие птицетазовые — стегозавр, трицератопс и гадрозавр — оказались эктотермами. При этом изначально для динозавров все же была характерна эндотермия — то есть эти птицетазовые вторично утратили ее. Более того, высокий уровень метаболизма был характерен и для общего предка динозавров и птерозавров.

Эндотермию обнаружили и у морских рептилий плезиозавров, а также у варановых (включая ископаемый вид Saniwa ensidens). Вараны обычно считаются эктотермами, но авторы считают, что их можно назвать факультативными эндотермами, и отмечают, что это неудивительно, так как для варанов характерен довольно высокий метаболизм.

https://nplus1.ru/images/2022/05/26/37ad47427c21474ac7c9c6009fceb3f2.png
Филогенетическое дерево амниот с указанием типов терморегуляции

От редактора

К результатам исследований ископаемых биомолекул всегда нужно относиться с определенной долей скептицизма. Цератопсы и гадрозавры обитали и в высоких широтах (причем круглый год), если они были эктотермами, то не очень понятно, как это им удавалось.

Не так давно ученые обнаружили, что ящерицы тегу Salvator merianae в сезон размножения становятся эндотермными.

P.S. Ссылка в дополнение:

Ящерицы тегу смогли повышать температуру тела в брачный сезон
https://nplus1.ru/news/2016/01/27/Tegu-reproductive-endothermy

P.P.S. Не смог вставить рисунок. Рисунок не грузится даже по ссылке...

[Савелий]

общий предок динозавров был эндотермом (теплокровным), так как эндотермия была обнаружена у ящеротазовых (в том числе у тираннозавраи зауропод) и у части птицетазовых динозавров.

Появление эндотермных животных , это  качественное завершение эволюции механизмов сознания ( далее сознание развивалось только количественно вплоть до человека), которые сформировались примерно 250 млн. лет назад.Возможно и 300 млн.

предполагают, что эндотермия древнее 300 миллионов лет назад и уходит корнями в каменноугольный период. Возникновение первых синапсид и завропсид относят к моменту не позднее 306-312 миллионов лет назад.

https://naked-science.ru/article/biology/endotherm
Наиболее исследованы на стыке в споре перехода не эндотермных и эндотермных - является тираннозавр. 
В общей сложности было идентифицировано более 50 скелетов тираннозавров, некоторые из них сохранились почти полностью. Изобилие материала позволило провести углублённые исследования многих аспектов биологии этого животного, включая жизненную историю и даже биомеханику.
Сегодня можно уверено предположить сроки появления сознания 250 - 300 млн. лет назад.
Теплокровные животные - все обладатели полноценно качественных  механизмов сознания.

[Маikov]

Сегодня можно уверено предположить сроки появления сознания 250 - 300 млн. лет назад.
Теплокровные животные - все обладатели полноценно качественных механизмов сознания.

Наука утверждает, что мозг теплокровных от мозга холоднокровных ничем принципиально не отличается. Есть даже специальное исследование на этот счёт, хотя собственно всё и так очевидно. Из этой научной работы следует, что мозг насекомых просто меньше, но устроен в целом так же как мозг высших животных. Поэтому и сознания у них тоже может быть только "меньше", а не так чтобы есть или нет. Таким образом, утверждать, что появление сознания связано теплокровностью нет оснований. Ссылку на это исследование вам уже приводили и не один раз вроде.

Тогда что же заставляет вас опять эту связь утверждать? Если не наука - вы ей прямо противоречите, то лженаука? Думаю, на самом деле вы попросту не способны отличить одно от другого. Тогда просто поверьте, не стоит вам читать Форнит, Савелий. Там лженаука.

[АrefievPV]

Появление эндотермных животных , это  качественное завершение эволюции механизмов сознания ( далее сознание развивалось только количественно вплоть до человека), которые сформировались примерно 250 млн. лет назад.Возможно и 300 млн.

В чём заключается разница между качественным развитием сознания и количественным развитием сознания?

Насколько я понимаю, качество можно, в конечном счёте, свести к количеству (разумеется, поэтапно и через определённые процедуры). Просто мы воспринимаем гигантский количественный разрыв, как качественное различие.

Сегодня можно уверено предположить сроки появления сознания 250 - 300 млн. лет назад.
Теплокровные животные - все обладатели полноценно качественных  механизмов сознания.

Это не сроки появления сознания вообще, это сроки появления сознания определённого уровня (такого, который вами приписывается теплокровным животным).

Напомню вам (часть дискуссии, которая некоторое время продолжалась на Астрофоруме):
https://astronomy.ru/forum/index.php?topic=86900.msg5190445#msg5190445

Полагаю нам следует начинать разборки с сознанием (заодно, и с субъектностью) с самых простых (самых элементарных) случаев. Это, кстати, ещё необходимо и для перехода к обсуждению сознательности и субъектности у искусственных вычислительных систем. То есть, нам необходимо выйти на такое понимание сознания и субъектности, чтобы они подходили не только к живым организмам, но и, грубо говоря, к компьютерам.

