Life Science links: selected news and publications

Кинохроника 1927 года. На конференцию приехали Шредингер, Бор, Гейзенберг, Планк, Эйнштейн, Де Бройль, Лоренц, Борн, Дирак, Паули, Мария Кюри…



Под катом их общее фото и говорящий Эйнштейн. ( Read more... )

Многие слышали, что слепым возвращают зрение, подавая электрические сигналы на язык.

Прибор называется BrainPort и состоит из миниатюрной видеокамеры, крепящейся в районе лба, а также процессора, который помещается в руке, и небольшой решетки из электродов, накладывающейся на язык. Видеосигнал поступает от камеры в процессор, который переводит пиксели в электрические импульсы. Далее они направляются на поверхность языка, причем каждый электрод связан с определенным пучком пикселей. Интенсивность света корреспондирует с силой тока и продолжительностью электрических сигналов, которые ощущает язык. Решетка обеспечивает также пространственную корреляцию: вспышка в центре зрительного поля будет соответственно отображена в виде импульса в середине решетки.

Слепые начинают видеть. («Изменчивый мозг», ТрВ)

Вот как это происходит:



Еще один ролик от CBS.

Journal of Biology опубликовал заметку Arthur D. Lander, уважаемого специалиста по клеточной биологии из Калифорнийского университета. Автор утверждает, что стволовую клетку следует рассматривать не как тип, а как состояние. Будет ли клетка иметь «стволовые» свойства, определяется не ее молекулярным содержанием, а ее положением в ткани и обратной связью с окружением (через транскрипционные регуляторы). Фактически, стволовая клетка - это не сущность, а свойство ниши, возникающей в популяции клеток.

The 'stem cell' concept: is it holding us back? (2009):

…it suggests that stemness is a property of systems, rather than cells, with the relevant system being, at minimum, a cell lineage, and more likely a lineage plus an environment. A system with stemness is typically one that can achieve a controlled size, maintain itself homeostatically, and regenerate when necessary. Moreover, it most probably does so by exploiting basic principles of feedback control. If stemness is a system-level property, then the concept of stem cell is really fundamentally different from that of, say, gene. A more similar concept might be something like 'rate-limiting enzyme', which also defines a class of tangible, physical objects, but only does so in terms of their functional roles within a system, not their intrinsic biochemical properties.

Аргументацию понял не до конца. Однако в другой статье не менее уважаемый специалист по стволовым клеткам утверждает то же самое:

I therefore propose that small, quantitative differences in gene expression account for the establishment of a stem-cell state, using molecular machineries that are also found in the differentiated state and are ubiquitous to all cells, such as the cell-cycle control proteins and signalling cascades. Stemness might be a transient and reversible trait that almost any cell can assume given the correct trigger (niche) and that is characterized by having many potential outcomes but no specialization.

Nature Reviews Genetics The nature of stem cells: state rather than entity

( Read more... )

Лишь однажды я испытывал нечто похожее на осознанное сновидение, хотя даже в этом случае у меня нет уверенности. Некоторым умельцам удается входить в это состояние регулярно. Утверждают, что есть специальные техники и можно натренироваться.

Оказывается, осознанное сновидение имеет свои специфические параметры активности головного мозга, отличные от обычного сна. Ученые из Университета Бонна и Harvard Medical School умудрились снять электроэнцефалограмму (ЭЭГ) у добровольцев во время их осознанных сновидений. Это действительно ювелирная работа. Из 20 человек, отобранных и натренированных на вход в эти состояния, в лабораторных условиях смогли его достичь лишь трое. Чтобы сообщить экспериментаторам об осознанном сновидении спящие добровольцы выполняли заранее оговоренные движения глазами. Этакое сообщение из потустороннего мира.

Авторы исследования отмечают, что ОС характеризуется смещением ЭЭГ, особенно в районе частоты 40 гц и повышенной активностью фронтальной части коры в сравнении с обычным REM сном. Предполагают, что это связано с самоосознаванием и способностью к волевому контролю. Ученые делают вывод, что ОС - это особое гибридное состояние, сочетающее нейрофизиологические черты как REM-сна, так и состояния бодрствования.

Voss U, Holzmann R, Tuin I, & J A Hobson (2009). Lucid Dreaming: A State of Consciousness with Features of Both Waking and Non-Lucid Dreaming -- Sleep [PDF]

http://www.dreamlight.ru/

Вы смотрите на экран и видите свое тело, идущее по дну океана. Вы полностью ощущаете движение, сопротивление воды и касание ног поверхности. Неудивительно, ведь это ваше тело. Голова тоже находится там, но тело не захлебывается водой – вы здесь дышите за него.

