Стареют ли голые землекопы? Мини-мозг играет в аркаду. Атомная 3D-печать. Новости QWERTY №199
Из этого ролика вы узнаете, так стареют ли голые землекопы, в чем еще одно сходство между динозаврами и курицей, как научить кусочек мозга играть в компьютерную игру, как высоко забирается микропластик и какой сейчас предел разрешения 3D печати.
[Музыка]
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. Меня зовут Владимир. Первым делом, разумеется, я должен сообщить вам, что 25 декабря космический телескоп Джеймса Уэбба был запущен с космодрома Куру и сейчас направляется к точке L2 в системе Солнце-Земля. Оттуда он передаст первые научные снимки примерно через полгода после завершения всех программ развертывания, калибровки и юстировки. Но подробнее об этом эпохальном научном событии смотрите свежем ролике пулковского астронома Кирилла Масленникова.
Мы же сосредоточимся на других самых интересных новостях науки за предыдущую неделю. И как всегда ссылки на все подробности и источники будут в описании. Не часто я позволяю себе рассуждать о вещах, доступных человечеству, ну уж очень сильно гипотетически. Может быть, зря так скромничаю.
Существует концепция под названием зонт фон Неймана. Это самовоспроизводящийся космический корабль. Он прилетает в соседнюю звездную систему, добывает ресурсы в поясе астероидов, создает свою точную копию и отправляет ее в следующую систему, сам же оставаясь выполнять исследовательские или другие задачи. Забыл. Чтобы построить ретранслятор и другие устройства для создания точной копии космического корабля, потребуется 3D-принтеры, способные печатать отдельными атомами. Тогда они смогут использовать добытые полезные ископаемые для производства деталей.
Недавняя статья в Nano Letters описала процесс 3D-печати металлических объектов с разрешением, пусть и не в один атом, но уже в 25 нанометров. Материалом для печати послужили положительно заряженные ионы меди. Устройства используют принцип гальваники и имеют сопла диаметром от полутора до 250 метров. Причем при самом маленьком диаметре через сопла в один момент проходят всего два иона меди. Регулируя диаметр сопла и силу тока между подложкой и соплом, удалось печатать объекты размером всего в 25 нанометров. Это около 200 атомов в ряду волос в несколько тысяч раз толще. В первую очередь этот метод пригодился бы в микроэлектронике, и создании на нано-сенсоров. Ну а во-вторую дело за малым: осталось изобрести нормальный межзвездный двигатель и сильный искусственный интеллект, или хотя бы оцифровать мозг и личность человека, чтобы он принимал решения и управлял всем процессом. И тогда мы будем готовы к запуску зонда фон Неймана.
Последняя фантастическая книга, которая потопталась на втором таком сценарии, это «Мы, легион. Мы, боги». Где только не обнаруживали микропластик? Про почву и океан даже говорить не хочется, в Антарктиде его находили. Не удивлюсь, если вам в скором времени доберется и до Луны! По крайней мере, пограничный слой тропосферы способен пересекать, а это два-три километра высоты.
Интересно, что замеры микропластиковых, так сказать, осадков в крупных городах и в заповедниках показали, что очень уж значительной разницы между этими территориями нет. В среднем в день на квадратный метр заповедников США выпадает 130 частиц, а в китайском городе Дунгуань около 250. Убывает и до 360. То есть, микропластик прекрасно путешествует по всему миру на дальние расстояния.
В Пиренеях есть обсерватория Пик дю Миди, расположенная на высоте 2 километра 900 метров. Ветер на такой высоте более сильный: его не тормозит трение о земную поверхность, поэтому и содержание ветра переносится на более длинные дистанции. В 2017 году эта обсерватория, а точнее, станция атмосферного мониторинга, 4 месяца собирала данные о содержании микропластика в аэрозолях, которые попадались в ее фильтрующие элементы. На каждый кубический метр проходящего через фильтр воздуха приходилось от 900 до 66 сотых частиц микропластика. Их диаметр был от трех с половиной до 54 микрометров. Больше всего было полиэтилена, затем примерно в два раза меньше полистирола, потом поливинилхлорида, полиэтилентерефталата и полипропилена.
