Tags: наука

Мыш

Шаг к добыче урана из морской воды

Американо-китайская команда сделала крутейшую вещь: разработала белок, который очень эффективно связывает уран из раствора, даже если его там совсем мало. (http://www.nature.com/nchem/journal/v6/n3/full/nchem.1856.html)



В кубометре морской воде содержится 3 миллиграмма урана, то есть его запасы в океанах раз в 50 раз больше, чем в месторождениях суши. Более того, если начать извлекать уран из морской воды, его запас там будет возобновляться благодаря вымыванию из горных пород. Химики уже давно примеривались к извлечению урана из морской воды, но синтетические уран-связывающие полимеры получались дорогими и недолговечными. Новый белок на порядок превзошел их по сродству и селективности к урану. Достаточно развесить в море канаты, засеять их трансгенной морской капустой, вырабатывающей этот белок, и через год можно собирать урожай и гнать из него ядерное топливо.

Биологам отдельно доставляет метод, которым они искали тот самый белок: на компьютере прогнали для каждого белка из базы PDB моделирование связывания урана (12 000 реальных белков), потом повторили для миллиона модификаций этих белков (заменяли отдельные аминокислоты на Asp,Asn,Glu,Gln), нашли десятку самых сильно связывающих, проверили их в пробирке - все подтвердилось. Взяли самый лучший белок (он был из микроба Methanobacterium из канализации, что делал в природе - фиг знает), доработали напильником и профит!
Мыш

Про политику и генетику.

По умам и блогам гуляет мнение "генетической катастрофе массовых репрессий 20-ых-30-ых, которые произвели отрицательный отбор на трудолюбие и теперь все плохо и всегда будет плохо". Его повторяют даже некоторые биологи. До меня даже дошел слух, что его воспроизводит macroevolution на лекции по психогенетике. На самом деле Александр, всегда аккуратный в формулировках, такого не говорил, но слушатели услышали то, что ожидали услышать .

Почему для эволюционного биолога это полный бред?

Чтобы отбор по какому-либо признаку эффективно работал, нужны три условия:
1) признак имеет заметную наследуемость
2) в популяции есть генетическая изменчивость по этому признаку
3) вероятность выживания и размножения зависит от этого признака
Collapse )
Мыш

Не спеши, а то успеешь...

Оригинал взят у vigna в Ну и снова моя любимая серия - "Наука знает ответ!"
... и даже два. Причём противоположных. На один и тот же вопрос.

Геном тихоходки (это такое маленькое харизматичное беспозвоночное, устойчивое чуть ли не ко всем неблагоприятным воздействиям): нашумевшая статья в PNAS — http://www.pnas.org/content/early/2015/11/18/1510461112
с заголовком "Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade"

и месяцем позже от других авторов скромная в биоархиве: http://biorxiv.org/content/early/2015/12/01/033464
"While the raw data indicated extensive contamination with bacteria, presumably from the gut or surface of the animals, careful cleaning generated a clean tardigrade dataset for assembly. <...> We compare our assembly to a recently published one for the same species and do not find support for massive horizontal gene transfer"

PS: "Our tardigrade cultures are fed algae, not bacteria, and although our algal cultures are not axenic, we would expect little to no bacterial contamination in our sequencing data" (цитата из первой статьи) — бугагошеньки!
Мыш

Сны исскуственных нейронных сетей

Инженеры Google, занимающиеся нейросетями, опубликовали подборку того, как их нейросети могут видеть мир.
Такие сети состоят из десятков слоев нейронов, каждый из которых обрабатывает информацию от предыдущего. Обычно первые слои выделяют простые вещи, типа контуров и углов, а последние - достаточно сложные образы, вроде лиц, деревьев и зданий. Разработчики искали способ узнать, какой слой что делает, а получили еще и неожиданную красоту.

Вот что бывает, если просто повысить чувствительность одного из слоев:


Вот вариант похитрее, похожий на человеческую игру в поиск образов в облаках:

Нейросеть натренировали на картинках животных и повысили чувствительность, она честно увидела их и в облаках. Животные крупнее:


Наконец, можно замкнуть выход нейросети на вход и начать со случайного шума. Тогда получаются совсем фантастические картины, похожие на сны или действия галлюциногенов (кстати, нейробиологи, вы можете опознать в этом эффекты конкретного вещества ?)





