Интересные новости и комментарии

Автор Дж. Тайсаев, января 15, 2009, 02:31:37

« назад - далее »

АrefievPV

Блокчейн использовали в моделировании четырех миллиардов реакций, необходимых для зарождения жизни
https://naked-science.ru/article/chemistry/blokchejn-ispolzovali-v-m
Команда химиков применила вычислительные мощности распределенной сети компьютеров, чтобы сгенерировать крупнейшую из когда-либо созданных цепей химических реакций, которые могли привести к появлению пребиотических молекул на ранней Земле.
ЦитироватьВ исследовании, опубликованном в журнале Chem, ученые использовали потенциал технологии блокчейн для решения проблем за пределами финансового сектора, которые в противном случае потребовали бы дорогих и труднодоступных суперкомпьютеров. Авторам научной работы удалось изучить все возможные комбинации химической реактивности, действовавшие на первобытной Земле, и показать, что некоторые примитивные формы метаболизма могли возникнуть даже без участия ферментов.

Чтобы применить блокчейн-сеть для расчета нужных реакций, исследователи сначала выбрали набор исходных молекул, которые присутствовали на ранней Земле, например воду, метан и аммиак, установив правила, какие реакции могли происходить между различными типами молекул. Затем эту модель задействовали для расчета наиболее вероятных реакций на блокчейн-сети распределенных вычислений.

Для этого команда ученых объединила свои усилия с компьютерными специалистами, использующими искусственный интеллект для планирования химического синтеза. Вместе они создали блокчейн с использованием платформы Golem, которая организует вычисления на сотнях компьютеров по всему миру, платя владельцам ПК криптовалютой в обмен на вычислительное время их машин.

Получившаяся сеть, названная NOEL (Network of Early Life), начиналась с 11 миллиардов реакций, а затем была сжата до 4,9 миллиарда наиболее правдоподобных. В итоге NOEL содержит части хорошо известных метаболических путей, таких как гликолиз и имитация цикла Кребса, и синтез 128 простых биотических молекул, таких как сахара и аминокислоты.

Однако среди почти пяти миллиардов произведенных реакций только сотни реакционных циклов оказались «самовоспроизводящимися» — в них молекулы создавали копии самих себя. Предполагается, что именно свойство саморепликации сыграло центральную роль в возникновении жизни, но подавляющее большинство ее известных проявлений требуют сложных макромолекул, например ферментов. Полученные же результаты показали, что при наличии только небольших молекул самовоспроизведение — редкое событие, так что, как полагают авторы, это свойство появилось позднее в процессе эволюции.

В итоге совместная работа химиков и IT-специалистов не только расширила знания о ранней пребиотической химии, но и показала, как благодаря распределенным вычислениям науку можно сделать более доступной для исследователей в небольших университетах и институтах, где нет доступа к суперкомпьютерам. Более широкое использование блокчейн-платформ поможет резко изменить организацию крупномасштабных вычислений, радикально упростив их даже для игроков без высокопроизводительного «железа».

P.S. Опять забыли про среду, в которой происходили все эти «самовоспроизведения» – эти реакционные циклы ведь не в вакууме шли (кстати, даже сам реакционный цикл есть составная часть среды). То есть, это не «молекулы создавали копии самих себя», а именно среда создавала копии/реплики молекул, а молекулы здесь играли роль образцов/оригиналов для копирования/репликации.

АrefievPV

Ученые предложили создать новую научную дисциплину — минеральную информатику
https://naked-science.ru/article/column/uchyu-distsiplinu-mineral
Международная группа минералогов, в которую вошли специалисты Кольского научного центра РАН, пришла к выводу о целесообразности создания новой научной дисциплины — минеральной информатики.

ЦитироватьВ прошлом году на страницах журнала American Mineralogist Американского минералогического общества (Mineralogical Society of America) появилась статья, которая фактически провозгласила создание нового научного направления. В работе приняли участие ведущие минералоги мира, включая генерального директора Кольского научного центра РАН, академика Сергея Кривовичева.

Минералы как естественные продукты геологических процессов сами по себе несут огромное количество информации. Например, они фиксируют факторы среды (физические, химические и в некоторых случаях даже биологические), которые могут многое сказать об условиях, которые были на нашей планете в момент их формирования. Все эти данные можно найти, исследуя и интерпретируя основные, второстепенные и микроэлементы, включения, текстуру поверхности, размер и форму зерен, соотношение стабильных изотопов и многое другое.

Каждый минерал в своих признаках хранит огромное количество информации. Минералогия за последние несколько десятков лет активно использует методы, основанные на данных, например для поиска новых минералов. Количество информации, которую можно извлечь из отдельного образца, настолько увеличилось, что позволяет использовать эти данные и за пределами чистой минералогии. Именно поэтому группа выдающихся ученых создала текст, который может считаться манифестом нового научного направления – минеральной информатики.


Вопросы минеральной информатики / © Пресс-служба КНЦ РАН

С точки зрения исследователей минеральная информатика рассматривает восемь базовых исследовательских вопросов:

1. Могут ли химические и физические свойства образцов минералов раскрывать их парагенетические особенности и функционировать в качестве посредников для биосигнатур? Более простым языком это можно охарактеризовать как использование информации, полученной из образцов минералов, для воспроизведения условий биологической жизни в соответствующие эпохи. Это позволит отделить минералы, которые образовались при влиянии живых организмов, от тех, которые образовались в строго абиотических условиях

2. Влияет ли присутствие жизни на минералогическое разнообразие планеты и статистическое распределение минеральных видов? Ответ на этот вопрос может помочь в исследованиях, связанных с возможностью существования биологической жизни на других планетах.

3. Можем ли мы предсказать наличие минералов на других планетах, учитывая ограниченные данные о них?

4. Совместное присутствие минералов и жизни: способствуют ли минералы метаболическому ландшафту или формируют его? Другими словами – как присутствие тех или иных минералов влияет на основные обменные процессы живых организмов, которые развиваются в среде, состоящей из таких минералов?

5. Какую роль сыграли минералы в возникновении жизни?

6. Могут ли минеральные сети служить биосигнатурой планетарного масштаба? Иначе говоря, может ли присутствие определенных видов минералов со всем комплексом доступной по ним информации говорить о присутствии сейчас или в прошлом того или иного типа живых организмов на конкретной планете?

7. Могут ли минеральные сети служить показателем степени планетарной эволюции? Ответ на этот вопрос подразумевает определенное представление об эволюции планет, которая очевидно является контр-энтропийным процессом. Таким образом, если считать эволюцию увеличением структурной сложности исследуемой системы, могут ли минеральные сети служить показателем таких процессов для систем планетарного масштаба?

8. Сыграли ли появление и эволюция жизни какую-то роль в увеличении средней структурной сложности минералов на Земле в течение длительного времени? Этот вопрос интересен тем, что возможно, именно присутствие жизни определяет ту минералогическую сложность, которую ученые наблюдают на Земле.

Такие исследовательские вопросы во многом отходят весьма далеко от основных задач не только минералогии, но и даже геолого-минералогических наук в целом. Для исследований в этом направлении требуются специфические методы, которые основаны на больших данных и самообучающихся системах, поскольку обрабатывать такие объемы информации без привлечения современных информационных методов совершенно невозможно.

При этом важно проверять все информационно-аналитические методы более традиционными минералогическими инструментами, чтобы избежать ошибок. Последние десятилетия доказали эффективность такого подхода в минералогии. Минералы как относительно стабильные свидетели прошлого могут дать неисчерпаемый источник информации по всем вышеперечисленным вопросам и возможно ряду других, еще даже несформулированных.

Исследователи уверены, что будущее десятилетие передовых исследований в минералогии будет сосредоточено на систематическом и скоординированном изучении данных о минералах и методов обработки данных, используемых для формулировки научных заключений. А это значит, что минеральная информатика может стать основой междисциплинарных проектов с минералогическим участием.

