Результаты поиска по запросу

Дополнительные фильтры
Теги:
новый тег
Автор поста
Рейтинг поста:
-∞050100200300400+
Найдено: 67
Сортировка:
Bugipop
Bugipop
Всё самое интересноеThe Brightsэволюциялингвистика

Зарождение языка и речи

  "Дети способны создавать собственные, никогда не существовавшие языки. В 1986 г. лингвисту из Университета Южного Мэна Джуди Кегль(русский интернет не знает Джуди Кегль,он знает лишь Judy Shepard-Kegl,если кто искать будет) удалось наблюдать рождение одного такого языка.
,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,эволюция,лингвистика
  В тот год Кегль отправилась в Никарагуа, намереваясь побывать в школах для глухих детей. Никарагуанское правительство организовало несколько таких школ в начале 1980-х, но дело шло туго. Попадая в школу, дети, как правило, знали только несколько простых жестов, придуманных ими в общении с родителями. В школах детей не обучали настоящему языку жестов, а пытались ограничиться лишь «пальцевым письмом», где различные знаки представляют отдельные буквы. Считалось, что пальцевое письмо должно помочь ученикам перейти к произнесению слов, но, поскольку дети совершенно не представляли, чему их пытаются научить, проект провалился.

  Учителя заметили, что, хотя дети достигают понимания с ними с большим трудом, между собой они общаются свободно. Никто из них уже не пользовался жалким набором жестов, привезенных из дома. Общение шло при помощи богатой новой системы, непонятной учителям. Кегль попросили приехать в школы и помочь учителям разобраться в происходящем.

  Выяснилось, что тинейджеры в средней школе пользовались примитивным пиджином, собранным из придуманных ими жестов, понятных им всем. Но младшие дети в начальной школе занимались гораздо более сложными вещами. Кегль с изумлением увидела, как они сигналят друг другу с пулеметной скоростью, причем их «фразы» несли в себе ритм и логику. Все свидетельствовало о том, что между ними в ходу настоящий язык жестов, обладающий собственной грамматикой. Чем младше были дети, тем более бегло они изъяснялись на этом таинственном языке. «По одному тому, как были организованы и структурированы их жесты, можно было понять, что здесь происходит что-то необычное, — рассказывает Кегль. — Вскоре стало ясно, что я наблюдаю раннюю стадию рождения языка».

  Первые несколько лет Кегль работала над расшифровкой этого языка без особенного успеха. Иногда удавалось узнать расшифровку знака или фразы у детей, иногда приходилось просто наблюдать за долгими разговорами. В 1990 г. Кегль вместе с детьми начала смотреть мультфильмы; она просила детей объяснить ей, что происходит на экране. Мультфильмы и стали для ученого новым Розеттским камнем.

  Кегль обнаружила, что жесты детей изящны, умны и выразительны. На пиджине, которым пользовались подростки, слово «говорить» обозначалось жестом, в котором все пять пальцев разводились и вновь соединялись перед губами. Дети воспользовались этим подражательным жестом и усилили его: они открывали пальцы на позиции говорящего и вновь смыкали на позиции того, к кому была обращена речь. Они также изобрели способ пользоваться предлогами вместо глаголов. Фраза «Чашка стоит на столе» (The cup is on the table) жестами никарагуанцев выражалась примерно как «Стол чашка на» (Table cup ons). Хотя англоговорящему человеку такое построение может показаться диким, другие языки — к примеру, язык индейцев навахо — регулярно им пользуются.

  Много лет, с самого первого своего визита в Никарагуа, Кегль вместе с общиной глухонемых составляла словарь нового языка жестов. На настоящий момент в словаре более 1600 слов. Одновременно она разработала теорию происхождения этого языка. Дети приезжали в школы, не имея других средств общения кроме нескольких простых жестов, причем у каждого жесты были свои. Дети объединили их в общий набор и получали пиджин, которым в момент появления ученого уже пользовались подростки. Затем в школе появились дети помладше, чей мозг был настроен на восприятие языка; они подхватили жесты старших детей и обогатили их грамматикой. Маленькие дети вдруг, на пустом месте создали язык, который с самого начала был не менее сложным и полным, чем любой из традиционных звуковых языков. А стоило настоящему языку появиться, и новые впечатления детей начали обогащать его новыми словами.

<..>

  Мы, люди современного типа, используем для членораздельной речи очень своеобразный анатомический аппарат; ни у одного млекопитающего, помимо человека, ничего подобного нет. У других млекопитающих — включая шимпанзе — гортань располагается высоко в горле. Такое устройство позволяет животным дышать одновременно с поглощением пищи или питья, потому что дыхательные пути и пищевод полностью разделены. Но по этой же причине голосовой тракт — от гортани до рта — получается очень коротким. Языку просто не хватает места для того, чтобы свободно двигаться и производить сложные звуки.
зевная /(глоточнаяУ полость .,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,эволюция,лингвистика
  Скорее всего, в какой-то момент эволюции гоминид гортань опустилась в то нижнее положение, которое она и сегодня занимает в человеческом горле. Такое анатомическое устройство связано с риском, поскольку пища и питье у нас гораздо легче попадают в дыхательные пути, чем у других млекопитающих, и могут вызвать удушье. Зато при этом возникает дополнительное пространство, в котором язык может двигаться и создавать весь тот репертуар звуков, без которого невозможен устный язык.

  Это не означает, что развитие языка не могло начаться, пока гортань не заняла свое нынешнее место. Гоминиды могли, к примеру, общаться жестами, ведь судя по орудиям, изготовленным 2,5 млн лет назад, руки у них уже были способны на тонкие и точные движения. Они могли сочетать эти жесты с простыми звуками и движениями; из сочетания всего этого вполне мог появиться некий протоязык. А когда такая система общения возникла и утвердилась, включился естественный отбор в пользу большого мозга, способного оперировать еще более сложной системой символов, и низкой (человеческой) гортани, способной издавать более разнообразные звуки.

  Никто не знает точно, в каком порядке шла эволюция речи и языка, поскольку характер речи почти не оставляет на человеческом скелете следов. Гортань — непрочная хрящевая конструкция, которая, конечно, не сохраняется. Гортань подвешена на тонкой подковообразной подъязычной кости, но разрушительное действие времени, как правило, затрагивает и ее. Вместо этого многие исследователи обращаются к косвенным данным, которыми могут поделиться с нами древние кости гоминид. Ученые смотрят на угол основания черепа в надежде рассчитать длину голосового тракта. Они измеряют величину отверстия, через которое в череп входит нерв, управляющий языком. Они рассматривают отпечаток мозга на черепной коробке в поисках речевых центров. В каждом случае исследователи заявляли, что нашли свидетельства зарождения языка. Но скептики показали, что ни одно из этих свидетельств не может считаться надежным указанием на существование в тот момент речи.

  Имея в виду, что даже сохранившиеся материальные свидетельства — впрочем, довольно жалкие — вызывают такие дебаты, неудивительно, что специалисты не могут прийти к единому мнению в вопросе о том, когда язык и речь человека обрели современную форму. К примеру, Лесли Айелло из лондонского Юниверсити-колледжа уверен, что увеличение размеров мозга, начавшееся 500 000 лет назад, принесло с собой членораздельную речь. Робин Данбар, с другой стороны, предполагает, что речь возникла всего лишь 150 000 лет назад. По его мнению, только к этому времени группы, которыми жили наши предки, выросли настолько, что груминг как социальный инструмент утратил смысл. Язык и членораздельная речь заменили в сообществах гоминид груминг и другие примитивные формы взаимодействия, призванные поддерживать социальную структуру.

  Язык помогает человеку отслеживать, чем занимаются другие и что они говорят о вас. Кроме того, при помощи слов можно манипулировать другими людьми и удерживать свое место в большом обществе. Даже сегодня язык в основном служит инструментом сплетни. Данбар давно прислушивается к разговорам людей в кафе и электричках и неизменно находит, что темой для двух третей подобных разговоров служат другие люди. Язык, утверждает Данбар, — тот же груминг, только другими средствами.

  Некоторые исследователи считают, что даже возраст 150000 лет, предложенный Данбаром, — это слишком много, и речь возникла значительно позднее. Эти ученые убеждены, что настоящий развитый язык, возможно, появился всего лишь 50000 лет назад. Только тогда материальные останки человека показывают серьезный ментальный скачок, едва ли не взрыв; именно в этот момент люди начали понимать себя и окружающий мир так, как не могли даже вообразить предыдущие поколения. Именно тогда родилось современное сознание, и решающим фактором его возникновения вполне могла стать членораздельная речь".
эволюция ТРИУМФ ИДЕИ Карл Циммер Захватывающая история эволюционной теории — от Дарвина до науки XXI века ЁЭ Династия,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,эволюция,лингвистика
Циммер К. «Эволюция. Триумф идеи». М.: Альпина нон-фикшн, 2012. Стр. 441-449.
+4,4
Bugipop
Bugipop
WarframeИгрыИгровой артValkyrAlad VSyncrasisValkyr (Warframe)
+4,9
Bugipop
Bugipop
#Реактор познавательныйбактериибиологиямедицинадиагностикаонкологиядиабетнаукарак (болезнь)

Бактерий научили ставить диагноз

,Реактор познавательный,галилео, реактор познавательный, интересности, интересное, #галилео,бактерии,биология,медицина,диагностика,онкология,диабет,наука,рак (болезнь)

Две группы биологов на этой неделе получили генетически модифицированных бактерий, которые стали способны определять наличие рака у мышей и диабета у людей.

Сангита Бхатия (Sangeeta Bhatia) из Массачусетского технологического института и ее коллеги ранее разрабатывали метод обнаружения рака при помощи наночастиц. При наличие опухоли наночастицы выделяли пептиды, которые потом можно было обнаружить в моче больного. Однако, как признали ученые, пептидный след оказывался слишком слабым, чтобы служить четким показателем заболевания. Тогда они решили прибегнуть к помощи бактерий. Для этого группа из МТИ объединилась с коллективом биоинженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего во главе с Джефом Хасти (Jeff Hasty). Они рассчитывали, на склонность бактерий проникать именно в опухоли, так как быстро растущая ткань опухоли богато снабжается питательными веществами.