(Спасибо ailev за наводку)
Мыш

Офигенная статья на Хабре

Автор, кажется, писал стеб, но мы-то всерьез занимаемся реверс-инжинирингом этих алгоритмов!

Вы неправильно пишете животных

Животные – это платформы с очень ограниченной памятью, вычислительными способностями и возможностями модификаций. Разработчикам энимал-сцены приходится выдавать практически гениальные низкоуровневые алгоритмы. Правда, большое количество хардкода вызывает характерные проблемы с отсутствием проверки в экзотических условиях. Та же фильтрация входных данных делается очень и очень криво.


Уязвимость рекурсивных алгоритмов навигации муравья: спираль смерти

Не знаю, кто писал большую часть птиц, но я хочу обратить внимание на особенность, позволяющую провести инъекцию произвольного яйца в гнездо. Дело в том, что птица проверяет только расположение и количество яиц, но не их хэши. В 20% случаев кукушка, эксплуатирующая этот баг, может внести яйцо с сохранением контрольной суммы, чего вполне достаточно для повышения прав в гнезде.

Но пойдём далее. Я не знаю, кто разрабатывал архитектуру ящериц, но они бегают в одном процессе, а дышат в другом. При этом платформа не поддерживает многозадачность, поэтому костыль с максимальной длиной бега в 4-6 секунд просто эпичен.

Продолжение >>
Мыш

О восприятии магнитного поля мухами, мышами, людьми и шапочках из фольги (часть 2)

Часть первая

Перелетные птицы, с которых началось изучение магнитной чувствительности животных — не самые удобные подопытные. Муха-дрозофила гораздо проще в содержании, и на ней можно проводить более смелые эксперименты. Хотя дрозофила не совершает дальних перелетов, у нее легко вырабатывается условный рефлекс на магнитное поле в простейшем Т-образном лабиринте (налево пойдешь — сиропчику откушаешь, направо пойдешь — током ударит, прямо пойдешь — в стенку упрешься...). Компас мухи так же зависим от освещения, как компас птицы. Трансгенная муха, у которой отключен ген криптохрома, теряет всякую чувствительность к магнитному полю (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2559964/).

Интересная реализация магнитного чувства была обнаружена у тритона. Он воспринимает магнитное поле не обычными парными глазами, какие есть у всех нормальных позвоночных, а третьим, или теменной глазом — этот маленький глазок, прикрытый кожей, воспринимает медленные изменения освещенности и регулирует суточный ритм (http://www.nature.com/nature/journal/v400/n6742/full/400324a0.html).

А что же млекопитающие? В экспериментах рефлексы на магнитное поле удалось выработать у мышей (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17330527) и хомячков (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347203921117), а найти врожденную магнитную ориентацию — у голых землекопов (те самые, которые общественные, как пчелы, и не стареют). Голый землекоп и в магнитном чувстве уникален: он отличает север от юга и предпочитает строить гнездо в юго-восточной части круглой арены. Он ориентируется в полной темноте и его не сбивают с толку высокочастотные помехи. У голого землекопа, видимо, все-таки есть компас с ферромагнитной стрелкой (http://classic.rsif.royalsocietypublishing.org/content/3/9/583.short).

С крупными млекопитающими сложнее проводить эксперименты, но, судя по большому массиву наблюдений, вдоль магнитного поля располагаются коровы и олени на пастбище (http://www.pnas.org/content/105/36/13451.short) и писающие собаки (http://www.frontiersinzoology.com/content/10/1/80), последнее исследование удостоилось Шнобелевской премии 2014 года.

