Шимпанзе обыграли людей

Самка шимпанзе сумела превзойти всех детей и взрослых, играя с ними в компьютерную игру с использованием виртуальной реальности.

Шимпанзе за компьютером. Архивное фото

©iStock

Любители видеоигр могут вскоре получить достойных соперников нечеловеческого происхождения.

Панзи, 22-летняя самка шимпанзе, сумела превзойти 12 детей и 4 взрослых, играя с ними в компьютерную игру с использованием виртуальной реальности. От игроков требовалось как можно быстрее найти выход из запутанного лабиринта.

^Панзи^{© Language Research Center, Georgia State University}

Исследователи устроили виртуальное соревнование между четырьмя взрослыми шимпанзе и людьми разного возраста – 12-ю детьми и 4-мя взрослыми. Оказалось, что животные находят выход из лабиринта примерно с той же скоростью, что и дети дошкольного возраста − от 3 до 6 лет.

Одним из критериев успешной игры была также дистанционная эффективность, т. е. какое расстояние понадобилось преодолеть игроку, чтобы выйти из лабиринта.

К удивлению ученых, в этом параметре Панзи не было равных − в самом сложном лабиринте ей понадобилось преодолеть минимальную дистанцию, чтобы достигнуть цели. При этом она превзошла всех детей и даже взрослых.

Стоит заметить, что при усложнении условий игры, люди начинали спрашивать совета у экспериментаторов, находящихся в комнате.

Люди начинали задавать вопросы, но я не отвечала − это было бы несправедливо по отношению к шимпанзе, которые бы меня не поняли.

− Франсин Долинс, университет штата Мичиган-Дирборн

Результаты исследования опубликованы в виде статьи в онлайн-версии журнала American Journal of Primatology.

Однажды ведущие российские антропологи сели и развеяли существующие мифы об эволюции человека.

10 мифов об эволюциии человека©vectorfree.com

Миф №1

Находок, на базе которых антропологи строят свои выводы, крайне мало.

«Семя» этого мифа кинула в 1997 году книга американского священнослужителя РПЦ иеромонаха Серафима Роуза «Православный взгляд на эволюцию». В результате цитата автора «Все ископаемые свидетельства «эволюции человека» можно уместить в ящик размером с небольшой гроб» облетела мир и до сих пор используется противниками признать себя приматами. Российские антропологи не поленились и подсчитали, сколько раз система Google цитирует эту мысль. Насчитали 179 документов.

Надо сказать, правда, что высказал эту мысль иеромонах еще в 1974 году, и лишь потом она попала в книгу. Впрочем, мысль эта была в корне ошибочной как 40 лет назад, так и сегодня.

На самом деле, даже в 1974 году находок было куда больше, чем об этом знал (или хотел знать) иеромонах. В том числе, и хорошей сохранности. Сколько же?

Неандертальцы: для захоронения их останков уже тогда понадобилось бы целое кладбище.

Питекантропы: их кости были найдены на Яве, в Европе, в Китае, в Восточной, Северной и Южной Америке.

Гейдельбергские люди: в Европе, Африке, Азии.

Австралопитеки: в Южной и Восточной Африке.

«Человек умелый» (Homo habilis): в Восточной и Южной Африке и т. д.

По словам антропологов, чтобы представить доказательства, а именно останки гоминид, найденные с 1974 года до сегодняшнего дня, понадобилось бы построить отдельный музей довольно внушительных размеров.

^{Некоторые находки неандертальцев, сделанные к 1974 году}^{©antropogenez.ru}

Миф №2

Львиная доля ископаемых доказательств эволюции человека − подделки.

Подделка и в самом деле была. Лишь однажды. Речь идет о знаменитом пильтдаунском черепе, который «нашел» археолог-любитель Чарльз Доусон в 1912 году. Многие специалисты с самого начала сомневались в подлинности находки, а полное разоблачение произошло в 1953 году. Ни один антрополог вот уже 50 лет не использует в своих построениях череп из Пильтдауна.

^{Копия черепа «пилтдаунского человека»}

^{©wikimedia/ Anrie}

Миф №3

Реконструкции внешнего вида наших обезьяноподобных предков − свидетельство больной фантазии ученых.

Суть этого утверждения, конечно, гласит: «Я не понимаю, как делаются реконструкции – а раз не понимаю, значит это чушь».

Так как же ученые реконструируют внешность по останкам? Методики этого разрабатывались еще с XIX века. В России этим занимался знаменитый ученый и скульптор Михаил Герасимов. Свои выводы он строил на огромной статистике, изучая современных людей и приматов, он выявил закономерности формирования мягких тканей головы в зависимости от особенностей кости. Именно он выполнил классические реконструкции наших предков – от австралопитеков до древних Homo sapiens. Методику его неоднократно проверяли экспериментально. Для чего ученому предлагали по черепу восстановить облик человека, который был ему неизвестен, но известен экспериментаторам (у последних имелись фотографии).

В результате Герасимов выполнял реконструкции, которые очень походили на оригинал. Интересно, что первыми приняли методику ученого криминалисты. Именно поэтому метод Герасимова успешно используется в судебно-медицинской экспертизе уже с 1939 года. И с большим успехом. Вот что пишет по этому поводу сайт знаменитого музея антропологии и этнографии (Кунтскамера) в Санкт-Петербурге: «На территории Ленинградской области, вдали от населенных мест, обнаружили человеческий скелет со следами зубов хищников на костях. Изучение показало, что он принадлежал мальчику 12-13 лет.

Герасимов восстановил по черепу скульптурный портрет, который сфотографировали в разных ракурсах. Для большей убедительности реконструкция была одета в пальто и кепку. Отец сразу, безоговорочно узнал в реконструкции своего сына, указав, однако, что «такого пальто у него никогда не было».

^{Реконструкции ископаемых гоминид, выполненные М.М.Герасимовым}^{©antropogenez.ru}

Миф №4

Датировки древних костей получены сомнительными методами с помощью ряда «непроверяемых допущений».

Чаще всего «сомнительным» считают метод радиоуглеродного анализа. Стоит сразу оговориться, что для того, чтобы определить возраст костей в миллионах лет, этот метод никогда не используют, он подходит лишь для определения даты гораздо более молодых находок.

Есть и другие методы, разработанные за последние 50 лет. Вот неполный перечень:

– Калий-аргонный метод (и его модификация − аргон-аргоновый метод)

– Уран-ториевый метод

– Метод урановых серий

– Метод треков деления

– Термолюминисцентный

– Метод оптически стимулируемой люминесценции («оптический»)

– Метод электро-спин-резонанса и т. д.

Надежность датировки ископаемых всегда проверяется разными методами, независимыми специалистами и в разных лабораториях.

Например, знаменитый скелет австралопитека по имени Люси был проверен на датировку двумя разными экспертами. Первый определял его возраст калий-аргоновым методом, второй − методом треков деления. В итоге первый получил цифру − 2,63 млн лет, а второй − 2,58 млн лет (Дональд Джохансон, Мэйтленд Иди. Люси: истоки рода человеческого. М., 1984 г.). То есть результат практически совпал. Поэтому Люси, хоть и женщина, но обмануть в вопросе своего возраста она никого не сможет, она не моложе 2,5 млн лет.

^{Реконструкция облика Люси, выставленная в Музее Естественной Истории, Вашингтон, США}^{©wikimedia/ Donmatas}

Миф №5

Тот или иной ископаемый предок человека описан по одной-единственной сомнительной находке.

Первые всегда запоминаются лучше, чем третьи, десятые и двадцать пятые. Именно этим антропологи объясняют природу этого мифа. Простой обыватель редко интересуется науками, в том числе и антропологией. Поэтому в его разуме весь багаж научных знаний об австралопитеках сводится к вышеупомянутой «маленькой обезьянке Люси», о которой он «когда-то где-то что-то слышал».

А все потому, что Люси − это одна из первых находок останков афарского австралопитека, сделанная еще в 1974 году. Но помимо Люси общее количество находок австралопитеков исчисляется сотнями.

Миф №6

Чарльз Дарвин в конце жизни отрекся от своей теории.

Подобная легенда очень смахивает на историю о раскаянии еретика. Конечно, не избежал этой участи в умах простых людей и один из самых главных еретиков всех времен и народов − Чарльз Дарвин.

Миф об «отречении Дарвина» впервые появился через много лет после смерти ученого, в 1915 году. Эту душеспасительную историю «духовного преображения великого скептика» опубликовала в американском баптистском издании проповедница Элизабет Хоуп. В частности, дама сообщала, что рассказал ей об ошибке всей жизни якобы сам Дарвин − непосредственно перед смертью.

Впрочем, нравоучительная история ровным счетом ничем не подтверждается. О ней мы не услышим, ни в автобиографии Дарвина, написанной им незадолго до смерти, нет ни одного намека на «отречение» ученого и в воспоминаниях его близких. Кроме всего прочего, дети великого натуралиста (сын Фрэнсис Дарвин и дочь Хенриетта Личфилд) заявили, что никакая Элизабет Хоуп вообще никогда не встречалась с их отцом.

^{Чарльз Дарвин}^{©scienceandliterature.org}

Миф №7

Теория происхождения человека от обезьяны основана на внешнем сходстве человека и обезьяны.

На столь сомнительном методе − внешнем сходстве классификации живых существ − свои выводы строили специалисты, жившие много столетий назад. В те далекие времена, такое млекопитающее, как кит, например, было отнесено к рыбам. Сегодня многочисленные доказательства родства человека с человекообразными обезьянами делятся на:

– Анатомические

– Эмбриологические

– Биохимические

– Генетические

– Поведенческие

– Палеонтологические

Миф №8

Генетически к человеку гораздо ближе свинья, а не обезьяна. Поэтому человеку пересаживают органы свиньи.

Этот миф полностью опровергается данными генетических исследований. Как с точки зрения генетики, так и с точки зрения анатомии, человек был и остается приматом, а не парнокопытным. Если же делать выводы на основании того, какие органы пересаживают человеку, то можно также сказать, что генетически к человеку гораздо ближе мышь, чем свинья. Кстати, именно стволовые клетки мышей, а не свиней, используются сегодня для создания искусственной человеческой кожи.

Почему же тогда самым частым донором нам служит свинья?

Во-первых, дальше пересадки свиного сердечного клапана медицина пока не шагнула. Хотя пересадка целых органов − вопрос, вероятно, близкого будущего.

