2014-02-03

donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 01:40 am

За пределами Земли: как узнать в лицо разумное существо?

За пределами Земли: как узнать в лицо разумное существо?

Дельфины



«Возможно, мы смотрим им в лицо и не можем узнать. Проблема в том, что мы ищем кого-то очень похожего на нас, считая, что у них примерно такая же математика и технологии».


Интригующее замечание было сделано лордом Мартином Ризом, ведущим космологом и астрофизиком, который является также президентом британского Королевского общества и астрономом королевы Англии. Риз считает, что существование внеземной жизни может быть за пределами человеческого понимания.



«Подозреваю, что жизнь и разум может быть там, но в формах, которые мы не можем представить себе. Так же, как шимпанзе не могут понять квантовую теорию, могут быть аспекты реальности, которые не под силу нашим мозгам», — отмечает Риз.


У инопланетянина может быть четыре конечности, как у нас, людей. Или может быть семнадцать щупальцев, в зависимости от эволюционных давлений. Мы можем наблюдать, посчитать и описать такие вещи. Но можем ли мы описать, как работает сознание инопланетянина?


Новая работа, опубликованная в Acta Astronautica, предлагает предварительные упражнения по оценке чужого интеллекта за пределами нашей коробки. Упражнение называется COMPLEX (аббревиатура от «сложность маркеров профилирования жизни в экзобиологии»). Проект сравнивает различные нечеловеческие интеллекты — в том числе животных, микробов и машин — друг с другом (а не с людьми) и выявляет несколько категорий в поведении и психическом потенциале.


«Цель COMPLEX — подготовка к оценке других видов, если мы встретим жизнь в космосе», — говорит Дениз Херцинг, автор и биолог из Florida Atlantic University.


Исследование может иметь решающее значение для астробиологии, которая в значительной мере опирается на понимание землянами того, что может быть встречено на других планетах. Из-за кишащей разновидностями биосферы Земли крайне сложно определить, что такое «интеллект». Исторически сложилось так, что мы часто определяем интеллект (разум, сознание — выбирайте нужное) других существ только на основе того, насколько он напоминает наш собственный.  Мы собираем звуковые паттерны, которые издают киты, их можно расценивать как язык, хватаемся за рудиментарные зачатки инструментов ворон и любуемся сложным социумом слонов.

Изучение этих нечеловеческих проявлений интеллекта сквозь человеческую призму, тем не менее, может быть необъективным. Кроме того, применительно к жизни за пределами Земли наш уклон в сторону сравнения с человеческим интеллектом вообще может дать осечку.

Бэкграунд Херцинг хорошо подготовил ее к таким астробиологическим выводам. Она является научным руководителем и основателем Dolphin Project Wild, организации, которая изучала дельфинов почти тридцать лет, чтобы узнать все о поведении животных, их социальной структуре и многом другом. Многие ученые считают дельфинов одними из самых умных существ на Земле, возможно, на одном уровне с приматами.

Битва разумов

По большей части, изучение интеллекта дельфинов тесно проходит рядом со стандартными методами, которые мы используем для оценки разумности других видов. Мы сосредотачиваемся на физических особенностях вроде размера мозга относительно массы тела. Также мы привыкли оценивать уровень интеллекта по уровню понимания жестов, решению головоломок и акустическому языку.



«Обычно мы используем два метода оценки интеллекта», — говорит Херцинг. — «Первый — это физическая оценка инфраструктуры организма — большой мозг, сложная нервная система и так далее. Второй — это когнитивная оценка, как правило, требующая экспериментов и тестов, разработанных людьми и основанных на том, что мы считаем «высокими» навыками».


Третий вид измерения интеллекта в своей сложной сигнальной и коммуникативной связи только недавно обрел почву. Благодаря прорыву в распознавании образов с помощью компьютеров и другого программного обеспечения, у нас есть инструменты для сбора и разбора данных, необходимых для оценки этого аспекта. Одним из примеров является составление крупных сегментов вокализации дельфинов и прослушивание их с целью выявления повторяющихся элементов и очевидных синтаксических последовательностей в щелчках, свистах и скрипах.

С помощью этих исследований мы обнаружили глубокие примеры подобных человеческим проявлений интеллекта, которые в некоторой степени сбросили нас с высоких пьедесталов.



«Люди вынуждены отказаться от некой части своей уникальности, поскольку животные начали демонстрировать свои истинные способности», — говорит Херцинг.


Человеческие шоры

Несмотря на эти полезные приобретения, мы все еще в значительной степени судим о животных по себе, так сказать.



«Конечно, каждый вид достаточно разумен для среды, в которой ему приходится выживать», — говорит Херцинг. — «Но другие виды могут обладать интеллектом, основанным на их структуре и физической среде, и при этом соперничать с человеком в сложности, даже не будучи похожими на нас. К примеру, существа без сложных рук, вероятно, не будут создавать вещи так же, как люди».


Бесспорно, наша способность перепрофилировать содержимое физического мира, делать пирамиды из камней и процессоры из кремния, является поразительным явлением, не присущим ни одному другому земному организму. Но чудеса инженерии в термитниках — контроль внутренней температуры, вентиляция, культивация грибных садов — во многом поразительны. Сами по себе термиты особым умом не отличаются, но их «коллективный разум» способен на подвиги.



«Думаю, однажды мы увидим себя в качестве одного из многих видов, которые развили несколько специальностей, вроде вокального языка и манипуляции вещами, вместо того, чтобы видеть себя в качестве единственного разумного вида, который разумен только потому, что обладает языком.


Чтобы уделить должное внимание другим аспектам интеллекта, Херцинг разработала COMPLEX. Небольшое количество ученых, астробиологов и программистов, взвешивают пять возможных сторон интеллекта у нечеловеческих существ.

Эти стороны: «фактор энцефализации» (оценка нейронной сложности), «сигналы связи» (сложность сигнального кода), «индивидуальная сложность» (присутствие личностей, по сути), «социальная сложность» (жизнь в группе и обособленно) и «межвидовое взаимодействие» (характер внешних связей). Каждая из этих категорий разбивается на более детальные атрибуты. Например, на нервную специализацию, природный репертуар, гибкость ролей, союзы/кооперации и кросс-видовый альтруизм соответственно.