P.S. Главное, не стоит забывать, что понятие информация, это просто удобный термин для описания некоторых аспектов явлений. То, что каждый минерал в своих признаках хранит огромное количество информации, это только наши интерпретации. (замечание в скобках: выделение признака, это, по сути, выделение абстракта, которое происходит в наших мозгах – то есть, абстракт возникает в мозгах, его нет в некоем внешнем объекте/процессе)

То есть, что в минералах есть какая-то там информация, как некая самостоятельная сущность, которую можно извлечь оттуда, это иллюзия – вся эта информация возникает у нас в мозгах, как интерпретация данных (которые являются, в свою очередь, интерпретацией сигналов). Можно сказать, что данные и сигналы – это тоже интерпретация (только низкоуровневая, которую формируют воспринимающие структуры органов чувств (сигналы) и первичные аналитические структуры нервной (данные)). Ну, а смысл, это интерпретация уже более высокого уровня, якобы полученной извне, информации, которую (интерпретацию) формируют высшие аналитические структуры головного мозга.

АrefievPV

Как решалась проблема увеличения независимости от среды в докембрии
https://elementy.ru/genbio/synopsis/725/Adaptivnye_reaktsii_drevneyshikh_iskopaemykh_organizmov_vozmozhnye_evolyutsionnye_prichiny_vozniknoveniya_sotsialnosti
ЦитироватьПо статье:
Е. Л. Сумина, Д. Л. Сумин
Адаптивные реакции древнейших ископаемых организмов: возможные эволюционные причины возникновения социальности
Том 84, 2023. № 2, Май-июнь • Стр. 98–113 

Первыми макрообъектами в палеонтологической летописи на данный момент считаются строматолиты. Их возраст насчитывает более 3,5 миллиардов лет. Показано, что строматолиты, являясь побочным продуктом жизнедеятельности первых прокариотических организмов – цианобактерий, имеют упорядоченные структуры и демонстрируют своеобразную морфологическую эволюцию. Например, во времени наблюдается согласованное изменение высоты постройки и ее внутренней структуры. Наблюдающееся развитие строматолитовых построек укладывается в комплекс потребностей донного фотосинтезирующего организма – подъем над поверхностью осадка, уход из зоны взмучивания и засыпания, увеличение поверхности фотосинтеза. Таким образом, могут быть реконструированы причины и ход эволюционных изменений самых древних сообществ.
ЦитироватьВ геологической летописи особняком от остальных стоят так и не понятые до конца в течение большого времени своего изучения ископаемые организмы – строматолиты. Первые их находки из древнейших отложений, исходя из общего уровня организации, описывались как губки и кораллы.

Дальнейшее изучение показало их принципиальное отличие от скелетов эукариот. Фактически это были утолщенные и видоизмененные по форме части слоев известковых пород, образующие столбики при накоплении древнего осадка. Предположение о водорослевом их происхождении получило подтверждение после нахождения в тридцатых годах прошлого века современных строматолитов, образуемых сине-зелеными водорослями или, по современной систематике – цианобактериями. Ясно, что такой объект как водорослевое обрастание не может быть предметом интереса палеонтолога-систематика или палеонтолога-эволюциониста, поскольку заведомо не обладает организменной целостностью, определяемой единой наследственностью.

Однако строматолиты привлекли к себе особое внимание именно палеонтологов, поскольку были единственными ископаемыми макроскопической размерности в докембрийских толщах, накопление которых предшествовало массовому появлению организмов со скелетом. Подробное их изучение в геологических целях выявило таксономическую делимость разнообразия строматолитов и направленную сменяемость этих таксонов во времени, что может быть свойственно только организмам. Противоречие между биологическим и палеонтологическим пониманием строматолитов требовало разрешения. Проведенное в рамках этой задачи исследование современных цианобактериальных пленок позволило выявить у них свойства, характерные только для организмов – образование дифференцированных структур путем истинного морфогенеза.

Ранее считалось, что для образования сложных макроскопических (многоклеточных) организмов требуется сложность эукариотных клеток. Нитчатые цианобактерии являются заведомыми прокариотами и такой сложностью не обладают. Однако если эукариотные клетки понимать как многоклеточных прокариот с высокой степенью дифференцировки, то нитчатые цианобактерии как также многоклеточные прокариоты в этой логике вполне ожидаемо будут проявлять сходные свойства. 
ЦитироватьЗдесь нужно отметить, что наблюдаемая история строматолитов насчитывает более 3,5 миллиардов лет и описываемые этапы усложнения в ней происходили неоднократно. Предметом нашего рассмотрения является рифейско-вендский (1650–540 млн лет) этап как наиболее поздний и наиболее сохранный. Одновременно при его окончании строматолиты достигли сложности, могущей быть сопоставленной с простейшими скелетами многоклеточных эукариот, но дальнейшее их развитие было прервано появлением самих скелетных эукариот.
P.S. На всякий случай напомню, что эволюция идёт всеми доступными путями сразу (выживают не все виды, большинство проигрывает в конкуренции). И нам приходится реконструировать эволюционные пути по очень скудным данным (по теперешним видам, победившим в конкурентной борьбе и по палеонтологическим находкам).

Об изначальной социальности живых систем (только ссылка, сообщение большое):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg235197.html#msg235197

Об автономности живых систем (краткая цитата, ссылка внутри):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg257845.html#msg257845
Цитата: АrefievPV от декабря 10, 2021, 08:20:35P.S. О повышении автономности живых систем упоминал здесь (там целый гипотетический сценарий представил): https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg218092.html#msg218092

Степень автономности системы коррелирует со степенью «живости» (и даже, со степенью разумности) этой системы. Следует заметить, что автономность системы рассматривается по отношению к среде обитания (ближайшей и текущей). То есть, система более автономна именно к ближайшей/текущей среде обитания, а не вообще к среде обитания (живая система включена в среду обитания). По проявляемой степени автономности системы от среды мы разграничиваем живое и косное.

АrefievPV

Альтернативные формы жизни
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/436997/Alternativnye_formy_zhizni
Интервью Бориса Штерна с Михаилом Никитиным

P.S. Прокомментирую некоторые высказывания.

ЦитироватьКак и везде в естественных науках, в отличие от математики и философии, мы тут не можем начать с того, чтобы дать строгое определение, что такое жизнь. Но пока мы находимся на Земле и рассматриваем то, что есть на Земле, мы более-менее интуитивно понимаем, что там живое, а что не живое. То есть царства растений, животных и минералов люди выделяли тысячи лет назад.
Строгое определение (при этом, определение желательно в «зрелой» форме, а не перечнем свойств/качеств) жизни дать не могут, а только «более-менее интуитивно понимают, что там живое, а что не живое», но умудряются выстраивать сложные конструкты на такой зыбкой базе...

Грубо говоря, наша интуиция (точнее, её нейрофизиологическая основа – нейросети мозга) обучается на наглядных примерах, а размножение, это наглядно, но глубинная суть при этом не видна. И здравый смысл, в этом плане, только поверхностное осмысление результатов обучения – выделение поверхностной сути («что вижу, о том и пою»).

Судя по всему, это самое «более-менее интуитивное понимание» и завело в «когнитивный тупик». В итоге саморепликация поставлена во главу угла. Ну и, так как, в основу живого поставили, так называемую, саморепликацию, то всё остальное оказалось жёстко привязанным к этой «саморепликации». И вот тут некоторые вещи начинают нестыковаться, но люди этих нарушений логики не замечают.

Характерный пример (из цитаты ниже). Сначала умудряются заражённую вирусом клетку обозвать вирусом в активной форме, и эта клетка начинает производить вирусные частицы (типа, вирусы в покоящейся стадии). Вроде основа определения живого (саморепликация живой системой самое себя) не нарушена – вирус реплицирует сам себя (типа, активная форма создаёт покоящиеся стадии). Нормально же, да? А ничего, что клетка (хоть заражённая, хоть незаражённая), это не вирус? Вот ни в какой форме или стадии клетка, это не вирус.