Во-вторых, дело не только в генетической близости. Для массовой пересадки органов необходимо, чтобы животное-донор обладало следующими характеристиками:

– Было бы хорошо изучено (желательно, давно и широко разводимое в неволе, без неожиданных заболеваний);

– Легко размножалось в неволе (дефицита в органах быть не должно);

– Подходило по размерам;

– «Сырье» должно быть дешевым;

– Эксперименты над этим животным не должны вызывать бурных протестов мирового сообщества.

Понятно, что обезьяна проигрывает свинье по большинству из этих пунктов.

Ежегодно в мире забивают несколько сотен миллионов свиней. В то же самое время общая численность горилл на планете не превышает 15 тыс. особей, шимпанзе – несколько десятков тысяч.

Миф №9

Найденные ископаемые, выдаваемые за предков человека − это просто древние обезьяны либо просто «древние люди».

Формально здесь все правильно. Когда-то наши предки действительно были «еще не людьми», но древними обезьянами. Но грань «люди – обезьяны» стиралась все сильней по мере того, как антропологи находили новые останки.

^{1 - Австралопитек афарский. 2 - Австралопитек африканский. 3 - Homo rudolfensis. 4 - Homo ergaster. 5 - Homo ergaster. 6 - Homo erectus (питекантроп). 7 - Homo erectus (синантроп). 8 - Homo heidelbergensis. 9 - Homo heidelbergensis. 10 - Homo helmei. 11 - Homo sapiens idaltu. 12 - Homo sapiens sapiens}^{©antropogenez.ru}

Миф №10

Большинство ученых во всем мире давно отвергли теорию того, что человек произошел от обезьяны.

Дело в том, что рассуждать об эволюции человека любят многие. Но если разобраться, то ученых, действительно разбирающихся в данной теме и работающих в этом направлении, в нашей стране можно буквально пересчитать по пальцам.

И эти ученые (антропологи, генетики, археологи, приматологи) могут расходиться во мнении по многим частным вопросам, однако в основных положениях: реальности эволюции, происхождении человека от древних человекообразных, в том, что Африка является колыбелью человечества − не сомневается никто.

Процесс эволюции мы можем наблюдать даже сейчас.

E.coli

Ричард Ленски, весьма уважаемый в научных кругах биолог из университета штата Мичиган, выступавший на специальном научном мероприятии, проходившем 26 февраля, считает, что Чарльз Дарвин на самом деле был не совсем точен в некоторых аспектах эволюции. Исследователь смог доказать, что в некоторых случаях процесс эволюции мы можем наблюдать даже сейчас.

Вопросом для Ленски в рамках данного исследования стало утверждение Чарльза Дарвина в своем труде «Происхождение видов» о том, что эволюция — это чрезвычайно медлительный процесс, требующий огромного количества времени даже в случае отдельно взятых изменений конкретного вида, которым они подвергаются из поколения в поколение.

Ленски определил, что процесс эволюции на самом деле можно наблюдать и происходит он в течение десятилетий, а никак не в течение столетий и тысячелетий. К такому выводу биолог пришел после 26-летнего эксперимента по наблюдению за развитием бактерий кишечной палочки (Escherichia coli).

Совершенно ясной вещью в исследовании является то, что морозильные установки, которые применялись для проведения этого эксперимента и наблюдения, работают как своеобразные машины времени, позволяющие ученым взглянуть на процесс эволюции своими собственными глазами. Ленски утверждает, что за 26 лет исследования стал свидетелем рождения и гибели более 59 тысяч поколений бактерий кишечной палочки.

Один из самых долгих научных экспериментов по изучению процессов эволюции начался в далеком 1988 году. Ученый отмечает, что за прошедшее время культуры бактерий увеличились в размерах почти вдвое и показывают более быстрый процесс мутации, чем раньше. Помимо этого микроорганизмы научились более эффективно использовать глюкозу, которая находилась в их среде роста.

Интересным здесь является еще и то, что одно из двенадцати отдельно взятых поколений бактерий образовало, как говорит сам Ленски, новый вид бактерии, способный питаться и существовать в среде, состоящей из производного элемента лимонной кислоты, цитрата, который ученый добавил в растующую бактериальную среду. Как правило, кишечные палочки не могут жить в подобной среде, но отдельно взятая культура, к удивлению ученого, смогла к этому приспособиться.

Выступая на презентации Time Travel in Experimental Evolution, проходившей в Музее минералогии и геологии при Гарвардском университете, Ленски также заявил, что нынешнее поколение бактерий кишечной палочки показывают почти 80 процентов более быстрый рост, по сравнению с теми поколениями бактерий, с которыми ученый начал свою работу 26 лет тому назад.

«Я называю это исследование экспериментом потому, что бактерии, которые я изучаю, продолжают вести себя невероятно интересно для науки. Я надеюсь, что этот эксперимент продолжится и после меня», — делится ученый.

Исследования подобные этому очень важны, так как именно они могу содержать необходимые зацепки для ответов на вопросы о том, как произошли различные живые виды на нашей планете, а также о том, как из «простого» получилось «сложное». Эти вопросы мучили эволюционную биологию на протяжении столетий и, возможно, именно наше поколение стоит на пороге нахождения ответов на них

Как из химического «супа» появились живые организмы?

Эксперимент, в котором вращение наночастиц привело к их самогруппировке в «живые кристаллы», поможет прояснить загадку появления жизни на Земле.

Наночастица в представлении художника ©DIGIZYME, INC.

Исследователи назвали образовавшиеся кристаллы «живыми», поскольку они фактически начали самостоятельно жить, после того как наночастицы сгруппировались согласно нескольким простым правилам.

Шэрон Глотцер и ее группа из Мичиганского университета обнаружили в процессе компьютерного эксперимента, что стоит привести отдельные наночастицы в круговое движение ˗ по или против часовой стрелки ˗ как они начинают собираться подобно кирпичикам в своеобразный архитектурный ансамбль.

Свое открытие ученые сделали пытаясь найти новые методы самоорганизации наночастиц ˗ одно из важнейших направлений современной науки. Когда речь идет об объектах размерами в тысячи раз меньше песчинок, обычная техника построения сложных структур перестает действовать.

Поэтому специалисты по нанонаукам пытаются создать порядок из хаоса, примерно как это сделала природа миллиарды лет назад, создав из неорганических веществ основу современной жизни.

Умение составлять сложные структуры из наночастиц откроет не только новые пути в создании революционных материалов и устройств, но и позволит понять, каким образом из химического супа образовались первые живые организмы.

˗ Шэрон Глотцер, профессор Мичиганского университета

Специалисты считают, что в биологии сложные структуры образуются в первую очередь благодаря энергии, постоянно поступающей в систему. Именно это было проделано и с наночастицами.

Недавно другая группа исследователей обнаружила, что если давать наночастицам энергию для поступательного движения, они начинают самостоятельно группироваться. Шэрон Глотцер и ее коллеги сделали следующий шаг и заставили частицы при этом вращаться.

Оказалось, что при этом развивается коллективная динамика, которая приводит к образованию сложных структур.

Результаты группы Шэрон Глотцер опубликованы в виде статьи в онлайн-издании журнала Physical Review Letters.

Первым животным, возможно, почти не требовался кислород

Оспорена распространённая гипотеза о происхождении животных. Самым древним из них не было нужды дожидаться, пока океаны насытятся кислородом.

Общепринятое мнение гласит, что эволюции животных препятствовала нехватка кислорода в воде. Однако нынешние губки, которые очень близки к первым животным планеты, прекрасно чувствуют себя практически при полном отсутствии кислорода.

По-видимому, самые примитивные животные всё-таки обитали в воде, в которой почти не было этого драгоценного элемента. Иными словами, сначала возникла жизнь, которая создала современные насыщенные кислородом океаны, а не наоборот.

Вам почти не нужен кислород, если вы морской каравай. (Фото WoRMS for SMEBD.)

Даниэль Миллс из Университета Южной Дании и его коллеги достали из насыщенных кислородом вод датского фьорда несколько морских губок Halichondria panicea и поместили их в аквариум, откуда постепенно выкачивали кислород. Даже когда уровень кислорода снизился в 200 раз по сравнению с атмосферным, губки продержались отпущенные им учёными десять дней. Если современные губки могут жить с таким количеством кислорода, то и первые животные тоже могли, почему нет?

Г-н Миллс полагает, что древние океаны были бедны кислородом из-за большого количества мёртвых микроорганизмов, поглощающих кислород в процессе разложения. Некоторые геологи считают, что первые животные (те же губки, например) питались этим материалом и таким образом помогли очистить воду. В результате уровень кислорода вырос, что привело к появлению более сложных форм жизни, которым необходимы большие объёмы кислорода.

Эти выводы согласуются с данными генетиков, замечает Вильям Мартин из Дюссельдорфского университета (ФРГ). Хотя животные появляются в палеонтологической летописи лишь около 600 млн лет назад, когда океаны уже насытились кислородом, ДНК современных животных настолько разнообразна, что генетики говорят о возникновении животных по крайней мере на 100 млн лет раньше, когда кислорода было намного меньше.

Более того, митохондрии многих простых животных способны функционировать при отсутствии кислорода на протяжении значительного времени. И изучением митохондрий губок непременно нужно заняться, говорит г-н Мартин.

Участник эксперимента (фото Daniel Mills / SDU).

Конечно, нельзя быть уверенным, что именно губки были самыми первыми животными, указывает Антонис Рокас из Университета Вандербильта (США). Одно из исследований показало, что гребневики могли появиться ещё раньше. Их эволюционное отношение к губкам дьявольски трудно выяснить. И хотелось бы знать, могут ли гребневики справиться с нехваткой кислорода.

Тимоти Лайонс из Калифорнийского университета в Риверсайде (США) спешит подчеркнуть также, что наличие кислорода не является залогом эволюции. Мы прекрасно знаем, что примерно 2 млрд лет назад произошла «кислородная катастрофа», когда уровень кислорода резко повысился, но сложные формы жизни не возникли. Так что роль губок в истории жизни на планете ещё предстоит выяснить.

Результаты исследования опубликованы в журнале PNAS.

Подготовлено по материалам NewScientist.

Эпигенетический код у растений играет по-крупному

Впервые удалось оценить влияние эпигенетических модификаций на растительный организм. Оказалось, что они определяют такие важные признаки, как время цветения и внешний вид растения.