«Поскольку большинство критериев оценки человеческого интеллекта включают язык, сознание и вычислительные способности, в этом упражнении использованы другие стороны обработки информации», — написала Херцинг в своей работе.


Эксперты оценивали пять источников возможного интеллекта. Сюда вошли дельфины, осьминоги, пчелы, микробы и машины. Каждый из этих видов по-разному успешно справляется и использует свое окружение в борьбе за выживание (в случае с машинами — функционируют в соответствии с программой). Примеры атрибутов включают сложную коммуникацию у дельфинов, ассоциативное обучение у осьминогов, «танцы» пчел, с помощью которых они указывают сородичам путь к еде, групповое поведение микробов в колониях и вычислительную мощность у машин.

По общей оценке COMPLEX показал, как пять нечеловеческих интеллектов соотносятся друг с другом. Каждый продемонстрировал области высокого и низкого потенциала с некоторыми интересными сходствами и различиями. Как пчелы, так и машины набрали высокий балл по оценкам сигнальной системы и сложных социальных факторов. Дельфины, осьминоги и машины набрали много очков в оценке энцефализации (нейронной сложности). Микробы, которых люди ошибочно считают асоциальными, набрали высокий балл в оценке межвидовых взаимодействий.

Результаты свидетельствуют о том, что зачастую мы не можем определить неуловимое присутствие интеллекта, поскольку смотрим на себя.



«COMPLEX — это начальное упражнение, которое указывает путь к определению и сравнению типов интеллекта без равнения на сугубо человеческие характеристики», — говорит Херцинг.


Естественным продолжением этих предварительных выводов будет создание дополнительных критериев и подключение других разумных существ.



«Было бы замечательно иметь сотни видов измеренных экспертами видов для сравнения», — говорит Херцинг. — «Пять примеров было выбрано из великого множества».


Будущие версии COMPLEX можно также направить на разбор простого изображения типа существ со слишком широким охватов. К примеру, «микробы» — это общий термин для планктона, грибов, бактерий, архей и дальше, охватывающий площадь поведения и деятельности. Но не все микробы оценивают такой подход.

Проблемой для COMPLEX, а также других попыток оценки интеллекта у других, могут стать наши собственные внутренние предубеждения. Как мы можем судить не по человеческим меркам, глядя человеческими глазами и думая человеческой головой?



«Одним из интересных выводов в этой работе было то, как трудно экспертам сравнивать мозги млекопитающих и органы насекомых», — говорит Херцинг. — «Можете ли вы сравнить функции этих структур и их вклад в разумность, оставив за бортом человеческую предвзятость?».


Пример машин в этом плане прекрасен — в конце концов, они построены нами и для нас.



«Поскольку компьютеры и машинный интеллект сделаны людьми, как можно оценивать их способности?», — задает вопрос Херцинг.


И последний вопрос в подходе COMPLEX — необходимость новых экспертов, компетентных изучать виды. Хорошо изученный нечеловеческий интеллект на Земле может открыть новые концептуальные окна. Но это также не обеспечит стопроцентное определение внеземного вида разумного существа, особенно если этот самый вид будет проходить сквозь призму объектива зонда или спутника.



«Нам нужны данные, чтобы сделать выводы», — подчеркивает Херцинг. — «На других планетах быстро это сделать будет весьма трудно, но в конечном счете мы можем приспособить наши компьютеры для быстрого определения образцов, если понадобится».


Каждая капля прозрения окажется полезной в нашей подготовке — и для нашего желания — к встрече с инопланетным интеллектом, подобным нашему или отличным от него. В конце концов, мы даже не можем определить интеллект у себя под носом.



«Нам еще предстоит проделать хорошую работу по определению другой разумной жизни среди человеческих и нечеловеческих культур на нашей собственной планете», — говорит Херцинг. — «Если мы поставим перед собой вопрос выхода из зоны комфорта, я думаю, в один прекрасный день нам представится блестящая возможность заглянуть за угол».


donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 02:22 am

Учёные открыли систему защиты, выявляемую у вирусов, которую можно использовать для борьбы с ними.

Некоторые болезнетворные вирусы прячутся от иммунитета хозяина с помощью структуры «стебель-петля»


Учёные открыли систему защиты, выявляемую у некоторых вирусов, которую можно использовать для борьбы с ними. Они изучили альфавирусы, подобные на вирус восточного лошадиного энцефалита (выделен на фото красным цветом). Данный вирус передаётся человеку и лошадям при укусах комаров. (кликните картинку для увеличения)Учёные открыли систему защиты, выявляемую у некоторых вирусов, которую можно использовать для борьбы с ними. Они изучили альфавирусы, подобные на вирус восточного лошадиного энцефалита (выделен на фото красным цветом). Данный вирус передаётся человеку и лошадям при укусах комаров.
(с) Fred Murphy, Sylvia Whitfield/CDC

Учёные выявили способ, с помощью которого некоторые вирусы уходят от активности иммунной системы организма-хозяина, направленной на противостояние инфекции. Результаты проведённого исследования могут лечь в основу создания новых средств борьбы с вирусными инфекциями.

Известно, что вирусы умеют обманывать иммунную систему, ускользая от её работы. Они имитируют молекулярные маркеры, которые не позволяют клетке распознать инфекцию.

Сотрудники медицинского факультета Вашингтонского университета (Сент-Луис) выяснили, что некоторые вирусы обладают другим механизмом защиты от иммунной системы хозяина. Они могут блокировать работу белка иммунной системы, который проверяет специфические молекулярные маркеры. Блокирующая структура называется «стебель-петля». Она обнаруживается в начальной части генетического материала вируса. Впервые учёным удалось обнаружить механизм противостояния иммунной системе, основанный на непосредственном использовании генетического материала. Сейчас они ищут способы подавления работы данного механизма, а так же похожие механизмы у других болезнетворных микроорганизмов, которые могут быть построены на прямом использовании генетического материала.