Ученые смогли сопоставить данные метеосводок и получили примерную картину распространения микропластика в атмосфере, а точнее, в тропосфере. Новая переноса и рассеивания частиц оказалась, что в среднем каждая частица пролетела 275 километров, не опускаясь при этом ниже двух километров. То есть, микропластик может спокойно прилететь с другого континента, и преграды у него практически не существует. Так что ветер — друг при даме силы.
Чтобы рассказать о том, сколько пластика может оседать в наших легких или как он может влиять на ЖКТ, нужно заводить рубрику научных страшилок, хотя мы обычно и так не стесняемся.
А теперь немного об одной из любимых наших тем — о старении, а точнее, борьбе с ним. Но на этот раз мы скорее добавим ложечку дёгтя. Одно из удивительных животных, голый землекоп, отличается не только шармом и обаянием, но и наплевательским отношением к старению.
Голый землекоп не подчиняется распределению Вимберга. Смысл распределения в том, что риск умереть от естественных причин для существа повышается с его возрастом. Вот здесь вот можно найти примерный риск смерти для человека в каждый из годов жизни от 30 до 80, если не учитывать причины, не зависящие от возраста, например, нападения диких зверей. Вот там все и будет у голого землекопа. Риск не возрастает. График влево в верхнем углу, относящийся к землекопам, не стремится к Вальгалле, а представляет собой, ну, плюс-минус, константу. Вот и живет голый землекоп до 30, а иногда даже до 37 лет, при том, что другие грузы на его размеров живут всего лишь пару лет.
С другой стороны, заболеваниям землекопы тоже подвержены. Тем же раковым опухолям, проблемам с почками, на репродуктивной системе, но все же в гораздо меньшей степени чем другие млекопитающие. И тех же раковых опухолей у всех землекопов нашли буквально несколько. Все благодаря системам репарации ДНК.
Из-за болезней, правда, в почетный список пренебрежимо стареющих животных, где явно и засели саламандры, землекопы так и не попали. Но так как кроме внешних признаков старения существует еще и клеточные, то ученые решили заглянуть и туда. Мы уже рассказывали про эпигенетические часы. Это очень точный маркер биологического возраста. Он учитывает множество меток, которые с возрастом появляются на ДНК или наоборот исчезают из нее. То есть, взглянув на ДНК существа, можно определить, в каком биологическом возрасте она находится.
Для голого землекопа построили точно такую же модель эпигенетических часов, проанализировав несколько сотен образцов ДНК из разных тканей на предмет наличия или отсутствия меток в 30 тысячах участков генома. Как оказалось, тут землекопов не удалось обмануть. Модели достаточно точно могли предсказывать их биологический возраст. То есть, изменения на клеточном уровне, возрастом у них появляются цветные точки на графике. Это показатели землекопов.
Красные точки — человека. Зависимость возраста реального и расчетного присутствует. А вот дальше интересно: у землекопов размножается только одна самка — царица — и несколько ее приближенных самцов. Такая организация общества называется «полиандрия». Кстати, считается, что это один из признаков того, что все землекопы, в том числе взрослые особи, застряли на стадии новорожденного. И, то есть, относятся к так называемым «неученическим» животным.
Посмотреть шесть. Нет уж, и не выросли! Температуру тела поддерживать не умеют. Все как у младенцев. В том числе и регенерации нейронов и репарации ДНК. Так вот, размножающиеся особи у землекопов показали свой биологический возраст гораздо ниже, чем у обычных рабочих особей. Несмотря на это, исследование показывает, что хотя бы один из процессов старения все же имеется у землекопов. Но он не связан с физиологическими изменениями, происходящими с возрастом, и это уникальная эволюционная фишка землекопов, достойная дальнейших исследований.