Эпигенетические модификации ДНК не вносят никаких изменений в последовательность нуклеотидов, зато преобразуют, если можно так сказать, их внешний вид: например, к нуклеотиду цитозину прямо в ДНК можно прикрепить метильную группу, превратив его в метилцитозин. По сути, сам генетический код в этом месте не изменится, мутации как таковой не будет, но активность гена с метилированной регуляторной областью станет другой: метилирование подавляет работу гена. (Тут мы заметим, что эпигенетические способы регуляции генетической активности одним лишь метилированием ДНК не исчерпываются.)

Эпигенетические модификации есть у многих живых организмов, но у животных, например, они обнуляются при передаче генетического материала потомкам — уже в половых клетках ДНК освобождается от модификаций. У растений же, напротив, эти модификации передаются из поколения в поколение, и в этом случае можно с полным основанием говорить об эпигенетическом наследственном коде. Но хотя про сохранность эпигенетического кода у растений известно довольно давно, учёные до сих пор выясняют, насколько влиятельны такие модификации, как много может зависеть от них в жизни растений.

Растения, в отличие от животных, не делают тайны из своего эпигенетического наследования. (Фото Donald M. Jones.)

Пытаясь разобраться с этим, Фрэнк Йоханнес (Frank Johannes) из Гронингенского университета (Нидерланды) и его коллеги из Национального института здравоохранения и медицинских исследований Франции (INSERM) получили несколько линий арабидопсиса (Arabidopsis): все линии были одинаковы генетически, различаясь лишь эпигенетическими маркерами, которые переходили из поколения в поколение. Именно благодаря тому, что растения были одинаковы генетически, но различались эпигенетически, удалось показать, что эпигенетический код влияет на такие важные характеристики, как время цветения и длина первичного корня.

Результаты исследования опубликованы в Science Express.

В данном случае авторы работы наблюдали за растениями на протяжении семи поколений, однако известно, что эпигенетические маркеры у Arabidopsis могут проходить неизменными по меньшей мере через два десятка поколений. Ещё раз скажем, что учёным впервые удалось напрямую показать связь между эпигенетическим кодом и важнейшими признаками растений: наличие или отсутствие тех или иных модификаций сопоставляли как с внешним видом и поведением растений, так и с тем, какие области ДНК несли эти модификации. С одной стороны, эти сведения имеют важное практическое значение — к примеру, для тех, кто занимается селекцией новых сортов сельскохозяйственных растений. С другой — это заставляет задуматься над путями эволюции: ведь отбор может действовать не только на уровне генетических мутаций, но и на уровне эпигенетических модификаций.

Что до животных и человека, то тут вопрос с эпигенетическим наследованием остаётся пока довольно туманным. Есть множество примеров того, что эпигенетическое наследование у животных существует (и что таким образом может передаваться, например, ожирение), но что это за механизмы и как они работают, мы пока не очень себе представляем.

Подготовлено по материалам Гронингенского университета. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Новые ископаемые рыбы свидетельствуют о том, что плавники могли служить задними конечностями

Эволюция задних ног фактически началась с улучшенных задних плавников – таков был сделан вывод в соответствии с новым открытием – хорошо сохранившимся тазом и часть брюшного плавника Тиктаалик (Tiktaalik roseae), переходного вида между рыбой и первыми ходячими животными, жившего 375 млн. лет назад.

Выводы, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences (Труды Национальной академии наук – официальный журнал Национальной академии наук США) бросают вызов существующей теории о том, что крупные, мобильные задние придатки развились после того, как позвоночные перешли на землю.

Тиктаалик был впервые обнаружен в 2004 году Нилом Шубиным (Neil Shubin), палеонтологом и профессором Чикагского университета, Эдвардом Дешлером (Edward Daeschler), руководителем отделения зоологии позвоночных животных из Академии Естественных Наук в Филадельфии, и Фаришем Дженкинсом-младшим (Farish A. Jenkins, Jr.), доктором наук из Гарвардского университета. Вид является переходным звеном между рыбами и наземными четвероногими.

Тиктаалик представляла собой кистеперую рыбу с широкой плоской головкой и острыми зубами, похожими на смесь рыбы и крокодила. Рыба могла вырасти длинной до 9 футов (2,74 м). Наряду с жабрами, плавниками и чешуей, Тиктаалик обладала чертами, свойственными «тетроподам» (четвероногим), такими как подвижная шея, прочная грудная клетка и примитивные легкие. У рыбы также имелись плечи, локти и частичные запястья на её больших передних плавниках, позволявших поддерживать себя на земле.

Однако до сих пор исследователи имели более менее точные представления лишь о передней части рыбы, и лишь новая находка пролила свет на заднюю. Она содержит таз, а также частично сохранившийся плавник. Обнаруженная окаменелость позволила напрямую сравнить передние и задние конечности.

Ученые сочли этот таз уникальным, ведь он не только походил на некоторых ранних тетраподов, но и был почти идентичен по размеру плечевого пояса, что также является характерной чертой для «четвероногих». Рыба также обладала подвижным тазобедренным суставом и мобильными бедренными костями. О прочности и функциональности конечностей говорит наличие гребней.

«Это удивительная тазовая кость, она опровергает наше представление о том, как развивались конечности позвоночных», сказал Дешлер. «Тиктаалик сочетал в себе примитивные и прогрессивные функции. Многое свидетельствует о том, что они обладали достаточно широким спектром двигательного поведения, например то, что рыбы, судя по всему, с помощью плавников ходили по дну, а также использовали их в качестве весел во время плаванья».

Развитие мозга человека - симфония в трех частях

Мозг человека развивается "как по часам", и совершенно особые формы генной деятельности отмечают всю его жизнь, от утробы матери до взрослого возраста - пишут ученые из Йеля в журнале Neuron.Они провели крупномасштабный анализ активности генов в новой коре головного мозга(или неокортексе - области, отвечающей за восприятие, поведение и познавательные процессы) на разных стадиях развития.

Развитие мозга человека - симфония в трех частях

Оказывается, структура участков мозга в общих чертах складывается в первые шесть месяцев после зачатия, отмеченных "взрывной" деятельностью генов. Начиная с третьего триместра беременности наступает затишье (интермиссия): большинство генов, отвечающих за конкретные участки мозга, "выключаются" - кроме тех, что устанавливают связи между зонами неокортекса. Потом, на исходе детства и в начале взрослой жизни, генный оркестр снова играет в полную силу, что позволяет "достроить" архитектуру участков неокортекса, которые начинают выполнять всё более специализированные задачи.

Развитие нашего мозга похоже на песочные часы: перерыв в деятельности генов зажат между двумя бурными периодами экспрессии, рассказывает профессор нейробиологии Ненад Сестан (Nenad Sestan). Крайне любопытно, что развитие мозга обезьян не соответствует этой модели "песочных часов" - то есть, она вполне может описывать именно уникальность нашего мозга.

Результаты исследования подчеркивают, насколько важно правильное взаимодействие между генами и внешней средой в первые несколько лет после рождения ребенка, когда устанавливается синхронность синаптических связей между клетками мозга. Это в значительной степени определяет, как структуры мозга будут использоваться в дальнейшей жизни человека, утверждает Сестан. Нарушения в синхронизации синаптических связей в раннем детстве - один из факторов аутизма.

По выражению Сестана, мозг человека похож на городские кварталы - важнее кто в них живет, чем какие там здания. "Кварталы быстро строятся, а потом всё замедляется, и неокортекс занимается исключительно развитием внутренних связей, совсем как электроэнергетическая система. Потом, когда участки мозга уже синхронизированы, кварталы начинают обретать свой индивидуальный облик, становятся "маленькой Италией" или "Чайнатауном", - рассказывает Сестан.

http://news.yale.edu/2013/12/26/human-brain-development-symphony-three-movements

Исчезновение Y-хромосомы отменили

Y-хромосоме исчезнуть, по-видимому, не суждено: она содержит действительно необходимые для мужского организма гены, которые были отобраны эволюцией и которые нельзя ни убрать, ни даже отредактировать.

У человека в геноме есть две половые хромосомы, Х и Y, и каждая из них должна иметь набор генов, одинаковых по функциям. Так оно когда-то и было, но со временем 90% генов, общих между X- и Y-хромосомами, у мужской хромосомы исчезли. Когда биологи обнаружили это, появилась гипотеза о том, что Y-хромосоме вообще суждено исчезнуть: не завтра и не послезавтра, конечно, но за 5 млн лет. По эволюционным меркам срок вполне небольшой.

Эта гипотеза неизменно пользуется повышенным вниманием, даже со стороны тех, кто биологией интересуется мало. Ну действительно, как же так, была Y-хромосома — и вдруг её нет! Всё-таки один из символов мужественности, или, если угодно, маскулинности. Причём часто эту гипотезу трактуют весьма вольно, злоупотребляя заголовками типа «Будущее без мужчин» и т. п. Но при этом не учитывается, что у некоторых грызунов Y-хромосомы вообще нет, а раздельнополость они тем не менее сохранили. Кроме того, не так давно выяснилось, что для мужской плодовитости вообще достаточно всего двух генов с Y-хромосомы. То есть даже если мужская хромосома исчезнет, она не обязательно утянет за собой и сам мужской пол.

За миллионы лет эволюции Y-хромосома оставила себе всё только самое лучшее. (Фото everything_i_do_i_do_it_for_49.)

Однако Расмус Нильсен (Rasmus Nielsen) из Калифорнийского университета в Беркли (США) и его коллеги пошли ещё дальше: они заявили, что никакого исчезновения Y-хромосомы вообще нет. Учёные сравнили мужские половые хромосомы у восьми европейцев и восьми африканцев, сопоставили изменчивость генов Y-хромосомы между собой, с другими хромосомами и с митохондриальной ДНК — и предложили собственную версию развития половых хромосом.

Примерно 200 млн лет назад, когда звери были на Земле ещё новичками, они имели в геноме предков XY-хромосом, которые мало чем отличались от других хромосомных пар. В каждом поколении Х и Y обменивались генами, и так продолжалось до тех пор, пока в Y-хромосоме не стали скапливаться «мужские» гены, которые мало что оказывались прописаны тут намертво, так ещё и притягивали за собой других. Эти гены, отвечающие за формирование семенников, сперматозоидов и проч., плохо вели себя в женском организме, так что в конце концов X и Y перестали ими обмениваться.