Такой фокус в усеченном варианте возможен уже сейчас, но в будущем развитие электроники сделает подобные ощущения полноценными.
Опыты по сенсорному переносу показывают, что человеческий мозг легко вводится в заблуждение и с готовностью принимает за часть собственного тела совершенно посторонние объекты, как реальные, так и виртуальные. Нужно лишь снабдить его сенсорной информацией, которая будет синхронизироваться со зрительными стимулами.
В 2008 году был осуществлен любопытный эксперимент по «обмену телами», но менее известна другая [более] важная публикация: о включении в образ тела виртуального объекта. Люди принимали за свою руку - анимацию.



Последний эксперимент переводит понятие ‘цифровое тело’ из теоретической плоскости в практическую. Показана принципиальная возможность перестройки сенсорного опыта таким образом, что в качестве собственного тела человек воспринимает объект виртуальной реальности.

К этому стоит присовокупить еще один прорывной эксперимент, связывающий сигналы моторной коры с внешним манипулятором: обезьяны, мысленно управляя механической рукой, могли кормить себя лакомством и кусками фруктов в то время, когда их собственные руки были связаны. ( Read more... )

Формы смертоносных вирусов и бактерий исполнены художником Luke Jerram в виде скульптур из стекла. Эта серия работ – вызов традиционному способу изображать вирусы в цвете. На самом деле вирусы прозрачны. С помощью вирусологов и стеклодувов Jerram пытается поднять проблему псевдо-окрашивания в биомедицине. ( Read more... )

Мы, как правило, плохо воспринимаем массивы цифр. Поэтому правильная визуализация здорово помогает извлечь из них смысл. Собрать статистику – во многом техническая задача, тогда как представить ее в легко усвояемом виде – почти искусство.
На мой взгляд, это удачно получается у шведа Hans Rosling.
Один из примеров его визуализаций, которые стали широко известны. Мир за последние 200 лет.



На его сайте Gapminder любой может самостоятельно поиграть с параметрами и выбрать ту детализацию, которая его интересует. Данные оживают. Это позволяет кое-что увидеть относительно того, как изменялся мир на протяжении десятилетий и в какую сторону он движется сейчас.

«Похожие интересные эффекты релятивистской природы связаны с сильно нелинейными плазменными волнами, которые образуют вакуумные каналы и «пузыри» в плазме, создают плазменные линзы для заряженных частиц и вызывают генерацию мощного электромагнитного излучения в диапазоне частот от терагерц до рентгеновских, а также возбуждают бесстолкновительные ударные волны.»

В.Е. Фортов, «Экстремальные состояния вещества на Земле и в космосе», Успехи физических наук (2008) [PDF]


В состоянии «с предельно высокими температурами и давлениями, а следовательно — с необычайно высокими концентрациями энергии… находится сейчас подавляющая (95 %) масса барионного (видимого) вещества в природе.»

Rhonda

Рисунки сделаны в 2004-05. Интересно, продвинулась ли технология с тех пор. В сочетании с 3D-принтером такая штука могла бы быть интересной для рынка. Соответственно, это подстегнуло бы развитие этого направления.
Так что ждем дешевых 3D-принтеров.

Во втором ролике рисование идет вообще по пустому пространству.

Известно, что сперматозоид способен захватывать чужеродные фрагменты ДНК или РНК и вводить их в женскую половую клетку. После оплодотворения они начинают работать наряду с обычными хромосомными генами, мозаично распространяясь в тканях эмбриона и внося свой вклад в фенотипические черты будущего организма (см. sperm-mediated gene transfer).

Любопытно, что такие фрагменты могут подвергаться обратной транскрипции и порождать ретрогены, имеющие свойство наследоваться в следующем поколении. Как правило, те существуют в виде экзогенных ДНК-структур внутри ядра, реже – встраиваются в хромосому и становятся частью генома. Причем это происходит еще в сперматозоиде.

По всей видимости, можно утверждать, что сперматозоид не является просто инертным средством доставки днк. В нем наблюдается транскрипционная активность. Популяции молекул рнк и белков, привнесенные сперматозоидом в женскую половую клетку, предположительно играют роль на первых стадиях после оплодотворения, когда геном еще не начал экспрессироваться.


О том, что сперматозоид вносит в ооцит помимо генома, см. здесь.