Исследователи использовали бактерий Escherichia coli, геном которых был модифицирован таким образом, чтобы при встрече с опухолью печени у бактерий начинал работать ген LacZ, производящий определенный фермент. Затем мышам вводили вещества – предшественники люциферина, вызывающего люминесценцию. В присутствии фермента вещества превращались в люминесцентное соединение, которое потом выводилось из организма мыши с мочой, придавая ей красный цвет. Как отмечают Сангита Бхатия и ее соавторы в статье, опубликованной журналом Science Translational Medicine, если другие методы борются за то, чтобы обнаруживать опухоли печени размером менее одного квадратного сантиметра, генетически модифицированные бактерии позволяют диагностировать опухоль размером в один квадратный миллиметр.

Другое исследование также было опубликовано в Science Translational Medicine. Группа под руководством биохимика Жерома Бонне (Jerome Bonnet) из Университета города Монпелье при помощи сходного приема научилась определять ключевой признак диабета, а именно повышенный уровень глюкозы в моче больного. Ученые изменили геном бактерий так, чтобы они продуцировали большое количество красного флуоресцентного белка, когда содержание глюкозы превышает определенный уровень. В этом случае кишечных палочек даже не нужно вводить в организм больных, их просто добавляют к образцам мочи. Данный метод не точнее, чем обычный способ измерения глюкозы. Но примененная стратегия может быть в дальнейшем использована для обнаружения других веществ в более сложных диагностических задачах.

Источник: http://polit.ru/news/2015/05/29/ps_bacteria/
+3,6
Bugipop
Bugipop
#Реактор познавательныйThe Brightsгенетикамолекулярная биология

Хромосомы ощетинились дошираком

  Суперкомпьютер «Ломоносов» помог исследователям из МГУ разгадать одну из главных загадок молекулярной биологии и показать выгоды укладки ДНК по принципу доширака

  Группа исследователей из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова попробовала разобраться с одним из наименее ясных на сегодня вопросов молекулярной биологии — с вопросом о том, как в ядре клетки упаковываются нити ДНК. Ученые пришли к выводу, что укладка в особое состояние под названием «фрактальная глобула» за счет ускоренной тепловой диффузии позволяет всей этой генетической машинерии клетки работать с максимальным быстродействием. Результаты своего исследования они опубликовали в майском номере престижного физического журнала Physical Review Letters [1], импакт-фактор которого равняется 7,7.

  Фрактальная глобула — понятие математическое. Если вы уроните на пол длинную леску от спиннинга, она свернется в такой невообразимо подлый клубок, что вам придется либо распутывать его часами, либо бежать в магазин за новой катушкой.

  Это — обычная, так называемая равновесная глобула. Фрактальная глобула — структура в этом смысле намного более вежливая. Применительно к леске это комок, в котором леска ни разу не завязалась в узел, она просто свернулась множество раз, так, чтобы ни одна петля вокруг другой не запуталась. Такая структура представляет собой множество свободных петель разного размера — потяни ее за два конца, и она легко распутается. Из-за такой укладки, похожей на укладку нынешних макарон быстрого приготовления «Доширак», наши физики Александр Гросберг, Сергей Нечаев и Евгений Шахнович, впервые предсказавшие ее еще в 1988 году, назвали такую глобулу «складчатой». В последние годы ее чаще называют фрактальной — и звучит научнее, да и полней отражает свойства такой глобулы, поскольку, как и во всех фракталах, ее структура (в данном случае форма мелких и крупных петель) повторяется на малых и больших масштабах.
,Реактор познавательный,галилео, реактор познавательный, интересности, интересное, #галилео,разное,The Brights,генетика,молекулярная биология
  Долгое время это предсказание оставалось невостребованным. Но результаты исследований последних лет указывают, что хромосомы (нити ДНК) складываются в ядре именно в такую конфигурацию — во фрактальную глобулу. Сегодня по этому поводу в научном сообществе нет консенсуса, но большинство специалистов, работающих в этой области, сильно заинтриговано, и последние пять-семь лет наблюдается целый поток исследований, посвященных геному, свернутому во фрактальную глобулу.

  Интуитивно это было понятно. Двойная спираль ДНК, укрепленная соответствующим набором белков, представляет собой длиннющую нить, называемую хроматином.

  И если этот хроматин представляет собой библиотеку технических руководств по синтезу того или иного белка, нужного организму, то лучше было бы текст этих руководств без нужды не трогать и, соответственно, избегать ненужных перекрещиваний одного гена с другим, складывать хроматиновую нитку так, чтобы ни в одном месте части этой нитки между собой не завязывались узлом. Поэтому, как бы эта нитка хроматина в ядре ни складывалась, она не должна повторять судьбу нечаянно упавшей на пол рыболовной лески, то есть быть не простой глобулой, а фрактальной.

  Вдобавок нитка во фрактальной глобуле, не имеющая узлов, по идее должна иметь более высокую свободу перемещений, что для ДНК немаловажно. Для того чтобы ДНК нормально функционировала, необходимо, чтобы ее отдельные части в нужный момент встречались между собой, «включая» сигнал к считыванию и указывая всей системе место, откуда это считывание следует начинать, причем все это должно происходить достаточно быстро.
,Реактор познавательный,галилео, реактор познавательный, интересности, интересное, #галилео,разное,The Brights,генетика,молекулярная биология
  «Согласно существующим сегодня теориям, в полимерной цепи, свернутой в обычную глобулу, средний квадрат теплового смещения частицы (в данном случае звена этой цепи) растет пропорционально времени в степени 0,25», — рассказал старший научный сотрудник кафедры физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ Михаил Тамм, являющийся одним из авторов исследования.

  По словам Михаила Тамма, ему вместе с коллегами удалось придумать до некоторой степени аналогичную теорию для звена полимерной цепи, свернутой во фрактальную глобулу:«Мы сумели оценить тепловую динамику, свойственную этому виду укладки. Проведенное нами компьютерное моделирование хорошо подтвердило теоретический результат», — отметил Михаил Тамм.

  Ученые из МГУ создали свой метод компьютерного моделирования, который позволял укладывать хроматиновую цепочку во фрактальную глобулу и отслеживать происходящие там тепловые процессы. Им удалось сделать то, что не получалось у их предшественников, — смоделировать ситуацию с длинной цепочкой, состоящей из четверти миллиона звеньев.

  По словам Михаила Тамма, моделирование длинных цепочек, а именно они позволяют получить сколько-нибудь значимые результаты, затрудняется тем, что они очень долго приходят в равновесное состояние, при котором уже можно исследовать происходящую там тепловую диффузию.

  Удачно разрешив эту проблему за счет грамотно выстроенной программы и большого компьютерного времени на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов», исследователи смогли оценить динамику теплового движения во фрактальной глобуле. Оказалось, что частицы — то есть звенья хроматиновой цепочки — движутся быстрее, чем в обычной, не фрактальной, глобуле. Здесь средний квадрат теплового смещения звена хроматиновой цепочки рос пропорционально времени не в степени 0,25, как в обычной глобуле, а в степени 0,4, то есть движение звеньев там оказывалось значительно более быстрым. Что, по-видимому, в числе прочего и определило для хроматиновой нити выбор фрактальной глобулы в качестве способа ее укладки в ядре.

  Исследователи надеются, что их работа позволит более полно понять, как именно функционирует вся машинерия, связанная с хранением и считыванием информации в ДНК.

  «С точки зрения динамики нам бы хотелось разобраться с тем, какие там встроенные характерные времена, какие процессы могут происходить просто за счет теплового движения, а что неизбежно требует привлечения активных элементов, ускоряющих работу ДНК», — резюмировал Михаил Тамм.

Григорий Колпаков, Владимир Гелаев

1. Anomalous Diffusion in Fractal Globules. Doi: 10.1103/PhysRevLett.114.178102. — http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.114.178102
Источник — http://www.gazeta.ru/science/2015/05/25_a_6714661.shtml
+4,0
Bugipop
Bugipop
Всё самое интересноеэволюциябиология

Тепловой поток через открытую пору способствует непрерывной репликации нуклеиновых кислот и отбору более длинных цепочек

С помощью имитации куска пористой породы из сети крошечных стеклянных капиллярных трубок, которые нагревали с одной стороны, группа немецких ученых создала условия, в которых может быть достигнута стабильная репликация длинных цепочек нуклеиновых кислот (главная предпосылка для возникновения жизни на Земле) и преодолены термодинамические причины их деградации. Ученые предполагают, что на ранних стадиях эволюции Земли такие условия могли возникать в потоке тепловой энергии через пористые породы вблизи гидротермальных источников.

Механизмы репликации нуклеиновых кислот занимают центральное место в теории происхождения жизни на Земле. Согласно этой теории, функцию хранения генетической информации и катализа химических реакций первоначально выполняли комплексы молекул рибонуклеиновых кислот. В ходе дальнейшей эволюции они были заменены комплексами ДНК-РНК-белок, обособленными от внешней среды мембраной. В ходе первичной эволюции на Земле полимеры нуклеиновых кислот должны были постепенно увеличиваться в размере, для того чтобы они смогли принять на себя функцию хранения и воспроизведения информации, которая необходима для нормального функционирования живых организмов. Например, даже самый маленький известный в науке геном бактерии Carsonella (внутриклеточный симбионт насекомых листоблошек) насчитывает 159 662 пар оснований, что в тысячи раз длиннее «геномов» самореплицирующихся рибозимов.

Однако еще в конце 1960-х эксперименты по искусственной эволюции нуклеиновых кислот in vitro (в пробирке) показали, что генетическая информация из длинных молекул нуклеиновых кислот быстро теряется. Происходит это потому, что для самовоспроизведения коротких молекул полимеров требуется меньше материала. Скорость их синтеза намного выше, и это приводит к тому, что короткие молекулы постепенно вытесняют из реакционной среды более длинные молекулы генетических полимеров. Более того, если мутации в процессе репликации могут изменить длину последовательности нуклеинового полимера, то «выживание» только коротких последовательностей — практически неизбежный эволюционный финал.

Так, Сол Шпигельман с коллегами в своих классических исследованиях ввели РНК, выделенную из простого бактериофага Qв, в реакционную смесь, которая содержала фермент репликации РНК того же вируса Qв (так называемая РНК-зависимая РНК полимераза, или РНК-репликаза) и материал для построения новых РНК — одиночные нуклеотиды. В этой среде запустился процесс синтеза новых молекул-копий вирусной РНК. Через некоторое время из исходного раствора небольшая часть синтезированной РНК была перенесена в пробирку со свежей реакционной смесью. Этот процесс регулярно повторяли (см. D. Kacian et al., 1972. A Replicating RNA Molecule Suitable for a Detailed Analysis of Extracellular Evolution and Replication).