А это означало, что при появлении в мужской хромосоме дефекта его уже нельзя было исправить за счёт похожего гена в Х-хромосоме (у самих Х-хромосом эта возможность оставалась). Повреждённые куски со временем просто отваливались от Y-хромосомы. То есть в деградировавшей мужской хромосоме остались лишь универсальные здоровые варианты генов. В отличие от других, Y-хромосомы у разных людей намного более похожи друг на друга, даже если брать такие разновозрастные популяции, как африканцы и европейцы. По словам авторов работы, мужские хромосомы оказались больше похожи друг на друга, чем можно было бы ожидать.

Однако тут возможны две причины такого единообразия мужской хромосомы: либо её передавали в следующее поколение очень немногие мужчины, либо в размножении участвовали все, но саму хромосому «обтесал» естественный отбор. По первому варианту выходило, что размножаться должен был только один из четырёх мужчин на протяжении всей истории человечества, а это противоречит данным по вариациям во всех остальных хромосомах.

То есть Y-хромосома стала такой, какой она есть, в результате жёсткого естественного отбора, который вычищал все мутации вместе с их владельцами. Ни одна мутация тут уклониться от ока эволюции не могла: мужская половая хромосома оказалась лишена партнёра, гены которого смогли бы выполнить работу нефункциональных Y-генов.

Иными словами, авторы работы не отрицают, что когда-то деградация мужской хромосомы шла полным ходом. Но потом она остановилась — просто потому, что дошла до своего предела. И отсюда же следует, что Y-хромосома вовсе не так бесполезна, как об этом иногда говорят: являясь бесполезной, она не была бы столь единообразна у разных индивидуумов. Спрашивается, почему такие работы не проводились раньше, однако сами учёные говорят, что межпопуляционные исследования относительно Y-хромосомы только начинаются. Кроме того, такие исследования хорошо бы подкреплять сведениями по другим видам млекопитающих, однако, хотя на сегодня секвенированы геномы 36 видов, а полностью Y-хромосома прочитана только у трёх.

И вот ещё что. В позапрошлом году мы писали о том, что скорость исчезновения мужской хромосомы сильно преувеличена: за 25 млн лет она потеряла всего один ген. Возможно, это косвенным образом свидетельствует в пользу того, что её деградация просто-напросто давно остановилась или останавливается.

Результаты исследования опубликованы в PLoS Genetics.

Подготовлено по материалам Калифорнийского университета в Беркли. Изображение на заставке принадлежит Shutterstock.

Кирилл Стасевич

Итоги 2013:
Живые и эволюционирующие

Под сенью эволюционных сил животные и растения делают то же, что и люди, — общаются друг с другом, любят друг друга и, разумеется, убивают друг друга.

Читать полностью- http://compulenta.computerra.ru/chelovek/biologiya/10010726/

Расплетатель генома за работой

Российские ученые изучили вирус артрита лошадей — родственника коронавируса MERS, — что поможет понять эволюцию жизни

Наши знания о вирусах рудиментарны, говорит специалист

Вирус артрита лошадей, отдаленные родственники которого вызывают респираторные заболевания человека, изучен биологами из России, Нидерландов и Китая. Это знание важно для понимания развития жизни на Земле, а также для разработки новых противовирусных лекарств.

Статья Александра Горбалени, сотрудника факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М.В. Ломоносова и Медицинского центра Лейденского университета в Нидерландах, и его коллег опубликована в журнале Nucleic Acids Research. Биологи изучали фермент хеликазу артеривируса. Хеликазы играют очень важную роль в жизненном цикле как клеток, так и вирусов, обеспечивая расплетание двух цепочек молекулы нуклеиновых кислот (ДНК, РНК).

«Хеликазы — это ферменты, которые переводят двуцепочечную форму нуклеиновых кислот в одноцепочечную, — поясняет Александр Горбаленя. — Например, двухцепочечная ДНК, будучи формой хранения генетической информации, содержит две копии этой информации. Если вы знаете одну цепочку, то вы можете восстановить другую цепочку по принципу комплементарности . Это матричный процесс, как в типографии. У большинства клеточных организмов две копии сохраняются физически вместе, что повышает надежность хранения. Но в такой форме информация закрыта, неактивна.

Двуцепочечная ДНК — это закрытая книга. Чтобы ее открыть и начать читать, надо эти копии расплести. За это и отвечают хеликазы».

Геном артеривирусов состоит из одноцепочечной РНК. Однако хеликаза нужна и вирусам, так как их РНК реплицируется и строит на матрице вторую цепочку. Двухцепочечная РНК имеется в клетке, она только не пакуется в вирионы. Но и ее кто-то должен расплетать, как объясняет Горбаленя.

Изучавшийся генетиками артеривирус принадлежит к большому отделу нидовирусов. К этому же отделу относятся гораздо более широко известные коронавирусы , названные так за вирион в форме солнечной короны, наблюдающейся во время затмений. Коронавирусами, в частности, являются вирус атипичной пневмонии человека SARS-коронавирус (эпидемия 2003 года) и возбудитель ближневосточной респираторной инфекции человека MERS-коронавирус, эпидемия которого продолжается на Ближнем Востоке с прошлого года.

Для большинства людей вирусы ассоциируются исключительно с болезнями. Однако вирусологи строят эволюционные деревья вирусов исходя не из заболеваний, ими вызываемыми, а из сходства вирусных геномов. «Одни и те же болезни могут быть вызваны совершенно разными вирусами, не имеющими ничего общего между собой, — говорит Александр Горбаленя. —

Они могут различаться настолько, насколько различаются между собой Е. coli и человек».

По его словам, наши знания о вирусах рудиментарны.

Коронавирусы, артеривирусы и другие группы нидовирусов привлекают внимание биологов тем, что у них очень большой РНК-геном. Также они интересны потому, что сегодня уже почти никто не сомневается: мир РНК возник на планете до мира ДНК.

Ученые полагают, что изучение РНК-генома вирусов поможет понять, как возникла и развивалась жизнь на ранних этапах эволюции.

В своих исследованиях биологи впервые показали, как регулируется работа вирусной хеликазы на молекулярном уровне. Они провели рентгеноструктурный и другие анализы хеликазы и описали пространственную структуру фермента, включая его регуляторную часть, содержащую несколько атомов цинка. Авторы использовали программное обеспечение для анализа вирусных геномов, разработанное учеными из МГУ. Они пришли к выводу, что хеликаза артеривируса структурно похожа на клеточные хеликазы, которые участвуют в обеспечении контроля качества матричных РНК. И предположили, что нидовирусы могут использовать хеликазу для отбраковки дефектных РНК-геномов.

«Знание, которое было нами получено, имеет отношение к пониманию фундаментальных вопросов молекулярной биологии вирусов и клетки, — подытоживает Александр Горбаленя. — Мы также надеемся, что наши результаты будут стимулировать разработку противовирусных препаратов, поскольку вирусные ферменты являются излюбленными мишенями для антивирусных лекарств. Например, терапия против ВИЧ основана на использовании таких лекарств. Однако путь от пространственной структуры фермента до практических результатов, как правило, очень долгий».

Материал подготовлен отделом науки «Газеты.Ru» и МГУ в рамках сотрудничества с Фестивалем науки. Надежда Маркина

Медики: новый коронавирус MERS-CoV — «глобальная угроза человечеству»

Оригинал взят у

macroevolution в Неандерталка из Денисовой

В 11-ом слое Денисовой пещеры, кроме фаланги мизинца девочки (давшего полный ядерный и мт-геном денисовского человека) и зуба (еще один денисовский мт-геном) в 2010 году нашли проксимальную фалангу пальца ноги - очень массивную, сочетающую признаки неандертальцев и архаичных сапиенсов из пещеры Схул (см. об этой фаланге.). Она была найдена в самой нижней части слоя, поэтому она может быть более древней, чем первые две находки.

И вот из этой фаланги пальца ноги Паабо и его команда сумели тоже извлечь полный ядерный геном (Prüfer et al., 2013. The complete genome sequence of a Neanderthal from the Altai Mountains). Стоило бы написать об этом полноценную новость для "Элементов", но не получится, поэтому пишу здесь - очень конспективно, чисто чтобы не забыть и иметь ссылки под рукой.

( Read more... )

Вселенная внутри нас: Нил Шубин о природе времени и образовании Луны

Автор бестселлера «Внутренняя рыба» профессор биологии Чикагского университета и член Национальной академии наук США Нил Шубин в своей новой книге «Вселенная внутри нас» пересказывает — буквально с космическим размахом — историю человечества, начавшуюся еще в момент Большого взрыва. Вот отрывок из его книги.

4,5 миллиарда лет

Перемещение в машине времени на четыре с половиной миллиарда лет назад было бы не только сверхъестественным, но и опасным. Чтобы выжить в атмосфере без кислорода и под кислотными дождями, понадобились бы такие скафандры, которых пока не создала современная технология. Постоянное падение с неба камней и льда иногда разогревало поверхность Земли до тысяч градусов по Фаренгейту. Никаких океанов при такой температуре появиться, конечно, не могло: жидкая вода могла возникать, однако она вскоре испарялась. Возможно, вы надеетесь хотя бы увидеть дивные лунные ночи? Забудьте об этом. Луны еще нет.

Следы превращения того странного мира в современный, можно обнаружить на разных небесных телах Солнечной системы. Шесть космических аппаратов, спускавшихся на Луну, доставили нам пробы грунта. С помощью миниатюрных наборов геологических инструментов были собраны образцы камней из кратеров вулканов, с возвышенностей и низин лунной поверхности. Эти образцы теперь хранятся в жидком азоте в Хьюстоне и Сан-Антонио. Несколько небольших фрагментов были подарены высокопоставленным иностранным гостям, а еще несколько выставлены на обозрение публики. Основная масса камней (около трехсот пятидесяти килограммов) все еще остается неизученной. Но те образцы, которые побывали в лабораториях, помогли узнать много интересного о происхождении нашего мира.

Один из наиболее важных фактов состоит в том, что камни с Луны совершенно обычны и для Земли. По структуре и составу лунные камни ближе всего к земным по сравнению с любыми другими в Солнечной системе. Один общий признак интересен особенно. Атомы кислорода могут существовать в разных формах — в зависимости от числа нейтронов в составе ядер. Измеряя содержание тяжелых и легких атомов кислорода в камнях, можно определить один очень показательный параметр. Камни в составе каждого небесного тела в Солнечной системе характеризуются определенным соотношением тяжелых и легких атомов кислорода, поскольку содержание кислорода в камнях зависит от их расстояния от Солнца в момент формирования. Так вот, соотношение изотопов кислорода в лунных и земных камнях практически одинаковое, и это говорит о том, что Земля и Луна сформировались на одном расстоянии от Солнца — возможно, на одной и той же орбите.