О захвате чужеродного генетического материала и процессах обратной транскрипции в сперматозоиде см. в журнале Human Reproduction

О последующем наследовании захваченных фрагментов см. в журнале Gene

Распространено заблуждение, будто рост сложности в ходе биологической эволюции сопровождается поступательным наращиванием ДНК.
Ну, мягко говоря, это не совсем так.



На картинке показаны размеры геномов разных таксономических групп. Точнее, приведены их диапазоны: концы отрезков иллюстрируют крайние значения. Автор намеренно расположил организмы в порядке «возрастания сложности», чтобы подчеркнуть отсутствие прямой взаимосвязи с величиной генома. [источник]

Для подробной информации см. Animal Genome Size Database
См. также: Simple animals are not so simple after all -- Trends in Genetics (2005)

В свежем Nature короткое письмо, всего семь абзацев. Автор письма излагает оригинальную идею генетика Danny Brower о причине выделения человека из животного мира.

Прежде всего он сменил проблему положительного отбора на проблему отрицательного. Вместо поиска уникальных условий для появления развитого сознания генетик сперва ставит вопрос: почему за миллионы лет эволюции вид, обладающий сознанием, наличествует только в единственном числе? Иными словами, акцент не на поиске эволюционного драйва, а на поиске эволюционного запрета.

Brower предложил следующее рассуждение.
Полное сознание человеческого типа, с интроспекцией, влечет за собой понимание факта смерти. Постоянно присутствующий глубокий стресс может быть серьезным фактором угнетения ключевых когнитивных функций и жизненной активности. Что в конечном итоге препятствует долгосрочному выживанию популяции. В силу этого неоднократные ветви эволюции, ведущие к сознанию, обрывались в тупике.
Единственной возможностью перешагнуть этот барьер является появление психологического механизма отрицания смертности. Подавление страха. И такой механизм возник у homo sapiens. Отсюда наша способность к самообману, представления о загробной жизни, важность связанных со смертью ритуалов, панические атаки, суицид и проч. характерные для человека вещи.

Оригинальный текст под катом. ( Read more... )

Правомерно описать ситуацию следующим образом: на уровне экономик стран экспорт продукции одновременно означает импорт загрязнения. Это сопряженные процессы. Чем больше товаров экономика производит для внешнего спроса, тем больше «чужого» загрязнения приобретает. Та же ситуация с обратной стороны: покупая товары на внешнем рынке, страна фактически избавляется от загрязнения, которое возникло бы в случае производства этих товаров. Таким образом, перемещение денег и продукции всегда сопровождается условными потоками загрязнений.

Последнее пока не стало экономической категорией, но неизбежно станет. Это изменит глобальную картину эффективности экономик. Что, в свою очередь, должно повлиять на перераспределение производств и движение товаров.
Китай эффективен, поскольку гигантский импорт загрязнения не учитывается в торговом балансе. Потому, что само загрязнение пока не выступает в качестве экономической величины, покупку которой оплачивает внутреннее население.

Рано или поздно ситуация поменяется. Экология будет иметь цену. Тогда у роста экономической эффективности наметятся два разнонаправленных пути: «чистые» технологии производства или технологии быстрого восстановления среды. Экономика может позволить импортировать значительные количества загрязнений (производя товары), если умеет восстанавливать экологию с той же скоростью, с которой происходит ее разрушение. Соответственно, можно ожидать, что методы и технологии управления биоценозами будут востребованы в будущем, а конкуренция в мировой экономике будет идти в т.ч. по показателю скорости их восстановления.

Вероятно, появятся синтетические биоценозы. Экосистемы, состоящие из геномодифицированных бактерий, грибов и растений, разработанные под конкретные климатические условия и функции. Они будут располагаться вокруг производств и принимать на себя львиную долю нагрузки. Таким путем может быть частично решена проблема безбилетника в отношении загрязнений. Отсюда с небольшим лагом следует появление нового вида торговли: торговля биоценозами.

Другими словами, эффективность среды, т.е. объем и скорость поглощения загрязнений, в отдаленном будущем может оказаться фактором конкурентного преимущества. Поэтому она неизбежно будет модифицироваться и наполняться лабораторно выведенными организмами. Не исключено, что некоторые страны целиком специализируются на утилизации, вообще без какого-либо товарного производства. По-существу, они будут представлять собой искусственные экологические системы, перерабатывающие загрязнения, поступающие извне.


P.S. К сожалению, у России есть неплохие шансы стать такой страной. Многие ищут ее возможное место в международном разделении труда – так вот оно. Глядя на сегодняшние элиты, можно прийти к выводу, что такая роль России их вполне устроит. Поэтому – не исключено.