В результате через 74 цикла подобных переносов оригинальная цепь, состоявшая из 4500 нуклеотидных оснований, трансформировалась в карликовый геном, содержавший всего 218 оснований. Полученный таким образом Шпигельмановский монстр был способен к очень быстрому размножению. Позднее, в 1997 году, было показано, что в ходе дальнейшей эволюции монстр Шпигельмана становится еще короче. Его «геном» редуцируется всего до 48 или 54 нуклеотидов, которые просто являются местами связывания фермента РНК-репликазы (F. Oehlenschläger, M. Eigen, 1997. 30 Years Later — a New Approach to Sol Spiegelman's and Leslie Orgel's in vitro EVOLUTIONARY STUDIES Dedicated to Leslie Orgel on the occasion of his 70th birthday).

Следовательно, возникает совершенно закономерный вопрос: каким же образом в ходе ранних стадий земной эволюции самопроизвольно протекающий процесс редукции наследственного материала мог бы быть преодолен? Как раз на него и попытались ответить немецкие ученые из Центра нанонауки Мюнхенского университета Людвига–Максимилиана. Они предположили, что довольно простые физические процессы, которые лежат в основе модели выживания более длинных молекул (рис. 1), могут встречаться в естественных условиях в пористых горных породах вблизи гидротермальных источников.

Прежде всего, необходим тепловой поток через небольшие поры, который создает внутри пор температурный градиент. Внешний поток приносит в открытую пору молекулы полимеров разной длины. Подогрев с одной стороны поры слегка уменьшает плотность жидкости, она начинает подниматься по этой стороне. Молекулы полимеров растут, получая строительный материал из внешнего потока, перемещаются в результате диффузии к более холодной части поры и там осаждаются более холодным нисходящим потоком жидкости (движение молекул из зоны с более высокой температурой в зону с более низкой называют термофорезом). В итоге, из-за разности температур, возникает микроциркуляция воды, которая и удерживает более длинные молекулы полимеров, а более короткие молекулы вымываются из поры. Авторы отмечают также, что местная конвекция, которая переносит молекулы постоянно между теплой и холодной зонами, вызывает их циклическую денатурацию. Денатурация ДНК заключается в расплетании и разделении цепей (без разрыва ковалентных связей), что способствует репликации молекул полимеров. Таким образом, сочетание внешнего притока, термофореза и конвекции избирательно улавливает длинные молекулы и вымывает короткие, а общая скорость внешнего притока определяет предельный размер молекул, которые будут «выживать» в данных условиях.
Рис. 1.Локальное снижение энтропии является ключевой особенностью живых систем и может быть вызвано потоком тепловой энергии.
a — современные клетки питаются химической энергией, что позволяет им содержать, поддерживать и реплицировать кодирующие информацию полимеры, что необходимо для дарвиновской эволюции.
b — поток тепловой энергии через геологические трещины вблизи источника тепла.
c — (1) температурный градиент в пределах трещины миллиметрового размера индуцирует накопление молекул посредством термофореза и конвекции; (2) внешний поток приносит строительные материалы в открытую пору; (3) экспоненциальная репликация облегчается местной конвекцией, которая переносит молекулы постоянно между теплой и холодной зонами и, таким образом, вызывает циклическую денатурацию нуклеотидов; (4) сочетание внешнего притока, термофореза и конвекции избирательно улавливает длинные молекулы и вымывает короткие. Скорость притока определяет предельный размер молекул в результате отбора по их длине. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemistry

Чтобы проверить эту гипотезу, Браун и его коллеги создали имитацию куска пористой породы из сети крошечных стеклянных капиллярных трубок, которые нагревали с одной из сторон. Они проделали целую серию опытов, в которых отдельно исследовали накопление молекул в капиллярах и фракционирование молекул в тепловом фильтре (рис. 2).
Рис. 2.«Тепловой фильтр», отбирающий нити по длине.
a. Открывание ассиметрично подогреваемой поры запускает постоянный восходящий «пищевой» поток. Маркер длин двухцепочечных молекул ДНК (от 20 до 200 пар нуклеотидов с шагом 20 пар нуклеотидов), был введен в капилляр-ловушку для оценки длины цепей улавливаемых молекул. Последующая промывка капилляра чистым буфером с постоянной скоростью (vs = 6 микрометров в секунду) продемонстрировала пороговое свойство фильтра — цепочки меньше или равные 80 пар нуклеотидов вымывались из поры, в то время как более длинные цепочки удерживались внутри.
b. Несимметричная структура потока создается наложением восходящего потока и конвекции. Термофорез толкает длинные цепочки в нисходящий поток и захватывает их: накапливает более длинные молекулы в нижней части нисходящего потока. Короткие цепочки подвергаются влиянию общего восходящего потока и покидают пору. Захват цепочек фильтром является функцией скорости общего «пищевого» потока.
c. Скорость внешнего потока vs регулирует разделение нуклеиновых кислот (в поре остаются более длинные молекулы). Как и в эксперименте (a), маркер длин двухцепочечных молекул ДНК был вначале введен при малой скорости потока, которую затем последовательно увеличивали. Высвобожденные из теплового фильтра ДНК измеряли с использованием гель-электрофореза.
d. Удержанные фильтром фракции ДНК, полученные из электрофорезного геля, составляют ландшафт отбора (в двухмерном пространстве факторов: скорость потока — размер молекулы) в пользу длинных олигонуклеотидов в этой термальной среде обитания. Зависящая от скорости захватываемая фракция (то есть молекулы определенной длины: чем выше скорость потока, тем более тяжелая фракция задерживается в поре) описывается моделью динамики в жидкости. Линии разброса отражают соотношение сигнал/шум изображений геля.
Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemistry

И конечно же, они изучали действие отбора в созданных ими условиях в популяции реплицирующихся молекул (рис. 3). В последнем эксперименте в раствор вводили термостабильную ДНК-полимеразу (см. также Taq polymerase). В экспериментах они использовали не фрагменты РНК, а фрагменты ДНК. Фрагменты ДНК намного проще получить в лабораторных условиях, а процессы взаимодействия молекул ДНК и РНК со средой очень сходны.
Рис. 3.Отбор в популяции реплицирующихся молекул ДНК, населяющих термальные местообитания.
a. Молекулы ДНК подвержены температурным колебаниям, которые обусловлены совместным влиянием термофореза, конвекции, «пищевого» потока и диффузии. Моделирование случайных траекторий молекул продемонстрировало, что цепочки длиной 75 пар оснований циркулируют в системе в среднем 18 минут. Цепочки длиной 36 пар оснований из-за их повышенной диффузии демонстрируют более быструю циркуляцию, но вымываются из системы после пяти минут.
b.Термостабильная ДНК-полимераза участвует в репликации двухцепочечных молекул ДНК длиной 80 пар оснований в процессе температурной конвекционной циркуляции. Количественные измерения ДНК, окрашенные флуоресцентным красителем (SYBR Green I), демонстрируют экспоненциальную репликацию с временем удвоения 102 секунды.
c. Открытая пора (см. рис. 1c) была заселена популяцией, состоящей из двух типов нуклеиновых кислот (36 и 75 пар оснований). Количественный электрофорез в геле показал устойчивую репликацию (сохранение в среде в течение 7 часов, до конца эксперимента) только более длинных молекул. Более короткие цепочки снижали численность и затем исчезали (вымывались из реакционной среды), вопреки их более быстрой репликации (меньшему времени удвоения числа молекул).
d. Относительные концентрации двух конкурирующих видов внутри термальных местообитаний. Давление отбора, вызванное термальным градиентом, изменяет в течение времени структуру популяции, состоящей из двух типов молекул (желтые прямоугольники), в соответствии с аналитической моделью репликации. Значения абсолютной приспособленности 1,03 и 0,87 для более длинных и более коротких цепочек соответственно. Без температурного градиента более короткие нуклеотиды выигрывают у более длинных молекул (синие кружки), аналогично данным экспериментов Шпигельмана. Линии разбросаотражают соотношение сигнал/шум изображений геля.
Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Chemistry

Как только исследователи стали проводить эксперименты, они тут же обнаружили, что более длинные цепочки ДНК чаще сохранялись в капиллярах, чем более короткие (рис. 2). В результате более длинные цепочки полимеров воспроизводились намного лучше внутри поры и их число увеличивалось, в то время как более короткие последовательности сократили «численность» настолько, что в итоге они вымерли (рис. 3).

Таким образом, Брауну и его коллегам удалось подобрать такие экспериментальные условиях, в которых стабильно сохранялись цепочки нуклеиновых кислот длиннее монстра Шпигельмана приблизительно в 4 раза. Более того, так как скорость притока определяет предельный размер сохраняющихся в капиллярах молекул, то принципиально возможно подобрать такие условия, при которых будут «выживать» еще более длинные молекулы полимеров.

Другой интересной особенностью проведенного эксперимента был процесс «расселения» полимеров. Когда репликация и захват молекул внутри поры достигают устойчивого состояния, то вновь реплицированные молекулы покидают ловушку-пору вместе с «кормовым» потоком. Это обеспечивает эффективную передачу генетических полимеров в соседние системы пор.

Авторы публикации отмечают, что если в представленную систему ввести процесс мутирования, то такие эксперименты предоставляют захватывающую возможность изучать механизмы дарвиновской эволюции, которые могли бы протекать среди населения молекул в температурных градиентах ранней Земли.

Обсуждаемая статья: Moritz Kreysing, Lorenz Keil, Simon Lanzmich & Dieter Braun. Heatflux across an open pore enables the continuous replication and selection of oligonucleotides towards increasing length // Nature Chemistry. Published online 26 January 2015. Doi:10.1038/nchem.2155.

Автор:Владимир Гриньков

+3,6
Bugipop
Bugipop
#Реактор познавательныйThe Brightsэволюцияобществопсихология

Почему мы помогаем другим

“Проблемой сотрудничества я впервые заинтересовался в 1987 г., когда в качестве аспиранта изучал в Венском университете математику и биологию. Во время отдыха в Альпах с другими университетскими аспирантами и профессорами я узнал об одном парадоксе теории игр, который называется дилеммой заключенного и наглядно показывает, почему идея сотрудничества привела в такое замешательство биологов-эволюционистов. 

Эта дилемма выглядит следующим образом. Представьте двоих сообщников, арестованных за подготовку преступления, каждому из которых предстоит получить за это приговор суда. Обвинитель конфиденциально опрашивает обоих, а затем предлагает каждому условия сделки. Если один сообщник выдаст другого, а последний промолчит, выдавший получит только год, тогда как промолчавший — целых четыре года тюрьмы. Если они будут сотрудничать между собой и не станут выдавать друг друга, обоим сократят срок на два года. Однако если сообщники начнут уличать один другого, им предстоит отбыть в тюрьме по три года.