«Согласно одной из наиболее интересных современных теорий, образование Луны можно сравнить с гонками на выживание — популярным в 70-х годах автоспортом, в котором спортсмены намеренно (и без всякой жалости к технике) сталкивались друг с другом».

Тем не менее между земными и лунными камнями существует очень важное различие. Лунные камни почти не содержат определенной группы атомов — так называемых летучих элементов. Эти элементы — водород, сера и азот — обладают одним общим свойством: они имеют тенденцию испаряться при повышении температуры (отсюда их название). В далеком прошлом лунные камни по какой-то причине разогрелись до такой степени, что утратили летучие компоненты. О чем же это свидетельствует?

Согласно одной из наиболее интересных современных теорий, образование Луны можно сравнить с гонками на выживание — популярным в 70-х годах автоспортом, в котором спортсмены намеренно (и без всякой жалости к технике) сталкивались друг с другом (выигрывал последний автомобиль, сохранивший способность двигаться) так, что детали летели во все стороны.

Подобный характер соударений может служить моделью, описывающей происхождение системы Земля — Луна. Более четырех с половиной миллиардов лет назад крупный астероид (возможно, размером с Марс) столкнулся с формировавшейся Землей. И, как в гонках на выживание, это привело к выбросу легких частей каждого небесного тела и к слиянию их более тяжелых частей. Пыль и мелкие обломки, лишившиеся летучих элементов, стали вращаться вокруг Земли в виде диска. Со временем обломки слились в Луну. Центральные части двух небесных тел не разлетелись, а из–за сильного удара разогрелись, перешли в полужидкую форму — и позднее остыли, образовав новое ядро Земли. В результате удара ось вращения Земли сместилась на 23,5°.

Сначала на одной солнечной орбите находились два крупных небесных тела. После столкновения они превратились в Землю и Луну, которые с тех пор кружатся вместе в орбитальном танце, влияя своим гравитационным полем друг на друга. Согласно законам физики, скорость суточного вращения Земли связана с месячным оборотом Луны. Влияние этого события на нашу жизнь очевидно и глубоко: длительность суток и месяцев, как и смена времен года, непосредственно связаны с рождением системы Земля — Луна. Все часы и календари на планете, как и клетки нашего тела, несут следы катастрофы, случившейся 4,5 миллиарда лет назад.

Следим за временем

У римлян был эффективный способ контроля над чиновниками в отдаленных, беспокойных областях империи. Вместо того чтобы перекраивать округа, помогая своим сторонникам и наказывая непокорных, Цезарь и его приближенные перекраивали календарь. Представитель в таком-то регионе лоялен? Добавим к его сроку несколько дней. Или, напротив, выказывает строптивость? Укоротим ему год. Метод оказался удивительно эффективным, однако со временем он не только децентрализовал календарь, что усложняло управление государством, но и привел к тому, что возникла невозможная путаница политических событий и дат.

Причина всех этих сложностей заключается в самом характере движения Земли в космосе. Мы все проходим астрономию в школе, но к моменту поступления в университет большинство забывает законы движения планеты. Недавно социологи попросили студентов Гарварда ответить, почему происходит смена времен года. Более 90% опрошенных ответили неправильно. Смена времен года не имеет отношения ни к тому, сколько света получает Земля летом и зимой, ни к тому, что Земля вращается вокруг своей оси, ни к тому, что она приближается к Солнцу либо удаляется от него.

Со времен Коперника известно, что Луна вращается вокруг Земли, а Земля вращается вокруг Солнца, причем земная ось сохраняет наклон 23,5°. Угол падения солнечного света на Землю в разных участках земной орбиты разный. Там, где свет падает прямо, день долгий и тепло (это лето), а там, где свет падает под наклоном, день короче и холоднее (это зима). Смена времен года определяется не просто вращением Земли вокруг Солнца, а постоянным наклоном земной оси при вращении.

«В мире есть часы, которые не связаны ни с какими условностями и не зависят от политической или экономической ситуации. Таким счетчиком является наша ДНК».

Наша жизнь зависит и от вращения Земли вокруг Солнца, и от вращения Луны вокруг Земли, поэтому календарь может быть построен по-разному. Конечно, длительность года определяется вращением Земли вокруг Солнца. Зная, какой день в году самый длинный, а какой короче всех, мы можем разделить год на месяцы в зависимости от смены времен года. Другой способ построения календаря основан на положении Луны, меняющей фазы от полнолуния к новолунию в двадцатидевятидневном цикле. К сожалению, мы не можем синхронизировать лунный календарь с сезонным (солнечным), потому что количество лунных циклов нельзя прямо связать с количеством солнечных циклов.

Как быть? Приходится вводить поправку. Юлианский календарь предусматривал, что каждый четвертый год является високосным. Католическую церковь это не устраивало из–за «миграции» дня Пасхи. Чтобы исправить ситуацию, в 1582 году папа Григорий VIII ввел в обиход новый календарь. Италия, Испания и некоторые другие страны приняли его немедленно после оглашения папской буллы, так что 4 октября 1582 года стало 15 октября и одиннадцать дней потерялись. Другие страны действовали по-разному. Например, Британия и ее колонии приняли новый календарь лишь в 1752 году. Важнейший вопрос, который приходилось улаживать, естественно, касался даты сбора налогов.

Годы, месяцы и сутки хотя бы теоретически определяются поведением небесных тел, а вот минуты и часы — это простая условность. В неделе семь дней лишь по той причине, что Библия рассказывает о шести днях творения и седьмом дне, предназначенном для отдыха. Час разделен на шестьдесят минут, а минута на шестьдесят секунд исключительно для нашего удобства. В Древнем Вавилоне система исчисления основывалась на числе 60. Это удивительное число делится на 2, 3, 4, 5 и 6.

Люди всегда внимательно следили за временем. Временные интервалы в нашей жизни определяются как цикличностью небесных событий, так и потребностями общества. Когда строительство жилищ, охота, да и само выживание зависели от времени суток и сезона, люди определяли время по Солнцу, Луне и звездам. Другие ранние приспособления для измерения времени основывались на действии силы тяжести, например песочные или водяные часы (появившиеся в Египте в 4000 году до н. э.). Постепенно потребность следить за временем эволюционировала. В частности, необходимость разделения периодов времени на более мелкие отрезки связана с развитием общества, торговли и транспорта. Нашим пещерным предкам идея разделения времени на секунды казалась бы столь же непонятной, как реактивный самолет.

Но в мире есть часы, которые не связаны ни с какими условностями и не зависят от политической или экономической ситуации. Таким счетчиком является наша ДНК. На протяжении длительных отрезков времени изменения в последовательности ДНК происходят практически с регулярной частотой. Это означает, что сравнительный анализ ДНК двух видов организмов позволяет узнать время их расхождения: чем сильнее различаются последовательности ДНК, тем дольше они существуют как независимые виды. На примере циркона мы увидели, что атомы в составе горных пород тоже могут рассказать о времени. Зная соотношение разных вариантов урана, аргона или свинца, можно сказать, как давно образовались минералы в составе горной породы.

Интересно, что часы в камнях и в живом организме связаны. И те, и другие являются частью одного планетарного и солнечного «метронома». Сравнение ДНК людей, животных и бактерий показывает, что все эти виды произошли от общего предка, жившего более трех миллиардов лет назад. Примерно к этому же времени относятся самые ранние из найденных окаменелостей. Такое совпадение временных показателей, полученное при анализе ДНК и камней, тем удивительнее, что все это время камни нагревались и перемещались, а ДНК мутировала, эволюционировала и перераспределялась между видами. Согласованный ход этих двух видов часов говорит о справедливости наших гипотез. Более того, различия в показаниях «часов» могут стать источником новых предсказаний. Поговорим, к примеру, о китах. Это одни из самых необычных обитателей планеты: гигантский размер, дыхательное отверстие в середине головы, уши-гидролокаторы, странные конечности, позвоночник и хвост. Однако ученым давно известно, что ближайшими родственниками китов являются млекопитающие: у китов имеются остатки волосяного покрова, у них есть молочные железы и многие другие признаки млекопитающих. Какие именно млекопитающие — самые близкие родственники китов? Когда киты покинули сушу? Анализ ДНК показывает, что киты, скорее всего, произошли от парнокопытных животных, таких как гиппопотамы и олени. Различия в последовательностях ДНК говорят, что отделение ветви китов произошло около пятидесяти пяти миллионов лет назад. Это знание стало источником новых вопросов для палеонтологов. Мало того, что на тот момент не было найдено никаких окаменелостей, подтверждающих этот переход: не было вообще никаких ископаемых животных столь древнего возраста, напоминающих китов. Этот пробел стал импульсом для новых поисков. В результате палеонтологи обнаружили в горных породах, возраст которых превышает пятьдесят миллионов лет, скелеты китов с таким же строением костей задних конечностей, как у гиппопотамов и их родственников. Напомню, что эти открытия были сделаны в результате сравнения показаний часов, заключенных в ДНК и горных породах.

«Отколите кусочки от камней вдоль дороги в Айове, в Техасе или в Канаде — и вы увидите кораллы, которые сотни миллионов лет назад процветали в морях. На древних коралловых рифах стоит Чикаго».

В телах живых существ и в камнях есть не только часы, но и календарь. Взгляните на срез коралла — и вы увидите, что в его стенках чередуются светлые и темные полосы. По мере роста коралла на его скелете нарастают новые слои минерального вещества (это похоже на штукатурку на стене). Формирование минерала зависит от количества солнечного света, так что различие слоев отражает длительность светового дня. Образование минерального слоя быстрее происходит летом, когда дни длиннее, и медленнее — зимой, когда дни короче. Поэтому полосы, образовавшиеся в летние месяцы, толще. Подсчитайте число слоев внутри любого годового цикла. Знаете, что получится? 365. Скелет коралла может служить календарем, в котором отмечен каждый день года.