Все больше можно укрепляться в подозрении, что между современными птицами и древними динозаврами очень много общего. В Южном Китае обнаружили прекрасно сохранившийся эмбрион динозавра. Это поистине чудесная окаменелость демонстрирует эмбрион овираптора, свернувшегося точно так же, как сворачиваются готовые вылупиться птенцы современных птиц. Выходит, что такое поведение было характерным для овирапторов, их тероподов с беззубыми клювами и иногда даже гребнями уже порядка 70 миллионов лет назад. Овирапторы, к сожалению, вымерли, как и многие другие, 66 миллионов лет назад. Птицы же взяли свое начало у более ранних тероподов.
На самом деле это яйцо пролежало в хранилище музея целых десять лет и имело все шансы пролежать там еще столько же, если бы не инвентаризация. Кстати, хорошая мысль перед Новым годом! Ранее таких поз у не птичьих динозавров не видели, но и их эмбриона в основном встречались неполными или разрозненными.
И этот же красавец явлен, как есть, с головой между пятками. 23 сантиметра с головы до хвоста, размещен в яйце 16 сантиметров в длину и явно готов к появлению на свет. Не очень точно, но все же это яйцо много рассказало о развитии и эволюции динозавров. Хотя бы то, что, скорее всего, такие свернутые позы начали появляться у тероподов многие десятки или даже сотни миллионов лет назад. И вообще это очень похоже на стадии развития эмбриона курицы.
С другой стороны, птицы подобные гнездования у тероподов наблюдались и ранее. У тероподов. Да, даже как-то нашли, спящими, разумеется, в вечном сне, с головой под передней конечностью. Позиции очень характерные для птиц. Но знаете ли, такие находки все еще единичны, и качественное сравнение эмбрионального развития разных видов динозавров делать очень трудно. Гораздо труднее, чем в который раз посмотреть на своего попугая или курицу и представить их связь с родственниками.
И смело. Знаете, кто учится играть в понг лучше искусственного интеллекта, но хуже человека? Нейроорганоид! Это церебральный органоид, сгусток нервных клеток, выращенных в чашке Петри. В нем до миллиона человеческих нейронов. В эксперименте такой нейроорганоид помещали на подложку с матрицей из микроэлектродов. Таким образом можно было считывать активность нейронов. Затем для него написали подобие классической аркады игры «Понг», но только без оппонента, со стеной.
Выглядит это до боли узнаваемо. Информация о нахождении мяча подавалась на электродную матрицу с правой или левой стороны. Ну а нейроны-органоиды могли отправлять сигналы, говорящие о том, куда нужно передвинуть платформу. Если постараться, то можно провести аналогию между этим органоидом и любым человеком, застрявшим в виде куска, видящего сны и мясо в матрице.
Интересный экзистенциальный опыт. Как оказалось, мини-мозги не могут играть в «Понг» так же хорошо, как человек, но они учатся быстрее, чем некоторые виды искусственного интеллекта — иногда в течение 5 минут, или даже в режиме реального времени. И тут стоит задуматься о том, что биологические нейроны могли бы дополнять друг друга в задачах машинного обучения, ну или уже человеческого обучения. Тут уже не понятно, что должно идти первым.
Самой интересной новостью прошлого ролика стала новость про то, что солнечный зонт Паркер впервые дотронулся до Солнца, несколько раз пересекши критическую поверхность Алвина. Эта зона, где кончается солнечная атмосфера и стартует свободный солнечный ветер. Паркер пробыл внутри 5 часов. В 2025 году Паркер подойдет на минимальное расстояние к Солнцу — чуть более шести миллионов километров, то есть меньше девяти солнечных радиусов. А к этому времени повысится солнечная активность в соответствии с ростом активности солнечных пятен в 11-летнем цикле. А значит, что и граница атмосферы отодвинется дальше от Солнца, позволяя Паркер находиться внутри нее все более продолжительное время.
Ну что ж, а на этом на сегодня все. Большое спасибо вам за просмотр! Ролик с итогами уходящего года мы собираемся выпустить в последний день этого самого года. Ну а до тех пор вы можете проголосовать за самую интересную новость этого выпуска в нашем Telegram-канале, написать свое мнение в комментариях и подписаться на QWERTY, если вы этого еще не сделали. И, конечно же, щелкнуть колокольчик, чтобы не пропустить итоги.
И до скорых встреч! Пока!
[Музыка] вот