Репликация, это только способ сохранения своей структуры именно для таких неустойчивых химических систем, как живые системы нашего типа жизни (то есть, главное, чтобы успела сформироваться копия структуры в реплике, пока структура оригинала не разрушена (а если реплик получилось больше, то и вероятность сохранения оказывается выше)).

При этом, если смотреть глобально, то это просто соответствие (напомню: жизнь – это живая система + её среда обитания) условий среды и структур систем-образцов/оригиналов, которые среда может реплицировать. Тут: без соответствующих систем-образцов/оригиналов не будет реплик – не с чего делать копии), а без соответствующих условий среды не будет репликации – такие системы-образцов/оригиналы данная среда не будет реплицировать (возможно, системы с другой структурой будет, но вот эти не будет).

ЦитироватьНекоторую сложность доставляли вирусы, но тут я могу сказать, что вирусы, конечно же, живые, хотя бы потому, что кафедра вирусологии находится на биологическом факультете, а не на химическом и не на геологическом. Вирусы способны к размножению, также, как и все другие живые существа, просто те формы вирусной частицы, которые кристаллизуются и более упорядочены, чем живые клетки, — это их покоящаяся стадия. А активная форма жизни вируса — это вироклетка, зараженная клетка, которая производит новые вирусные частицы. Она со всей очевидностью живая — это размножающаяся форма живого организма, вируса.
Аргумент, что «вирусы, конечно же, живые, хотя бы потому, что кафедра вирусологии находится на биологическом факультете» – это шутка, наверное.

Обозвать заражённую вирусом живую клетку вирусом в активной форме для того, чтобы наделить «живостью» вирус – это какое-то жонглирование понятиями...

На самом деле, это вынужденная мера, дабы не порушить основу определения живого – так называемую, саморепликацию. «Закрывать глаза» на то, что именно клетка создаёт реплики вируса, а не сам вирус создаёт собственные реплики – то есть, в данном случае живая клетка является средой, реплицирующей вирус, а вирус является только образцом/оригиналом для репликации – наверное, вера диктует...

И да, живая система может находиться в двух фазах (и эти фазы достаточно легко выявляются) – в активной, и в пассивной. Но изначально (в момент возникновения живых систем) чёткого разделения фаз не было, оформились/обособились  фазы в результате эволюции, как адаптации для выживания. Это ещё и к вопросу «что первично, курица или яйцо» (на базовом уровне, разумеется) – типа, какая из фаз была первичной.

ЦитироватьПотому что жизнь довольно четко отличается от неживой материи на Земле по способности к дарвиновской эволюции, по способности к неограниченной наследуемой изменчивости. Так, живые организмы производят свои копии, копии эти не являются точными — они все-таки немножко отличаются от родителей, — изменения этих копий наследуются следующими поколениями (это не одна ошибка, которая будет исправлена в следующем поколении, это наследуемое изменение), а разница между этими копиями влияет на их дальнейшее размножение. Существует отбор. Какие-то потомки с какими-то вариациями размножаются лучше, другие потомки с другими вариациями размножаются хуже и в конце концов могут исчезнуть из популяции.
Не организмы производят собственные копии, а среда производит копии организмов (организмы играют только роль образцов/оригиналов для копирования). При этом не следует забывать, что и среда, и образец, это вещи относительные – например, для молекулы ДНК/РНК, это внутриклеточная среда, а для клетки это уже внеклеточная среда, но в пределах колонии, такни, органа и т.д.

Вот здесь описана аналогия с копировальным аппаратом и упоминание о том, что репликация это только способ сохранения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234446.html#msg234446

Здесь чуток подробнее поясняю:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,8969.msg238885.html#msg238885

Здесь попытался обозначить связь между механизмом сознания, субъектностью, механизмом самосохранения, сутью возникновения автономности живых систем:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg233720.html#msg233720

Здесь попытался расписать сценарии возникновения основ живого:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg265926.html#msg265926
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.msg267052.html#msg267052

ЦитироватьДарвиновский естественный отбор — это очень важный процесс. Более того, он входит в рабочее определение астробиологической программы NASA. Там определение очень короткое: «Жизнь — это химическая система, способная к дарвиновской эволюции». Но какой должен быть материальный субстрат, чтобы поддерживать дарвиновскую эволюцию? Он, строго говоря, не обязан быть химическим.
«Химическая жизнь», к которой принадлежит и наш тип жизни (атомно-молекулярная форма жизни на основе соединений углерода и воды), это только частный случай жизни.

Как уже говорил, в основе живого лежит стремление к самосохранению. Возникает таковое стремление как нарушение гомеостаза. Ну, а любой гомеостаз (любого уровня) системы всегда сводится к некоей совокупности замкнутых/закольцованных процессов внутри системы (и/или замкнутых/закольцованных процессов на этом уровне).

То есть, гомеостаз системы, если совсем уж упрощать (предельно простая система, единственный замкнутый/закольцованный процесс и т.д.), сводится к процессу, который воспроизводится раз за разом внутри системы.

Сразу уточняю – этот процесс возникает и поддерживается взаимодействиями элементов системы между собой (разумеется, часть элементов системы взаимодействует и с внешней средой – система должна быть открытой) – то есть, даже для этого процесса причины его возникновения и существования – внешние. И вообще, любая сущность возникает и существует благодаря внешним причинам (утрируя можно сказать, что «при взаимодействии двух возникает третье»).

При нарушении (например, при внешнем воздействии на систему) этого процесса, как раз и возникает направленный потенциал (процесс обладает инерцией и, как бы, стремиться продолжить «крутиться»).

Здесь приведена цепочка рассуждений, как я пришёл к тому, что следует положить в основу определения жизни:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg234477.html#msg234477

Здесь скучковал основные определения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9297.msg267302.html#msg267302

Здесь скучковал критерии (в том числе, и «при взаимодействии двух возникает третье»):
https://paleoforum.ru/index.php/topic,12369.msg258384.html#msg258384

АrefievPV

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 280: «повелитель» эпигенетических часов нейронов
https://neuronovosti.ru/nejronauki-v-science-i-nature-vypusk-280-povelitel-epigeneticheskih-chasov-nejronov/
Ученые из Мемориального онкологического центра Слоана-Кеттеринга в Нью-Йорке нашли способ «взломать» внутренние часы клеток. Точнее, они смогли преодолеть эпигенетический барьер, который регулирует зрелость нейронов. Но таким способом можно будет повлиять и на другие клетки — например, бета-клетки поджелудочной железы. Результаты опубликовали в журналах Nature и Nature Biotechnology.
ЦитироватьСозревание и старение клеток регулируется  эпигенетически. Последовательность ДНК не меняется, но меняется экспрессия генов — например, блокируется или снижается. В своем исследовании ученые проанализировали, какие биоактивные молекулы влияют на экспрессию генов, стимулируют или ингибируют ее. По итогам анализа они создали комбинацию из четырех компонентов, стимулирующих созревание нейронов.

Получившийся медиаторный коктейль назвали GENtoniK. Примечательно, что это не смесь факторов роста или иных естественных медиаторов – это комбинация низкомолекулярных соединений. Смесь подавляет эпигенетические факторы, замедляющие созревание клеток, и стимулирует факторы, способствующие этому процессу. В результате созревание происходит быстрее и/или не замедляется со временем.

В рамках исследования авторы провели ряд экспериментов на клеточных культурах. Исследователи использовали GENtoniK для ускорения зрелости кортикальных нейронов и спинальных моторных нейронов. В дальнейших исследованиях оказалось, что данная смесь стимулирует развитие других типов клеток, включая меланоциты и панкреатические бета-клетки.