«Когда «стебель-петля» находится в нужном месте и является стабильной, она блокирует работу белка иммунной системы хозяина, который в противном случае связался бы с вирусом и остановил бы инфекционный процесс. Мы выяснили, что изменение одной буквы генетического кода вируса устраняет защитный эффект структуры «стебель-петля» и делает вирус распознаваемым через белок иммунной системы хозяина. Мы надеемся найти способны дестабилизации структуры «стебель-петля», применяя лекарства и другие лечебные средства, восстановления естественных способностей клеток, направленных на борьбу с вирусной инфекцией, и остановки или замедления развития некоторых вирусных инфекций» — говорит Майкл Даймонд (Michael Diamond, один из авторов исследования, специалист в области медицины).

Практически у всех живых организмах наследственная информация зашифрована в ДНК. Чтобы использовать информацию, записанную в ДНК, клетки должны переписать её в форме другой нуклеиновой кислоты — РНК. Данная РНК может быть прочитана клеточной белоксинтезирующей машиной.

Генетическая информация некоторых вирусов закодирована прямо в РНК. К числу таких вирусов относят вирус Западного Нила, вирус гриппа, вирусы, вызывающие тяжёлый острый респираторный синдром, жёлтую лихорадку и полиомиелит.

Когда вирус инфицирует клетку, то вклинивается в работу белоксинтезирующей машины, обеспечивая синтез вирусных белков. Данные белки отвечают за репликацию вируса. Образовавшиеся в результате репликации вирусные частицы могут выходить из клеток, уничтожая их, заражать здоровые клетки. Так происходит распространение инфекции по организму.

Авторы проведённого исследования изучили альфавирусы — группу РНК-содержащих вирусов, вызывающих лихорадку, энцефалит и инфекционный артрит. Они показали, что изменение одной буквы в РНК альфавирусов придавало стабильность структуре «стебель-петля». Когда она была стабильной белок иммунной системы под названием lfit1 не мог связаться с вирусной РНК и инфекция продолжала беспрепятственно распространяться. Но, когда «стебель-петля» была нестабильной, lfit1 мог связываться с вирусной РНК, запрещая распространение инфекции.

http://news.wustl.edu/news/Pages/26430.aspx
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140130141221.htm
donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 08:43 am

Ученые изучили поведение электронов в цепных молекулах

Ученые изучили поведение электронов в цепных молекулах




Изображение цепочки полимера, полученное различными методиками.

Полупроводниковые пи-сопряженные полимеры благодаря их легко перестраиваемым электрическим, оптическим и магнитным свойствам являются перспективными материалами для таких практических приложений, как светоизлучающие диоды, полевые транзисторы, а также в сегментах солнечной энергетики и создания оптоэлектронных устройств. В своей последней работе группа ученых из США предложила новый способ производства подобных полимеров, а также проанализировала отдельные олигомерные цепочки с использованием передовых технологий сканирующей зондовой микроскопии. Исследования показали, что олигомерные цепи полимеров дают возможность по-новому взглянуть на связь между химической структурой и электронными свойствам цепных молекул. Ученые уверены, что их работа в перспективе поможет в разработке устройств на основе электропроводящих полимеров с заданными электронными свойствами. Кроме того, предложенная методика производства потенциально может быть перенесена на новые графеновые наноструктуры (на подложках из изолятора).


В рамках своей работы группа ученых из University of California и Lawrence Berkeley National Laboratory (США) создавала отдельные олигомерные цепи полимеров с помощью нагревания прекурсора (энедиина), за которым следовала радикальная полимеризация. Надо отметить, что подобная реакция для производства размещенных на поверхности производных полиацетилена использовалась впервые. Далее ученые использовали методики сканирующей туннельной микроскопии и бесконтактной атомно-силовой микроскопии для подробного изучения полученного полупроводникового полимера.

Обе методики основаны на использовании очень острого зонда или металлического наконечника, который подводится непосредственно к образцу (на расстояние менее нескольких атомных диаметров). С помощью сканирующего туннельного микроскопа, измеряя квантово-механический туннельный ток между зондом и образцом, ученые смогли получить информацию об электронных состояниях полимера. В свою очередь бесконтактная атомно-силовая микроскопия была использована для непосредственного отображения химической структуры молекул на поверхности образца. Правда, чтобы обе методики работали должным образом, необходимо было их немного скорректировать, в частности, использовать модифицированные зонды, а также контролировать дополнительные параметры, к примеру, расстояние между зондом и образцом. Благодаря этим ухищрениям ученым удалось получить детальную картину процесса образования полимерных цепей. Они смогли наблюдать электронные состояния, возникающие в олигомерных цепях; кроме того, определили, что энергия этих состояний коррелирует с длиной цепи.

Как поясняют исследователи, упомянутые выше низкоэнергетические электронные состояния формируются благодаря эффективному перекрытию пи-орбиталей мономерных строительных блоков. Соответственно, повышение пространственной делокализации тесно связано с уменьшением электронной энергии олигомеров, что было также подтверждено теоретическим моделированием.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.

В ближайшем будущем группа ученых планирует аналогичным образом наблюдать за синтезом графеновых нанолент на подложках из изолятора (в ходе синтеза планируется применять схожий производственный процесс). Графеновые наноленты, по мнению исследователей, - это уникальные структуры, которые изменяют свои свойства от полуметаллических до полупроводниковых, по мере того как их ширина уменьшается. Подробные исследования их синтеза, как ожидается, должны продемонстрировать множество интересных и технологически полезных особенностей. В перспективе эти особенности могут использоваться в высокоэффективных наноэлектронных устройствах, таких как высокочастотные транзисторы и датчики. Кроме того, они могут быть идеальными соединительными элементами в наноэлектронных схемах.

http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl403791q
http://nanotechweb.org/cws/article/tech/56049
donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 08:57 am

Ученые обратили внимание на физику полимеров кожи

Ученые обратили внимание на физику полимеров кожи



Компьютерная модель упаковки кератиновых
нитей в клетках верхнего слоя кожи.
M. Evans/Univ. of Erlangen


Если долгое время находиться в ванной, кожа становится морщинистой. Частично это объясняется тем, что она отлично впитывает воду. Ранее ученые уже высказывали предположение, что столь высокая адсорбционная способность может быть связана с уникальной упаковкой белковых нитей в клетках кожи. Но теперь в своей последней работе ученые из Германии разработали полную термодинамическую модель процесса гидратации и расширения кожи. Как оказалось, этот обратимый процесс основан на балансе между расширением нитей (вызванным избытком воды) и пружиноподобным сжатием, обнаруженном учеными. Созданная ими модель полностью согласуется с экспериментальными данными, а результаты работы исследователей в перспективе помогут лучше понять, как работают кожные заболевания. Кроме того, знание свойств кожи в перспективе даст возможность разработать прочные и гигроскопичные материалы.