Вот накропал немного для пояснения собственного подхода:

Во-первых, необходимо договорится о том, что все эти: сознания, мышления, субъектности и пр., всегда относятся к какой-либо системе. То есть, вне системы (без системы) этих сущностей не бывает. Это я к тому, что если говоришь о сознании, то укажи систему, которая обладает данным сознанием.

Во-вторых, следует допустить, что обладание собственным сознанием элементов системы вовсе не гарантирует обладание сознанием самой системы, которая составлена из этих элементов. Точно также и обратное допущение: обладание системой собственным сознанием вовсе не гарантирует наличия собственного сознания и у отдельных её элементов.

В-третьих, следует также допустить, что при синтезе отдельных элементов в систему и распаде системы на отдельные элементы: и элементы, и система могут, как приобретать сознание (и/или субъектность), так и терять его (её) – то есть, возможны все варианты.

В-четвёртых, необходимо определится с тем уровнем сознания системы, который мы будем считать начальным. Заодно, сюда же, необходимо описать минимально необходимый набор условий/критериев для обладания системой собственным сознанием и/или собственной субъектностью.

Если исходить из вышесказанных рассуждений, то, например, живая клетка (уточняю – одноклеточный организм) обладает собственной субъектностью. В ней, внутри неё, основы для такой субъектности «выше крыши» – огромная куча совмещённых закольцованных самоподдерживающихся процессов.

И реагирует клетка на внешние воздействия вполне себе в соответствии с имеющимися знаниями (не важно, что они врождённые – знания, они, знания и есть). Такой одноклеточный организм демонстрирует и отслеживающую реакцию – например, способен двигаться по градиенту концентрации определённых веществ.
То есть, я бы такому одноклеточному организму начальный уровень сознания приписал бы. А как вы на это дело смотрите?

Мои предложения не были приняты. Судя по всему, вы по-прежнему смешиваете понятия: «уровень сознания» и «сознание вообще».

Поймите, обладание сознанием вовсе не означает обладание сознанием уровня человека. Муравей может обладать индивидуальным сознанием, но кто говорит, что у муравья человеческое сознание?
 
И пока мы не договоримся об основах (о базовых и о самых общих понятиях, о принципах формирования сознания и принципах формирования уровней сознания и т.д.), рассуждать о конкретных механизмах сознания у конкретных представителей живого мира будет преждевременно.

P.S. Полагаю, что в этой теме более не стоит вести дискуссию про сознание.

[АrefievPV]

«Язык» шимпанзе позволяет из десятка элементов строить сотни фраз с разными смыслами
https://elementy.ru/novosti_nauki/433972/Yazyk_shimpanze_pozvolyaet_iz_desyatka_elementov_stroit_sotni_fraz_s_raznymi_smyslami

Статистический анализ почти 5000 «высказываний» взрослых диких шимпанзе из национального парка Таи показал, что наши ближайшие родственники активно используют упорядоченные последовательности («фразы») из двух-трех и более (вплоть до 10) различающихся компонентов — элементарных вокализаций, которые могут употребляться как поодиночке, так и в различных комбинациях.

Структура вокальных последовательностей далеко не случайна. К важнейшим закономерностям их формирования относятся гибкость (почти все элементы могут комбинироваться с большинством остальных), упорядоченность (одни элементы чаще встречаются в начале «фраз», другие — в конце; одни последовательности встречаются значимо чаще других и т. д.) и перегруппировка (например, устойчивые последовательности из двух элементов — биграммы — могут включаться в состав триграмм, причем комбинирование не случайно, а следует определенным правилам).

Все эти три особенности вместе до сих пор не были надежно документированы ни у одного животного, кроме человека. Результаты согласуются с гипотезой о том, что шимпанзе способны, определенным образом комбинируя 10–12 базовых вокальных элементов, сообщать сородичам сотни разных смыслов. К сожалению, до расшифровки этих смыслов еще очень далеко.

Рис. 4. Сравнение новых данных по шимпанзе с литературными данными по другим приматам. Слева — максимальная длина последовательности (число элементов в высказывании), справа — число различных комбинаций вокальных элементов. Названия певчих видов набраны сиреневым шрифтом. Видно, что по первому параметру шимпанзе уступают только чернорукому гиббону (Hylobates agilis). Но гиббон — певчий вид. Издаваемые им последовательности звуков хоть и длинные, но однообразные и, скорее всего, несут не больше информации, чем птичьи песни. По второму параметру шимпанзе с их 390 уникальными последовательностями оставили далеко позади всех остальных приматов. Но здесь нужно учитывать, что звуковая коммуникация других обезьян изучалась менее тщательно, поэтому их вокальный репертуар может быть сильно недооценен. Рисунок из обсуждаемой статьи в Communications Biology

В заключительной части статьи авторы сравнили свои результаты с литературными данными по другим приматам (рис. 4). Получилось, что, если не учитывать «певчие» виды (некоторые моногамные обезьяны поют сложные, но однообразные песни, выполняющие примерно те же функции, что у певчих птиц, некоторых китообразных и, скажем, лягушек и кузнечиков), то шимпанзе превосходят всех остальных приматов как по максимальной длине вокальных последовательностей, так и по их разнообразию.