Таким образом, кораллы не только являются великолепным украшением подводного мира. Они дают нам возможность заглянуть в прошлое. Отколите кусочки от камней вдоль дороги в Айове, в Техасе или в Канаде — и вы увидите кораллы, которые сотни миллионов лет назад процветали в морях. На древних коралловых рифах стоит Чикаго. Рифы рассказывают о том, как изменилось само время. Посмотрите на кораллы, возраст которых составляет четыреста миллионов лет, и вы увидите в их стенках четыреста слоев. Это означает, что год тогда состоял не из 365, а из 400 дней. Как это произошло? Длительность года определяется вращением Земли вокруг Солнца, и четыреста миллионов лет назад дни, видимо, были короче нынешних. Подсчеты показывают, что сутки тогда составляли примерно 22 часа.

Как замедляющийся волчок, Земля с каждым годом вращается все медленнее. От этого и увеличивается день. При вращении планеты вода в океанах смещается и тормозит планету. Вот почему сегодняшний день на две миллисекунды длиннее вчерашнего.

Inna German

Что вызвало стремительное развитие человеческого интеллекта?

За 200 тыс. лет эволюции Homo sapiens произошло нечто экстраординарное. Каким-то непонятным образом из сметливых обезьян с каменными орудиями труда мы превратились в невероятно блестящие умы, которые оперируют сложным языком и управляют планетой с помощью сельского хозяйства и техники. Как начинался тот интеллектуальный взрыв, который антропологи называют «человеческой революцией»?

Пожалуй, одна из крупнейших загадок нашей эволюции состоит в том, как возникла символическая культура: под этим всеобъемлющим термином подразумеваются и язык, и искусство, и личные украшения, и обряды (например, похоронные). Символическая культура — это то, что отличает людей от других видов, и тем не менее она старше человека разумного. Каменные орудия, использование огня, искусство — всё это появилось в Африке намного раньше. Например, человек прямоходящий метал дротики и изготавливал яркую краску за тысячи лет до нас.

Охотники и слоны: наскальное искусство горного массива Седерберг на юге Африки (фото Wikimedia Commons).

Следовательно, вопрос ставится таким образом: когда подобная символическая деятельность начала определять человечность? Ответить на него непросто, и, возможно, мы никогда не сможем собрать достаточно сведений и выстроить окончательную хронологию. Тем не менее на этот счёт есть две теории. Одна говорит, что человечество совершило большой культурный скачок приблизительно 60–80 тыс. лет назад, когда люди неслись во весь опор из Африки в Евразию. Другая гласит, что культура развивалась постепенно, в Африке, на протяжении всего периода существования человека разумного.

Термин «человеческая революция» приписывается антропологу Полу Мелларсу, который в 2007 году заявил, что это событие было «эпизодическим ускорением изменений» 60–80 тыс. лет назад, непосредственно перед тем, как средний палеолит сменился верхним. По этой причине эпоху перемен иногда называют революцией верхнего палеолита.

Наскальная живопись из Алжира (фото Patrick Gruban).

Судя по археологическим находкам, люди к тому времени далеко ушли от своих предков в том, что касается технической сложности. Мы стали пользоваться не только камнем, но и костью, причём орудия получили узкую специализацию для самых разных видов деятельности. Люди ловили рыбу, переносили цветные раковины на огромные расстояния (скорее всего, они высоко ценились как украшения), нагревали красители для получения красок, выжигали землю вокруг стоянок, поощряя рост полезных растений, хоронили мёртвых с вложениями в могилу и наносили геометрические узоры на стены пещер.

Есть сведения, что одновременно с этим люди стали жить более крупными группами, иерархическая организация общин усложнилась, и это больше не были стаи бродячих охотников и собирателей. «Революционеры» направились из Африки в Евразию и со временем ассимилировали или вытеснили другие популяции — неандертальцев, денисовцев и всех остальных.

Костяной наконечник из мезолитического слоя пещеры Перс (а); костяные орудия Стилбейской индустрии из пещеры Бломбос (b–g), в том числе шилья (b–e) и наконечники (f–g); линии, вырезанные на орудиях c и g (h и i соответственно); фрагмент кости с гравировкой (j). Изображение Christopher Henshilwood.

Что же стало причиной революции? Г-н Мелларс не знает. Возможно, сыграла роль некая генетическая мутация, быстро распространившаяся по всей Африке. Или «экономические и демографические обстоятельства в условиях быстрого изменения климата и окружающей среды». Действительно, то было время резкого похолодания, вызванного отчасти извержением супервулкана Тоба на Суматре, которое произошло примерно 74 тыс. лет назад. Не исключено, сыграли роль оба фактора сразу.

Г-н Мелларс сравнивает революцию верхнего палеолита с неолитической, которая 10–13 тыс. лет назад привела к быстрому развитию сельского хозяйства и городов. На пару с антропологом Офером Бар-Йосефом они видят в этой параллели свидетельство того, что культура развивается скачкообразно. Эпохи акселерации сменяются периодами относительной стабильности и даже регресса.

В общем, символическое поведение, по их мнению, было результатом революционных перемен. Этим объясняется изобилие произведений искусства и сложных орудий в слоях верхнего палеолита по всему миру.

Охотники на оленей эпохи палеолита.

Однако в последнее время выросло количество находок, говорящих о том, что символическая культура существовала задолго до гипотетического периода акселерации. В связи с этим антропологи Салли Макбреарти и Элисон Брукс полагают, что никакой революции не было. В Африке и на Ближнем Востоке гоминины готовили краску и хоронили мёртвых символическим образом более 180 тыс. лет назад. Обмену на большие расстояния и добыче раковин по меньшей мере 100 тысячелетий. Бусам из скорлупы страусиных яиц — 75 тыс. лет.

В дополнение к этому Элисон Джордж пишет в журнале New Scientist о том, что ген FOXP2, связанный с человеческим общением, появился у нас 170 тыс. лет назад. Археолог Йохан Линд и вовсе считает, что «современный разум» мог возникнуть ещё 500 тыс. лет назад — у человека прямоходящего. Действительно, Homo erectus уже использовал орудия труда и огонь.

Чатал-Хююк — поселение эпохи неолита на территории совр. Турции. Ок. 6500–6000 г. до н. э.

Г-жа Макбреарти и другие указывают на то, что около 130 тыс. лет назад уровень моря повысился и драгоценные археологические слои оказались смыты с побережья Южной Африки. Возможно, именно этим и объясняется сравнительно небольшое количество находок, относящихся к предшествующим временам. Если мы соединим африканскую историю символизма с более поздней евразийской, то получим, по мнению г-жи Макбреарти, картину очень постепенного развития культуры, безо всяких скачков.

Г-н Мелларс основывает свою концепцию на евразийских находках. Но революция не может быть результатом переселения, считает г-жа Макбреарти. В основе культуры мигрантов то, что было приобретено ими на родине, то есть в Африке.

Возможно также, что Африка вовсе не была центром развития культуры. В испанской пещере Эль-Кастильо обнаружены изображения, которым примерно 40 тыс. лет. По некоторым оценкам, к тому времени человек разумный, шедший с востока, ещё не добрался до этих мест. Кто же был автором этих замечательных животных, отпечатков ладоней и загадочных узоров из точек? Неужели неандертальцы? Неужели символической культурой обладали и те, кого мы привыкли считать тупоумными «качками», которых наши предки без труда согнали с насиженных мест?

Хронология человеческих достижений, по Макбреарти.

Если принимать гипотезу о том, что символизм появился до «человеческой революции», то ответ вполне может оказаться утвердительным. Гоминины покидали Африку задолго до того, как это сделал человек разумный, и предки неандертальцев могли принести символическое поведение в Испанию, пока Homo sapiens развивал его на юге Африки. И тогда становится понятным, почему человек разумный ладил с другими видами, попав в Евразию. Возможно, параллельно с межвидовым скрещиванием имела место интеграция культур: хотя сапиенсы существенно превосходили своих новых соседей по многим параметрам, в своей символической основе культуры были схожи.

Учёные, которые не поддерживают ни тот ни другой лагерь, склоняются к промежуточной точке зрения. Вероятнее всего, символическое поведение действительно развивалось на протяжении сотен тысяч лет, но именно человек разумный пришёл к наиболее сложным его формам. Их переняли другие виды и распространили по свету ещё до того, как сапиенсы покинули Африку. Когда же исход состоялся, культурный обмен с неандертальцами и денисовцами привёл к более или менее резкому скачку культурного развития.

Нельзя отрицать того, что время от времени развитие культуры действительно ускоряется, и тут можно вспомнить не только неолит, но и промышленную революцию. В то же время глупо отрицать, что в периоды между этой акселерацией не изобретается ничего важного. Бывает так, что проходит немало времени между появлением чего-то нового и его повсеместным распространением. Возможно, то, что некоторым кажется революцией верхнего палеолита, в действительности было периодом широкого внедрения давно изобретённых технологий.

Изделия людей, живших в пещере Бордер на юге Африки 44 тыс. лет назад. До недавнего времени считалось, что подобные «колечки» человек начал изготавливать на 20 тыс. лет позднее. (Фото Lucinda Blackwell.)

Наскальная живопись из пещеры Эль-Кастильо. Некоторые видят здесь лодки.

Подготовлено по материалам io9.

Дмитрий Целиков

Лауреат Нобелевской премии "оживил" искусственную протоклетку

Лауреат Нобелевской премии Джек Шостак «оживил» созданную им ранее искусственную «протоклетку», добавив в нее соль лимонной кислоты; теперь она может самостоятельно воспроизводить молекулу РНК, и ее мембрана при этом не разрушается, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Шостак, получивший Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2009 года за открытие механизмов защиты хромосом теломерами, и Катаржина Адамала (Katarzyna Adamala) из Общеклинической больницы штата Массачусетс более десяти лет пытались понять, как протоклетки развивались от «первичного супа» из химических соединений до живых организмов, способных к репликации — «копированию» генетического материала и его воспроизведению.

Джек У. Шостак (США) Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2009 года.

Гарвардская медицинская школа, Бостон, Массачусетс, США; Массачусетс, США; Медицинский институт Говарда Хьюза Мотивация Нобелевского комитета: «за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы»

Часть этой работы заключалась в создании модели «протоклетки»: ее мембрана состояла не из «современных» молекул, а из простых жирных кислот, которые могли быть в окружающей среде молодой Земли. Однако эту модель искусственной протоклетки следовало доработать: она не могла синтезировать молекулу РНК — ее мембрана разрушалась.