Эксперимент с кортикальными нейронами показал, что GENtoniK ускоряет процесс созревания. А значит, может стимулировать кортикальный нейрогенез, нарушенный в случае некоторых заболеваний — аутизма, например. Спинальные моторные нейроны «созрели» быстрее контрольной группы клеток, которая содержалась в стандартных условиях. Восстановление спинномозговых нервных волокон очень обнадеживает: возможно, получится приблизиться к реабилитации пациентов с травмами спинного мозга, которые пока имеют мало возможностей вернуться к нормальной двигательной активности.

Создание GENtoniK представляет собой значительный прорыв в стимуляции созревания клеток. Этот метод может быть полезен для моделирования различных медицинских состояний, включая расстройства, связанные со снижением синаптической связности, такие как аутизм. Однако, для создания моделей нейродегенеративных заболеваний требуется дальнейшее исследование процессов созревания и, главное, старения нейронов.

Авторы отмечают, что их средство не только помогает быстрее довести нейроны до взрослого состояния, но может оказать такое же влияние на бета-клетки поджелудочной железы. Возможно, это станет предметом исследований в области диабета.

Шаройко Лилия

#2585
Ученые создали устройство для работы «квантовых» нейросетей

https://indicator.ru/physics/uchenye-sozdali-ustroistvo-dlya-raboty-kvantovykh-neirosetei-07-03-2024.htm

07 МАРТА 2024

ЦитироватьРоссийские ученые предложили сверхпроводящую логическую ячейку, которая может быть как составной частью квантового компьютера, так и компонентом нейросети — искусственным нейроном. В перспективе на ее основе будут проектироваться элементы для нейроморфной обработки информации в квантовых процессорах — по сути, «квантовые» нейросети. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Beilstein Journal of Nanotechnology.



Современные достижения в области информационно-телекоммуникационных технологий способствуют активному развитию систем искусственного интеллекта. Однако, несмотря на колоссальный прогресс и внедрение нейронных сетей практически во все сферы деятельности человека, ученые все еще ищут оптимальную элементную базу искусственных нейронных сетей, которые бы потребляли минимум энергоресурсов и при этом работали с экстремально большим объемом данных. Решить данную проблему можно, совместив идеи квантовых вычислений и нейротехнологий на основе сверхпроводниковой элементной базы.

Ученые из Национального исследовательского Нижегородского государственного Университета имени Н. И. Лобачевского (Нижний Новгород) и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова (Москва) предложили модель сверхпроводящей логической ячейки, которая может быть как единицей информации в квантовом компьютере — кубитом, — так и базовым элементом нейросети — нейроном. Такой ячейкой оказался интерферометр — прибор, изменяющий магнитное поле по заданному учеными закону.

«Мы настроили ячейку так, что она перестала реагировать на незначительные изменения магнитного поля, поступающего на нее. Однако, если магнитный поток на входе оказывался достаточно сильным, на выходе формировался фиксированный магнитный поток. Фактически таким образом мы продемонстрировали режим работы квантовой ячейки (квантового нейрона), полностью аналогичной известным для классических нейронных сетей. С другой стороны, меняя параметры индуктивностей ячейки и внешнего потока, мы смогли использовать ее в качестве вспомогательного кубита, отказавшись при управлении ею от высокостабильного опорного генератора и сложных смесителей сверхвысокочастотных сигналов, которые необходимы в традиционной технике», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Николай Кленов, доктор технических наук, профессор кафедры атомной физики, физики плазмы и микроэлектроники МГУ имени М. В. Ломоносова.

Кроме того, исследователи определили, что предлагаемая ячейка будет работать при температурах от 0,03 Кельвинов (порядка -273,12оС) до 1 Кельвина (-272,15оС), что подтверждает возможность использовать ее на практике для создания нейросетей, работающих с квантовой информацией. Авторы отмечают, что поддержание таких условий не вызывает трудностей.

«В настоящее время системы, объединяющие квантовые вычисления и искусственный интеллект, особенно актуальны. Наша работа — это маленький шаг в сторону развития нейросопроцессоров (базовых ячеек — нейронов), работающих с квантовой информацией. В дальнейшем мы планируем изучить передачу и обработку квантовой информации в простейшей квантовой сверхпроводниковой сети», — рассказывает Марина Бастракова, руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, заведующая лабораторией теории наноструктур Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского.



НЕЙРОБИОЛОГИ СОЗДАЛИ УМНЫЕ НЕЙРОПРОТЕЗЫ

https://наука.рф/news/neyrobiologi-sozdali-umnye-neyroprotezy/

12 МАРТА 2024
ЦитироватьНейробиологи Санкт-Петербургского университета с российскими и иностранными коллегами разработали и протестировали систему биомиметической нейростимуляции, способную транслировать близкую к натуральной информацию в неповрежденные отделы нервной системы. Разработка показала свою эффективность в тестировании на пациентах, сообщили в пресс-службе вуза.

Воздействие на мозг через стимуляцию периферических нервов — один из перспективных методов при нейропротезировании конечностей у пациентов с утраченными двигательными функциями, ампутированными конечностями и параличами вследствие травм и заболеваний нервной системы. Однако такой подход не всегда обеспечивает естественную сенсомоторную активность. По словам ученых, для более эффективного восстановления пациентов нужно исследовать новые способы сенсорной стимуляции, близкие к естественным.

Международная команда исследователей, в состав которой вошел заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ профессор Павел Мусиенко и сотрудники его научной группы, разработала и протестировала систему биомиметической нейростимуляции. Она передает в неповрежденные отделы нервной системы человека информацию, приближенную к натуральной, естественной.

«На основе математической модели механорецепторов — окончаний нервных волокон, которые реагируют на механическое воздействие, — мы создали биомиметические стратегии стимуляции, имитирующие активность различных афферентных единиц, которые передают импульсы от рецепторов в головной или спинной мозг», — рассказал автор работы, заведующий лабораторией нейропротезов Института трансляционной биомедицины СПбГУ, научный руководитель направления «Нейробиология» научно‑технологического университета «Сириус», заведующий лабораторией нейромодуляции Института физиологии имени И. П. Павлова РАН Павел Мусиенко.


Ученые экспериментально оценили новую парадигму на животных моделях, исследовали соматосенсорную нейросеть, стимулируя нерв и записывая рефлекторные реакции в ганглиях (спинномозговых узлах) дорсальных корешков и спинном мозге. Такая стимуляция привела к активности нейронной сети, причем эта активность по своей пространственно‑временной динамике оказалась приближена к естественной нормальной. Новую умную нейротехнологическую парадигму реализовали в бионическом устройстве и протестировали на реальных пациентах, обеспечив большую мобильность и лучшую координацию по сравнению с традиционными подходами.

Работа проведена Санкт‑Петербургским университетом совместно с университетом «Сириус», Институтом физиологии имени И. П. Павлова РАН, центром LIFT (Life Improvement by Future Technologies Center), НИТУ МИСиС, а также ETH Zurich.

Результаты исследования опубликованы в международном научном издательстве Nature.

Исходник публикации

https://www.nature.com/articles/s41467-024-45190-6

Это потом в теме космоса наверное продублирую, не хочу пока чтобы обзор итогов года Попова далеко уезжал из последнего там еще много интересного не рассмотрено подробно.