Впрочем, этот вывод может быть в будущем пересмотрен, потому что звуковая коммуникация других обезьян не изучалась с такой тщательностью (и с таким вниманием к комбинаторному «фразообразованию»), как это сделано в обсуждаемой статье. Вполне может оказаться, что другие обезьяны, особенно человекообразные, имеют не менее развитую и сложную систему коммуникации, чем шимпанзе.

[Дарвинист]

«Язык» шимпанзе позволяет из десятка элементов строить сотни фраз с разными смыслами

Обалдеть, как интересно. Благодарю, уважаемый АrefievPV.
Специально, для Вашего рейтинга, отмечусь как участник, которому сообщение понравилось. А как Вас поблагодарить - за поиск материалов? Кнопки не вижу...

[АrefievPV]

Как звуки формируют наш слух ещё до рождения
https://www.nkj.ru/news/43956/

Во время внутриутробного развития мозг должен слышать только низкочастотные звуки, чтобы потом у человека не было проблем со слухом

Ребёнок начинает слышать уже к двадцатой неделе беременности, но слышит он далеко не всё: снаружи сквозь мягкие ткани материнского тела и сквозь амниотическую жидкость проходят только низкие частоты. Однако именно благодаря тому, что ребёнок слышит не всё, его слух формируется правильно.

Несколько лет назад исследователи из Массачусетского технологического института обратили внимание на то, что у детей, которые родились с врождённой катарактой и которые потом от неё избавились, есть одна особенность – они плохо различают лица. Возникло предположение, что так случается потому, что детский мозг не успевает приспособиться к полноценному зрению и плохо анализирует зрительную информацию. Дело в том, что у новорождённых зрение довольно плохое, они всё видят в размытом облаке – в их сетчатке просто нет достаточного количества фоторецепторов. Но постепенно рецепторов становится всё больше и зрение становится всё острее. Мозгу же, чтобы научиться адекватно оценивать то, что он видит, нужно пройти стадию плохого зрения, когда он одновременно сопоставляет данные с больших зон зрительного поля.

Эта гипотеза подтвердилась в экспериментах с нейросетью, которая училась видеть и которой постепенно повышали остроту зрения. В конце концов, именно такая нейросеть смогла различать похожие объекты – те же лица, например; в то время как нейросеть с изначальной остротой зрения лица путала.

В новой статье, опубликованной в Developmental Science, исследователи пишут, что то же самое происходит и со слухом. Здесь тоже задействовали компьютерную модель: она училась различать эмоции в человеческом голосе, но только в одном случае её учили только на низкочастотном звуке, в другом случае низкочастотные звуки сменялись звуками на всех слышимых частотах, в третьем варианте модель всё время училась на звуках всех частот, наконец, в четвёртом случае полный спектр слышимых звуков сменялся низкими частотами. Слух ребёнка учится по второй схеме, то есть от низких частот в утробе матери к полному диапазону, который может различить наше ухо – и именно с такой схемой обучения компьютерная модель наиболее эффективно научалась различать эмоции в человеческом голосе.

Известно, что дети, родившиеся раньше срока, изначально хуже слышат низкие частоты, а потом оказывается, что они хуже понимают эмоции в голосе других людей по сравнению с детьми, родившимися вовремя. Авторы работы полагают, что тут виной нарушенная программа аудиообучения, которую мозг должен проходить постепенно и последовательно. У родившихся до срока слух не получил должной порции низкочастотных звуков и не в состоянии хорошо ориентироваться в полном спектре звуковых частот, которые на него вдруг обрушились. Возможно, таким детям вместе с родителями стоит какое-то время пожить в строго контролируемой звуковой среде, где они будут слышать так, как будто пока ещё пребывают в утробе матери – тогда их слух сформируется правильно.

[АrefievPV]

Три ссылки на любопытный материал. Это три интервью (по порядку) Бориса Штерна с Михаилом Гельфандом, с Александром Марковым и с Михаилом Никитиным.

Происхождение жизни. От РНК‑мира к белкам
http://trv-science.ru/2022/05/proisxozhdenie-zhizni-ot-rnk-mira-k-belkam/
 
Александр Марков: «Я считаю вполне реальным, что в одной галактике есть несколько обитаемых планет»
http://trv-science.ru/2022/05/markov-abiogenesis/

Происхождение жизни. Следующие миллиарды лет
http://trv-science.ru/2022/05/nikitin-abiogenesis/

P.S. Цитаты не стал пока сюда тащить. Возможно, потом (и возможно, в другой теме) самое любопытное размещу. 