По восприятию магнитного поля человеком существуют противоречивые данные. «Манчестерские эксперименты» Робина Бейкера в 80-ых годах (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347287801057) вроде бы показали, что люди тоже могут ориентироваться по магнитному полю — но не все люди и не во всех ситуациях. Причем на способность людей воспринимать магнитное поле влияют очень странные факторы — например, в каком направлении они ложатся спать. Спящие головой на север хорошо ориентировались, на юг — хуже, на запад и восток — не могли вовсе. Беда в том, что у большинства ученых в других странах эти эксперименты не удалось воспроизвести. Зато мы точно знаем, что на молекулярном уровне человеческий криптохром пригоден для восприятия магнитного поля не хуже, чем любой другой. Трансгенная дрозофила с геном человеческого криптохрома вместо своего нормального реагирует на магнитное поле так же, как обычная муха (http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n6/full/ncomms1364.html).

Передается ли куда-то сигнал о магнитном поле, воспринимаемом криптохромом в глазах человека? Криптохромы в глазах работают как вспомогательные «медленные» фоторецепторы, усредняющие освещенность за несколько секунд, информация от них используется для зрачкового рефлекса, подстройки сетчатки под изменения освещенности, и регуляции суточных ритмов. Кроме того, при мигрени происходит сбой обработки этой информации в мозге, и тогда свет усиливет головную боль.

На уровне отдельных клеток сетчатки изменения состояния криптохрома, вызванные магнитным полем, не отличаются от эффектов освещения. Чтобы выделить вклад магнитного поля, нужна обработка мозгом сигналов от криптохромовых клеток всей сетчатки. Поэтому можно ожидать, что основные функции криптохромов — суточные ритмы и зрачковый рефлекс — могут нарушаться при действии магнитных полей. И действительно, оказалось, что чувствительность сумеречного зрения человека отличается при взгляде вдоль и поперек линий земного магнитного поля (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0042698907000466). Магнитные бури — короткие изменения магнитного поля Земли под действием выбросов солнечной плазмы — коррелируют с обострением множества болезней, особенно сердечно-сосудистых и психиатрических. Самая распространенная реакция человека и животных на магнитные бури — падение синтеза мелатонина, приводящее к сбоям регуляции суточного ритма и бессоннице (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/279/1736/2081). Реакция на магнитные бури у крыс исчезает в полной темноте или после перерезания зрительного нерва (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3995304), как и должно быть, если они воспринимаются глазами при помощи криптохрома. Накапливаются данные в пользу того, что в реакции на магнитные бури возбуждается гормональная «ось стресса» гипоталамус-гипофиз-надпочечники, а падение уровня мелатонина — только одно из следствий этого (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/279/1736/2081). Глобальная стрессовая реакция организма приводит к обострению самых разных хронических болезней.

Самое неприятное в истории о связях магнитных полей и криптохрома с бессонницей, мигренями и инфарктами — это чувствительность криптохромов к переменным полям с частотами 0,1 — 10 МГц. В этом диапазоне излучают импульсные преобразователи питания, которых в любом компьютере минимум три штуки. Не знаю, насколько хорошо экранируются эти помехи в разной электронике , но для сбоя работы криптохрома достаточно напряженности переменного магнитного поля менее 0,5 микротесла, и даже менее 0,1 для частот в пределах 1-1,5 МГц. Прошу читающих это физиков прикинуть, достигаются ли такие значения для человека, сидящего за компьютером.

Как эти помехи интерпретируются мозгом — точно не известно. Может быть, криптохром все время показывает освещенность выше, чем на самом деле, и поэтому сидя за компом, трудно уснуть. Может быть, они провоцируют мигрени. Может быть, они действуют подобно магнитным бурям и вызывают хронический стресс на уровне гормональной системы. Надеюсь в ближайшие годы узнать это получше.

А пока — наши рекомендации:

Защитник Земли, помни: шапочка из фольги не спасает твой мозг! ОНИ могут добраться до него через глаза! Возможно, мем об этих шапочках придумали ОНИ, чтобы усыпить твою бдительность!
Вместе с шапочкой из фольги необходимо применять маску из проволочной сетки для защиты глаз, а лучше всего — носить глухой шлем из трансформаторной стали с минимальными прорезями в забрале!