Коротко о программе 10 марта 2024
Космонавты на МКС помогают ученым строить модели генерации частиц при солнечных вспышках
https://www.roscosmos.ru/40299/

ЦитироватьС 7 по 10 марта по программе полета российского сегмента станции выполнены:

эксперимент «БТН-Нейтрон» (построение физической модели генерации заряженных и нейтральных частиц во время солнечных вспышек);

эксперимент «Вектор-Т» (экспериментальная отработка методики прогнозирования движения МКС, методов учета ориентации и режимов работы системы управления движением и навигацией);


подробное описание эксперимента  «БТН-Нейтрон» дано летом прошлого года

https://www.roscosmos.ru/39499/


Эксперимент «БТН-Нейтрон» на МКС поможет планированию межпланетных полетов

ЦитироватьНа российском сегменте Международной космической станции проводится эксперимент «БТН-Нейтрон», результаты которого будут применять при планировании межпланетных полетов и создании обитаемых баз на других небесных телах Солнечной системы.
В задачи эксперимента, постановщик которого Институт космических исследований Российской академии наук, входят:

построение физической модели генерации заряженных и нейтральных частиц во время солнечных вспышек;
разработка физической модели нейтронного альбедо атмосферы Земли с учетом гелио- и геофизической обстановки, эффектов долготы и широты точки измерения, времени суток, условий освещенности и состояния атмосферы;


создание физической модели фона нейтронов в окрестности МКС при различных условиях полета, а также регистрация космических гамма-всплесков.
Нейтронный фон на орбите МКС возникает за счет взаимодействия потоков галактических или солнечных космических лучей, состоящих преимущественно из протонов, с ядрами химических элементов, входящих в состав верхней атмосферы Земли, и материалами самой станции. Кроме того, в некоторых мощных солнечных протонных событиях генерируются потоки нейтронов высоких энергий и, так как период полураспада нейтрона (около 11 минут) сравним со временем пролета таких нейтронов от Солнца до Земли, некоторая доля потока, зависящая от скорости и энергии нейтронов, может достичь окрестности Земли.

С февраля 2007 года бортовой телескоп нейтронов, установленный российскими космонавтами на внешней поверхности служебного модуля «Звезда», ведет непрерывные измерения нейтронной компоненты радиационного фона вокруг станции в диапазоне энергий от 1 эВ до 15 МэВ и их передачу на Землю по радиоканалу в режиме реального времени. Это позволило анализировать изменения на протяжении полного солнечного цикла, который длится 11 лет.

Измерения, выполненные на автоматических межпланетных станциях, чья масса сравнительно мала, показали, что вклад вторичных нейтронов в общий радиационный фон не очень велик и не превышает 5%, а на МКС массой 440 т он может достигать 20%.

Одним из самых важных результатов эксперимента «БТН-Нейтрон» стали карты мощности нейтронной эквивалентной дозы для минимума и максимума солнечной активности, которые позволяют оценить вклад пролетов над различными участками земной поверхности в среднюю дозу, полученную космонавтами за длительный период времени пребывания на орбите.

Так средняя мощность эквивалентной нейтронной дозы в ходе минимума солнечного цикла составляет около 35 мкЗв/сутки, а во время максимума опускается до 25 мкЗв/сутки. Экстраполяция измерений показывает, что мощность нейтронной дозы на МКС может составлять от 75 до 140 мкЗв/сутки в зависимости от активности Солнца. Поскольку космонавт на станции за год получает дозу 220 мЗв, что соответствует суточной дозе около 600 мкЗв, то вклад нейтронной составляющей получается достаточно значительным.

АrefievPV

Шмели учатся друг у друга сложным навыкам
https://elementy.ru/novosti_nauki/434207/Shmeli_uchatsya_drug_u_druga_slozhnym_navykam

ЦитироватьИзучение культуры у животных — одна из самых популярных тем в биологии сейчас. Под культурой понимается триада: социальное обучение, длительное поддержание обретенных поведенческих паттернов в группе, постепенное изменение выученных паттернов. Выясняется, что многие животные способны и учиться друг у друга, поддерживать обретенные навыки, а также модифицировать их, адаптируя к текущему контексту.

Часто уточняется, что к культуре следует причислять лишь такие навыки, которые никак нельзя получить случайно, а можно только подсмотреть у товарищей. Доказать распространение таких сложных поведенческих паттернов у животных очень трудно, но еще труднее доказать, что их нельзя приобрести благодаря чудесной случайности.

Однако английские ученые придумали эксперимент, в котором продемонстрировали именно такое социальное обучение у животных, и доказали, что эти навыки нельзя приобрести случайно. Эти животные — шмели. В эксперименте они обучали друг друга добывать корм таким хитрым способом, который никакой шмель за всю свою жизнь не придумает. Ученые предположили, что общественные насекомые — пчелы, осы, шмели, муравьи — предрасположены к социальному обучению, а их богатейший поведенческий репертуар — это в том числе и результат восприятия культурных традиций в колониях.
ЦитироватьДо последнего десятилетия насекомые, одетые в панцирь, на своих шарнирных ногах, руководимые пустым инстинктом, служили символом механического бездушия. Теперь, кажется, все переиначивается: ученые начинают искать в этих животных биологические начала высокой культуры.

Источник: Alice D. Bridges, Amanda Royka, Tara Wilson, Charlotte Lockwood, Jasmin Richter, Mikko Juusola & Lars Chittka. Bumblebees socially learn behaviour too complex to innovate alone // Nature. 2024. DOI: 10.1038/s41586-024-07126-4.

АrefievPV

Эволюция рибозимов, размножаемых рибозимами: еще один шаг к воссозданию РНК-жизни в пробирке
https://elementy.ru/novosti_nauki/434208/Evolyutsiya_ribozimov_razmnozhaemykh_ribozimami_eshche_odin_shag_k_vossozdaniyu_RNK_zhizni_v_probirke
ЦитироватьОдним из важнейших этапов развития РНК-жизни было появление рибозимов-полимераз (молекул РНК, размножающих молекулы РНК), достаточно точных, чтобы полезная наследственная информация не терялась, а накапливалась в ряду поколений. До сих пор экспериментаторам не удавалось получить столь точные рибозимы-полимеразы. Американским ученым удалось это сделать при помощи нового метода искусственной эволюции. Новый рибозим-полимераза размножает простейшие рибозимы с такой точностью, что наследственная информация не деградирует в ряду поколений. Вместо этого происходит накопление полезных мутаций и рост «приспособленности» размножаемых молекул, то есть настоящая дарвиновская эволюция в пробирке без участия белковых ферментов. Это важный шаг к воссозданию РНК-жизни в лабораторных условиях. Следующей задачей является получение рибозимов-полимераз с таким уровнем точности, который позволил бы им обеспечить эволюцию более крупных рибозимов, в том числе самих себя.
Цитироватьточность репликации все еще недостаточна для того, чтобы обеспечить адаптивную эволюцию самих рибозимов-полимераз. Длина полимеразы 71-89 составляет 182 нуклеотида. Чтобы преодолеть порог Эйгена в условиях, близких к тем, что использовались в обсуждаемой работе, частота мутирования U, вероятно, не должна превышать трех мутаций на геном за поколение (при размножении HHR полимеразой 71-89 величина U составляет 2,94). Если речь идет о размножении 182-нуклеотидного рибозима (это длина полимеразы 71-89), то для U = 3 нужна точность репликации 98,4%. Это намного больше, чем у полимеразы 71-89 (89,1%). Но авторы полны оптимизма. Ведь им удалось за 18 раундов отбора повысить точность полимеразы от 81,4% до 89,1%. Тем самым они опровергли высказывавшееся предположение, что искусственные рибозимы-полимеразы уже достигли предела совершенства, и дальше улучшать их не получится.
Источник: Nikolaos Papastavrou, David P. Horning, Gerald F. Joyce. RNA-catalyzed evolution of catalytic RNA // PNAS. 2024. DOI: 10.1073/pnas.2321592121.(https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2321592121)

Шаройко Лилия

Платформу, которая поможет исследовать межклеточную коммуникацию, разработали ученые ИТМО.

https://наука.рф/news/platformu-dlya-izucheniya-kommunikatsii-mezhdu-kletkami-sozdali-v-itmo/

ЦитироватьВ отличие от аналогов эта платформа позволяет точно определять, где находится клетка, и при этом не вмешивается в ее жизнедеятельность. Это дает шанс следить за клетками в их естественной среде обитания.