Чтобы «оживить» искусственную протоклетку, ученым требовалось добавить ионы магния, которые связаны с работой РНК-полимеразы — фермента, осуществляющего синтез молекул РНК. Препятствием служило то, что эти ионы разрушали мембрану протоклетки. Шостак и Адамала попытались защитить ее с помощью различных хелаторов — эти молекулы «связывают» между собой ионы металла.

Наиболее эффективными хелатором оказалась соль лимонной кислоты: она «выключала» разрушительное действие ионов магния, однако они по-прежнему способствовали репликации РНК.

«Мы показали, что есть по крайней мере один способ запустить процесс репликации РНК в клетке с простой оболочкой из жирных кислот. Сейчас мы считаем, что (на молодой Земле) должны были существовать простые пептиды, которые действовали подобно соли лимонной кислоты, и сейчас пытаемся их найти», — сказал Шостак, слова которого цитируются в сообщении Общеклинической больницы.

Оригинал взят у

macroevolution в Популяризаторское

Рекомендовал 5 книг по эволюции для "Постнауки" (это делалось по телефону и наспех, времени думать и формулировать не было, но в общем и целом я с собой согласен)

Кратко ответил на новую порцию вопросов читателей "антропогенеза.ру" (про скорость эволюции, отрицательную корреляцию между интеллектом и религиозностью)

От

vert_dider 6 коротких видео о том что такое наука, для детей.

Эволюция не останавливается даже в неизменной окружающей среде

Результаты 25-летнего эксперимента на кишечных палочках показали, что даже при неизменных условиях окружающей среды организмы не перестают развиваться, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Ричард Ленски (Richard Lenski) из университета штата Мичиган в Ист-Лансинге (США) и его коллеги начали свой эксперимент в 1988 году.

Они поместили 12 идентичных популяций кишечной палочки в пробирки с жидкостью с питательными веществами и 25 миллиграммами глюкозы на литр и стали наблюдать за их эволюцией.

Каждый день ученые переносили по 1% бактерий в новые пробирки. Каждые 75 дней, что соответствует примерно 500 поколениям бактерий, ученые замораживали часть из них в качестве резерва, на случай, если с бактериями что-то случится и если понадобится «отмотать» эволюцию назад и запустить процесс заново с нужного момента.

Исследователи замеряли степень приспособленности бактерий к окружающей среде по тому, насколько быстрее своих предков они размножались. Сначала приспособленность кишечных палочек росла резко, но через некоторое время начала замедляться. К настоящему моменту она выросла на 70%. Приспособленность всех 12 линий бактерий выросла примерно одинаково, хотя эволюционные пути у них были разными. Так, у половины линий появились дефекты в механизме починки ДНК, однако вместо того, чтобы вымереть, они стали мутировать быстрее, чем их сородичи.

Интересный результат возник на третьем году эксперимента, когда сменилось 6,5 тысячи поколений бактерий. В одной из пробирок появились два разных типа кишечных палочек. Бактерии одного типа образовывали колонии, состоящие из относительно мелких клеток, а другого — колонии, состоящие из больших клеток. Ленски ждал, что либо один из типов бактерий вытеснит другой, либо они оба будут вытеснены каким-то третьим типом. Однако в пробирке сохранились оба типа бактерий, образовавшие экосистему, взаимодействие в которой позволяло выживать обоим.

В начале 2000-х Ленски увлекся возможностями компьютерного симулирования эволюционных процессов и чуть было не забросил эксперимент с бактериями. Однако он все же не сделал этого, и в январе 2003 года они преподнесли исследователям новый сюрприз.

Новый вид

Однажды Ленски и его коллеги обнаружили, что жидкость в одной из пробирок помутнела. Ученые предположили загрязнение и заменили популяцию ее последним замороженным образцом. Через три недели жидкость снова помутнела. На этот раз исследователи более пристально изучили эту популяцию и обнаружили, что бактерии выработали новый способ питания.

Вместо того, чтобы потреблять глюкозу, которой в растворе не так уж много, они перешли на цитраты (соли и эфиры лимонной кислоты). Это позволило им заселить пробирку гораздо плотнее, чем другим бактериям.

«Отматывая» эволюцию назад при помощи замороженных образцов, ученые установили, что способность питаться цитратами развивали несколько поколений, непосредственно предшествовавших появлению любителей цитратов. Это доказывает, что к появлению бактерий, питающихся цитратами, привела цепочка из нескольких мутаций, а не какое-то одно генетическое изменение.

Свои результаты Ленски и его коллеги представили научному сообществу в 2008 году. Они полагают, что бактерий-любителей цитратов можно считать новым видом.

Бесконечная эволюция

Принято считать, что, когда организмы попадают в новую среду, они сначала быстро приспосабливаются к ней, а когда им это удается, развитие останавливается. Последние результаты Ленски и его коллег опровергают эту точку зрения.

Ученые измерили приспособленность всех 12 бактериальных популяций в 41 точке их эволюционного пути. Ученые обнаружили, что

пика своей приспособленности бактерии достигли примерно на 10-тысячном поколении, через 5 лет после начала эксперимента. Однако и сейчас, спустя 50 тысяч поколений, их развитие хоть и замедлилось, но не прекратилось совсем.

«Понятие пика приспособленности оказалось более эфемерным, чем я думал. Я думаю, приспособленность организмов может продолжать расти в течение миллионов лет», — пояснил Ленски.

Таким образом, ученые показали, что

эволюция живых организмов не прекращается, даже если условия окружающей среды не изменяются.

Ленски не собирается прекращать свой эксперимент.

«Становится все более и более очевидным, что краткосрочных экспериментов недостаточно. Каждой микробиологической лаборатории с достаточным количеством людей стоит задуматься о том, чтобы провести 20-тилетний эксперимент», — считает он.

В Австралии обнаружена экосистема, возраст которой составляет 3,5 миллиарда лет

Камень, на поверхности которого видны разломы. Его возраст - 3,48 млрд. лет (формация «Дрессер», Пилбара, Западная Австралия).

Реконструкция формирования жизни в момент её зарождения на Земле — это сложная задача. Самые древние осадочные породы камней на планете не только редко встречаются, но и подвергаются постепенным изменениям в результате гидротермальной и тектонической активности. Учёным удалось найти в Австралии хорошо сохранившиеся остатки сложной экосистемы, находящейся в разрезе осадочной толщи, возраст которой составляет приблизительно 3,5 млрд. лет.

Район Пилбара — область в Западной Австралии, являющаяся одним из самых известных геологических регионов, которые позволяют изучать ранние этапы эволюции жизни. Учёные детально описали характерные отложения, созданные древними фотосинтезирующими бактериями, именуемые строматолитами, и микроокаменелости бактерий. Такое явление, как микробно-индуцированные осадочные структуры (от англ. аббр. MISS — microbially induced sedimentary structures), ранее в этом регионе не обнаруживалось. Данные структуры формируются из матов микробного материала, которые очень похожи на те, что сегодня можно увидеть в стоячей воде.

Группа учёных, в которую вошли профессор Нора Ноффке (Nora Noffke), Роберт Хейзен (Robert Hazen), Дэниел Кристиан (Daniel Christian) — сотрудники университета «Олд Доминион» и Дэвид Вэйси (David Wacey, работник университета Западной Австралии), описала различные микробно-индуцированные осадочные структуры, сохранившиеся в регионе формации «Дрессер». Результаты химического анализа указывают на биологическую природу материала.

«Дрессеровские» микробно-индуцированные окаменелые осадочные структуры по форме и составу напоминают микробно-индуцированные осадочные структуры, обнаруживаемые в нескольких более молодых образцах камня, таких например как обнаруженные профессором Ноффке и её коллегами в Южной Африке, возраст которых составляет 2,9 млрд. лет.

«Проведённое исследование расширяет геологический профиль микробно-индуцированных осадочных структур на 300 млн. лет. Сложные мат-формирующие микробные сообщества, вероятно, существовали почти 3,5 млрд. лет назад» — говорит профессор Ноффке.

Учёные предполагают, что рассматриваемые осадочные структуры появились в результате взаимодействия бактериальных плёнок и прибрежных морских отложений, располагающихся в рассматриваемом регионе.

«Данные структуры отчётливо указывают на то, какими были древние условия, и что были способны сделать бактерии, образующие биоплёнки» — говорит профессор Ноффке.

Микробно-индуцированные осадочные структуры входят в число объектов, которые планируется исследовать с помощью марсоходов в рамках изучения поверхности Марса. Таким образом, результаты работы учёных могут иметь значение для исследования нашей солнечной системы.

Более подробное описание результатов проведённого исследования можно найти в журнале Astrobiology.

sci-lib.com sciencedaily.com

НАСА публикует видео, демонстрирующее каким мог быть Марс 4 миллиарда лет назад

В преддверии запуска миссии Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), целью которой является изучение кардинальных климатических изменений на Марсе, специалисты Лаборатории концептуальных изображений (Conceptual Image Lab) Центра космических полетов НАСА имени Годдарда опубликовали видео, демонстрирующее то, как мог выглядеть Марс 4 миллиарда лет назад, в период, когда и Земля и Марс находились в достаточно молодом возрасте. В настоящее время Марс является холодной, сухой и безжизненной планетой, но вся имеющаяся информация указывает на то, что в ранние периоды существования Марса у него была достаточно толстая и плотная атмосфера, способная удержать теплый климат, при котором на поверхности планеты могли существовать океаны, моря, реки и озера жидкой воды, являющейся одним из основных компонентов подавляющего большинства знакомых нам форм жизни.

В настоящее время вода в жидком виде не может существовать на поверхности Красной Планеты из-за низкой температуры и малого атмосферного давления, в таких условиях вода превратится в лед или достаточно быстро испарится. Но исследовательские аппараты многочисленных марсианских миссий собрали неоспоримые доказательства того, что в прошлом на поверхности Марса текли бурные потоки воды, впадающие в марсианские океаны. Вполне вероятно, что марсианская вода имела повышенную концентрацию растворенных в ней солей, что могло значительно понизить температуру ее замерзания.

Опубликованное НАСА видео является не просто фантазией художника-мультипликатора, в основу этого видео легли почти все данные о климате Марса, которые были собраны исследовательскими аппаратами. "В настоящее время в некоторых точках на поверхности Марса хорошо просматривается разветвленная древовидная сеть каналов, структура которых указывает на эрозию пород под воздействием движущейся воды. В некоторых кратерах и гористых областях Марса присутствуют явные следы былого наличия там обширных бассейнов с водой, а анализ горных пород, произведенный марсоходами, показывает наличие в породах соединений, которые могли образоваться только в присутствии жидкой воды. И почти все без исключения признаки наличия воды в прошлом Марса указывают приблизительно на одну дату, на 3.7 миллиарда лет назад" - пишут представители НАСА в официальном заявлении.