[АrefievPV]

Продублирую сюда ссылки на информацию:

В основе научения лежит умение нейронов выживать совместно
http://neuronovosti.ru/v-osnove-naucheniya-lezhit-umenie-nejronov-vyzhivat-sovmestno/

Жуки и лягушки: каузальный редукционизм и каузальные структуры
http://neuronovosti.ru/bugs-and-frogs/

[АrefievPV]

Появление жизни связали с реакциями на вулканическом стекле
https://naked-science.ru/article/biology/poyavlenie-zhizni-svyazali-s-reaktsiyami?nowprocket=1

Американские химики обнаружили удивительно простой механизм, который мог привести к образованию на Земле цепочек РНК – молекул, эволюция которых увенчалась появлением первых живых клеток.

Современные организмы кодируют и передают наследственную информацию в виде ДНК, а реализуют ее – с помощью белков. Однако считается, что жизнь началась с РНК, молекулы которой могут выполнять и информационную функцию (как ДНК), и каталитическую (как белки). Предполагается, что появлению первых полноценных клеток предшествовал долгий период «РНК-мира» и химической эволюции РНК. Но тогда встает вопрос о том, как на ранней Земле появилось множество таких молекул? Их отдельные компоненты просты и легко образуются в ходе абиогенных процессов. Но вот объединить их в полимеры нуклеиновых кислот оказывается не так легко.

Химики давно пытаются найти условия и реакции, в которых мог развиваться абиогенный синтез цепочек РНК. Как правило, это требует крайне сложной последовательности событий, вызывая сомнения в том, что подобное могло происходить само по себе и в больших масштабах. Однако новая работа американских ученых предлагает новый и весьма простой вариант – полимеризацию РНК на вулканическом стекле, которого на ранней Земле было в изобилии. Об этом они пишут в статье, опубликованной в журнале Astrobiology.

Элиза Бьонди (Elisa Biondi) и ее коллеги из Фонда прикладной молекулярной эволюции провели лабораторные эксперименты, показав, что сравнительно длинные – до 100-200 звеньев – цепочки РНК спонтанно образуются при перколяции (просачивании) смеси нуклеотидов сквозь вулканическое стекло. Такие минералы образуются при быстром застывании базальтовой магмы, которой было исключительно много на поверхности молодой Земли.

В период, о котором идет речь, на планете продолжался крайне активный вулканизм. Кроме того, незадолго до этого Земля столкнулась с массивным небесным телом, и удар выбросил огромные количества породы, часть из которых сформировала Луну, а часть – опала обратно, дополнительно раскаляя поверхность планеты. Созданная этими процессами лава могла покрывать ее едва ли не целиком, а испарение воды из-за высокой температуры могло создать небольшие изолированные водоемы, подходящие для первых реакций прото-жизни.

Те же метеориты, падающие обратно на Землю, содержали большие количества железа и никеля, и в полете могли восстанавливать атмосферу. Ученые показали, что в такой среде способны проходить реакциями между азотистыми основаниями и фосфатом рибозы, приводя к образованию нуклеотидов – отдельных звеньев РНК. Оказавшись в смеси на поверхности вулканического стекла, такие нуклеотиды образовывали полимеры – реакцию катализирует тот же никель.

Таким образом, химикам удалось найти довольно простой путь превращений, начиная от элементарных органических молекул, которые обнаруживаются и в космосе, и заканчивая достаточно длинными цепочками нуклеиновых кислот, которые способны к дарвиновской эволюции, – прародителей протожизни. «Красота этой модели – в ее простоте, – прокомментировал их работу Ян Шпачек (Jan Špaček), эксперт из Firebird Biomolecular Sciences. – Все это способны проделать и старшеклассники в своем классе химии. Смешайте исходные ингредиенты, подождите пару дней – и ищите РНК».

Любопытно, что подтверждение новой гипотезе может найтись... на Марсе. Молодая Красная планета переживала сходный активный вулканизм, однако впоследствии «замерла». В отличие от Земли, где тектоника плит уничтожила почти все следы древнейшего вулканического стекла, на Марсе такие образцы сохранились до нашего времени. «Если жизнь на Земле появилась этим простым путем, она вполне могла появиться и на Марсе, – считает Элиза Бьонди. – Так что важно провести поиски на Марсе как можно скорее».

[василий андреевич]

Есть более интересная группа минералов под общим названием цеолиты. Они как бы вершина эволюции алюмосиликатов, но самое интересное, в них будет вода, даже когда в округе ее нет.

[АrefievPV]

К сообщению:

Жизнь как многоуровневое обучение
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436306/Zhizn_kak_mnogourovnevoe_obuchenie

Вся наша жизнь — задачи по оптимизации
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436336/Vsya_nasha_zhizn_zadachi_po_optimizatsii

Разговор о новой теории, объединяющей теорию эволюции, теорию обучения и статистическую термодинамику, мы продолжаем с Михаилом Кацнельсоном, лауреатом премии Спинозы и Гамбургской премии по теоретической физике, профессором теории конденсированного состояния Университета Радбода (Неймеген, Нидерланды), членом Королевской академии наук и искусств Нидерландов и Европейской академии. Беседовала Наталия Демина.