Кожа имеет замечательную способность поглощать воду, существенно увеличиваясь в объеме, а затем высыхать, обращая процесс вспять, без каких-либо побочных эффектов. Это свойство выполняет несколько функций, одна из которых заключается в регулировании уровня гидратации внутри тела. Распухание и поглощение воды происходит во внешнем слое кожи, который состоит из мертвых клеток, называемых корнеоцитами (эти клетки уложен, как кирпичи). Корнеоциты в свою очередь заполнены сетью жестких нитей, представляющих собой формы белка кератина. Еще в 2011 году ученые из Australian National University (Австралия) предложили геометрическую модель структуры этих нитей (так называемую сигма-стержневую упаковку). В этой модели каждая нить представляет собой длинную спираль. Проникая друг в друга, нити, направленные в четыре различные стороны в пространстве, формируют упорядоченную трехмерную решетку. При растяжении спиралей эта структура может увеличивать объем в пять раз, не теряя упаковку.


Теперь же коллеги ученых из University of Tübingen (Германия) сделали следующий шаг в попытках показать, как эта структура помогает клеткам кожи набухать и сокращаться. Они разработали полную термодинамическую модель, которая описывает, как энергия системы изменяется, в зависимости от расстояния между элементами сети и размеров спирали.


Энергетические расчеты для данной упаковки показали, что структура на самом деле склонна поглощать воду и расширяться. Однако существуют и другие процессы, которые, в конечном счете, обращают вспять расширение системы. Предшествовавшие измерения упругости нитей, формирующих структуру кожи, убедительно доказывают, что напряжение в растянутом состоянии как раз и обеспечивает противодействующую силу. Чем больше растянута нить – тем больше упругая энергия. Добавление этой энергии к полученной ранее модели позволило получить полное описание механизма расширения и сжатия кожи.

Для лучшего понимания полученных результатов научная группа использовала трехмерный график, где высота отражала энергию системы, а две горизонтальные координаты – расстояние между спиралями и радиус отдельной спирали в структуре (упомянутой выше упаковке). С помощью численного моделирования они определили диапазон параметров решетки и спиралей, при которых энергия оказывалась вблизи минимума. Результаты убедительно доказывали, что геометрия нитей кератина имеет решающее значение с точки зрения отклика кожи на воду. Кстати, в рамках своего эксперимента ученые определили, что расширение кожи должно происходить на 11 – 38% (что вполне согласуется с измеренным ранее из эксперимента диапазоном 15 – 35%).

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Physical Review Letters. Как считают коллеги ученых, опубликованная работа дает ценную информацию о функциях кожи на промежуточных масштабах (между макро- и молекулярной структурой). Эта информация необходима для понимания процессов, разработки новых методов лечения дерматита и других кожных заболеваний, включая аномальную влажность кожи. Кроме того, исследователи считают, что на основе полученных данных можно создавать ткани или строительные материалы, которые основаны на способности кожи изменять свой объем под действием влаги

http://physics.aps.org/articles/v7/8
donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 09:13 am

Расширены представления о работе калиевых ионных каналов

Расширены представления о работе калиевых ионных каналов

Нейроны передают информацию благодаря работе специальных каналов, которые обеспечивают калиевый ток. Повреждёние калиевых каналов связано с развитием эпилепсии и депрессии. Группа учёных совместно с профессором Хеннингом Стальбергом (Henning Stahlberg), работая в стенах университета Базеля, описала полную 3D-структуру определённого типа ионных каналов — HCN-каналов (HCN — англ. аббр. Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated). Данное открытие позволило учёным установить механизм работы каналов данной группы.

Нейроны проводят важную информацию по организму в форме электрических импульсов. Калиевые каналы — ключевой компонент в цепи передачи электрических импульсов по организму. Они контролируются либо через электрический импульс, либо с помощью сигнальных молекул. Применительно к человеку дисфункция HCN-калиевых каналов связана с развитие неврологических заболеваний, таких как эпилепсия и депрессия. Группа учёных, работавшая под руководством профессора Стальберга, выяснила полную структуру бактериального аналога HCN-калиевых каналов.



Неизвестный ранее принцип действия

Калиевые каналы встроены в клеточную мембрану. Они формируют пору с фильтром, которая селективно пропускает ток ионов калия и контролируется с помощью сигнальных молекул цАМФ. Ранее предполагалось, что пора может открываться и закрываться, регулируя таким образом ток ионов калия. Авторы проведённого исследования полагают, что механизм работы калиевых каналов иной. Используя технологию кристаллизации и электронную микроскопию, они реконструировали интактную трёхмерную структуру бактериального ионного канала, находящегося в естественной среде в присутствии и отсутствии цАМФ.

Опираясь на анализ данной структуры, учёные вопреки бытующему мнению выяснили, что поровая часть канала остаётся открытой. «Когда сигнальная молекула цАМФ заякоривается на ионном канале, это приводит к перестройке и перемещению белкового остова. Мы думаем, что цАМФ в действительно делает фильтр несколько шире, таким образом контролируя ток ионов калия» — уточняет Юлия Коваль (Julia Kowal, первый автор исследования). Ранее неизвестные структурные особенности ионных каналов для калия позволили учёным взглянуть на функционирование данных образований по-новому.



Механизм пригодный для новых лекарств

Профессор Стальберг хотел бы более тщательно изучить область фильтра с помощью специальной камеры, обладающей предельно высоким разрешением, чтобы получить ответы на оставшиеся вопросы о рассматриваемом механизме. Каналы для ионов калия так же известны как «пейсмейкерные каналы». Они помогают генерировать ритм сердца, а так же периодическую возбудимость нейронов. Глубокое понимание механизма действия калиевых ионных каналов — это базис для создания лекарственных средств для борьбы с эпилепсией и сердечной аритмией.