Мыш

О перелетных птицах, восприятии магнитного поля и шапочках из фольги

Люди давно завидовали способности перелетных птиц, морских черепах и других животных к навигации на тысячекилометровых маршрутах. Когда до изучения способностей добрались ученые, оказалось, что эти животные воспринимают магнитное поле Земли, для чего человеку нужен компас. Много лет биологи искали у животных ферромагнитные частицы, способные работать стрелкой компаса, иногда находили (например, в носовых полостях птиц), но связать их с поведением достоверно не удавалось.

Зато выяснилось, что магнитное поле воспринимают многие не мигрирующие животные — тритоны, хомяки, крысы, бабочки и муха-дрозофила. Наконец, к рубежу веков накопились экспериментальные данные, которые показали, что биологический компас работает как-то не так, как положено компасу с магнитной стрелкой:

Во-первых, птицы не отличают северный магнитный полюс от южного, а воспринимают только наклонение силовых линий магнитного поля относительно горизонта — то есть воспринимают магнитную широту, отличают полюс от экватора  (http://www.sciencemag.org/content/176/4030/62.abstract).

Во-вторых, биологический компас странно зависит от света. Он не работает в темноте или при красном освещении. Для его работы необходимо наличие голубого света, причем, попадающего в глаза. При закрытых глазах он не работает (http://jeb.biologists.org/content/204/19/3295.long).

В-третьих, биологический компас сбивается от слабых переменных магнитных полей, в том числе высокочастотных — до 10 мегагерц. «Стрелка компаса» в виде магнитного кристаллика, казалось бы, не должна реагировать на такие высокие частоты (http://www.cell.com/biophysj/abstract/S0006-3495%2809%2900468-8).

Что же это за компас такой странный? Биологи были в растерянности, помогло общение с химиками. У тех были свои странные результаты — обнаружилось несколько примеров химических реакций, которые по-разному идут в зависимости от внешнего магнитного поля. (По-русски об этих областях химии можно прочитать в замечательной книге «Химия как музыка», http://www.twirpx.com/file/241723/) Детальное разбирательство с привлечением физиков показало: во всех этих реакциях на промежуточной стадии есть пара свободных радикалов — обломков молекул, имеющих неспаренный электрон, и с внешним магнитным полем взаимодействуют спины (магнитные моменты) этих самых электронов. (Кстати, кроме внешнего магнитного поля, на спины электронов влияет спин соседних атомных ядер, поэтому в таких реакциях по-разному ведут себя изотопы одного элемента, и химики сейчас ищут такие магниточувствительные реакции для соединений урана...)

Дальше надо было найти такую магниточувствительную реакцию для молекул из биохимии, желательно, чтоб там еще свет участвовал. Нашли: в биохимическом компасе работает кофермент ФАД (производное витамина В2) в составе белка криптохрома. Этот белок уже давно был известен как светочувствительный регулятор суточных ритмов животных и растений. Из окисленной формы (ФАД) в полувосстановленную (ФАДН) он переходит как раз под действием синего света. А дальше комплекс криптохром-ФАДН, с одной стороны, активирует другие белки, которые передают сигнал в нервные клетки, с другой стороны, реагирует с активной формой кислорода (супероксидным радикалом), возвращаясь в окисленную форму ФАД. Реакция ФАДН с супероксидом проходит через стадию пары радикалов и ее скорость зависит от внешнего магнитного поля (физико-химические детали расписаны тут: http://www.ks.uiuc.edu/Research/cryptochrome/).

Криптохром находится в светочувствительных клетках сетчатки — палочках и колбочках — и, по-видимому, информация о магнитном поле передается по зрительному нерву вместе с «картинкой». Возможно, что в восприятии птицы магнитное чувство накладывается на видимый мир, примерно как летчик видит показания приборов, проецируемые на стекло кабины.

Магнитное поле Земли глазами птицы - отдельно и наложенное на панораму Франкфурта.