Поскольку каждый сообщник опрашивается отдельно, никто из них не знает, как поступит напарник — обманет или будет с ним сотрудничать. Представляя возможный исход дела по таблице наказаний, можно увидеть, что с точки зрения каждого из сообщников наилучшим решением будет обмануть напарника, возложив на него всю ответственность. Поскольку оба используют одну и ту же цепочку рассуждений, а потому выбирают обман, оба получают почти самое тяжелое наказание (три года тюрьмы), вместо двухлетнего срока, на который они могли бы рассчитывать, если бы сотрудничали между собой.
Подобная дилемма заключенного немедленно подкупила меня возможностью исследовать связь между столкновением интересов и сотрудничеством. Со временем мы с моим научным руководителем Карлом Зигмундом (Karl Sigmund) разработали методику компьютерного моделирования данной дилеммы, используя большие человеческие сообщества вместо предыдущих двух сообщников. Применяя эту новую методику, мы смогли наблюдать, как в действиях представителей таких сообществ прослеживаются определенные стратегии, меняющиеся от обмана к сотрудничеству и наоборот, а также проходящие через циклы подъема и спада. С помощью подобного рода моделирования мы выявили механизм, который способен подавлять предрасположенность естественного отбора к формированию эгоистичного поведения, превращая возможных обманщиков в тех, кто готов оказывать помощь другим.

Мы начали со случайного распределения обманщиков и сотрудничающих, а после окончания каждого раунда игры победители производили потомство, которое должно было участвовать в следующем раунде. Это потомство придерживалось в основном стратегии родителей, хотя случайные мутации могли приводить к изменению всей стратегии. В ходе моделирования мы обнаружили, что в течение нескольких поколений все представители популяции прибегали к обману в каждом раунде игры.

Спустя некоторое время неожиданно возникала новая стратегия: начавшие сотрудничать игроки попросту повторяли действия друг друга— т.е. отвечали услугой на услугу. Подобное изменение быстро приводило к образованию сообществ, где доминировали те, кто сотрудничал между собой.

Такого рода механизм эволюции сотрудничества между постоянно встречающимися особями известен как прямое взаимодействие. Яркий пример — летучие мыши-вампиры. Если в какой-то день такой мыши не удается самостоятельно добыть кровь жертвы, она начинает выпрашивать питание у своих сытых соседей в месте ночлега. Если ей повезет, один из местных сородичей поделится с ней кровавой пищей, отрыгнув ее прямо в рот голодной мыши. Эти вампиры живут устойчивыми группами и ежедневно после охоты возвращаются к месту ночлега. Таким образом, все члены одной группы регулярно встречаются друг с другом. Как показали исследования, летучие мыши запоминают, какие именно сородичи помогли им в час нужды, и когда наступает голодный день уже для щедрой мыши, должник вероятнее всего возвращает свой долг.

Особенно интересным результатом нашего раннего компьютерного моделирования стало обнаружение существования различных видов такого прямого взаимодействия. В течение 20 поколений на смену изначальной стратегии услуги за услугу приходила более великодушная стратегия, по которой игроки могли продолжать сотрудничать даже в случае обмана со стороны партнера. Мы, по существу, наблюдали эволюцию прощения — появление стратегии прямого взаимодействия, позволявшей игрокам не обращать внимания на случайные ошибки друг друга.

Другая возможность для появления сотрудничества в обществе возникает тогда, когда сотрудничающие и обманщики оказываются неравномерно распределены среди населения; этот механизм получил название пространственного отбора. Соседи (или друзья по социальной сети) обычно склонны к взаимопомощи, поэтому сотрудничающие — те, кто готов помогать другим, — живут сгруппировано, и такие объединения могут со временем увеличиваться в размерах, обеспечивая преимущество в соперничестве с обманщиками. Пространственный отбор действует и среди более простых организмов. У дрожжевых клеток сотрудничающие — «кооператоры» — производят фермент, который используется для переваривания сахара. На это они расходуют собственные ресурсы. Однако есть и обманщики, которые сами ничего не создают, а лишь поглощают произведенное кооператорами. Как показали исследования, которые независимо друг от друга провели Джефф Гор (Jeff Gore) из Массачусетсского технологического института и Эндрю Марри (Andrew Murray) из Гарвардского университета, в очень хорошо перемешанных популяциях дрожжевых клеток верх берут обманщики, тогда как в популяциях с отчетливо обособленным расположением кооператоров и обманщиков, наоборот, побеждают кооператоры.
,Реактор познавательный,галилео, реактор познавательный, интересности, интересное, #галилео,разное,The Brights,эволюция,общество,психология

Один из, пожалуй, наиболее непосредственных интуитивных механизмов эволюции альтруизма, связанный с сотрудничеством между генетически родственными индивидами, именуется родственным отбором. В подобной ситуации индивиды приносят определенные жертвы ради своих родственников, поскольку имеют общие с ними гены. Таким образом, хотя помогая нуждающемуся в помощи родственнику, кто-то может снижать свою личную репродуктивную приспособленность, он все равно будет способствовать распространению их общих родственных генов. Биолог XX в. Джон Холдейн (J.B.S. Haldane), впервые высказавший идею родственного отбора, выразился на этот счет следующим образом: «Я брошусь в реку, чтобы спасти двух своих братьев или восемь кузенов». Он имел в виду то обстоятельство, что с родными братьями и сестрами нас связывают 50% общих генов, тогда как с двоюродными— лишь 12,5%. (Как выясняется, расчет эффективности действия родственного отбора представляет собой весьма не простую задачу, которая ввела в заблуждение многих исследователей. Не случайно мои коллеги и я продолжаем горячо спорить сегодня по поводу математической составляющей теории родственного отбора.)

Четвертым механизмом, способствующим возникновению сотрудничества, выступает косвенное взаимодействие, и оно существенно отличается от прямого взаимодействия, которое мы с Зигмундом изучали на начальном этапе своего исследования. При косвенном взаимодействии один индивид решает помочь другому, исходя из репутации последнего. Тот, кто известен тем, что оказывал помощь другим переживающим трудные времена, вполне может встретить доброжелательное отношение со стороны незнакомцев, когда его собственная судьба начинает вдруг складываться не лучшим образом. Соответственно, в подобной ситуации вместо психологического настроя типа: «Я помогу тебе, а ты поможешь мне» сотрудничающий готов будет мысленно сказать: «Я помогу тебе, а кто-то другой поможет мне». Например, у японских макак (где эта помощь выражается в уходе за шерстью) особи с низким статусом, ухаживая за обладателями высокого статуса (у которых хорошая репутация), могут улучшить собственную репутацию — и, соответственно, сами получить дополнительное ухаживание благодаря лишь тому, что этот процесс увидят остальные члены стаи.

Наконец, индивиды способны совершать альтруистические поступки и ради высшего блага, чем поддержка одного собрата. Этот пятый механизм, с помощью которого может возникнуть сотрудничество, получил название группового отбора. Существование данного механизма признавал еще сам Дарвин, который заметил в своей книге «Происхождение человека и половой отбор» (1871), что «...племя, заключающее в себе большое число членов, которые всегда готовы помогать друг другу и жертвовать собой для общей пользы, должно одержать верх над большинством других племен, а это и будет естественный отбор». С тех пор биологи яростно спорят по поводу идеи о том, что естественный отбор может способствовать сотрудничеству ради улучшения репродуктивного потенциала конкретной группы.

Впрочем, произведенное исследователями, включая меня, математическое моделирование помогло установить, что подобный отбор способен действовать на самых разных уровнях — от генов отдельных индивидов до групп родственников и даже целых видов. Таким образом, хотя сотрудники компании могут соревноваться друг с другом ради продвижения по служебной лестнице, они также сотрудничают, чтобы обеспечить успех их коллективного бизнеса в конкуренции с другими компаниями.

➡  Одно для всех

Эти пять механизмов, ответственные за появление сотрудничества, относятся к самым разным видам живых организмов, от амеб до зебр (а иногда касаются даже генов и прочих компонентов клеток). Подобная универсальность заставляет предположить, что сотрудничество было движущей силой эволюции жизни на Земле. Более того, существует отдельная группа, в которой эффект сотрудничества проявился с особой силой: это люди. Миллионы лет эволюции превратили медлительную и беззащитную обезьяну в наиболее могущественное существо на планете, в такой биологический вид, который создал умопомрачительное количество технологий, позволивших человеческому роду покорять океанские глубины, исследовать космическое пространство, а также немедленно рассказывать всему миру о своих достижениях с помощью радио и телевидения. Все эти грандиозные задачи мы решили объединенными усилиями. В самом деле, люди как биологический вид более всех склонны к совместной деятельности — они, если хотите, «суперкооператоры».

С учетом того, что приведенные пять механизмов сотрудничества характерны для всей природы, возникает вопрос: что заставляет именно людей быть наиболее готовыми к оказанию помощи друг другу? С моей точки зрения, люди чаще любого другого существа предлагают поддержку на основе косвенного взаимодействия, т.е. из соображений репутации. Почему? Потому что только люди обладают полноценным языком (и, соответственно, называют друг друга по имени), что позволяет им делиться информацией обо всех— от непосредственных членов семьи до абсолютно незнакомых людей на противоположной стороне Земли. Мы одержимы проблемами, кто и почему сделал что-то кому-то, поскольку в окружающей нас социальной сети наша позиция всегда должна выглядеть безупречно. По результатам исследований, все принимаемые людьми решения (от того, какую предпочесть благотворительную деятельность, до того, в какую вновь созданную акционерную компанию следует вкладывать деньги) отчасти строятся на соображениях репутации.

Определенные дилеммы сотрудничества с участием более чем двух игроков называются играми общественного блага. Например, в такой игре все члены группы получают пользу от моего сотрудничества; однако в то время как все находятся в равных финансовых условиях, я увеличиваю свой собственный доход, переключаясь с сотрудничества на обман. Таким образом, призывая всех к сотрудничеству, я одновременно принимаю «умное» решение обмануть. Однако проблема в том, что все члены группы мыслят одинаково, а потому то, что начинается как сотрудничество, в конце приобретает вид обмана.