Более подробное описание результатов проведённого исследования можно найти на страницах Nature Communications.

http://unibas.ch/index.cfm?uuid=33B79EA594F0A4E41C345B73B49EA804&type=search&show_long=1&o_lang_id=2

http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140128094533.htm
donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 10:01 am

Кровеносные и лимфатические сосуды удалось вырастить в лабораторных условиях

Кровеносные и лимфатические сосуды удалось вырастить в лабораторных условиях




Учёные из Цюриха впервые сконструировали кожу, несущую кровеносные и лимфатические капилляры. Они успешно изолировали все необходимые типы клеток тканей кожи человека и создали тканеинженерный эквивалент нормальной кожи.

Ежегодно около 11 млн. человек страдают от ожогов. Крупные, глубокие раны, возникающие при ожогах, заживают медленно, возникают шрамы. Чтобы противостоять возникновению шрамов, необходимо делать пересадку кожи, используя трансплантаты на всю толщину кожи. Хирургическим путём можно удалять лишь небольшие участки кожи с тела пациента, что в свою очередь ведёт к образованию новых ран. Помимо обычной пересадки кожи теоретически возможен и другой вариант. Заключается он в создании в лабораторных условиях искусственной пригодной для трансплантации кожи, которая была максимально похожа на настоящую человеческую кожу, используя клетки пациента.

По сей день сложные кожные трансплантаты не несут следующих компонентов: лимфатических и кровеносных сосудов, пигментации, сальных желёз, волосяных фолликулов, нервной ткани. Сотрудники отдела изучения биологии тканей (Tissue Biology Research Unit), отдела научных исследований клиники хирургии, а также научно-исследовательского центра педиатрии при университетском детском госпитале Цюриха (Research Centre for Children at the University Children's Hospital Zurich) некоторое время работали над созданием дермо-эпидермальных кожных трансплантатов. Им удалось создать более совершенный тканеинженерный эквивалент.

«Мы смогли выделить все необходимые клетки кожи из образца кожи человека и создать трансплантат, аналогичный коже нормальной толщины, который впервые содержит также лимфатические и кровеносные капилляры» — говорит Мартин Меули (Martin Meuli, руководитель клиники хирургии при университетском детском госпитале Цюриха. на фото).





Впервые созданные полнофункциональные лимфатические капилляры

Из раны выделяется тканевая жидкость, накапливающаяся в полости на поверхности кожи. Она может препятствовать заживлению раны. Лимфатические сосуды фильтруют данную жидкость. Авторы проведённого исследования выделили клетки лимфатических капилляров из дермы человека. Вместе с кровеносными капиллярами, которые так же были созданы искусственно, лимфатические сосуды обеспечивают быструю, эффективную поддержку функционирования кожного трансплантата.

Учёные, работавшие под руководством Эрнста Райхманна (Ernst Reichmann, руководитель отдела изучения биологии тканей), удивились трём установленным фактам. Лимфатические клетки спонтанно группировались в лимфатические капилляры, которым были присущи все черты лимфатических сосудов. В рамках проведения доклинических исследований как лимфатические, так и кровеносные капилляры, созданные в лабораторных условиях, соединялись с таковыми лабораторных животных. «Инновация заключается в том, что лимфатические капилляры собирали и транспортировали тканевую жидкость. Следовательно, они были функционально активны. Мы предполагаем, что кожные трансплантаты, содержащие лимфатические и кровеносные капилляры в будущем позволят противостоять накоплению тканевой жидкости, а так же помогут обеспечить быстрое кровоснабжение используемого трансплантата» — уточняет Эрнст Райхманн. Применение данных трансплантатов, теоретически, может повысить эффективность процесса заживления ран.

Начало использования их в клинической практике запланировано на 2014 год. Однако модели, которые планируется использовать, пока не будут содержать лимфатических и кровеносных капилляров, так как специальное разрешение на их использование ещё только предстоит получить.

http://www.mediadesk.uzh.ch/articles/2014/erstmals-im-labor-haut-mit-blut-und-lymphgefaessen-erzeugt_en.html
http://www.sciencedaily.com/releases/2014/01/140130040729.htm
donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 10:20 am

Человечество — новый сезон: каким будет 2014 год в науке и технологиях.

Человечество — новый сезон: *каким будет 2014 год в науке и технологиях*

Человечество — новый сезон: каким будет 2014 год в науке и технологиях

Закон Мура, неофициальный гимн технократической цивилизации, подразумевает, что вычислительные мощности удваиваются каждые 24 месяца. К концу 2013 закон забуксовал — вице-президент Intel Уильям Холт заявил, что впервые в истории производства кремниевых транзисторов компания не попала в тренд. Значит ли это, что предел будущего достигнут? Нет, на пороге нового года испарения постиндустриальной цивилизации кристаллизуются в очертания нового мира: квантовые компьютеры, суборбитальные полеты, виртуальная реальность, трикодеры, напечатанные органы, антивещество и нейронные карты — 2014 год в технологиях и науке в этом обзоре.



Последний рубеж

Virgin Galactic, SpaceX и изучение комет

В 2014 человечество еще на один шаг приблизится к тому, чтобы стать по-настоящему межпланетарным видом. Благодаря Ричарду Брэнсону и Virgin Galactic каждый, кто готов потратить 250 тысяч долларов, сможет совершить космическое путешествие на корабле SpaceShipTwo. 10 января компания удачно завершила третий сверхзвуковой тест и обещает открыть первую постоянную линию суборбитальных полетов уже в этом году. Теперь, чтобы заглянуть в лицо солнечной системе не обязательно становиться космонавтом — достаточно денег, хорошего здоровья и терпения на очередь в 400 человек.