Есть формальное определение жизни NASA, которое, видимо, они придумали, чтобы определять живые или неживые организмы на других планетах: живые системы — системы химические, подверженные дарвиновской эволюции. Химические — потому что, скажем, компьютерные программы тоже в какой-то степени подвержены дарвиновской эволюции, но живыми мы их считать пока не готовы. То есть дарвиновский отбор — совершенно фундаментальная вещь, плохо встраивающаяся в физику, потому что это не произвольный перебор, не случайные процессы, и это — те самые вопросы, по которым между физиками и биологами есть абсолютно фундаментальное непонимание.

Вдруг нам как-то стало очевидно, что во Вселенной, в которой существенную роль играли бы неперенормируемые взаимодействия, жизнь была бы невозможна — выживание по Дарвину было бы невозможно. Что значит неперенормируемость? Это значит, что какая-то очень существенная, жизненно важная для процессов нашего масштаба информация сидит на самых маленьких временах и длинах, на планковских масштабах и, грубо говоря, всё, что происходит на планковских масштабах, важно в мире вокруг нас.

Например, в одной из наших статей в PNAS [5] мы утверждали, что решающий фактор при возникновении биологической сложности — фрустрации, конкурирующие взаимодействия. Это очень естественно встроилось в нейросетевую идеологию.

Еще у нас была статья с математиком Юрой Бахтиным [6], в которой обсуждалось следствие того факта, что биологические системы, с которыми мы имеем дело, — результат миллиардолетней эволюции и они уже очень хорошо оптимизированы. Речь идет об оптимизации уже почти оптимизированных систем.

есть альтернативная формулировка: вместо того чтобы описывать процесс шаг за шагом, как предполагается в дифференциальных уравнениях, можно делать утверждение об оптимальности какого-то функционала, который есть действие (принцип наименьшего действия).

Но мир таков. На самом деле вариационные принципы пронизывают физику и, как мы думаем, всю науку сверху донизу. Вариационный принцип лежит также в основе эволюционной биологии (оптимизация fitness — приспособленности); fitness является вполне конкретной математической величиной, тем, что называется мальтузианской приспособленностью (Malthusian fitness — скорость репликации минус средняя скорость репликации).

Эволюция идет таким образом, чтобы максимально оптимизировать эту приспособленность.

В одной из наших с Юрой и Женей предыдущих работ [5] мы подчеркивали решающую роль фрустраций, конкурирующих взаимодействий, появления биологической сложности. Мы существуем на разных уровнях — состоим из клеток, клетки объединяются в ткани, которые объединяются в целый организм; более того, мы — часть социальных систем и т. д. Оптимизационные требования на разных уровнях разные, и иногда возникают противоречия. Простейший и довольно грустный пример — то, к чему стремится индивидуальная клетка: чтобы всё было лучше для нее, она стремится быть бессмертной, неограниченно делиться, тем самым решая свою оптимизационную задачу.

Но вот если чуть-чуть сменить терминологию и говорить не о групповом отборе конкретно, а об отборе многоуровневом, то я бы сказал, что это — концепция совершенно правильная и нужная.

Когда мы оптимизируем сложную систему, то неизбежно сталкиваемся с противоречиями между локальными и глобальными оптимизационными задачами. Другая очень важная мысль: противоречивая оптимизация связана не только с разными пространственными масштабами организации, но и с разными временными масштабами. Грубо говоря, задача краткосрочной оптимизации входит в противоречие с задачами оптимизации долгосрочной.

Мы хотим сказать, что это — общее характерное свойство нейросетей. В них неизбежно, постоянно будет возникать конфликт между оптимизацией этой loss function для небольшой группы нейронов и для нейросети в целом.

P.S. Продублирую потом в своей теме (в более развёрнутом варианте)...

[АrefievPV]

Горячий мозг
https://www.nkj.ru/news/44711/

Нормальная температура в глубине человеческого мозга равна 40 °С.

Средняя температура человека 36,6 °С, если измерять под мышкой, и 37 °С, если измерять во рту. Правда, тут нужно уточнить, что по последним данным люди становятся холоднее: два года назад мы писали, что не только жители развитых стран, но и индейцы Южной Америки сбросили как минимум полградуса.

С другой стороны, что под мышкой, что во рту мы измеряем общую температуру тела. Она же, в свою очередь, зависит от различных процессов, которые происходят внутри нас, причём происходят они по-разному в зависимости от конкретного органа. Насколько отдельные органы могут своей нормальной температурой отличаться от общих 37 °С?

Исследователи из Кембриджского университета, Университета Эдинбурга и других научных центров Великобритании решили измерить температуру мозга. Её пробовали измерять и раньше, у больных с травмами, которым можно было ввести температурный датчик прямо в мозг. Но со временем появился метод магнитно-резонансной спектроскопии, который позволяет оценивать различные биохимические и физиологические параметры (в том числе и температуру) того или иного органа без хирургического вмешательства. И вот сейчас исследователи захотели не просто узнать, какая температура у мозга, но и как она меняется в течение суток, как отличаются по температуре разные области мозга, как отличаются по температуре мозг мужчин и мозг женщин и т. д. У сорока добровольцев в возрасте от 20 до 40 лет мозг сканировали трижды в сутки; кроме того, все добровольцы носили на себе датчики, которые помогали определить их суточную активность – то есть, грубо говоря, отделить «сов» от «жаворонков».
 