Разработка поможет восстанавливать клеточную коммуникацию после травм и создавать материалы для таргетной доставки лекарств, сообщили в пресс-службе университета.

Межклеточная коммуникация во многом обеспечивает бесперебойную работу органов и организма в целом. Клетки распределяют питательные вещества, участвуют в их синтезе и транспорте, помогают удалять токсины и защищают от инфекций. При нарушении межклеточной коммуникации восстановление мышц и костей затрудняется. Чтобы иметь возможность исправить это, нужно досконально понимать механизм взаимодействия клеток между собой.

Один из механизмов передачи сигнала от клетки к клетке — ионные токи. Это движение ионов натрия, калия и кальция сквозь мембрану клетки во внеклеточное пространство и обратно внутрь клетки. Каждый тип ионов отвечает за конкретную функцию: катионы натрия проводят нервный импульс, катионы калия регулируют мембранный потенциал клетки, а катионы кальция помогают сокращать мышцы. Допустим, человек ощущает боль или стресс — в ответ в его организме выделяется вещество, которое инициирует реакцию в клетке. Например, норэпинефрин (молекула адреналина) активирует в клетке IP3 ионные каналы, и клетка высвобождает ионы кальция, при этом сокращаясь и передавая сигнал своим «соседям». Дальше как в эффекте домино: постепенно клетки сокращаются, а затем — и мышцы.

Для изучения ионных токов используют несколько типов систем. Один из них построен на прокалывании клетки микроэлектродом, но такое влияние может спровоцировать выброс специфических белков, которые будут мешать измерениям. Для других типов выращивают клеточную ткань, где искусственно делают разрыв — но и здесь есть вероятность повреждения клетки. Ученые научно-образовательного центра инфохимии ИТМО создали биосовместимую систему для обнаружения ионных токов во внеклеточном пространстве. Она позволяет следить за клетками в естественной среде обитания, не вмешиваясь в их жизнедеятельность.



«В основе нашей системы — гидроксиапатит (минерал, формирующий костную ткань). Решение представляет собой несколько колец Лизеганга — концентрических кругов, образованных при осаждении раствора. Преимущественно на этих кольцах мы вырастили клетки. Один из вариантов передачи сигнала между ними происходит через ионные каналы. Мы добавили активатор работы кальциевых каналов (норэпинефрин), чтобы с его помощью оценить особенности распределения сигнала по кольцам и между ними. Второй компонент системы — гибкие ион-селективные электроды. Их мы использовали для изменения возникающих ионных токов. Волнообразное перераспределение сигнала после активации ионных каналов доказывает передачу сигнала между клетками», — отметила Полина Зырянова, первый автор исследования и инженер научно-образовательного центра инфохимии ИТМО.

Как отметили авторы проекта, связь между кольцами напоминает сообщение между городами. Клетки обособленно располагаются на кольцах, но при этом «чувствуют» друг друга на расстоянии, то есть могут передавать сигналы и расти навстречу, хотя у них нет органов чувств или разума. Также при разработке платформы для клеточной коммуникации они обнаружили, что наиболее интенсивный рост клеток возникал на третьем кольце гидроксиапатита — там же был максимальный пьезоэлектрический эффект. Он играет важную роль в регенерации костной ткани — трансформирует механическое давление в электрические импульсы, которые привлекают стволовые клетки. Они развиваются в остеобласты и формируют новую костную ткань или делают существующую более плотной.

«Мы предложили модельную биомиметическую систему, похожую по своим свойствам на настоящую кость с пьезоэффектом. Дополнительно в нее можно внедрить вещества, которые помогут клеткам быстрее расти или высвобождать лекарства. Эти результаты могут быть полезны в разработке способствующих ускоренной клеточной регенерации имплантатов. Мы планируем продолжить исследования по восстановлению нарушенной клеточной коммуникации, наша цель — создать материал, который клетки будут принимать за "своих"», — рассказала Светлана Уласевич, один из авторов исследования и доцент научно-образовательного центра инфохимии ИТМО.


Исследование, поддержано Российским научным фондом, опубликовано в журнале Materials & Design.

Материалы и дизайн - это рецензируемый научный журнал открытым доступом, издаваемый Elsevier,,. Он охватывает исследования по практическому применению инженерных материалов, включая обработку материалов. Форматы статей - обычные, экспресс- и обзорные статьи (обычно по заказу редакции). Главным редактором является Александр М. Корсунский (Тринити-колледж, Оксфорд).
Публикация

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026412752400090X?via%3Dihub

ЦитироватьОсновные моменты

Для изучения межклеточной коммуникации создана система на основе гидроксиапатитовых колец и ионоселективных микроэлектродов.


Паттерны гидроксиапатита демонстрируют пьезоэлектрический отклик и способность локализовывать клетки C2C12 в определенном месте.


Гибкие ионоселективные микроэлектроды, изготовленные из углеродного волокна, полиэлектролитов и ионообменной мембраны, не повреждают клетки.


Распространение Ca2+, Na+, K+ вдоль паттернов гидроксиапатита изучается in situ после активации Ca2+ каналов in vitro.

Аннотация
Изучение клеточных ионных каналов формирует базовое понимание здорового функционирования органов и организма в целом; однако естественная роль передачи сигналов по ионным каналам между клетками остается неясной. Успех исследования передачи сигнала зависит от используемых методов и материалов. Следовательно, необходимо разработать новый подход и систему для изучения обнаружения межклеточной коммуникации. В этой работе мы предлагаем систему паттернов гидроксиапатита, демонстрирующую пьезоответ в сочетании с биосенсорами на основе волокон для обнаружения электрических сигналов в клеточных сообществах. Наша система не нарушает целостности клеточной мембраны.
Клетки расположены на самоорганизующихся гидроксиапатитовых структурах, образующих тканевые структуры, и взаимодействуют посредством пространственно распространяющихся волн ионов кальция, натрия и калия. Эти волны возникают в результате положительной обратной связи, вызванной активацией каналов Ca2+.

Ионоселективные микроэлектроды на основе волокон, закрепленные над паттернами, используются для обнаружения потоков ионов натрия, калия, кальция во внеклеточном пространстве. Мы используем норэпинефрин для активации Са2+ каналов, что приводит к внутриклеточному Са
Высвобождение 2+ между клеточными сообществами происходит по разным схемам. Эта система может быть перспективной в качестве эффективной платформы для лабораторных исследований на чипе, а также для фундаментального понимания клеточной коммуникации во время регенерации.

АrefievPV

Свет начал мерцать для разных людей на разной частоте
https://nplus1.ru/news/2024/04/03/the-speed-of-sight
Ученые обнаружили разницу в скорости зрительного восприятия
ЦитироватьИрландские исследователи измерили скорость зрительного восприятия 88 человек и обнаружили, что критический порог слияния мерцаний может сильно различаться между отдельными людьми. Это говорит о том, что одни люди воспринимают визуальные стимулы быстрее, чем другие. Работа опубликована в PLoS One.

Максимальная скорость, с которой зрительная система животных может различать визуальные сигналы, определяется критическим порогом слияния мерцаний — наименьшей частотой мерцания, при которой мигающий свет воспринимается как постоянный, то есть вспышки становятся неразличимы. Порог слияния мерцаний различается между видами животных, а одно из предыдущих исследований показало, что небольшие животные видят «быстрее», чем крупные. Однако не было ясно, различается ли это порог у разных людей.