Более серьезные задачи в этом году стоят перед Элоном Маском. Его компания SpaceX продолжит испытания многоразовой системы вертикального взлета Grasshopper и ракеты-гиганта Falcon Heavy, которая должна доставить тонны полезного груза в предполагаемой экспедиции на Марс. Но главные события отрасли произойдут все еще на базе государственных инициатив. Космический аппарат «Розетта», запущенный Европейским космическим агентством 9 лет назад, достигнет кометы Чурюмова-Герасименко, впервые в истории возьмет пробу с небесного тела подобного типа и добавит в копилку наших представлений о Вселенной новые знания. Индийский зонд «Мангальян» и спутник НАСА MAVEN синхронно достигнут орбиты красной планеты в сентябре 2014. Также в течение года американский марсоход Curiosuty и китайский луноход Чанъэ-3 продолжат радовать землян фотографиями и научными открытиями с рубежей осваиваемого мира.

Цифровая медицина

Трикодер и приложение по рецепту

Человечество все меньше желает умирать и все больше думает о бессмертии. На фундаментальном уровне науку долголетия будут поддерживать созданная Google компания Calico и организация Breakthrough Prize. Но пока бесконечная жизнь остается коллективным помешательством технологической элиты Кремниевой долины, в медицине совершается карманная революция. Квест по созданию трикодера — фантастического устройства подручной диагностики — приближается ко второму акту. Прибор Scanadu Scout поступит в продажу в первом полугодии и позволит измерять температуру тела, уровень кислорода в крови, электрическую активность сердца, частоту сердечных сокращений, пульс и вариабельность сердечного ритма. Рука об руку с миниатюрным терапевтом на рынок выходит первое приложение, выписываемое по рецепту, — BlueStar. Программа должна помогать больным сахарным диабетом 2-го типа соблюдать необходимый режим и контролировать состояние здоровья. Кроме мобильных решений, интересные результаты ожидают индустрию на ниве исследования стволовых клеток, лечения рака и окончательного лекарства от СПИДа.

Роботы вместо людей

Массовые увольнения, экзоскелеты и Олимпийские игры

Слово «робот» появилось в международном словаре 93 года назад, но до сих пор обладает фантастической коннотацией. Современные роботы — это пока индустриальные гиганты, неуклюжие пылесосы, бесполезные игрушки и недостижимые объекты желания вроде «Робокопа», ремейк которого выходит на экраны в 2014. Пока робототехника медленно продвигается к стандартам, придуманным классиками научной фантастики в середине ХХ века, крупнейший в мире производитель электроники компания Foxxcon приступает к осуществлению плана заменить миллион рабочих машинами. И хотя решение массовой автоматизации смердит дыханием антиутопии, оно фиксирует очевидную тенденцию человеческой современности — эволюцию от механического труда к творческому. Намного более гуманное событие состоится на чемпионате мира по футболу в Бразилии, где первый удар по мячу сделает подросток с травмой спинного мозга. Это произойдет благодаря разработанному нейробиологом Мигелем Николесисем экзоскелету, который в будущем даст возможность людям с парализованными конечностями вести привычный образ жизни.

Чтобы закрепить успех, к концу 2014 года пройдет финал так называемых «Олимпийских игр для роботов» под присмотром американского военного агентства DARPA. За 2 миллиона долларов будут бороться команды робототехников со всего мира. Соревнования включают в себя совсем непритязательные виды — открыть дверь или подняться по ступенькам и не упасть — и больше похожи на дисциплины «специальной Олимпиады». За неуклюжими роботами можно будет наблюдать онлайн и радоваться, что эволюция — это не скоростной лифт, а длинная лестница.

Пятна Вселенной

Изучение антивещества и нейтрино

Несмотря на то, что Большой адронный коллайдер закрыт на профилактику до 2015, в этом году один из самых больших экспериментов в физике продолжится именно в ЦЕРН и будет связан с изучением антивещества — вещества, состоящего из античастиц. На базе вакуумной ловушки ALPHA пройдут исследования гравитационного взаимодействия антиводорода, чтобы ответить на вопрос — «падает» ли антивещество вниз. Также интересные результаты ожидают физиков после интерпретации данных магнитного альфа-спектрометра, установленного на МКС, и исследований в иллинойском Фермилабе, касающихся изучения нейтрино.

Реальность виртуального

Выход Oculus Rift

Сны о виртуальных мирах мучают человечество уже более полувека и в 2014 станут совсем осязаемыми. В первую очередь это произойдет благодаря Oculus Rift — шлему виртуальной реальности, поступающему в массовую продажу в конце этого года по доступной цене в 499 долларов. Более того, его создатели прототипировали следующее поколение устройства — Crystal Cove, а, учитывая, что в прошлом году к компании Oculus VR присоединился главный архитектор виртуального 90-х Джон Кармак, будущее цифровых фантазмов выглядит достаточно обнадеживающим. Софт для шлема уже включает в себя десятки различных проектов: игры, кино, образовательные программы, эротику, и в новом году количество увлекательных разработок только увеличится.

Кроме Oculus освоение виртуальных пространств всерьез занимаются Sony и Microsoft, но копирование идей не так интересно, как создание новых. Так, приятным бонусом к шлему станет распространение на рынке интерфейсов обратной связи с цифровой действительностью вроде дорожки Virtuix Omni, контроллера Razer Hydra и костюма PrioVR.

Квантовый мир

Квантовый компьютер и год Ватсона

Разработка квантового компьютера — крестовый поход современных инженеров. В 2013 году закон Мура оступился, по крайней мере об этом говорили в Intel, и теперь вся надежда на бесконечный рост производственных мощностей человечества лежит в сфере квантовых вычислений. В 2013 году сущность квантового компьютера стала еще объемнее: прошли первые удачные опыты квантовой телепортации на компьютерном чипе, а на рынке появилась вторая коммерческая машина D-Wave Two (https://en.wikipedia.org/wiki/D-Wave_Two), которая поразила своей скоростью и была срочно куплена в лаборатории Google и NASA. Велика вероятность, что в 2014 Закон Мура будет работать уже на кванты.

