Результаты поиска по запросу
Дополнительные фильтры
Теги:
новый тег
Автор поста
Рейтинг поста:
-∞050100150200300400+
Найдено: 83
Сортировка:
Как это выглядит со стороны:
-2559382.jpeg "Warframe,Игры,Frost (Warframe),Frost Prime, Фрост,Rhino (Warframe),Rhino Prime, Рино,Nova (Warframe),Nova Prime, Нова,Вердикт Джордаса,баги игр")
Как это выглядит,когда это ты(стою на очистителе,размер носителя не меняется):
-2559383.jpeg "Warframe,Игры,Frost (Warframe),Frost Prime, Фрост,Rhino (Warframe),Rhino Prime, Рино,Nova (Warframe),Nova Prime, Нова,Вердикт Джордаса,баги игр")
Новый рейд,новые баги.В этот раз DE(Digital Extremes) порадовали нас успешным исправлением бага,из-за которого при переходе из режима арчвинг в стандартный режим не происходило снятие крыльев,и заменило его на сохранение модельки варфрейма в режиме арчвинг.Дело в том,что DE вместо того,чтобы для Варфрейма стандартного размера сделать соотвествующую крупную локацию,уменьшили саму физическую модель и текстуру Варфрейма для этого типа миссий.
Выглядит это так:
-2559384.jpeg "Warframe,Игры,Frost (Warframe),Frost Prime, Фрост,Rhino (Warframe),Rhino Prime, Рино,Nova (Warframe),Nova Prime, Нова,Вердикт Джордаса,баги игр")
Пока что баг появлялся при переходе из 1.1(арчвинг части) Вердикта Джордаса в 1.2(стандартная часть).При скипывании заставки вероятность повышается.На каждые 4 члена группы,обычно,1 ловит баг.Причем часть команды не видит уменьшенной модели.
Волки умеют сотрудничать, а собаки — подчиняться и ревновать
Традиционно считается, что при одомашнивании волка (то есть превращении его в собаку) происходил отбор особей, склонных к сотрудничеству между собой, а значит, способных сотрудничать и с человеком. Однако, по данным исследования зоопсихологов Фредерики Ранге и Софии Вираньи из Венского университета ветеринарной медицины (Австрия), в действительности дело обстоит совершенно наоборот: именно волки более толерантны к сородичам и способны к сотрудничеству. Собаки же, в отличие от волков, формируют «вертикаль власти», — их социальная структура основана строго на отношениях доминирования и подчинения.
В австрийском исследовании приняли участие восемь стай: четыре волчьи и столько же из дворняжек, численностью от двух до шести животных. Чтобы приучить участников эксперимента к присутствию человека, исследователи жили со щенками и волчатами возрастом от десяти дней в Центре изучения волков в Охотничьем парке в Эрнстбрунне (Австрия), находясь среди них круглосуточно, пока те не сформировали стаи. Затем стаям был предложен ряд тестов.
Чтобы оценить терпимость животных к товарищам по стае, использовался классический тест «борьба за обед». Паре, в которую входили высокоранговый и низкоранговый члены стаи, предлагали миску с едой. И среди собак, и среди волков миску предсказуемо монополизировал высокоранговый товарищ, но у волков низкоранговый соперник тем не менее отжимал себе доступ к миске и мог выхватывать куски одновременно с «начальником». Высокоранговый волк при этом временами проявлял «умеренную агрессию» в отношении подчинённого, но подчинённого это не останавливало. Что касается собак, терпимость «начальника» к «нарушителю» оценить не удалось: низкоранговые собаки в присутствии «старшего по званию» даже не пытались подобраться к миске.
В номинации «найди еду по направлению взгляда товарища» тоже победили волки. По словам Ф. Ранге, «волки очень склонны к сотрудничеству, если возникает конфликт или надо принять групповое решение, это сопровождается большим объёмом коммуникации; волки много «разговаривают» между собой». В собачьих стаях ничего подобного наблюдать не удалось: малейшее прегрешение подчинённого пресекалось агрессией со стороны более высокоранговой собаки.
Австрийские зоопсихологи считают, что мягкую модель дрессировки, популярную у западных собачьих тренеров и основанную на идее «сотрудничества собаки и человека», во имя научной точности следует пересмотреть в пользу иерархической модели, где человек должен быть «доминирующим животным». Гипотеза о том, что у собак в процессе одомашнивания должна была развиться способность к сотрудничеству, противоречит фактам. Скорее, у них формировалась способность подчиняться и избегать конфликтов.
Другие исследователи отмечают, что, хотя доминирование и подчинение безусловно лежат в основе собачьей социальной жизни, соответствующие способности варьируют от породы к породе: например, в стае, состоящей из собак разных пород, пудель и лабрадор-ретривер всегда оказываются агрессивнее, чем аляскинский маламут и немецкая овчарка.