Клинтон Харлем (Clinton Haarlem) из Тринити-колледжа в Дублине и его коллеги решили разобраться в этом. Они объединили две экспериментальные методики для измерения критического порога слияния мерцаний — метод пределов и метод постоянных стимулов. В эксперименте участвовало 88 человек в возрасте от 18 до 35 лет. Сначала участникам предлагалось наблюдать за постоянно горящим светодиодом через смотровую трубку, а затем они должны были повернуть диск по часовой стрелке — тогда источник света начинал мерцать с низкой частотой. С каждым поворотом диска частота мерцания увеличивалась на 1 герц — испытуемый должен был вращать диск до тех пор, пока свет не начнет восприниматься как непрерывный. Как только участник переставал различать вспышки, ученые фиксировали частоту, с которой мигал свет — это и был индивидуальный порог чувствительности.

Затем проводилось обратное измерение: теперь свет начинал мерцать с частотой 65 герц (обычно люди уже не воспринимают такое мерцание и видят свет постоянным), и испытуемые должны были вращать диск в другую сторону, чтобы частота мерцания стала снижаться — до тех пор, пока вспышки не станут различимыми; пороговые частоты снова фиксировались. Третьим шагом был метод постоянных стимулов: для каждого участника исследователи создавали серию из десяти частот вспышек, близких к пороговой частоте. Каждая частота дублировалась по пять раз: получался набор из 50 стимулов. Участник видел вспышки разных частот в случайном порядке и отмечал, когда он различает их, а когда нет. Таким образом исследователи определили критический порог слияния мерцаний для каждого испытуемого.

В среднем участники переставали различать вспышки, когда свет мерцал с частотой 45–50 герц. Однако у разных испытуемых скорость восприятия различалась, и максимальная разница в критическом пороге слияния мерцаний составила 30 герц. Так, один из участников все еще видел вспышки, когда светодиод мигал с частотой 65 герц, а другой мог воспринимать свечение постоянным, когда частота мерцания составляла лишь 40 герц.

Также ученые хотели выяснить, насколько постоянен критический порог слияния мерцаний, поэтому 49 участников прошли тестирование трижды в разные дни. У мужчин пороговые значения были относительно стабильными между сеансами и увеличивались примерно на 0,4 герц, а у женщин менялись сильнее, увеличиваясь в среднем на 1,6 герц.

Авторы пришли к выводу, что значения критического порога слияния мерцаний у людей могут различаться довольно сильно, и эта степень изменчивости сравнима с вариациями, которые наблюдаются у близкородственных видов животных, занимающих разные экологические ниши. Это позволяет предполагать, что люди, которые могут различать высокочастотные мерцания, также могут быстрее реагировать на зрительные стимулы в реальной жизни — например, за рулем или во время спортивных игр. При этом для каждого отдельного человека этот порог остается относительно стабильным во времени.

Также исследователи отметили, что, хотя они использовали сокращенную версию метода постоянных стимулов, чтобы сократить время тестирования и не утомить испытуемых, результаты были довольно точными и повторяемыми. Это значит, что такой способ измерений можно использовать в подобных исследованиях и впредь.

А недавно исследователи выяснили, почему насекомые ночью летят на свет мониторов и ламп: судя по всему, точечные источники света в темноте нарушают ориентацию насекомых в пространстве, поскольку они стараются повернуться к свету спиной — точно так же, как они поворачиваются к солнцу или ночному небу.

АrefievPV

Морские водоросли ловят азот из воздуха
https://www.nkj.ru/news/50215/
Азотфиксирующая бактерия, поселившись в водорослях, со временем стала внутриклеточной органеллой, связывающей атмосферный азот.
ЦитироватьАзот нужен всем живым организмам – в конце концов, без него не будет ни аминокислот, ни азотистых оснований, составляющих генетический алфавит. Больше всего азота в воздухе (78%), однако молекула газообразного азота N2 очень прочная, вовлечь её в биохимические реакции чрезвычайно трудно. Такие умения есть только у бактерий и архей, и то далеко не у всех. Азотфиксирующие бактерии и археи утилизируют атмосферный азот с помощью целой серии ферментов, причём им нужно одновременно заботиться о том, чтобы не подпускать к этим ферментам кислород – О2 заблокирует азотфиксирующие процессы.

Что до эукариот, то никто из них – ни растения, ни животные, ни грибы, никто – брать азот из воздуха не может. Им приходится использовать уже готовые органические соединения с азотом, которые прежде принадлежали кому-то живому. Впрочем, некоторые растения сумели наладить симбиоз с азотфиксирующими бактериями, поселив их в корневых клубеньках. Это, в первую очередь, представители семейства Бобовых, но также и некоторые из Крушиновых, Восковницевых и ещё из некоторых семейств. Растения с клубеньковыми бактериями используют пойманный азот для своих нужд, но когда растение погибает, много зафиксированного азота выходит в почву, обогащая её.

Впрочем, насчёт того, что никто из эукариот не может сам фиксировать азот, нужно сделать одну оговорку: в недавней статье в Science сотрудники Калифорнийского университета в Санта-Круз пишут, что это умеет делать одноклеточная морская водоросль Braarudosphaera bigelowii. О том, что она фиксирует азот, писали ещё лет десять назад. Но тогда считалось, что в ней живут бактерии-симбионты: бактерии получают от водоросли углеродные соединения, отдавая ей связанный азот в виде ионов аммония. Однако со временем исследователи заподозрили, что бактерии внутри водоросли – не самостоятельные клетки, а органеллы, вроде митохондрий или хлоропластов.

Когда-то, впрочем, органеллы были бактериями. В них до сих пор есть своя ДНК, подобно тому, как своя ДНК есть у митохондрий и хлоропластов. Генетические исследования говорят о том, что эндосимбиоз между азотфиксирующими бактериями и водорослями начался около 100 млн лет назад. Точнее, надо говорить о предках бактерий и водорослей, потому что вряд ли они за эти миллионы лет остались такими же, как были. Кстати, считается, что похожим образом появились эукариоты: в ещё более древние времена какие-то бактерии и археи решили жить вместе, то есть один внутри другого, вступив в эндосимбиотические отношения; эндосимбионт потом превратился в митохондрию. (Со временем клетки древних эукариот приобрели ещё одного бактериального эндосимбионта, на этот раз способного к фотосинтезу – он, как можно догадаться, дал начало хлоропластам.)

Однако в случае водоросли B. bigelowii возникает вопрос, действительно ли её бактерия-симбионт превратилась в органеллу. Если мы имеем дело с органеллой, то она подчиняется клеточному циклу, то есть когда водоросль делится, число органелл должно предварительно увеличиться, чтобы их получили водоросли следующего поколения. У B. bigelowii всё так и происходит: её азотные органеллы, названные нитропластами, делятся в точности перед клеточным делением, тогда же, когда делятся митохондрии с хлоропластами. Кроме того, настоящая клеточная органелла несамостоятельна в смысле молекулярного хозяйства, ей нужны белки, которые ей даёт клетка. И тут тоже оказалось, что у нитропластов не хватает белков для обмена веществ – эти белки кодируются ядерной ДНК водоросли, и водорослевая клетка, синтезировав их, отдаёт их нитропластам.

Стоит ещё раз уточнить, что саму по себе водоросль B. bigelowii описали очень давно, да и азотфиксирующие свойства её начали изучать не вчера. Сейчас исследователи выясняли, что именно представляют собой азотфиксирующие установки-нитропласты внутри неё, насколько сильно они интегрированы в водорослевую клетку, считать ли эти установки всё ещё самостоятельными бактериями или уже органеллами. Оказалось, что нитропласты действительно органеллы, а не бактерии-симбионты, и про B. bigelowii можно говорить, что азот она ловит сама. Может быть, генетические уловки, позволившие стать ей первым эукариотическим поедателем атмосферного азота, можно пересадить другим водорослям или даже высшим растениям – но это уже предмет дальнейших биотехнологических экспериментов.

АrefievPV

Нейромарт 2024: нейронауки в Nature Neuroscience
https://neuronovosti.ru/nejromart-2024-nejronauki-v-nature-neuroscience/

ЦитироватьКанонические микросхемы мозга

Существует предположение о том, что все области коры состоят из общей канонической микросхемы, которая является фундаментальной единицей вычислений. Эта гипотеза могла бы объяснить, каким образом все области коры выполняют свои функции благодаря вариациям шести слоев в разных участках коры.