Эпидемиолог Nathan Wolfe ведет отчаянную войну с вирусами. Месяцами он пропадает в джунглях Центральной Африки, где пытается найти и изучить существующие каналы передачи опасных штаммов от животных к человеку. Со своей группой он следует за местными охотниками на обезьян и прочих диких зверей, чтобы собрать образцы крови тех и других.
Непростое дело – доставить образцы в свежем виде в лабораторию. Путь обратно может занимать до 20 часов по лесным дорогам: когда поваленное дерево преграждает проезд, приходится откапывать его и оттаскивать в сторону, дорога каждая минута.

Именно Wolfe показал переход ретровирусов от приматов к человеку. Несколько лет назад он опубликовал свои данные в Lancet, которые изменили мнение, будто такие переносы – событие редкое. Напротив, по его словам, переносы совершаются постоянно. Он убежден, что человечеству нужно срочно менять всю стратегию борьбы с вирусами, поскольку в настоящий момент мы терпим поражение. В связи с резко возросшей мобильностью и числом контактов между людьми возникли благоприятные условия для быстрого и широкого распространения всевозможных вирусов, которые раньше не выходили из пределов небольших популяций. СПИД, птичий грипп, свиной грипп – только начало.

Wolfe предлагает организовать всемирный мониторинг людей, часто контактирующих с животными. К его проекту Global Viral Forecasting Initiative (GVFI) уже присоединились Google, NIH, National Geographic и другие. Под катом его недавнее интервью TED, доступно раскрывающее суть проблемы - "Мы создали идеальный шторм для вирусов":


SARS, avian flu, swine flu ... what's going on here? Why are we suddenly seeing so many more outbreaks of viruses from animals?

Viruses have always passed from humans to animals. In fact, the vast majority of human diseases have animal origins. But the human population is different from what it once was. For most of our history, we lived in geographically disparate populations. So viruses could enter from animals into humans, spread locally and go extinct. But the human population has gone through a connectivity explosion. All humans on the planet are now connected to each other spatially and temporally in a way that's unprecedented in the history of vertebrate biology. Humans -- as well as our domestic animals and wild animals we trade -- move around the planet at biological warp speed. This provides new opportunities for viruses that would have gone extinct locally to have the population density fuel they need to establish themselves and spread globally. ( Read more... )

Фрагмент из сборника Будущее науки в XXI веке. Следующие пятьдесят лет / Под ред. Джона Брокмана. (John Brockman. The Next Fifty Years: Science in the First Half of the Twenty-First Century)

Автор нижеследующего предлагает подумать, как технологии изменения природы человека смогут (или не смогут) использоваться для достижения чувства удовлетворенности жизнью.


Зачем, во имя чего контролировать генетику человека? Вот проблема, которая будет остро стоять перед нами через пятьдесят лет. ( Read more... )

Рассказывает профессор В.Воейков, печально известный в узких кругах. Для тех, кто не знает, доктор биологических наук, зам. зав.кафедрой биоорганической химии биологического ф-та МГУ им. М.В. Ломоносова.


...Начнем с того, что эмбрион человека - это на 95 % - вода. Можно привести в пример и взрослые живые существа, состоящие, фактически из воды. Некоторые медузы состоят из воды на 99,9 %. Если взять, условно говоря, килограммовую медузу - в ней 999 граммов воды и только 1 грамм всего остального, включая белки, нуклеиновые кислоты, низкомолекулярные вещества, соли и т.д. То есть – это суперчистая вода. И эта суперчистая вода обладает всеми признаками живого организма. …И тогда к чему мы будем относить принцип устойчивого неравновесия? К возбужденным белкам в медузе? Но белки в этой воде ведь не просто плавают. Если медузу разрезать - из нее литр воды не вытечет.

То есть, вода в медузе каким-то образом, скажем так, структурирована?

Эта вода структурирована всем тем, что есть у медузы в 0,1 % по массе. Но, в основном, ее структурируют не белки, а углеводы, преимущественно, полисахариды. Они встречаются везде и всюду. Любая клетка, в любом организме, покрыта полисахаридами.
…Вообще, медузы, не единственные из максигидродидов (Hydroidea), состоящие в значительной мере из воды. Или, взять хотя бы рыб. Что у них там, в массе, помимо воды? Ну, скелет. Есть, так называемые, стеклянные рыбы, совершенно прозрачные.
Они, фактически - вода. И получается, что эта вода отличается какими-то особыми свойствами.