Зоопсихолог Моника Юделл из Орегонского университета (США) согласна с выводами австрийских коллег: по её данным, чтобы собака «чего-то добилась в жизни», она должна получить соответствующую команду. Юделл исследовала способность собак решать проблемы самостоятельно, для чего предложила двадцати взрослым собакам (десяти домашним и десяти приютским) закрытые коробки с колбасой и две минуты времени, чтобы её достать. Аналогичная задача была предложена десяти живущим в неволе волкам. Из взрослых собак с задачей не справилась ни одна, причём, с удивлением отмечает Юделл, большинство даже и не попыталось. Что касается волков, колбасу успели достать восемь из десяти. Высокий результат показали также собачьи щенки. По мнению исследовательницы, это демонстрирует равенство врождённых способностей семейства собачьих, но по мере взросления зависимость щенка от человека растёт, поскольку тот обеспечивает пищу, а самостоятельность снижается. Моника Юделл утверждает, что взрослые собаки в итоге всё-таки находили способ справиться с коробкой — после того, как получали от хозяина соответствующую команду.
Зато собаки, как все, от кого-то зависимые, отлично умеют ревновать хозяина к другим собакам. Сопернику даже не обязательно быть настоящим псом: собака может с тем же успехом приревновать хозяина к имитации — к игрушечной собаке. Исследователи Кристина Харрис и Кэролайн Провост из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) записали на видео поведение 36 собак, владельцы которых получили задание игнорировать своих животных и полностью переключить внимание на один из трёх объектов: игрушечную собаку на батарейках (тявкающую и виляющую хвостом), пластиковый муляж хэллоуинской тыквы или книгу. Поведение собаки затем оценивалось по следующим параметрам: агрессивность; попытки привлечь внимание; интерес к хозяину или к предмету, которым он был занят.
Самый сильный поведенческий отклик вызвала игрушечная собака. Когда хозяин ласкал игрушку или разговаривал с ней, каждое животное начинало толкаться, 87% пытались отпихнуть соперника головой или влезть между ним и любимым человеком, а 42% щёлкали на врага зубами, угрожая укусить. Тот факт, что враг был игрушечным, не имел никакого значения: даже понюхав подделку под хвостом (так поступили 87% собак), ревнивцы продолжали проявлять к ней агрессию.
Исследование демонстрирует, что хотя ревность в человеческом варианте — гораздо более сложный психоэмоциональный комплекс, но в основе этого чувства лежит простейшая эмоция, не требующая ни рефлексии, ни самосознания, ни целеполагания и развившаяся, скорее всего, как инструмент борьбы за ресурсы — такие как пища и привязанность.
Елена Вешняковская
1. Wolves cooperate but dogs submit, study suggests. Doi: 10.1126/science.345.6199.864. — http://www.sciencemag.org/content/345/6199/864.summary?sid=519be9b1-0fc2-4a19-b190-29a517c04314
Источник — http://www.nkj.ru/archive/articles/25999/
Как бактерии отличают свою ДНК от вирусной
Молекулярный мусор помогает бактериальной клетке запоминать последовательности из вирусных генов, чтобы впоследствии использовать их для отражения вирусной атаки.
Такие системы действительно есть, и одну из них, под названием CRISPR/Cas, часто называют бактериальным иммунитетом – потому что с её помощью бактерия может запоминать информацию о вирусах и использовать её для защиты от будущих инфекций. То есть здесь у нас есть аналог иммунной памяти многоклеточных животных. Работает она так: в бактериальной хромосоме есть участок CRISPR, сокращённо от Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats – короткие палиндромные повторы в ДНК, регулярно расположенные группами. Повторы перемежаются другими последовательностями, которые происходят из генома бактериофагов. Это и есть «иммунная память». Когда в клетке появляется чужеродная ДНК, бактерия снимает РНК-копию с «запомненной» последовательности и сравнивает её с пришельцем. Если совпадение есть, значит, чужую ДНК нужно разрушить. Разумеется, вся процедура осуществляется с помощью специальных белковых комплексов.
Как именно он работает, выясняли исследователи из Института Вейцмана и Тель-Авивского университета. Они ввели в бактериальную клетку плазмиду, которая имитировала вирус.
(Плазмидами называют небольшие кольцевые молекулы ДНК, существующие у бактерий наравне с главной большой хромосомой; они обладают значительной самостоятельностью и могут удваиваться вне зависимости от репликации хромосомы, которая привязана к клеточному делению.)
С помощью белков Cas1 и Cas2 (которые входят в систему CRISPR/Cas) бактерия встраивала ДНК плазмиды в хромосому, причём именно туда, где должна храниться информация о вирусной инфекции.