В 1968 г. в своей статье «Трагедия общин» покойный ныне американский эколог Гаррет Хардин (Garrett Hardin) описал классический сценарий судьбы общественных благ. Группа фермеров совместно арендует общественные пастбищные угодья, на которых допускает чрезмерный выпас своего скота, что угрожает полным истощением травяного покрова. Они делают это, хотя знают, что в итоге будет уничтожен ресурс, принадлежащий всем людям, включая их самих. Аналогия с сегодняшним беспокойством по поводу различных природных богатств — от нефти до чистой питьевой воды — вполне очевидна. Если сотрудничающие склонны совершать обман, когда дело доходит до сохранения общественной собственности, как мы вообще можем надеяться сохранить экологический капитал планеты для будущих поколений?

➡  Все ради одного

К счастью, не все надежды потеряны. В результате ряда компьютерных экспериментов, проведенных Манфредом Милински (Manfred Milinski) и его коллегами в Институте эволюционной биологии им. Макса Планка в городе Плоне в Германии, удалось выявить несколько факторов, мотивирующих людей быть хорошими распорядителями принадлежащей всем собственности в играх общественного блага. Исследователи предоставили игрокам по €40 и предложили им компьютерную игру, где каждый из них должен был использовать эти деньги для сохранения контроля над климатом Земли. Участникам было сказано, что в каждом раунде игры от них требуется вкладывать часть этих денег в общий фонд. Если к концу десятого раунда в этом общем фонде накопится €120 или бо́льшая сумма, то за климат можно не беспокоиться, а игроки возьмут себе оставшиеся у них деньги. Если же будет собрано менее €120, то мировой климат понесет непоправимый ущерб, а игроки потеряют все предоставленные им деньги.

Несмотря на то что игрокам часто не удавалось спасти климат из-за нехватки в фонде нескольких евро, исследователи отметили, что в их поведении от раунда к раунду появлялись некоторые изменения, позволявшие догадываться о причинах увеличения их щедрости. Исследователи обнаружили, что игроки проявляли больший альтруизм, когда получали авторитетную информацию о климатических исследованиях, и это показывает, что для жертв ради высшего блага людям необходимо быть уверенными в действительном существовании конкретной проблемы. Они также были более щедрыми, если им позволяли вносить свой вклад открыто, не скрывая личности, — т.е. когда свою роль играла репутация. Важность в этом случае репутации подчеркнули также исследователи британского Университета Ньюкасла, которые выяснили, что люди бывают более щедрыми, чувствуя, что за ними наблюдают.

Эти факторы вступают в действие каждый месяц, когда по моему адресу приходит счет за газ. В этом счете его потребление в моем личном домашнем хозяйстве сопоставляется со средним расходом газа в соседних домах в пригородах Бостона, а также с другими, наиболее экономичными показателями. Видя, как наши показатели соотносятся с соседскими, моя семья получает мотивацию для более экономного расходования газа: каждую следующую зиму мы стараемся снижать температуру воздуха в своем доме на 1°F.

Компьютерное эволюционное моделирование показывает, что сотрудничество, по существу, нестабильно: периоды успешной кооперации неизбежно сменяются проклятием обмана. И все-таки дух альтруизма, похоже, неизменно возрождается, а наш моральный компас вновь указывает верное направление. Циклы сотрудничества и предательства прослеживаются по взлетам и падениям в истории человечества, по колебаниям политических и финансовых систем. В какой части одного из таких циклов мы, люди, находимся в данный момент, сказать трудно, однако очевидно, что мы могли бы лучше совместно трудиться для решения наиболее неотложных мировых проблем. Теория игр показывает нам путь к этому. Для сдерживания обманщиков законодателям следует учитывать факторы косвенного взаимодействия, информирования и репутации. Они должны в полной мере использовать эффективность этих факторов для нашего общего участия в самой главной из игр общественных благ: перед 7 млрд игроков поставлена задача сохранить быстро убывающие ресурсы нашей планеты”.

Мартин Новак
+3,4
Bugipop
Bugipop
Всё самое интересноекосмосБлуждающая звездаUS 708Интересный космос
US 708 - самая быстрая блуждающая звезда, покидающая галактику, получив "пинка" от сверхновой.
 У компактной звезды, имеющей название US 708, была совсем нелегкая жизнь. К ее несчастью она оказалась неподалеку от более массивного соседа, который в буквальном смысле "ободрал ее как липку", оставив только плотное ядро, имеющее большую концентрацию гелия. Но даже и в "ободранном" виде звезде US 708 не было суждено тихо умереть. Ее ненасытный сосед "объелся" звездной материи до такой степени, что не выдержал, и почил невероятно мощным взрывом сверхновой, который катапультировал звезду US 708 с такой силой, что она на огромной скорости устремилась прочь из галактики.
 Звезда US 708, которая относится к типу горячих подкарликов (hot subdwarf), в настоящее время убегает из Млечного Пути со скоростью более 1200 километров в секунду, это быстрее, нежели двигается любая из других известных астрономам блуждающих звезд, звезд, не привязанных ни к какой звездной системе.
 Ученым-астрономам известны и другие быстрые блуждающие звезды, способные преодолеть гравитационные силки Млечного Пути и отправиться в пустоту межгалактического пространства. Подавляющее большинство этих звезд, по анализу траекторий их движения, ускорились при помощи гравитационной "рогатки" сверхмассивной черной дыры Sgr A*, располагающейся в центре нашей галактики.
 "Звезда US 708 летит совсем не из центра галактики. И нам сейчас неизвестно о наличии других сверхмассивных черных дыр, располагающихся в пределах Млечного Пути. А небольшая черная дыра, масса которой сопоставима с массой больших звезд, абсолютно неспособна разогнать звезду US 708 до такой большой скорости" - рассказывает Штефан Гайер (Stephan Geier), астроном из Европейской южной обсерватории (European Southern Observatory, ESO), - "Пока нам известен только один такой уникальный блуждающий космический объект, как звезда US 708, ускорение которого было последствием близкого взрыва сверхновой. И если нам удастся обнаружить еще подобные объекты, то они смогут нам рассказать много нового о сверхновых звездах".
 Двигаясь с ее нынешней скоростью, звезда US 708 покинет пределы Млечного Пути через 25 миллионов лет, постепенно охлаждаясь и превращаясь в белого карлика. Звезда US 708 была обнаружена впервые в 2005 году, но астрономическое оборудование десятилетней давности позволило только определить скорость и направление ее движения. И лишь только недавно астрономы получили возможность измерить и ряд других параметров звезды, в частности, скорость ее вращения вокруг своей оси. И все эти параметры почти идеально соответствуют разработанной в 2009 году математической модели процесса ускорения звезды энергией взрыва сверхновой.
 "Мы сделали большой шаг в понимании процессов взрывов сверхновых типа 1A" - рассказывает Штефан Гайер, - "Эти чрезвычайно яркие и мощные явления уже достаточно давно используются людьми в качестве космических "маяков", позволяющих нам измерять расстояния и изучать процесс расширения Вселенной. Но до последнего времени "прародители" этих явлений были малоизученны и практически неизвестны".
+3,3
Bugipop
Bugipop
Всё самое интересноеThe Brightsфизиканаука

Поиски суперсимметрии на коллайдере принесли новую интригу

Две коллаборации, работающие на Большом адронном коллайдере, сообщают, что в одном из многочисленных поисков суперсимметрии обнаружилось небольшое превышение над предсказаниями Стандартной модели. Оба коллектива видят отклонение в схожих, но всё же не идентичных, процессах. 
Статистическая значимость превышения невелика, около 3 стандартных отклонений, но это превышение дает новую надежду на то, что физика за пределами Стандартной модели уже не за горами.

Физика элементарных частиц сегодня: краткий набросок

  Современная физика элементарных частиц находится последние годы в достаточно некомфортной ситуации. С одной стороны, в ее распоряжении есть теория — так называемая Стандартная модель, — которая замечательно согласуется с экспериментами. Она была построена в 60-70-е годы, привела к множеству предсказаний, которые великолепно подтвердились в последующие десятилетия. Последним в этой серии достижений стало открытие бозона Хиггса в 2012 году и последовавшее за ним присуждение Нобелевской премии по физике авторам хиггсовского механизма. Все эти годы Стандартная модель выдерживала тысячи экспериментальных проверок. Всевозможные тонкие и замысловатые эффекты, которые она предсказывала и которые удавалось сосчитать теоретически, неизменно подтверждались.

  С другой же стороны, физикам давно достоверно известно, что Стандартная модель не может быть окончательной теорией устройства микромира. Стандартная модель не способна объяснить наличие темной материи и доминирование вещества над антивеществом в нашей Вселенной. Она никак не объясняет разнообразные закономерности, которые обнаружены в свойствах кварков и особенно нейтрино. Наконец, многие численные величины в ней выглядят противоестественными, и сама Стандартная модель никакого объяснения им не дает. Физики уверены, что Стандартная модель — это лишь осколок какой-то другой, всеобъемлющей и более фундаментальной, теории устройства нашего мира, которую ученые условно называют физика за пределами Стандартной модели или «Новая физика». Что это за теория — пока неизвестно, но именно с ней связываются большие надежды на поиск ответов на неудобные для Стандартной модели вопросы.

  Чтобы не создавалось неправильного впечатления, надо обязательно оговориться, что проблема — не в том, чтобы придумать хоть какую-то теорию. Таких теорий придуманы, наверное, сотни. Проблема в том, чтобы теория давала новые, нестандартные предсказания и чтобы эти предсказания подтверждались на опыте. А вот с этим пока сложности: ни один прямой эксперимент с элементарными частицами не обнаружил никакого достоверного отклонения от Стандартной модели. Так что Большой адронный коллайдер (он же LHC) — это не просто установка, которая сталкивает частицы и что-то там измеряет. Это тот инструмент, который должен помочь нам дотянуться до Новой физики, до нового пласта реальности, лежащего под Стандартной моделью. Первый маленький шаг в этом направлении сделан: открыт хиггсовский бозон и началось его изучение. Но это был подготовительный шаг, а настоящая задача коллайдера — достоверное обнаружение хоть какого-то отклонения от Стандартной модели — пока не решена.

Как ищут проявления суперсимметрии

  Поскольку теорий Новой физики много и предсказывают они разные явления, исследователи выполняют сотни различных анализов накопленных на LHC данных и ищут в них эти эффекты. Среди всех моделей особняком стоят теории, опирающиеся на суперсимметрию. Это слово обозначает глубокую, математически самосогласованную идею о том, что наш мир обладает симметрией нового типа, которая связывает между собой, говоря совсем условно, частицы материи и действующие между ними силы.