Спиновый химический компас, действительно, должен сбиваться от слабых переменных магнитных полей. Теория предсказывает, что сильнее всего должно влиять переменное поле с Ларморовской частотой (частотой прецесии спина электрона в данном постоянном магнитном поле). В экспериментах биофизиков из Франкфурта на перелетных зарянках (http://www.cell.com/biophysj/abstract/S0006-3495%2809%2900468-8) птички теряли ориентацию от переменных полей частотой 0,1-10 МГц и напряженностью в 90 раз ниже, чем у постоянного поля Земли (46 микротесла в районе Франкфурта). Ларморовская частота для такого постоянного поля составляет 1,315 МГц, и на этой частоте для дезориентации птицы достаточно поля напряженности 15 нанотесла — в 3000 раз слабее магнитного поля Земли!

Продолжение про дрозофилу, грызунов и человека

Мыш

Генетика vs социум

Оригинал взят у imbg в Генетика vs социум
Ехал в машине, слушал радио... В передаче участвовал нейробиолог Jim Fallon, который еще в 2009 году рассказывал на TED'е об одном из своих проектов: чем мозг серийных убийц отличается от оного у нормальных людей (которые не убивали других). Если коротко, он нашел какой-то объективный критерий, который заметно превалировал у осужденных и отсутствовал у большинства законопослушных граждан (я не силен в нейробиологических терминах, послушайте сами):



Также он показал, что некоторые гены - в частности "violence gene" MAOA - связаны с агрессивностью, и часто гиперактивированы у плохих парней. Кстати, интересно - многие из этих генов находятся в Х-хромосоме, что объясняет почему  большинство убийц мужского пола.

Но соль выступления была не в том. Интересно то, что определив довольно четкие параметры среднестатистического маньяка, он с изумлением обнаружил, что его собственные показатели (мозг + генетика) идеально подходят под его же критерии. Более того, биологически он является почти идеальным маньяком. Порывшись в родословной, он обнаружил что вся его семья до 5-го колена назад таки состоит из тех или иных убивцев и маньяков: например, он состоит в родстве с Лиззи Борден, которая стала известной в США благодаря делу об убийстве её отца и мачехи (ее оправдали, но молва ходит до сих пор), и таких родственников у него набирается под дюжину.

В общем оказалось, что его исследования хорошо предсказывают его же характер, и по всем параметрам он идеальный потенциальный маньяк. На том TED'овский доклад заканчивался...



Теперь, пять лет спустя, он рассказал о интересных выводах, которые он сделал за прошедшее время. Нет, он никого не убил. Однако он начал разбираться в своем характере, и некоторые его выводы очень интересны:

1. Итак, он начал исследовать, что другие думают о его характере. Себя до этого времени он считал отличным парнем, душой компании. Однако оказалось, что большинство его родных и друзей считают его довольно замкнутым и безучастным человеком; более того, они рассказали ему, что в гневе он выглядит довольно опасным. Для профессора это была неожиданная новость.

Он говорит:

- Обычно, если передо мной стоит дилемма, куда ехать: на похороны родственника или на вечеринку к друзьям семьи, я наверное просто поеду на работу, т.к. мне не интересно ни одно, ни другое. Оказалось, что это не правильно, хотя я никогда не осознавал этого до конца.

В итоге он установил, что он довольно асоциальный тип, которого общество терпит только из-за того, что он находится в правильном месте, и приносит пользу своей работой.

2. Он пришел к выводу, что главная причина, по которой он не стал преступником, наверняка в том, что его детство было счастливым, интересным, и вокруг себя он не видел агрессии. Это позволило мозгу не развивать свои деструктивные свойства, и перенаправить свои живодерские таланты в мирное русло - в биологию.

3. Под конец ведущая спросила: теперь, мол, когда вы узнали что про вас думают окружающие, вы стараетесь быть более социальным? Его ответ был в стиле:

- Я просто запомнил, какие действия надо производить, когда окружающие ожидают от тебя некоего социального отклика, но в большинстве случаев я этим не пользуюсь. Потому что мне все равно, why should I care...
Сказал правда дружелюбно, без агрессии.

***

Мне эта история очень понравилась вот в каком плане - хоть гены что-то и предопределяют в психике, но по большому счету характер, таланты и прочие социальные черты человека определяются не генами, а в первую очередь социумом и воспитанием. Так что нечего пенять на генетический код, коль в школе не лады.