Что позволяет так думать?

Та же медуза живет в воде, в которой воды существенно меньше, чем в ней самой. Морская вода характеризуется высоким содержанием солей: их в ней, примерно, 3,5%. То есть, в медузе меньше твердого вещества, чем в окружающей ее воде, и между тем медуза с ней не смешивается. Значит, чем-то эта вода отличается. ( Read more... )

Скульптуры живут считанные мгновения. По сути, это брызги, сдобренные низкочастотным звуком. ( Read more... )

Хорошая беседа с К.Еськовым

К.Е.: Экосистема – это гомеостат, то есть система, пребывающая в равновесии, обладающая способностью кондиционировать условия своего существования и возвращаться к этому равновесному состоянию в результате некоторых запрограммированных воздействий. Биосфера и экосистема являются гомеостатами с колоссальным запасом устойчивости. И в нормальных условиях, в условиях баланса изменения каждого отдельного составляющего ее вида этой системе ни к чему. Они только вредны. И лишь в условиях дисбалансировки системы начинается реальный процесс изменения.

Б.Д.: Сразу у всех?

К.Е.: Нет, это только начало, когда могут возникнуть условия для начала изменений. А дальше может возникнуть ситуация, когда возникает цепная реакция. И вот тогда возникает кризис. Опыты по экспериментальному видообразованию показывают, что все может происходить очень быстро.
Проблема в том, что эволюция происходит слишком медленно. В нормальных условиях экосистема не дает развиваться эволюционным изменениям. Они происходят только в ситуации развала экосистемы, когда слабнут внутрисистемные связи. Вся эта ситуация четко описана в теории систем.
Представьте, когда у вас каждый из блоков системы начинает оптимизировать свою деятельность, не обращая внимания на другие блоки, - это же цепная реакция развала. Система разваливается на блоки, потом разваливаются и сами блоки. А потом те, которые остались, начинают собираться по новой. Эта общая схема иллюстрируется на примере тех палеонтологических кризисов, которые изучены хорошо, прежде всего, на примере мелового кризиса. Происходила смена мезозойской биоты на современную, по которой публике известно вымирание динозавров. На самом деле это была только макушка айсберга, а том происходили куда более серьезные и интересные вещи. Я возвращаюсь к тому, что когда система перестает репрессировать происходящие изменения, на этом месте начинается цепная реакция.
Бывают изменения очень быстрые. Поэтому всегда есть соблазн связать это именно со внешними событиями – метеорит, астероид.

Д.И.: А сейчас спринт продолжается?

К.Е.: Конечно. И надо обращать внимание на ростки нового мира, которые нам очень сложно распознать.

Б.Д.: Тем более что вы четко обозначили: изменения происходят не там, где мы ищем.

К.Е.: Мы ищем явные и понятные нам изменения. А угрозы биосфере происходят от групп, склонных, вполне возможно, запустить цепную реакцию. С точностью мы можем о них сказать только, что они маргиналы - все новации идут от маргинальных систем, а мейнстрим эксплуатирует ресурсы.

Д.И.: А маргиналам нужно набирать силу, чтобы бороться с системой.

К.Е.: Да, и они могут ее взорвать. Надо сказать, что существа, взрывающие систему, могут быть ничтожны. Если бы кто-то сказал, что ничтожные сорняки, которые появились в начале мелового периода, вызовут такое...

http://www.polit.ru/analytics/2009/07/10/evolution.html

В весеннем выпуске Microbiology and Molecular Biology Reviews опубликован удивительный текст, являющий собой неприкрытый выпад в сторону молекулярной биологии.

В принципе, молекулярщикам к наездам не привыкать – от зоологов, палеонтологов, философов и проч. рыхлой публики. Оно и понятно, завидуют люди. Математическим аппаратом не владеют, нерасплывчатых результатов предоставить не могут. Обозначений типа βNACtes или CDKN2A боятся как огня.
Что ценного они могут сказать?

Однако публикация в MMBR -- пример другого рода. Ее соавторы сделали свою научную карьеру именно в области точных методов. Один из них, Nigel Goldenfeld, руководит группой, где занимаются физикой конденсированных сред, статистической физикой и количественной биологией (список публикаций говорит сам за себя). Другой автор - Carl R. Woese, биофизик, профессор микробиологии. Человек, вошедший в учебники и энциклопедию Британника. Именно благодаря ему живой мир теперь разделяют на три домена: бактерии, археи и эукариоты [см.рис.]. И именно он первый высказал идею РНК-мира.