  Идея суперсимметрии проверяема в эксперименте, по крайней мере в принципе. Суперсимметричные теории предсказывают множество новых частиц, суперпартнеров обычных частиц. У кварков, глюонов, лептонов, гравитонов и всех других частиц есть суперпартнеры: скварки, глюино, слептоны, гравитино и т.д. — 
Top quark Standard - model particles Hypothetical SUSY particles Stop squark,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,физика,наука
Проблема только в том, что эти новые частицы — тяжелые, и никто не может заранее сказать, насколько. Когда строился Большой адронный коллайдер, среди физиков царило воодушевление. Многие из них считали, что массы суперчастиц находятся в районе 1 ТэВ или даже меньше, и такие частицы начнут массово рождаться на LHC. Увы, первый сеанс работы коллайдера охладил этот пыл: многочисленные поиски прямых или косвенных проявлений суперсимметрии по-прежнему дают отрицательные результаты.

Сейчас, после двух недавних любопытных публикацией CMS и ATLAS, ситуация, возможно, начнет меняться. Но прежде чем рассказывать о них самих, стоит кратко обрисовать, как вообще ищут проявления суперсимметрии на коллайдере.

Сложность тут в том, что у суперсимметрии нет какого-то одного конкретного, железобетонного предсказания, проверяемого прямо сейчас. Имеется большое количество вариантов суперсимметричных теорий, а в них есть неизвестные численные параметры. В результате предсказания для коллайдера могут получиться самые разнообразные — и физики стараются, по возможности, охватить их все. Среди них выделяется главное направление поисков —
столкновение протонов Ж глюино / > ¿о скварк Л/ \> нейтралино кварки -> адроны,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,физика,наука
рис.3
Считается, что вначале в столкновении протонов рождаются сильновзаимодействующие суперчастицы — скварки или глюино. Они тяжелые и распадаются на другие, те — распадаются дальше, и т.д. Так идет до тех пор, пока не появится легчайшая суперсимметричная частица (в зависимости от варианта теории, это может быть нейтралино, гравитино или другие суперчастицы). Главное, что она уже ни на что не распадается, а просто улетает прочь, не будучи даже пойманной детектором. Эта частица уносит большой поперечный импульс, который — в силу неуловимости частицы — не отслеживается детектором. Детектор регистрирует все обычные частицы, измеряет их импульсы и видит, что они не складываются в нуль, то есть заметная часть импульса «теряется». Такой дисбаланс в поперечном импульсе указывает на то, что в столкновении родилась какая-то неуловимая частица высокой энергии.

  Конечно, одного лишь дисбаланса поперечного импульса мало для открытия Новой физики. В Стандартной модели тоже есть частицы, не регистрируемые детектором, — нейтрино, — и они запросто могут породить похожую картину столкновений. Вдобавок, детекторы неидеальны, и иногда они ошибаются при измерении энергий и импульсов (особенно когда приходится мерять адронные струи, целые потоки адронов) или даже могут неправильно идентифицировать пролетевшую частицу. Поэтому в реальности физикам приходится тщательно сравнивать полученные данные с предсказаниями Стандартной модели и пытаться найти не просто какую-то статистику событий, а их превышение над фоном Стандартной модели. Так что каждый поиск, каждый анализ — это кропотливая работа десятков и сотен исследователей в течение месяцев или даже лет.

Новые результаты CMS и ATLAS

  После обстоятельного вступления перейдем наконец к новым результатам с коллайдера. Сейчас, в преддверии нового запуска LHC, экспериментальные группы «подчищают хвосты» — доделывают трудоемкие анализы на основе данных, набранных во время первых трех лет работы коллайдера. Регулярно появляются и статьи о тех или иных поисках суперсимметрии, но все они пока приводят к отрицательным результатам. Однако за последний месяц обе крупнейшие коллаборации, работающие на LHC, сообщили о наблюдении любопытных отклонений в похожих — но не идентичных! — конфигурациях частиц. Статья коллаборации CMS появилась в конце февраля, а работа ATLAS — в середине марта, буквально на днях [1, 2].

  В обеих работах физики изучали события следующего типа: наблюдаются как минимум две адронные струи, лептонная пара (электрон-позитрон или мюон-антимюон) и потерянный поперечный импульс. На рис. 3 показаны два примера процессов с рождением и распадом суперсимметричных частиц, которые могли бы порождать такие события. Конечно, существуют и обычные (фоновые) процессы, которые дают такой же сигнал. Например, в столкновении протонов может просто родиться Z-бозон, который распадется на лептонную пару, а уж адроны всегда рождаются в избытке. Если детектор неправильно сосчитает энергию адронных струй, вполне может появиться дисбаланс поперечного импульса. Однако в этом случае дисбаланс будет небольшим, порядка десятков ГэВ. Чтобы избавиться от него, физики отобрали только такие события, в которых дисбаланс составлял как минимум сотню ГэВ (в случае ATLAS — 225 ГэВ). Есть и другие источники фона, но все их физики аккуратно учли.

  Два типа сигналов, показанные на рисунке — 
Отличаются поведением лептонной пары. На верхней картинке показано нерезонансное рождение лептонов, в котором они излучаются независимо друг от друга. В этом случае энергии двух лептонов не связаны друг с другом, а значит, инвариантная масса этой пары (mll) может быть самой разной, и большой, и маленькой. На нее имеется лишь ограничение сверху, поскольку эти лептоны получаются из распадов тяжелых частиц. С точки зрения эксперимента, характерный сигнал таких событий выглядит так: имеется широкое распределение по mll, которое вдруг обрывается выше некоторого значения. Именно этот «обрыв распределения» и искали физики.

  На нижней картинке на рисунке — 
 — показан другой вариант — резонансное рождение лептонной пары. Здесь лептоны рождаются не сами по себе, а получаются в результате распада Z-бозона. Поэтому их энергии скоррелированы, а инвариантная масса пары близка к массе Z-бозона (91 ГэВ). Поэтому в поисках такого типа событий можно сфокусироваться на области от 81 до 101 ГэВ, а участок распределения вне ее, наоборот, использовать для оценки фона.

  Два коллектива — CMS и ATLAS — выполнили оба типа поисков, правда со слегка отличающимися критериями отбора. Но вот результаты у них получились разными. CMS сообщает, что в случае нерезонансного рождения на рисунке вверху — 
 — в области mll от 20 до 70 ГэВ наблюдается некоторое превышение числа событий над фоном, с обрывом распределения при значении около 71 ГэВ. Статистическая значимость отклонения оценена в 2,4σ. Эффект, конечно, не слишком впечатляющий, но тем не менее заслуживает интереса, тем более что это был один из первых поисков суперсимметрии методом обрыва распределения. В случае резонансного рождения коллаборация CMS не видит никаких отклонений.

Результаты ATLAS получились прямо противоположными. Нерезонансный поиск ничего существенного не выявил, зато в резонансном рождении было найдено любопытное отклонение. На рисунке — 
Events / 2.5 GeV 14 12 10 8 6 n I I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | r —Data Standard Modal /£ = 8 TeV. 20.3 fb'1 I I Flavour Symmetric I I Other Backgrounds m(g)ji=(700.200)GeV_! m(g)n=(900.600)GeV ATLAS - SR-Z ee > <D CD in c\j c o > LU
 — показано распределение по инвариантной массе электронной или мюонной пары. Бросается в глаза то, насколько малый тут фон и насколько сильным оказался сигнал. В случае CMS всё выглядело иначе: был большой фон, и на нем физики разглядели небольшое превышение. Тут же в электрон-позитронном канале ожидалось примерно 4±2 события, а обнаружено — аж 16! В мюонном случае превышение заметно слабее, но тоже кое-что наблюдается. Невооруженному взгляду может показаться, что левый график на рисунке — 
Events / 2.5 GeV 14 12 10 8 6 n I I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | I I I | r —Data Standard Modal /£ = 8 TeV. 20.3 fb'1 I I Flavour Symmetric I I Other Backgrounds m(g)ji=(700.200)GeV_! m(g)n=(900.600)GeV ATLAS - SR-Z ee > <D CD in c\j c o > LU
 — прямо-таки кричит: открытие! Однако аккуратный анализ более сдержан: статистическая значимость отклонения в электронном канале (а также в объединенном лептонном) составляет 3σ.

Конечно, сейчас пока рано утверждать, что в коллайдере действительно было открыто явление, достоверно выходящее за рамки Стандартной модели. Отклонения порядка 3σ считаются указанием на существование, но никак не открытием. Такое отклонение вполне может оказаться статистической флуктуацией или неучтенной погрешностью детектора. В физике частиц встречались примеры, когда по прошествии некоторого времени рассасывались сигналы и с большей статистической значимостью. Настораживает также и то, что два детектора получили несогласующиеся результаты. Конечно, методики у них немножко разные, и никто не обещает, что отклонения в одном эксперименте обязательно подтвердятся в другом. Тем не менее после этого первого «захода» оба детектора наверняка будут уделять повышенное внимание этому процессу. Ну и, разумеется, у физиков появляется дополнительный повод с нетерпением ожидать результаты нового сеанса работы коллайдера LHC Run II, который за три года должен увеличить статистику почти на порядок.

Игорь Иванов

1. Search for physics beyond the standard model in events with two leptons, jets, and missing transverse momentum in pp collisions at sqrt(s) = 8 TeV. ArXiv:1502.06031 — http://arxiv.org/abs/1502.06031
2. Search for supersymmetry in events containing a same-flavour opposite-sign dilepton pair, jets, and large missing transverse momentum in s√=8 TeV pp collisions with the ATLAS detector. ArXiv:1503.03290 — http://arxiv.org/abs/1503.03290

Источник — http://elementy.ru/news/432428
+3,0
Bugipop
Bugipop
Всё самое интересноеThe Brightsпсихология

Хорошее — враг лучшего?

  В 1942 г. в эксперименте, ставшем классическим, американский психолог Абрахам Лачинс (Abraham Luchins) просил добровольцев провести некоторые вычисления, мысленно представив сосуды с жидкостью. Например, надо было, используя три пустых сосуда емкостью 21 л, 127 л и 3 л, перелить жидкость таким образом, чтобы отмерить 100 л. Наливать и выливать жидкость можно было неограниченное количество раз, но сосуды следовало наполнять полностью. Решение заключалось в том, чтобы из сосуда емкостью 127 л вылить сначала 21 л, а потом два раза по 3 л. Лачинс предложил испытуемым несколько задач, которые фактически решались с помощью таких же трех этапов, и эти задачи были быстро решены. А потом он дал им задачу, имеющую более простое и быстрое решение, но люди этого решения не заметили.