Поп-звезда среди вычислительных машин, суперкомпьютер Watson, собранный в лабораториях IBM и выигравший три года назад телешоу Jeopardy!, в этом году наконец-то займется серьезным делом. Искусственный интеллект машины адаптировался к медицине и теперь ставит диагноз рака легких на 40% удачнее врачей из костей и мяса. В 2014 ему предстоит превратиться в облачный сервис и решать задачи консалтинговых компаний, IT-фирм и издательского бизнеса. Новаторские инструменты Watson Discovery Advisor, Watson Analytics и Watson Explorer уже совсем скоро будут доступны к использованию и выведут роль суперкомпьютеров в современном обществе на принципиально другой уровень.

Проблемы безопасности данных, всколыхнувшие общественное сознание в 2013 благодаря разоблачениям Сноудена и бессовестной деятельности АНБ, останутся в центре внимания и в 2014 году. Известно, что АНБ, неозабоченная проблемами приватности, трудится над созданием квантового компьютера, способного обнулить все существующие алгоритмы шифрования. И хотя они довольно далеки от выполнения поставленной задачи, беспокоиться надо уже сейчас. Можно предположить, что и так переполошившееся криптографическое сообщество в 2014 будет работать над контррешением с удвоенной силой.

3D-алхимия

Принтеры и патенты

В 2014 году истекают сроки основных патентов, которые сдерживают лавинообразное развитие отрасли 3D-печати. В феврале исключительные права на использование технологии выборочного лазерного спекания превратятся в тыкву, и мир наводнят дешевые 3D-принтеры, в чьих силах производить изделия более сложной формы. Пока цена на оборудование цифрового ремесленничества будет падать до 200 долларов, количество объектов, доступных для печати, будет расти: еда, внутренние органы, здания. Осталось дождаться, когда научатся печатать настоящих людей или революционные идеи.

Глубокие сети

Интернет вещей, Google Glass и год реакции

В 2014 году интернета станет еще больше — из привычных браузеров он будет все активнее перемещаться в реальный мир. По результатам главной технологической выставки года CES, состоявшейся в январе, понятно, что сети поглотят буквально все: одежду, бытовые приборы и, в перспективе, человеческое тело. Количество представленных на выставке браслетов-треккеров говорит о том, что рынок сбора личной информации как минимум умножится в 10 раз и будет развиваться по экспоненте. Вкупе с такими сервисами, как IFTTT, можно надеяться на появление совсем неожиданных решений для комфортной цифровой жизни.

В начале года Google успела купить компанию Nest Labs — создателя подключенных к сети бытовых приборов. Вместе с деятельностью таких гигантов, как LG, Phillips и Samsung это означает, что в 2014 составные части «умного» дома выйдут из раздела передовых технологий в потребительский мейнстрим. Также в открытую продажу поступит Google Glass, добавив к повседневности концепцию дополненной реальности. Смогут ли очки стать по-настоящему рабочим инструментом до того как пройдут необходимый путь миниатюризации — пока непонятно, но очевидно, что в этом году встреча с людьми, разговаривающими со своей оправой, будет уже неизбежной.

В противоход расширению сетевого пространства в 2014 усилится контроль за интернетом. В России под предлогом борьбы с террористической деятельностью Дума планирует ограничение онлайн-свободы, в частности анонимных электронных платежей. В США на законодательном уровне похоронили принципы сетевого нейтралитета, что позволит крупным провайдерам отдавать предпочтения в скорости определенным сервисам за счет других. Контрреформы интернет-законодательства уже прошли на Украине и ожидаются в Турции. У неприятных тенденций есть и обратная, приятная, сторона — форсирование развития инфраструктуры параллельного интернета и популяризация инструментов анонимизации вроде Tor.

Гены и массы

Потребительская генетика и ребенок от трех родителей

Прошлый год закончился для потребительской генетики и главного игрока в этой сфере — 23andme — встречей с правительственным регулятором и временным ограничением на предоставление медицинских услуг. Пока рынок генотипирования находится под политическим давлением, в недрах компании Illumina изобрели секвенсор нового поколения HiSeq X Ten, который берет принципиальную для индустрии высоту — возможность полной расшифровки генома за 1000 долларов. Аппараты поступят в продажу в середине года, поэтому убежать от повального внедрения технологии в медицину уже будет некуда, а учить основы генетики придется каждому, кто озабочен собственным здоровьем.

В 2014 в Великобритании, возможно, официально появится первый в мире ребенок, у которого будет три родителя. В этом году пройдут парламентские слушания, где обсудят возможность легализации метода искусственного оплодотворения при смешивании генов трех человек, если существует серьезная опасность передачи митохондриальных заболеваний. Подобные процедуры запрещены в США и Китае, но в марте 2013 года британские чиновники от медицины уже высказали более чем терпимое отношение к методу.

Формула Е

Автоуправление, Tesla и чемпионат электрокаров

Автомобили без водителей — это будущее, которое в 2014 году приобретет статус неизбежного. Совместными усилиям вездесущих Google, Volvo, Toyota, Nissan, Ford, BMW и Mercedes-Benz водительские права превратятся в такой же пережиток прошлого как кареты или счеты. Компании продолжат исследования, начатые несколько лет назад, но в этом году — уже в более крупном составе и масштабе, обещая рабочие модели автоматизации к началу 2020-ых.

Не менее важные по значению для автомира события произойдут в индустрии электромобилей. К концу года Tesla запустит линию по сборке дешевого, относительно первой модели компании, кроссовера, а популяризацией идеи машины, отказавшейся от бензина, займется чемпионат FIA Формула-Е. Два десятка спортсменов проведут гонки на электрокарах в 10 городах, чтобы доказать спасительную для планеты и достаточную для быстрой езды силу электричества. Заявленные машины смогут разгоняться до 100 километров в час в течение трех секунд и развивать скорость до 220 километров в час.