Для ее проверки исследователи из США и Канады записали сигналы локального поля во всех слоях коры пяти макак с помощью многоконтактных ламинарных датчиков. Во всех областях они наблюдали общий слоистый рисунок — спектроламинарный мотив, — состоящий из частотно-специфичных градиентов мощности потенциала локального поля в корковых слоях.

С помощью электролитических маркеров и гистологии они также определили, что пик мощности гамма-излучения расположен в поверхностных слоях 2/3, альфа-бета — в глубоких слоях 5/6, а точка пересечения между ними находится в слое 4. Этот спектроламинарный мотив сохраняется во всех изученных областях коры. Предполагается, что это повсеместное свойство коры.

Кроме того, исследователи показали, что спектроламинарные структуры более похожи внутри каждой области, чем между областями. Это подтверждает идею о том, что каждая область построена как определенная вариация канонической микросхемы, и поднимает вопрос о том, как эти вариации способствуют функциональной специализации каждой области.

Mendoza-Halliday, D., Major, A.J., Lee, N. et al. A ubiquitous spectrolaminar motif of local field potential power across the primate cortex. https://doi.org/10.1038/s41593-023-01554-7

P.S. В дополнение ссылка на эту статью в переводе:
https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.eead9fa4-6624a84f-5bc85dce-74722d776562/https/www.nature.com/articles/s41593-023-01554-7?error=cookies_not_supported&code=0a8ec3b6-7b90-4c8f-ac64-3aa710b7dc24&__ya_mt_enable_static_translations=1

АrefievPV

Звери тоже люди: ученые заявили, что животные обладают сознанием
https://eadaily.com/ru/news/2024/04/22/zveri-tozhe-lyudi-uchenye-zayavili-chto-zhivotnye-obladayut-soznaniem
Около 40 ученых-исследователей подписали Нью-Йоркскую декларацию о наличии сознания у животных, которая была впервые представлена на конференции в Нью-Йоркском университете в минувшую пятницу. Об этом сообщает NBC News.
ЦитироватьВ декларации говорится, что существует «убедительное научное подтверждение» того, что птицы и млекопитающие обладают сознательным опытом, а также предполагается, что сознанием обладают все позвоночные, включая рептилий, амфибий и рыб, и что с большой долей вероятности это касается и беспозвоночных, например насекомых, десятиногих ракообразных (включая крабов и омаров) и головоногих моллюсков, таких как кальмары, осьминоги и каракатицы.

Пчелы могут играть, рыба-губан узнает себя в зеркале, осьминоги реагируют на анестетики и избегают мест, где они испытали боль в прошлом. Все эти открытия сделаны учеными за последние пять лет. В ходе исследований удивительное количество животных продемонстрировали признаки сознательного мышления или опыта, включая насекомых, рыб и некоторых ракообразных.

Это и побудило группу ведущих исследователей в области познания животных опубликовать заявление. Они надеются, что это изменит отношение ученых и общества к животным.

«Когда существует реальная возможность сознательного опыта у животного, безответственно игнорировать эту возможность при принятии решений, затрагивающих это животное», — отмечается в документе.

P.S. Это уже не в первый раз:

Знаменитые учёные подписали декларацию о том, что животные обладают сознанием
https://djilda.ru/articles/zoopsycology/522-znamenitye-uchyonye-podpisali-deklaratsiju-o-tom-chto-zhivotnye-obladajut-soznaniem.html
Цитироватьв июле 2012 этому была посвящена конференция в Кембриджском университете. Результатом встречи стала Кембриджская Декларация о Сознании.

Международная группа видных ученых подписала специальную декларацию, в которой они поддерживают идею, а значит и признают, что животные имеют сознание, и осознают поступки, как и люди — в список таковых попали все млекопитающие, птицы и даже осьминоги.

Ученые считают, что многие животные обладают нечеловеческим состоянием сознания — об этом якобы свидетельствуют многочисленные данные, о том, что животные осознают происходящее подобно тому, как это делает человек.

АrefievPV

«Многоклеточные» бактерии повышают разнообразие защитных белков при помощи ретротранспозонов
https://elementy.ru/novosti_nauki/434217/Mnogokletochnye_bakterii_povyshayut_raznoobrazie_zashchitnykh_belkov_pri_pomoshchi_retrotranspozonov

ЦитироватьНекоторые бактерии живут в составе многоклеточных конгломератов, составленных из однотипных клеток (к настоящей многоклеточности это, впрочем, имеет мало отношения). Такие бактерии нуждаются в эффективных и адаптивных средствах защиты от своих главных врагов — вирусов. В недавней статье описан интересный способ, которым «многоклеточные» бактерии Thiohalocapsa sp. добиваются большой вариабельности в белках — сенсорах патогенов. Основу этой системы составляют особые ретротранспозоны, которые, внедряясь в гены-мишени, кодирующие сенсорные белки, привносят туда участки ДНК с повышенной частотой мутаций. Таким образом существенно повышается разнообразие таких белков в рамках колонии бактерий, а значит, увеличивается способность противостоять различным угрозам.
ЦитироватьИногда на североамериканских солончаках можно увидеть скопления небольших шариков розово-малинового цвета, напоминающих ягоды. Это колонии «многоклеточной» пурпурной серной бактерии Thiohalocapsa sp. (см. также Purple sulfur bacteria). Разумеется, «ягоды» тиогалокапсы не имеют никакого отношения к истинно многоклеточным организмам, поскольку клетки в них не делятся на функциональные типы, выполняющие специализированные задачи. Они состоят из однотипных бактериальных клеток, «склеенных» друг с другом за счет белков адгезии (см. Exopolymer). Мы для краткости будем называть тиогалокапсу «многоклеточной» бактерией.
ЦитироватьЖизнь в составе многоклеточного конгломерата, наряду с определенными выгодами, таит немало опасностей. В частности, такие бактерии особо уязвимы перед бактериофагами — вирусами, специализирующимися на заражении бактериальных клеток. В отсутствие эффективных защитных механизмов даже одна зараженная клетка может стать причиной гибели всей колонии: новые вирионы сразу же могут поражать новые клетки.

В ходе эволюции «многоклеточные» бактерии обзавелись защитой. В частности, в их геномах закодировано много белков-сенсоров антигенов, напоминающих аналогичные белки врожденной иммунной системы животных, причем наличие таких белков является прерогативой практически исключительно «многоклеточных» бактерий. Но в микромире, где идет постоянная эволюционная гонка вооружений между бактериями и вирусами, важно не только иметь защитную систему, но и уметь постоянно ее модифицировать, чтобы поспевать за своими «врагами». Другими словами, бактериям нужна вариабельность белков-сенсоров антигенов.
ЦитироватьВ недавней статье, опубликованной в журнале PNAS, описан новый механизм, при помощи которого тиогалокапса, судя по всему, добивается повышения вариабельности своих белков.
ЦитироватьОбсуждаемая работа наглядно демонстрирует, что мы сильно недооцениваем возможности бактерий. Авторы осторожно предполагают, что «многоклеточные» бактерии могут обладать неким подобием врожденного иммунитета, но до уверенности в этом вопросе предстоит еще много исследований.

АrefievPV

Дифирамб молекулярной филогении. Мир устроен как укроп или как рябина?
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/437079/Difiramb_molekulyarnoy_filogenii_Mir_ustroen_kak_ukrop_ili_kak_ryabina
Интервью Надежды Маркиной с Михаилом Гельфандом
P.S. Много интересных моментов (правда, очень кратко) затрагивается. Думаю, что статья будет полезна для неспециалистов, интересующихся эволюцией (для них некоторая информация может оказаться новой и даже противоречащей тому, что они изучали в школе).