  Лачинс предложил участникам эксперимента отмерить 20 л, используя сосуды емкостью 23 л, 49 л и 3 л. Вроде бы решение очевидно: наполнить первый контейнер и часть воды из него вылить в третий: 23 — 3 = 20.

  Но многие испытуемые продолжали решать задачу старым способом, используя второй контейнер: 49-23-3-3 = 20. А потом Лачинс предложил им задачу, для которой существовало решение только из двух этапов, но не из трех, к которому привыкли участники, и они сдались, сказав, что это невозможно.

  Эксперимент с переливанием воды — один из самых известных экспериментов, иллюстрирующих склонность человеческого мозга цепляться за знакомый способ решения, первый пришедший в голову, и игнорировать остальные. Обычно такой способ мышления бывает полезен. Если вы научились, например, очищать зубчики чеснока, то нет смысла искать другие способы каждый раз, когда вам понадобится очистить очередной зубчик. Но проблема в том, что иногда это лишает человека возможности увидеть более эффективное и адекватное решение.

  После того как была проведена работа Лачинса, психологи наблюдали этот эффект во многих лабораторных исследованиях как у новичков, так и у специалистов в решении тех или иных интеллектуальных задач, но как и почему это происходит, оставалось загадкой. Недавно мы раскрыли эту тайну, записав движения глаз у шахматистов высокого уровня. Оказалось, что, имея готовое решение, люди в буквальном смысле не видят некоторые детали, которые могли бы обеспечить более эффективный вариант. Кроме того, это новое исследование показывает, что множество разных когнитивных искажений, описанных психологами за многие годы, в том числе на судебных заседаниях и в больницах, по своей сути — разные варианты эффекта Лачинса.

➡  Вернуться на исходную позицию

С начала 1990-х гг. психологи, изучающие эффект Лачинса, привлекали в качестве испытуемых шахматистов разного уровня, от дилетантов до гроссмейстеров. В этих экспериментах игрокам предъявляли виртуальные доски с определенным образом расположенными на них фигурами и просили поставить мат за минимальное число ходов. Например, в нашем исследовании опытным игрокам предлагали позиции, в которых можно было использовать хорошо известную комбинацию «спертый мат». В этой пятишаговой комбинации ферзь приносится в жертву таким образом, что противник одной из своих фигур перекрывает выход собственному королю. Кроме того, можно было поставить мат в три хода, используя значительно менее известную тактику. Как и в экспериментах Лачинса с переливанием воды, большинство игроков не смогли обнаружить более быстрое решение — 

  Во время некоторых исследований мы спрашивали шахматистов, о чем они думали. Они говорили, что нашли решение со спертым матом и искали более короткое, по безуспешно. Но словесные отчеты никак не объясняли, почему не было найдено более короткое решение. В 2007 г. мы попробовали применить немного более объективный метод: прослеживание движений глаз с помощью инфракрасной камеры. Мы смогли точно выяснить, на какую область доски смотрят люди и насколько они задерживают взгляд, чтобы понять, какие части задачи замечаются, а какие — игнорируются.

  Во время этого эксперимента мы прослеживали взгляд пяти опытных шахматных игроков, когда они смотрели на доску, где можно было поставить спертый мат в пять ходов или более короткий за три хода. В среднем после 37 секунд все игроки сказали, что спертый мат — самый быстрый способ. Однако, когда мы предъявили им задачу, которая могла быть решена только с помощью варианта с тремя ходами, они решили ее без проблем. А когда мы сказали игрокам, что аналогичное быстрое решение было и в предыдущем случае, они были изумлены. Один из игроков воскликнул: «Это невозможно. Я бы заметил такое простое решение». Очевидно, что сама возможность использовать спертый мат замаскировала остальные решения. Фактически эффект Лачинса оказался достаточно силен, чтобы временно снизить способности шахматистов-профессионалов до уровня слабых игроков.

  Использование инфракрасной камеры позволило показать, что даже когда игроки говорили, что искали более быстрый вариант решения, и они действительно верили, что ищут его, они на самом деле не отводили взгляда от того участка на доске, где они собирались провести спертый мат. И наоборот, когда им предъявили партию, где было возможно только одно решение, игроки в первую очередь посмотрели туда, где предполагали разыграть спертый мат, и, только убедившись, что это не получится, перенаправили внимание в другие стороны и быстро нашли кратчайшее решение.

➡  Почва для когнитивных искажений

  В октябре прошлого года Хизер Шеридан (Heather Sheridan) из Саутгемптонского университета и Эяль Рейнгольд (Eyal М. Reingold) из Университета Торонто опубликовали работу, которая подтверждает и дополняет наши эксперименты с отслеживанием движений глаз. 17 начинающим шахматистам и 17 профессиональным были предложены две разные задачи. В одной из них можно было использовать известный способ, такой как спертый мат, но имелось другое, лучшее, но менее очевидное решение. Во второй задаче более знакомая последовательность была не эффективна. В этой работе, как и в наших экспериментах, взгляд шахматистов был направлен на область, где было знакомое решение, и редко попадал туда, где можно было заметить лучшую возможность действий. Однако в случае, когда хорошо знакомая стратегия была очевидно непригодной, и мастера и новички замечали альтернативный вариант.

  Эффект Лачинса отнюдь не исчерпывается контролируемыми лабораторными экспериментами и сложными логическими играми, такими как шахматы. Он лежит в основе многих когнитивных искажений. Английский философ, ученый и писатель Фрэнсис Бэкон в 1620 г. в своей книге «Новый органон» очень выразительно писал об одном из наиболее распространенных когнитивных искажений: «Разум человека все привлекает для поддержки и согласия с тем, что он однажды принял потому ли, что это предмет общей веры, или потому, что это ему нравится. Каковы бы ни были сила и число фактов, свидетельствующих о противном, разум или не замечает их, или пренебрегает ими, или отводит и отвергает их. Люди отмечают то событие, которое исполнилось, и без внимания проходят мимо того, которое обмануло, хотя последнее бывает гораздо чаще. Еще глубже проникает это зло в философию и в науки. В них то, что раз признано, заражает и подчиняет себе остальное, хотя бы последнее было значительно лучше и тверже».

  В 1960-х гг. английский психолог Питер Уэйсон (Peter Wason) назвал такой тип искажений «предвзятость подтверждения». В контролируемых экспериментах он показал, что даже если люди намерены объективно проверить правильность теории, они склонны находить подтверждения собственной правоте и не замечать того, что этому противоречит.

  В книге «Ложное измерение человека» ученый Стивен Джей Гулд (Stephen Jay Gould) из Гарвардского университета переосмыслил данные исследователей, предполагавших, что уровень интеллекта связан с размером мозга, и пытающихся сравнивать интеллект у людей различных рас, разного пола и социального положения путем измерения объема черепа или веса мозга. Гулд показал, что полученную информацию анализировали некорректно. Французский ученый Поль Брока, обнаружив, что у французов мозг в среднем меньше, чем у немцев, объяснил это разницей средних размеров тела у людей этих двух национальностей. Ведь не мог же он сказать, что французы глупее немцев. Однако, когда оказалось, что женский мозг меньше мужского, ученый и не вспомнил о различии в размерах мужчин и женщин, т.к. в то время можно было беспрепятственно утверждать, что женщины глупее мужчин.

  Но, как это ни странно, Гулд пришел к выводу, что Брока и другие исследователи не были настолько непорядочными, как мы могли предполагать. Гулд писал: «Для большинства случаев, описанных в этой книге, мы можем быть практически уверены, что предубеждения учеными не осознавались и исследователи верили, что движутся по направлению к истине». Другими словами, Брока и его современники были ослеплены хорошо знакомыми идеями так же, как шахматисты в наших экспериментах. В этом и заключается опасность эффекта Лачинса. Мы можем верить, что наше мышление непредвзято, не подозревая, что мозг избирательно направляет внимание не туда, где можно обнаружить новые идеи. Любая информация, которая не вписывается в теорию, за которую мы уже зацепились, игнорируется или отбрасывается.

  При анализе судебных и врачебных ошибок становится очевидным, что скрытый характер предвзятости подтверждения может приводить к нехорошим последствиям в повседневной жизни. В обзоре, посвященном медицинским ошибкам, врач Джером Групман (Jerome Groopman) отмечает, что в большинстве случаев неправильного диагноза «врачи ошибались не из-за своего незнания, но потому, что попадали в когнитивную ловушку». Когда врач получает пациента от другого врача, первоначальный диагноз может помешать увидеть противоречащие ему важные симптомы, на основе которых следовало изменить вердикт. Проще принять уже существующую версию, чем заново переосмысливать ситуацию. Точно так же рентгенолог при просмотре результатов флюорографии часто фиксируется на первом замеченном отклонении и пропускает другие нарушения, например опухоль, которая может означать наличие рака. Но если это нарушение встречается само по себе, рентгенолог сразу его заметит.

  В других исследованиях показано, что присяжные начинают решать, виновен ли человек, задолго до того, как будут предъявлены все доказательства. В свою очередь, их первые впечатления от подсудимого меняют их отношение к последующим доказательствам и воспоминания о тех доказательствах, которые были увидены ранее. Аналогично, если при приеме на работу кандидат покажется симпатичным, то его интеллект и личные качества будут восприниматься в более благоприятном ключе, и наоборот. Это тоже проявление эффекта Лачинса. Легче принять решение о ком-то на основе целостного представления о человеке, а не на основе противоречащих друг другу сведений.

  Можно ли научиться не поддаваться этому эффекту? Вероятно, да. В наших экспериментах с шахматистами и в последующих опытах Шеридан и Рейнгольда некоторые особенно хорошие шахматисты уровня гроссмейстера сумели обнаружить короткое решение и при наличии знакомого более длинного. Это значит, что чем опытнее человек в своей области, будь то шахматы, наука или медицина, тем выше у него устойчивость к когнитивным искажениям.

  Но полностью никто не застрахован, и гроссмейстеры ошибались, когда мы сделали ситуацию более каверзной. Еще один способ противодействия эффекту Лачинса — все время помнить о своей уязвимости для такого рода ошибок. При рассмотрении данных, например, об относительной роли природных и антропогенных факторов в формировании парникового эффекта помните, что если вам кажется, что вы уже знаете правильный ответ, то вы не сможете объективно оценивать информацию. Вы будете обращать внимание на те доказательства, которые поддерживают вашу точку зрения, сочтете их более значимыми и лучше запомните, чем те, которые противоречат вашим представлениям.