Экономика цифр

Биткоины и криптовалюта

Прошлый год стал решающим для мира криптовалют: курс биткоина превысил отметку 1000 долларов, а сама концепция цифровых денег добилась невероятного внимания со стороны бизнеса, СМИ и государства. В 2014 году будет важно закрепить достигнутый успех. Первые две недели пестрят хорошими новостями. Великобритания вслед за Сингапуром и Германией собирается дать биткоинам статус частной валюты. Крупнейший американский онлайн-ритейлер Overstock и большая игровая компания Zynga начали принимать биктоины к оплате. В будущем валюты заинтересованы PayPal, Facebook и Ebay, а журнал Businessweek посвятил феномену место на первой обложке. В 2014 году станут ясны различные стратегии государственного отношения к криптовалютам: от полного отрицания, например, возможного в России, до негласной легализации где-нибудь в отчаянных экономических зонах. Безотносительно к мнению бюрократических структур, свободный рынок будет оказывать все большую поддержку идее децентрализации экономической системы, заложенной в самой его природе, что повлияет на рост популярности не только биткоинов, но и его модификаций: лайткоинов, пиркоинов и других альтернативных криптовалют.

Поиски мозга

Human Brain Project, Brain map и новые гаджеты

В 2014 году приступят к работе главные проекты по нейробиологии: Human Brain Project, получивший 1 миллиард евро на создание полной симуляции мозга на суперкомпьютерах, и Brain Initiative с надеждами на детализированную карту мозга. И хотя настоящие результаты по обоим направлениям ожидаются лишь в конце десятилетия, побочные продукты их работы могут появиться уже в ближайшие 12 месяцев. Весь прошлый год нейробиология преподносила миру весьма неожиданные исследования и зарекомендовала себя как одна из самых активно развивающихся научных дисциплин. И хотя интерпретации опытов чаще похожи на спекуляции, чем больше мы узнаем о том, как работает наша нервная система, тем интереснее смотреть на человека как на биологический вид. Возможно, в 2014 году еще больше поп-нейробиологии материализуется в форме игровых гаджетов или мобильных приложений.

donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 10:34 am

Новое антибактериальное средство уничтожает только патогенные бактерии

Новое антибактериальное средство уничтожает только патогенные бактерии

Ученые разработали метод селективного уничтожения определенных штаммов бактерий. (Рис. NC State University)
Ученые разработали метод селективного уничтожения определенных штаммов бактерий. (Рис. NC State University)

Ученые из Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) разработали антибактериальное средство, своего рода «умную бомбу», которое может с максимальной точностью идентифицировать определенные штаммы бактерий и разрезать их ДНК, предотвращая развитие инфекции. Новый метод представляет возможную стратегию лечения инфекций, вызываемых бактериями с множественной лекарственной устойчивостью.



«Традиционные антибиотики убивают как «хорошие», так и «плохие» бактерии, что приводит к непредусмотренным последствиям, таким как оппортунистические инфекции», – говорит руководитель исследования доктор Чейз Бейзел (Chase Beisel), доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии NC State. «То, что мы показали в этой новой работе, это то, что можно селективно удалять определенные штаммы бактерий, не затрагивая популяций полезных микроорганизмов».


Новый подход основан на наличии у многих бактерий компонента иммунной системы, известного как система CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats) – Cas (CRISPR-associated). Система CRISPR-Cas защищает бактерии от таких захватчиков, как вирусы, создавая небольшие цепочки РНК – CRISPR РНК, – которые соответствуют последовательностям ДНК, характерным для того или иного бактериофага. Когда CRISPR РНК находят свои ДНК-соответствия в виде ДНК вируса, они высвобождают белки Cas, разрезающие вирусную ДНК.


Ученые показали, что введение в бактериальную клетку CRISPR РНК, соответствующих ДНК-последовательностям самих бактерий, приводит к «самоубийству» бактериальных клеток, так как их система CRISPR-Cas начинает атаковать свою собственную ДНК.

«В ходе лабораторных испытаний мы установили, что этот подход адресно убивает бактерии», – комментирует Бейзел. «Мы пока не полностью понимаем, как именно разрезание ДНК приводит к гибели бактерии. Однако мы воодушевлены легкостью специфического таргетинга различных бактерий и эффективностью их уничтожения».


Исследователи протестировали свой подход на контролируемых культурах с различными комбинациями бактерий и смогли элиминировать только целевые штаммы.



«Например, нам удалось уничтожить Salmonella в культуре, не оказывая отрицательного воздействия на полезные бактерии, обычно присутствующие в желудочно-кишечном тракте», – продолжает доктор Бейзел.


Кроме того, Бейзел и его коллеги продемонстрировали точность своего метода, уничтожив один штамм одного из видов бактерий, ДНК которого совпадает с ДНК другого штамма того же вида на 99 процентов.

Еще одно преимущество такого подхода, говорит доктор Бейзель, состоит в том, что «за счет таргетинга специфических цепочек ДНК через систему CRISPR-Cas мы смогли обойти механизмы, лежащие в основе многих примеров устойчивости к антибиотикам».

Сейчас ученые работают над созданием эффективных методов доставки CRISPR РНК в клинических условиях.

По мнению соавтора работы доктора Рудольфа Баррангоу (Rodolphe Barrangou), это исследование закладывает фундамент разработки препаратов нового поколения, использующих программируемые CRISPR-Cas-системы.

Оригинальная статья:

Programmable Removal of Bacterial Strains by Use of Genome-Targeting CRISPR-Cas Systems
http://news.ncsu.edu/releases/wms-beisel-crispr2014/
donmigel_62: (кот - учёный)
2014-02-03 10:41 am

Робоязык определяет сорта пива

Робоязык определяет сорта пива




Современные роботы играют важную роль в нашей жизни. У них есть собственный интернет, они заменяют рабочих на фабриках, готовятся стать помощниками престарелых граждан... Кстати, вот, например, перед нами испанский робот, который практически безошибочно определяет сорта пива (как Бендер из «Футурамы»).

Робоязык








Так называемый робоязык определяет сорта пива с точностью 82%. По своему строению он напоминает язык человека — состоит из 21 ионоизбирательного электрода. Они действуют как массив сенсоров, каждый из которых определяет уровень того или иного элемента, содержащегося в напитке.


Обучением робота занимались учёные, которые корректировали результаты, получаемые с помощью робоязыка. Сейчас он способен распознать чёрное пиво, лагер, пильзнер, эльзасское, а также слабоалкогольные сорта напитка. Самостоятельно устройство обучаться не может, но скоро специалисты научат его узнавать газировку и другие разновидности пива.

Михаил Карпов




[ Home | Post Entry | Log in | Search | Browse Options | Site Map ]