В статье в журнале Brain говорится, что средняя температура здорового мозга равна 38,5 °С. Причём поверхность мозга холоднее, чем более глубокие слои: на глубине мозг разогревается до 40 °С, а самая высокая температура в недрах мозга составила 40,9 °С. Если такую температуру показывает градусник под мышкой, это уже повод вызывать «скорую». Днём мозг наш мозг более горячий, чем ночью; в течение суток температура меняется примерно на 1 °С. (Тут стоит вспомнить, что вообще температура тела подчиняется биологическим ритмам, и ночью во сне мы немного холоднее, чем когда бодрствуем днём.) Женский мозг в среднем на 0,4 °С теплее мужского, что, очевидно, связано с менструальным циклом (на разных этапах цикла температура женского мозга тоже отличается). И с возрастом мозг тоже становится теплее, что особенно видно в глубинных участках – здесь температура растёт примерно на 0,6 каждые двадцать лет. Скорее всего, с возрастом просто начинает хуже работать система охлаждения, отчего мозг и разогревается.

Исследователи также измерили температуру у ста четырнадцати пациентов с черепно-мозговыми травмами разной тяжести, температура тела которых была от 32,6 до 42,3 °C. Оказалось, что у тех, у кого в температуре мозга есть суточные колебания, с большей вероятностью выздоровеют: среди пациентов, у которых температура мозга не менялась, умерли 27%, а среди тех, у кого она менялась, только 4%. Разумеется, результаты требуют проверки на большем числе как больных, так и здоровых людей. Однако авторы работы полагают, что температурные ритмы мозга уже сейчас можно использовать в клинической практике, чтобы как-то оценивать перспективы и подбирать более эффективные методы лечения для пациентов с травмами мозга.

P.S. Ссылка в дополнение:

Люди становятся холоднее
https://www.nkj.ru/news/39783/
Нормальная температура тела у современных людей становится ниже.

[АrefievPV]

Почему нейроны такие разные?
http://neuronovosti.ru/pochemu-nejrony-takie-raznye/

В нервных системах различных организмов существует огромное количество типов нервных клеток и нейромедиаторов. Так, еще в конце ХХ века Эрик Кэндел задавался вопросами: «Почему нейроны разные? Почему в нервной системе существует не один, а множество различных нейромедиаторов?» Стараясь найти решение этой проблемы, Леонид Мороз, русско-американский ученый, работающий в Университете Флориды (США), за последние десятилетия развернул серию онтогенетических исследований, направленных на сравнительное изучение нервной системы различных видов животных (в основном морских) с помощью методов современной молекулярной генетики и геномного секвенирования. В 2021 году были опубликованы работы (раз* и два*), подводящие итог этим исследованиям. Об интересных выводах из этих работ мы постараемся вам сегодня рассказать.

Эволюция взглядов на эволюцию нейронов

Первые нервные клетки были открыты еще в 30-х годах  XIX века, и уже тогда ученые поражались их разнообразию. Однако серьезные попытки количественно оценить это разнообразие начались только в середине XX  века. Использование микроэлектродов и гистохимических методов исследования позволили определить некоторые функции нейромедиаторов и свойства их субстратов у различных видов животных.  В настоящее время, с помощью методов полногеномного секвенирования и транскриптомного анализа ученым удалось обнаружить огромное количество типов нервных клеток и нейромедиаторов. Так, еще в конце 20го века Эрик Кэндел задавался вопросами: «Почему нейроны разные? Почему в нервной системе существует не один, а множество различных нейромедиаторов?».

Действительно, для кодирования сигнала можно было обойтись одним нейромедиатором, при условии, что к нему существовало бы два типа рецепторов, при взаимодействии с которыми возникало бы либо возбуждение (1), либо торможение (0). Однако природа предпочла иной путь, и, видимо, у нейромедиаторов имеются более интересные и разнообразные функции. Пытаясь понять причины такого разнообразия, ученые выдвигали различные гипотезы возникновения нервных клеток и нейромедиаторов. Далее мы познакомимся с основными из них.

Гипотеза сократительной сети (или электрическая парадигма)
 
Ранние клеточно-ориентированные подходы к пониманию эволюции нервной системы основывались на рассмотрении первых нервных клеток как ключевых элементов локальной вертикальной сети, которая передает информацию от сенсорных клеток к эффекторным клеткам. Однако какие именно сенсорные и эффекторные клетки легли в основу формирования первых элементарных нейронных сетей? Эпителиальные клетки, а также различные типы сенсорных и сократительных клеток предлагались на эту роль. За последнее время их ряды пополнили реснитчатые клетки, секреторные клетки и даже иммунные клетки. Так, в 20ом веке в контексте электрической парадигмы возник ряд теорий, начиная от теории элементарных нервных систем Георга Паркера (1919), и заканчивая теорией происхождения нейронов из миоэпителиальных клеток (как у доживших до наших дней книдарий) Макки (1970).