  Если мы хотим улучшить качество наших идей, нам надо учиться признавать свои ошибки. Чарлз Дарвин предложил для этого удивительно простой и эффективный метод: «...в течение многих лет я следовал золотому правилу: каждый раз, когда мне попадались в печати новые наблюдения или мысли, шедшие вразрез с моими общими выводами, неизменно и немедленно делать из них извлечение, так как я убедился на опыте, что они гораздо легче забываются, чем факты и мысли благоприятные».

Мерим Билалич, Питер Маклеод
Dwarf Galaxies and the Dark Web Gene Therapy's Second Act AMERICAN Revolutionary tools will reveal how thoughts and emotions arise,Всё самое интересное,интересное, познавательное,,разное,The Brights,психология

«В мире науки» № 5, 2014. Стр. 31-35.
+3,3
Bugipop
Bugipop
#Реактор познавательныйThe Brightsгенная инженерияэмбриологиябиологиягмо-эмбирон

Редактирование геномов человека

  Китайские ученые первыми в мире сообщили о редактировании генома человеческого эмбриона. Результаты, опубликованные в онлайн-журнале Protein & Cell [1], подтверждают распространенные слухи о проведении подобных экспериментов — слухи, давшие начало резонансным дебатам, разразившимся в марте 2015 г. [2, 3] об этичности подобных работ.
,Реактор познавательный,галилео, реактор познавательный, интересности, интересное, #галилео,разное,The Brights,генная инженерия,эмбриология,биология,гмо-эмбирон
  Группа китайских ученых, возглавляемая Джунджу Хуаном (Junjiu Huang), исследователем функций генов в Университете Сан Ят-сен (Sun Yat-sen University, Китай), попыталась обойти проблемные вопросы, используя «нежизнеспособные» эмбрионы, которые не могут привести к рождению ребенка, полученные из местных клиник репродукции. Исследовательская группа провела попытку модификации гена, ответственного за β-талассемию — потенциально летального заболевания крови, — используя метод генетического редактирования CRISPR/Cas9. По словам ученых, их результаты позволили обнаружить серьезные препятствия на пути к использованию метода в медицинских целях.
Target Genomic Locus Target sequence to cleave Your guide RNA sequence Motif tracrRNA built into vectors SVM pol,1A) □ RNA MjNold Promoter <CMV.tP1i.MSCV, RGK. CAO» HI promoter Cas9 SmartNuclease™ All-in-one Vector EF1 a: cat#C AS900A-1, C AG cat#CAS92QA-l Cm. cat#CAS94QA-1. MSCV:
  «Я полагаю, что это первое сообщение о применении CRISPR/Cas9 на предимплантационных эмбрионах человека, и потому исследование является знаковым, так же как и предупреждающим, — говорит Джордж Дэли (George Daley), специалист в области стволовых клеток Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School, США), — Исследование должно стать жестким предостережением любым практикующим клиницистам, считающим, что данная технология пригодна для экспериментального устранения генов заболеваний».

  Некоторые специалисты утверждают, что технология генетического редактирования эмбрионов может стать светлым будущим из-за возможности устранения тяжелых генетических заболеваний еще до рождения ребенка. Однако противники полагают, что это поднимает этические вопросы: исследователи предупреждали в мартовском выпуске журнала Nature [2], что, поскольку генетические изменения эмбрионов — модификации зародышевой линии — наследуемы, они могут оказать непредсказуемое действие на будущие поколения. Исследователи также выражают озабоченность по поводу того, что любые работы по генетическому редактированию человеческих эмбрионов могут стать скользким путем к небезопасному или неэтичному использованию метода.

  Статья группы Хуана, похоже, снова разожгла споры, касающиеся генетического редактирования эмбрионов. Кроме того, согласно некоторым сведениям, и другие исследовательские группы в Китае проводят эксперименты на эмбрионах человека.

➡  Проблемный ген

  Метод, использованный группой Хуана, включает инъецирование в эмбрион ферментативного комплекса CRISPR/Cas9, связывающего и разрезающего ДНК в определенных участках. Этот комплекс можно настроить на вырезание проблемных генов, которые затем замещаются другой молекулой, введенной в то же время. Эта система хорошо изучена на клетках взрослого человека и эмбрионах животного. Однако до настоящего времени сообщений о применении подхода на эмбрионах человека опубликовано не было.

  Хуан и его коллеги намеревались проверить, может ли метод привести к замещению гена в одноклеточном оплодотворенном эмбрионе человека: все клетки, получающиеся в результате развития эмбриона в таком случае могли бы иметь замененный ген. Полученные из клиник репродукции эмбрионы были созданы с помощью метода экстракорпорального оплодотворения (ЭКО), но несли лишние хромосомы в результате оплодотворения двумя сперматозоидами. Такая аномалия делает невозможным живорождение, несмотря на то, что эмбрионы с лишними хромосомами проходят первые стадии развития.

  Группа Хуана исследовала способность системы CRISPR/Cas9 редактировать ген HBB, кодирующий белок β-глобин человека. Мутации в этом гене связаны с развитием β-талассемии.

➡  Серьезное препятствие

  Исследовательская группа инъецировала ферментативный комплекс 86 эмбрионам и ожидала в течение 48 часов — за это время эмбрионы делились примерно до 8 клеток каждый. Из 71 выжившего эмбриона 54 подверглись генетической диагностике. В ходе анализа было обнаружено, что только у 28 эмбрионов произошло вырезание мутантного гена, и только часть из них несла замещенный генетический материал. «Если вы хотите проделывать это на нормальных эмбрионах, то необходима точность, близкая к 100%. Вот почему мы остановились. Мы считаем, что метод еще слишком недоработан», — говорит Хуан.

  Кроме того, группа ученых обнаружила неожиданное количество нецелевых мутаций, предположительно внедренных комплексом CRISPR/Cas9, действовавшим в других частях генома. Этот эффект вызывает особенно много опасений вокруг зародышевого генетического редактирования, поскольку непредусмотренные мутации могут оказаться патогенными. Уровень таких мутаций гораздо выше, чем наблюдаемый при генетическом редактировании эмбрионов мышей или клеток взрослого человека. Как отмечает Хуан, его группа, вероятно, выявила только часть непреднамеренных мутаций, поскольку их исследование было обращено только на экзом (белок-кодирующую часть генома). «Если бы мы провели полногеномное секвенирование, то, вероятно, нашли бы больше мутаций», — отмечает исследователь.

➡  Этические вопросы

  По словам Хуана, его работа была отвергнута журналами Nature и Science, частично, из-за этических вопросов; оба журнала отказались давать комментарии.

  Хуан также добавляет, что критики статьи объясняют низкий уровень эффективности и высокую частоту нецелевых мутаций возможной особенностью аномальных эмбрионов, использованных в работе. Исследователь признает критику, но отмечает, что из-за отсутствия примеров генетического редактирования нормальных эмбрионов невозможно узнать, будет ли методика срабатывать в них иначе.

  И, тем не менее, он утверждает, что такие эмбрионы являются более значимой моделью, в том числе и более близкой к нормальным эмбрионам человека, чем эмбрионы модельных животных или клетки взрослого человека. «Мы хотели показать свои данные миру, чтобы люди знали, что действительно происходит в такой модели, вместо того, чтобы рассуждать о том, что могло бы произойти, не имея данных», — говорит Хуан.

  «Это подчеркивает сказанное ранее: в таких исследованиях необходима пауза, чтобы удостовериться, что мы обладаем достаточными основаниями для дискуссии о дальнейшем направлении развития», — утверждает Эдвард Ланфье (Edward Lanphier), один из исследователей, выступивших с предостережением в журнале Nature. Ланфье является президентом компании Sangamo BioSciences (США), применяющей технику генетического редактирования на клетках взрослого человека.

  В дальнейшем Хуан планирует работать над уменьшением числа нецелевых мутаций, используя неэмбриональные клетки человека или модельных животных. Он рассматривает несколько стратегий: корректировку ферментов на более точную направленность к желаемому месту, внедрение ферментов в другой форме, которая позволила бы регулировать их путь, или изменение концентрации вводимых ферментов и восстанавливающих молекул. Исследователь полагает, что также может принести пользу использование других методов генетического редактирования. Система CRISPR/Cas9 относительно эффективна и легка в использовании, однако известно, что еще одна система TALEN вызывает меньше непреднамеренных мутаций.

  Безусловно, споры вокруг генетического редактирования эмбрионов человека еще продолжатся, однако система CRISPR/Cas9 известна своей легкостью использования, потому Ланфье опасается, что еще больше исследователей начнут работать, пытаясь улучшить результаты Хуана. «Вседоступность и простота создания CRISPR дает возможность ученым в любой части света проводить любые эксперименты», — отмечает Ланфье.

  По некоторым данным, по меньшей мере еще четыре группы в Китае проводят эксперименты по генетическому редактированию эмбрионов человека.

1. CRISPR/Cas9-mediated gene editing in human tripronuclear zygotes. 
Doi. 10.1007/s13238-015-0153-53. — http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs13238-015-0153-5
2. Don’t edit the human germ line. Doi:10.1038/519410a. — http://www.nature.com/news/don-t-edit-the-human-germ-line-1.17111
3. A prudent path forward for genomic engineering and germline gene modification. Doi: 10.1126/science.aab1028. — http://www.sciencemag.org/content/348/6230/36
(ссылки иногда не открываются,не пугаемся,надеемся,ждем,обновляем страничку)
По материалам NatureNews — http://www.nature.com/news/ethics-of-embryo-editing-paper-divides-scientists-1.17410
Перевод — cbio.ru — http://cbio.ru/page/43/id/5706/
+3,6
Здесь мы собираем самые интересные картинки, арты, комиксы, мемасики по теме (+67 постов - )
Собираем на сервера
В этом месяце собрано $1841.97 из $1360.00.
Наши любимые теги
Топ комментов
А бывает, комменты лучше постов. Смотрим топ тредов и вникаем!
1-e место
+161.61от Brenwen
2-e место
+128.2от FuckCore
3-e место
+118.9от SUPRIMEkair
4-e место
+94.76от comitatus
5-e место
+94.68от BananaUa
6-e место
+94.47от kso_yarou
7-e место
+88.73от Asuka Langley
8-e место
+84.91от Камнетёс
9-e место
+78.81от Reconquistar
10-e место
+77.56от Fefnik