У текста затейливое название: How the Microbial World Saved Evolution from the Scylla of Molecular Biology and the Charybdis of the Modern Synthesis. Написан он живо, сдобрен жесткими заявлениями. ( Read more... )

Вот такой зверь, прикидывается MAV. На самом деле просто муха. Боковые выросты головы – не антенны, а опоры для глаз (да, на концах расположены глаза). Расстояние между ними может превышать длину тела насекомого. Более сотни видов таких мух составляют отдельное семейство Diopsidae.



Что заставило мух вынести глаза за пределы головы? Длинные выросты заметно ухудшают маневренность (по ср. с обычными мухами в несколько раз) и требуют дополнительных энергетических затрат. Считается, что без надлежащего эволюционного давления такие штуки маловероятны. Поэтому их появление первым делом стремятся объяснять через теорию гандикапа Захави. Другая часть гипотез возлагает ответственность на ген устойчивости к мейотическому драйву. Этот ген якобы присутствует у самцов с наибольшим расстоянием между глазами. Третий вариант объяснений - путем увязывания плодовитости с длиной выростов. [подробнее: Stalk-eyed flies, Quick guide]
В целом, стебельчатоглазых мух считают яркой иллюстрацией действия полового отбора.

Ниже пара слов о том, как можно подумать об этом чуть по-другому. ( Read more... )

Поучительная история про Пенроуза-старшего, рассказанная Фрэнсисом Криком:


Весьма легко делать похожие на правду упрощающие допущения, приводить сложные математические выкладки, которые, казалось бы, дают приблизительное соответствие хотя бы некоторым экспериментальным данным, и думать, что ты чего-то добился. Шанс, что такой подход принесет какую-то пользу, если не считать ублажения собственного «я» теоретика, очень мал, что особенно справедливо в биологии. Более того, к своему удивлению я обнаружил, что большинство теоретиков не слишком задумываются над разницей между моделью и демонстрацией, зачастую принимая последнюю за первую.
По моей терминологии, «демонстрация» - это «теория для успокоения души». То есть, она не претендует на близость к верному ответу, но показывает возможность построения хотя бы теории общего типа. В некотором смысле, это лишь доказательство существования. Между прочим, в литературе есть пример такой демонстрации в связи с генами и ДНК.

Лайонел Пенроуз, который умер в 1972 году, был выдающимся генетиком, занимавшим в последние годы своей жизни почетное место председателя в Юниверсити Колледж в Лондоне. Его интересовала возможная структура гена (интерес, который в то время разделяли отнюдь не все генетики). Кроме того, он любил заниматься выпиливанием фигурок из клееной фанеры с помощью лобзика. ( Read more... )

Периодически встречаю презентации различных технологий, которые уже работают и станут широко доступными в ближайшем будущем. От некоторых захватывает дух: о чем бы я ни подумал в качестве «завтрашнего» продукта, это уже существует.
Ниже приведены четыре примера разработок по визуализации и интерактиву. Потрясающие вещи, придуманные талантливыми людьми. Они определенно изменят некоторые наши привычки, способы работы с информацией и взаимодействия с окружающим миром. ( Read more... )

Когда я вижу что-либо подобное, то вспоминаю об осьминогах. Для меня такая ассоциация имеет смысл. ( Read more... )

А вы такое видели?
Натуральная сумасшедшая иллюзия. Без видеоэффектов и обработки, просто монотонно крутится реальный объект, по часовой стрелке. Глаза смотрят, мозг конструирует гипотезы и не понимает, как такой объект возможен. И окончательно запутывается.

[Неоставляемые] попытки объяснить биологические формы с помощью простых правил и законов.

Прошлый век. Д'Арси Томпсон, "О росте и форме".

Любое сколь угодно простое природное явление в реальности состоит из многих компонент, а любое видимое действие и эффект являются результатом бесчисленных соподчиненных действий. Здесь математика являет свою истинную мощь комбинаций и обобщений; к примеру, описание пены или клеточной ткани проводятся с применением математического аппарата именно потому, что эти явления являются суммой более элементарных явлений. Рост и форма всецело обладают комплексной природой, поэтому математические правила необходимы для их описания и интерпретации.

По тем или иным причинам множество живых форм невозможно описать более или менее определенно в математических терминах, потому что существуют затруднения в физике для математиков современности, к примеру, мы никогда не сможем вывести формулу для описания рыбы или черепа. Но мы уже можем использовать математический язык для описания хотя бы в общих чертах формы раковины улитки, завитка рога, контура листа, текстуры ткани, структуры скелета, волшебного кружева крыла насекомого. Даже для этого мы должны научиться у математиков упрощению и обобщению, способности держать в голове типовой случай и забывать про отклонения.