Гипотеза нейросекреторной сети (или химическая парадигма)

В 50-х годах ХХ века было выдвинуто предположение о происхождении нервных клеток из секреторных, основанное, в отличие от гипотезы сократительной сети, на трансмиттер-ориентированном подходе к пониманию эволюции нервной системы. Большинство ученых придерживалось модели нейрональной монофилии, заключающейся в том, что нейроны имеют единое происхождение, и их разнообразие объясняется дивергенцией, связанной с увеличением количества различных нейромедиаторов, которые они могут использовать для передачи сигналов. Однако позднее стали появляться альтернативные модели. Так в начале 70-х годов ХХ века Дмитрий Антонович Сахаров (к слову, известнейший поэт, пишущий под псевдонимом «Дмитрий Сухарев» — песня про Брич-Муллу написана на его слова)  предложил гипотезу нейрональной полигении, основанной на идее о том, что разные типы нейронов могли произойти не одного какого-то общего предка, а от генетически отличных секреторных клеток.
 
Постулаты гипотезы нейрональной полигении

В 1980-х Леонид Мороз, работая в Москве вместе с Дмитрием Сахаровым, перенял идеи отечественной школы, которые продолжил развивать после переезда в США. В рассматриваемой нами работе, он подводит итог своих многолетних исследований и выдвигает постулаты полигенного происхождения нервных клеток.

1)У ранних многоклеточных организмов нейроны возникли из генетически различных секреторных клеток, которые использовали множество медиаторов для связи и интеграции поведения без синапсов.
 
Такой тип нервной системы имеют и ныне живущие организмы: губки (Porifera) и пластинчатые (Placozoa). Разнообразие медиаторов и их рецепторов предшествовало возникновению нервных систем. Привлечение классических медиаторов и (нейро)пептидов для контроля раннего развития может отражать наследственные донейронные интегративные функции этих межклеточных сигнальных молекул (рис. 1).

http://neuronovosti.ru/wp-content/uploads/2022/06/0001-960x525.png
Рисунок 1. Объемная передача у пластинчатых (Placozoa) как гипотетическая предковая модель химической поведенческой интеграции без синапсов

2)С точки зрения эволюции нейрон – это функциональная (не генетическая) категория. Если бы нейрон являлся генетической категорией, то это бы подразумевало, что все нервные клетки имеют одного общего предка. Отсюда бы следовало, что нервные системы всех организмов являются гомологичными. Напротив, понимание нейрона как функциональной категории свидетельствует о том, что нервные системы ныне живущих организмов являются аналогами, сформировавшимися в результате конвергентной эволюции. Причинами этой аналогии могут быть сходные химические и физиологические ограничения, в условиях которых происходили эволюционные процессы. Однако в пределах определенных таксономических единиц, таких как классы, подклассы, порядки, семейства и роды, гомологи также имеют место быть (рис. 2).
 
http://neuronovosti.ru/wp-content/uploads/2022/06/67890-960x685.png
Рисунок 2. Множественное происхождение нейронов у трех основных отрядов многоклеточных (Metazoa) и секреторных клеток у Пластинчатых (Placozoa)

3)Нейроны ныне живущих организмов представляют собой поляризованные секреторные клетки, участвующие в реализации активного направленного поведения путем выделения более, чем одного нейромедиатора: обычно 2-5 пептидных и одного низкомолекулярного. Эти особенности позволяют нейронам передавать сигналы, главным образом химические, не затрагивая близлежащие клетки.

4)Предковой формой межклеточной нейрональной коммуникации была объемная, или паракринная, секреция, для осуществления которой не требовалось наличие синапсов. Направленность передачи сигналов достигалась наличием специфичных рецепторов на клетках-реципиентах, а также диффузионными/микроанатомическими ограничениями для распространения медиаторов.

5)В процессе эволюции синапсы, как и нейроны, возникали независимо в различных линиях животных. Древние нервные системы не имели синапсов, не смотря на наличие у них множества сигнальных молекул (медиаторов и секреторных пептидов) и рецепторов к этим молекулам. Эти сигнальные молекулы формировали своего рода хемоконнектом, обеспечивающий скоординированную работу нейронов и позволяющий им осуществлять стереотипное и выученное поведение.

6) Первые нервные клетки в основном были генетически различными из-за их генеалогии. Можно проследить это до предка всех многоклеточных животных (Urmetazoan). А последующая функциональная спецификация в разных клеточных линиях является результатом параллельных эволюционных процессов.

7)Каждая нервная система химически и генетически химерна. Некоторые линии нейронов были утрачены в процессе эволюции, однако основные регуляторные элементы генома (транскрипционные факторы, энхансеры и т.д.) сохранились в ныне существующих нервных системах. Большинство ганглиев у беспозвоночных, а также нейронных сетей и ансамблей состоят из клеточных линий, имеющих различное происхождение. Кроме того, нейроны способны формироваться из различных зародышевых листков (экто-, энто- и мезодермы).
 