Оказалось, как пишут Ротем Сорек (Rotem Sorek) и его коллеги в Nature, система CRISPR и её белки Cas1 и Cas2 распознавали именно ту ДНК, которая слишком активно удваивалась. А ведь это вирусная стратегия: любой ценой создать как можно больше копий своего генома. Иными словами, если молекулярные компоненты CRISPR/Cas чувствовали ДНК, которая быстро размножается, то система делала вывод, что в клетку проник вирус и его нужно запомнить. Но как именно происходило узнавание?
При репликации ДНК в ней неизбежно случаются повреждения, разрывы, которые тут же ремонтируются репарационными машинами. Репарирующие ферменты сначала обрабатывают место повреждения так, чтобы его удобно было ремонтировать, а потом уже собственно ликвидируют разрыв. Вот в процессе подготовки к ремонту от ДНК и остаются фрагменты, которые «иммунная система» бактерий может подхватить и вставить в свою «библиотеку вирусов». С другой стороны, в бактериальной ДНК есть определённые сигнальные последовательности, которые говорят репарирующей машине, когда нужно прекратить улучшать место повреждения. Такие стоп-сигналы уменьшают количество ДНК-обрезков, которые может использовать система CRISPR/Cas. И – самое главное – таких стоп-сигналов много в ДНК бактерий, но почти нет в ДНК вирусов. То есть при ремонте вирусной ДНК молекулярного мусора образуется много, а при ремонте бактериальной ДНК – намного меньше.
Оказалось, как пишут Ротем Сорек (Rotem Sorek) и его коллеги в Nature, система CRISPR и её белки Cas1 и Cas2 распознавали именно ту ДНК, которая слишком активно удваивалась. А ведь это вирусная стратегия: любой ценой создать как можно больше копий своего генома. Иными словами, если молекулярные компоненты CRISPR/Cas чувствовали ДНК, которая быстро размножается, то система делала вывод, что в клетку проник вирус и его нужно запомнить. Но как именно происходило узнавание?
При репликации ДНК в ней неизбежно случаются повреждения, разрывы, которые тут же ремонтируются репарационными машинами. Репарирующие ферменты сначала обрабатывают место повреждения так, чтобы его удобно было ремонтировать, а потом уже собственно ликвидируют разрыв. Вот в процессе подготовки к ремонту от ДНК и остаются фрагменты, которые «иммунная система» бактерий может подхватить и вставить в свою «библиотеку вирусов». С другой стороны, в бактериальной ДНК есть определённые сигнальные последовательности, которые говорят репарирующей машине, когда нужно прекратить улучшать место повреждения. Такие стоп-сигналы уменьшают количество ДНК-обрезков, которые может использовать система CRISPR/Cas. И – самое главное – таких стоп-сигналов много в ДНК бактерий, но почти нет в ДНК вирусов. То есть при ремонте вирусной ДНК молекулярного мусора образуется много, а при ремонте бактериальной ДНК – намного меньше.
Получается, что бактериальные клетки используют два самых обычных процесса, репликацию и репарацию, чтобы отличить свою ДНК от чужой; но, кроме того, у них есть ещё и маркеры – специальные нуклеотидные последовательности, которые помогают оптимизировать процедуру и сделать её более эффективной.
Защитную систему CRISPR/Cas обнаружили всего несколько лет назад, и она мгновенно стала исследовательским «хитом». Дело не только в том, что, воздействуя на иммунитет вредных бактерий, мы можем подавить их рост с помощью бактериофагов, и тем самым уменьшить вероятность заболеваний. С помощью CRISPR/Cas, как оказалось, можно редактировать геномы животных – разумеется, для этого молекулярные составляющие системы программируются на распознавание участков в ДНК крысы или обезьяны. Год назад китайские специалисты из Нанкинского медицинского университета получили таким образом геномодифицированых макак-крабоедов, правда, модификацию осуществляли ещё на стадии эмбриона. Молекулярные инструменты «бактериального иммунитета» позволяют избавиться от вредных мутаций, заменять больной ген здоровым и т. д. Учитывая количество работ, посвящённых CRISPR/Cas, можно надеяться, что в скором времени редактирование генома человека, даже вполне взрослого, станет рутинной процедурой.
Кирилл Стасевич
Nature: http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/fu..
Источник: http://www.nkj.ru/news/26203/
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.
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.
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.
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".
Циммер К. «Эволюция. Триумф идеи». М.: Альпина нон-фикшн, 2012. Стр. 441-449.
Бактерий научили ставить диагноз
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/
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/
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.
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.
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.
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
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.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.
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.
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
Источник: http://elementy.ru/news/432432
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.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.
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.
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
Здесь мы собираем самые интересные картинки, арты, комиксы, мемасики по теме (+83 постов - )