Преобразования одного круга (или сферы) в два круга (или сферы) с точки зрения математики является чрезвычайно сложной трансформацией, а с точки зрения физики это может быть сделано очень просто. Маленькая круглая тыква вырастает в большую округлую или овальную тыкву. Если перетянуть плод посередине, то те же самые силы роста преобразуют круглую структуру в две сообщающиеся сферы. Варьируя положение перетяжки или добавляя новые, можно получить большое разнообразие форм. Ясно, что мы можем объяснять многие обычные биологические процессы развития или изменения формы существованием линий, сдерживающих или определяющих действие сил роста, которые в противном случае были бы однородными и симметричными.

Это очень похоже на действия стеклодува. Стеклодув начинает с трубочки, которую он замыкает с одной стороны, чтобы получить полый пузырек, внутри которого вдуваемый воздух создает равномерное давление на все стенки. Получившаяся сфера, которая создается однородной расширяющей силой, модифицируется в любую другую форму при помощи разделителей, позволяющих стеклодуву неравномерно нагревать или охлаждать разные части пузырька.

Оливер Вендел первым отметил эту любопытную аналогию между действиями стеклодува и природы, которая тоже обычно начинает с полой трубочки. Пищеварительная система, кровеносная система (включая сердце), центральная нервная система позвоночных (включая мозг) закладываются как простые полые структуры, с которыми природа поступает, как стеклодув. Природа может расширить трубочку здесь и сузить ее там, утолщить ее стенки или сделать их тоньше, выдуть боковое ответвление или слепой отросток, согнуть или скрутить трубочку или сделать ее стенки складчатыми – на этом природа удовлетворяется. Форма человеческого желудка может быть легко объяснена с этих позиций – это просто плохо выдутый пузырь; пузырь, рост одной из сторон которого, был замедлен, чтобы не допустить симметричного увеличения в размерах.

Флорентийское стекло или любая друга ручная работа стеклодува всегда прекрасна, поскольку ее контуры, как и в живой природе, отражают силы, которыми они были созданы. Это пример математической красоты, от которой мы не найдем и следа в изготовленной фабричным способом бутыли. -- перевод главы 9

“Morphology is not only a study of material things and the forms of material things, but has its dynamical aspect, under which we deal with the interpretation, in terms of force, of the operations of energy.” -- D'Arcy W. Thompson, On Growth and Form


Наши дни. Constructal Theory.
“For a flow system to persist in time (to survive) it must evolve in such a way that it provides easier and easier access to the currents that flow through it”. - Adrian Bejan (MIT).


V. Fleury, Eur. Phys. J. Appl. Phys. 45, 30101 (2009)
Clarifying tetrapod embryogenesis, a physicist's point of view [ PDF ]

Several lines of work reviewed here show that the topology of the tetrapods may be directly related to the structure of the earliest movements in embryos. The bio-mechanical approach leads to important consequences for the constraints on evolution of the craniates. Such consequences have received a controversial welcome in the last decade, although they may encapsulate the true origin of craniates, esp. simians, and eventually homo.

Отдельный блог для разбора вышеуказанной работы:
http://cteappv.wordpress.com/

Так выглядит облако в районе Африки, снятое астронавтом.

Cumulonimbus Cloud over Africa
Perhaps the most impressive of cloud formations, cumulonimbus (from the Latin for “pile” and “rain cloud”) clouds form due to vigorous convection (rising and overturning) of warm, moist, and unstable air. Surface air is warmed by the Sun-heated ground surface and rises; if sufficient atmospheric moisture is present, water droplets will condense as the air mass encounters cooler air at higher altitudes. The air mass itself also expands and cools as it rises due to decreasing atmospheric pressure, a process known as adiabatic cooling. This type of convection is common in tropical latitudes year-round and during the summer season at higher latitudes. ( Read more... )