8 )Медиаторы являются многоуровневыми интеграторами поведения, поскольку они способны действовать как в пределах синаптической щели, так и за ее пределами. Особенно хорошо это прослеживается у беспозвоночных. Так, нервная клетка, имеющая несколько синаптических окончаний, может иметь различные способы его выделения. Например, она может одним синапсом выделять нейромедиатор в гемолимфу (т.е. системно), другим окончанием действовать паракринно (на соседние клетки), а третьим подходить к мышцам и образовывать нервно-мышечный синапс. Таким образом, нейроны кодируют не просто возбуждение и торможение, а сложные интегративные физиологические и поведенческие функции.
 
9)Медиаторы создали нервную систему (Moroz и др., 2021). Почти в каждой нервной системе имеется более 20 низкомолекулярных и более 100 пептидных передатчиков. В различных группах животных их баланс уникален. Таким образом, изменение соотношения медиаторов позволяет эффективно регулировать поведение, а также может являться толчком для дальнейших эволюционных изменений.
 
10)Предковая несинаптическая передача не исчезла в процессе эволюции, а сохранилась в форме паракринной (объемной) передачи сигналов.

Вопросы, требующие дальнейших исследований

Гипотеза полигении может быть проверена с помощью так называемых «омиксных» подходов. Однако проблема заключается в интеграции огромного количества сравнительных данных с физиологией отдельных клеток и их ансамблей в реальном времени для каждого изучаемого вида организмов. Это требует проведения междисциплинарных исследований и может занять десятилетия. Леонид Мороз надеется, что в итоге будет создана некая Периодическая система типов клеток (аналог Периодической системы химических элементов), по которой в зависимости от положения можно будет предсказывать функциональные особенности того или иного типа нервных клеток.

Фундаментальные вопросы, на которые предстоит найти ответы:

1) Существуют ли еще неизвестные медиаторы?
2) Сколько сигнальных молекул может совместно высвобождаться?
3) Каков вклад синаптического и несинаптического высвобождения в разных линиях животных?
4) Сколько типов синапсов существует и какова их естественная (эволюционная) классификация?
5) Эволюционируют ли медиаторы?
6) Существуют ли какие-либо ограничения и тенденции в эволюционном отборе медиаторов и синапсов?

В заключении рассматриваемой нами работы Леонид Мороз высказывает свои предположения по сформулированным им вопросам. Если вас заинтересовала проблема эволюции нервной системы, вы можете найти их в оригинальном тексте статьи. А мы будем следить за успехами ученых в надежде, что вскоре им удастся экспериментально проверить свои предположения и пролить свет на то, как формировались нервные системы.

P.S. Ссылки на статьи:
раз* 
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rstb.2019.0762
два*
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2021.669087/full

Рисунки не загружаются, оставил только ссылки на них.

P.P.S. Ранее я уже размещал сообщение (думаю, что в контексте сегодняшнего сообщения оно будет уместно):

Могли ли нейротрансмиттеры создать нервную систему в качестве эволюционного ответа на повреждение?
https://elementy.ru/novosti_nauki/433837/Mogli_li_neyrotransmittery_sozdat_nervnuyu_sistemu_v_kachestve_evolyutsionnogo_otveta_na_povrezhdenie

[Alexeyy]

   Израильский стартап Future Meat Technologies снизил стоимость выращенной в лаборатории курицы. Цена продукта — около $1,7 за грудку.
   В 2013 году американские ученые вырастили в лаборатории гамбургер за $330 000, но с тех пор многое изменились. Ученые и стартапы работают над тем, чтобы снизить цену искусственного мяса. Это удалось израильскому стартапу Future Meats — стоимость выращенной в лаборатории куриной грудки снизилась до $1,7 (125 рублей).
   Израильские эксперты используют уникальный подход. Он заключается в том, чтобы брать клетки у живых животных и использовать для их роста специальные биореакторы (ферментеры) из нержавеющей стали (это оборудование для выращивания биологических культур в контролируемых стабильных условиях). Они не только регулярно удаляют продукты жизнедеятельности культур, но и обеспечивают питание растущим клеткам. В итоге они быстро размножаются и превращаются в ткани, а затем и в съедобные куски мяса.
   Компания заявляет, что этот процесс приводит к урожайности, которая в 10 раз превышает отраслевой стандарт. В процессе появляется на 80% меньше выбросов парниковых газов, а само производство требует на 99% меньше земли и на 96% меньше пресной воды, чем при традиционном производстве мяса. Еще в феврале Future Meats объявила, что ее технология продвинулась до такой степени, что стоимость культивированной куриной грудки упала до $7,50. Уже в июне стартап открыл первую в мире фабрику по выращиванию мяса в лаборатории в израильском городе Реховот. На новом производстве стоимость изготовления снизилась еще сильнее — до $3,90 за грудку.
   Представители компании заявили, что после расширения предприятия стоимость снизилась до $1,70, в то время как себестоимость производства каждого фунта (453 г) выращенной курицы составляет $7,70 по сравнению с $18 шесть месяцев назад.

  Из https://hightech.fm/2021/12/21/future-meats-lab-gown (новостная заметка самого конца прошлого голда)