При диссоциативном расстройстве идентичности (dissociative identity disorder, кратко DID) в человеке сосуществуют несколько личностей, которые проявляются попеременно. У каждой из них свой устойчиво различимый характер, память и модель поведения. Эти личности могут иметь разный возраст, психологический пол, разное состояние здоровья, интеллектуальные способности и навыки (в т.ч. различаться голосами и почерками). В каждый данный период времени лишь одна личность взаимодействует с окружающим миром. Переход из одной в другую происходит спонтанно. Его обычно сопровождают застывший взгляд, частое мигание, изменения мимики. В ролике показан пациент, страдающий DID, и его переход из одного состояния в другое. Большинство индивидуумов с DID имеют от 6 до 12 персоналий. Они могут как осознавать, так и не осознавать наличие других личностей в индивиде. В некоторых случаях отдельные персоналии могут быть настроены враждебно к другим. Тогда человеку приходится крайне тяжело: он может регулярно обнаруживать испорченными свои вещи, предметы, записи, вплоть до нанесения увечий своему собственному телу. Таким путем одна личность пытается расправиться с другой. При этом человек никак не в состоянии контролировать эту ситуацию и не помнит, что с ним происходило. ( Read more... )

Понятно, что антропогенное пространство города неоднородно. Разные его участки отличаются друг от друга по степени загрязненности воздуха, уровню шума или, скажем, среднему доходу жителей. Любой подобный показатель можно нанести на карту, т.о. город может быть визуализирован множеством способов.
Изобретательный Christian Nold создает городские карты эмоционального состояния.



Очень простая и элегантная идея. Добровольцев снабжают двумя синхронизированными устройствами: GPS (отслеживает маршрут) и GSR (сенсор сопротивления кожи, измеряющий уровень возбуждения). И те отправляются бродить по городу. Накопленные данные затем визуализируются и накладываются на обычную карту.
При достаточной статистике могут быть надежно выявлены наиболее стрессовые зоны города, динамика эмоционального состояния жителей в течение дня и даже перемещение зон со временем.
А если развить фантазию, то постоянный мониторинг в реальном времени выдается, например, в качестве слоя Google Earth. Тогда можно будет в буквальном смысле видеть, как тот или иной город 'чувствует' себя в данный момент.

Сайт проекта: http://biomapping.net/

Фрагмент из книги “Мир общественных насекомых» (Кипятков В.Е.):

Еще в начале XX в. была экспериментально доказана способность низших термитов годами жить, питаясь химически чистой целлюлозой, например промокательной бумагой. Затем ученые установили, что усваивать целлюлозу термитам помогают одноклеточные животные — жгутиконосцы, населяющие их кишечник. Если жгутиконосцев уничтожить, поместив термитов на время в чистый кислород или повысив температуру, то такие термиты больше не смогут питаться целлюлозой. В дальнейшем стало ясно, что в кишечнике термитов имеется сложнейший «микробиоценоз» — сообщество простейших и микроорганизмов, живущее по своим, еще недостаточно нами понятым законам. Союз термитов и их кишечных организмов — пример обязательного и обоюдовыгодного симбиоза. Термиты не могут существовать без своих симбионтов. Но и жгутиконосцы их кишечника не встречаются более нигде в природе.

В кишечнике термитов самый обширный отдел — вздутая как пузырь толстая кишка. Она служит основным вместилищем симбионтов и потому занимает значительную часть брюшка рабочего термита. Ведь количество симбионтов огромно: на них приходится от 16 до 50% массы термита! В толстой кишке низших термитов найдены десятки видов жгутиковых, относящихся к 17 семействам. По их видовому составу можно различать семейства и даже роды термитов. Некоторые жгутиконосцы свободно плавают в кишке, иные прикрепляются к ее стенкам, причем одни виды сидят в передней половине кишки, другие — в задней. Кроме простейших в толстой кишке обитают разнородные и многочисленные бактерии. Количественные соотношения между видами симбионтов довольно постоянны. Если их нарушить, термиты не смогут нормально жить. ( Read more... )

Из беседы с автором книги "Mind Wars: Brain Research and National Defense", где поднимается ряд любопытных вопросов, связанных с военными приложениями исследований мозга и психики.( Read more... )

Бурное развитие neuroscience несет в себе образ нового мира, где инвалиды обретут возможность полноценно жить, от травмирующих воспоминаний можно будет избавляться, честность ответов человека будет обеспечиваться нейрофармакологически, помимо его воли. Участники военных операций обретут способность обходиться без сна продолжительное время, а их эмоциональное отношение к событиям и собственным действиям будет блокироваться.

Неизбежно возникают проблемы этического свойства, на которые в настоящий момент ответов попросту нет. И как человечество будет их решать, пока представить сложно. Но решать придется, потому что нейро приложения, позволяющие направлено воздействовать на эмоциональные, психические, ментальные состояния людей, дело ближайшего будущего.

Разговор с Jonathan D. Moreno целиком здесь. Также можно почитать заключительную главу из книги: Toward an Ethics of Neurosecurity