Некоторые данные позволяют ученым приблизительно оценить количество воды, которое присутствовало на Марсе в дозапамятные времена. Согласно расчетам, если марсианскую воду равномерно распределить по поверхности Красной Планеты, то получится слой воды, глубиной около полкилометра.

Следы присутствия жидкой воды на Марсе указывают на то, что у планеты имелась более толстая атмосфера, которая производила большее атмосферное давление, нежели наблюдаемое сейчас и даже большее, чем атмосферное давление на Земле в настоящее время. Это делало климат планеты намного теплее и служило препятствием для быстрого испарения воды.

На видео все движется достаточно быстро, облака формируются и почти моментально рассеиваются. Это сделано для того, чтобы наглядно продемонстрировать течение времени и показать изменения климата от теплого и влажного к более холодному и сухому.. Озера и океаны замерзают и испаряются, атмосфера постепенно уменьшается, и марсианское небо постепенно переходит от привычного нам синего вида к небу розовых и коричневатых оттенков, наблюдаемых на Марсе в настоящее время.

Космический аппарат MAVEN, запуск которого запланирован на 18 ноября 2013 года, доберется до Марса и займет круговую орбиту в сентябре 2014 года. Этот аппарат является частью более обширной программы НАСА по всестороннему изучению прошлого и настоящего Красной Планеты, и с помощью данных, собранных аппаратом MAVEN, ученые попытаются выяснить не только историю климатических изменений, но и узнать причины такого кардинального характера этих изменений.

Будущее интеллекта

Благодаря бурному развитию микроэлектроники и компьютерных технологий всё более актуальным становится спор между теоретиками и сторонниками двух путей развития человека: технологического и биологического. Существующие тенденции не позволяют с уверенностью предположить, какой путь окажется доминирующим. Дальнейшее развитие человечества также будет неразрывно связано с изменением интеллекта. И понимание того, как именно эволюционировал человеческий интеллект на протяжении истории нашего вида, может дать нам подсказки к прогнозированию его будущего развития.

Интеллект является продуктом деятельности головного мозга и, таким образом, относится к биологическим системам. И как и любая биологическая система, со временем он эволюционирует. Именно благодаря развитию интеллекта человечество стало наиболее адаптируемым к внешним условиям видом живых существ и обрело невероятную силу.

Прошлое

Эволюции человека как вида не имеет аналогов в истории нашей планеты. Биосфера Земли развивалась на протяжении сотен миллионов лет, и на протяжении этого времени появлялись и исчезали миллионы видов живых существ. Однако до сих пор не обнаружено свидетельств существования какого-либо вида, помимо человек, который разработал бы язык общения и обладал способностями к созданию сложных технологий и абстрактному искусству. Однако эти способности не были присущи нашим прапрапредкам изначально.

Человеческий мозг является одной из сложнейших известных биологических систем, и наука пока очень мало знает о работе этой системы. Например, комплекс поведенческой и сознательной активности, всё то, что мы называем «человеком», формируется в коре головного мозга. Найденные окаменелости свидетельствуют, что эволюция интеллекта была неразрывно связана с эволюцией мозга. За небольшой, по меркам эволюции, промежуток времени объёма мозга у гоминид вырос с очень большой скоростью. Интенсивность этого процесса наглядно демонстрирует тот факт, что обезьяны появились около 20 миллионов лет назад, задолго до первых предков человека, и за этот период их объём мозга вырос со 170 см3 до 320 см3. Появившиеся около 4 миллионов лет назад австралопитеки обладали имели объём мозга в 350 см3. Уже 2 миллиона лет назад объём мозга у гоминид составлял около 500 см3, а 200 000 лет назад он достиг объёма мозга современного человека, около 1500 см3. Однако помимо физических размеров мозга в эволюционной биологии используются такая характеристика, как коэффициент энцефализации. Этот коэффициент вычисляется как соотношение реальной массы мозга к расчётной массе мозга гипотетического млекопитающего того же размера. Несмотря на свою… затейливость, данный критерий считается более правильным, чем просто коэффициент отношения массы мозга к массе тела. У первых обезьян этот коэффициент достигал 1,5, у австралопитеков 3,5. А уже 200 000 лет назад он достиг 7,5.

Такой быстрый, «взрывной» взрывной рост хорошо укладывается в теорию «прерванного равновесия». Эта теория гласит, что большинство видов живых существ развиваются по следующей схеме: на протяжении длительного времени вид остаётся неизменным, за исключением редких и очень быстрых изменений, которые приводят к заметным видоизменениям или появлению новых видов. Эта теория противопоставляется теории филетического градуализма, согласно которой все эволюционные изменения появляются постепенно и равномерно. Обычно причиной быстрых эволюционных изменений считается неблагоприятное воздействие окружающей среды. Необходимость добычи пищи во враждебном окружении спровоцировала использование древними людьми примитивных каменных инструментов. Позднее они научились использовать огонь. Эти передовые технологии позволили добывать больше животной и растительной пищи, а также термически её обрабатывать. Благодаря этому такой прожорливый орган, как головной мозг, начал получать больше энергии, что стимулировало его дальнейшее развитие, появление новых, более сложных технологий, которые предназначались также для добывания пищи. Круг замкнулся.

Помимо количественного развития, мозг древних людей эволюционировал качественно. Выше уже говорилось, что прирост мозга происходил именно за счёт увеличения объёма его коры, то есть области, ответственной за наиболее сложную сознательную деятельность. Анализ следов совместного проживания групп древних людей и их окаменевших останков позволяет предположить, что около 500 000 тысяч лет назад зародилась вербальная коммуникация. Позднее эта способность превратилась в язык общения. Существа, ещё не полностью биологически идентичные нам с вами, подняли взаимодействие между собой на принципиально новый уровень, что стало толчком к дальнейшему развитию интеллекта человека. Именно благодаря появлению и дальнейшему развитию вербального общения люди смогли гораздо интенсивнее передавать и получать информацию.

Настоящее

Любой современный человек, живущий в социуме, подвергается новому типу негативного воздействия окружающей среды — постоянно растущему информационному давлению.

Человеческий мозг состоит примерно из 1 миллиарда нейронов. Каждый из них образует около 1000 связей с окружающими нейронами, благодаря чему перед сложностью человеческого мозга меркнут все остальные биологические системы, не говоря об искусственных. Однако ёмкость человеческой памяти измерить очень непросто, потому что неизвестно, какая часть объёма мозга отведена под хранение информации. Кроме того, разные воспоминания содержат разное количество деталей и занимают в памяти человека разный объём. Однако если подойти к вопросу механистически, то максимальный потенциальный объём информации, которую может хранить человеческий мозг, составляет около 2,5 петабайт, то есть 2500 терабайт. Любой из людей, живших вплоть до 16–17 веков, теоретически был способен запомнить ВСЮ полезную информацию, которую к тому времени накопило человечество. Однако совершенно очевидно, что сегодня накопленный объём знаний столь огромен, что не может быть запомнен ни одним человеком. Более того, никто не сможет запомнить даже самое важное из каждой области человеческих знаний. И каждый день создаётся всё больше и больше информации. Любой современный человек, живущий в социуме, подвергается новому типу негативного воздействия окружающей среды — постоянно растущему информационному давлению. Более того, благодаря постоянно расширяющемуся и усложняющемуся интернету вопрос доступа к любой известной человечеству информации сводится лишь к недолгому нажиманию на кнопки.

Науке известно немало людей, обладающих так называемой эйдетической памятью. Они помнят всё, что когда-либо видели, читали и слышали, не забывая ничего. Причины этой особенности пока неизвестны, однако этих людей объединяют такие проблемы, как затруднения в упорядочивании информации, ухудшение абстрактного мышления и способности к обобщениям, поскольку их мозг завален любыми мельчайшими деталями. Поэтому умение забывать расценивается некоторыми учёными не только как одно ограничений нашей когнитивной способности, но и как одно из преимуществ человеческого интеллекта.

Вся история эволюции человека как вида подсказывает нам, что человечество приближается к очередной точке прерванного равновесия. Точке, в которой человеческий интеллект снова претерпит важные изменения. И здесь мы оказываемся на развилке, пожалуй, первой подобного рода развилке в истории человечества: технология или биотехнология ляжет в основу новой адаптации Homo. Справедливости ради нужно отметить, оба пути эволюционирования человеческого интеллекта связаны с бурным развитием микроэлектроники и компьютерных технологий.

Технологический путь

Современного человека окружают всевозможные технологии, облегчающие доступ и структурирование информации: компьютеры, смартфоны, поисковые системы. Однако обработка и осмысление информации полностью ложатся на наши плечи, точнее, головы. Интенсивная умственная деятельность не только требует от организма большого количества энергии, но и является серьёзной психологической нагрузкой. Всё возрастающий объём информации требует уделять на её обработку больше времени.

Идея использования искусственного интеллекта для помощи в обработке колоссальных объёмов информации владеет умами учёных уже более полувека. Однако, несмотря на огромные вычислительные мощности и многолетние усилия, до создания полноценного искусственного интеллекта ещё далеко. Достигнув тотального превосходства над человеком в задачах, требующих лишь интенсивных вычислений, например, математические расчёты и шахматы, компьютеры до сих пор не способны решать логические задачи. Одна из наиболее эффективных существующих сегодня систем искусственного интеллекта под названием ConceptNet 4, при прохождении теста на IQ показала результат на уровне 4-летнего ребёнка, страдающего неврологическими проблемами. В частности, продемонстрировав хороший результат в «словарных» задачах, система оказалась неспособна дать ответ на вопрос «почему». Главным камнем преткновения для ИИ сегодня является умение «понимать».

Решения, принимаемые нашим мозгом во многих ситуациях, расцениваются нами как само собой разумеющиеся, естественные. Мы подсознательно основываемся на своём опыте познания мира, который берёт начало с момента рождения, когда наш мозг начинает получать информацию о взаимодействии с окружением. Однако компьютер не имеет этой способности «понимать» естественные для нас вещи. Например, даже распознав изображённый предмет благодаря базе данных образов, ИИ не может понять его назначение, а тем более взаимодействие объектов между собой. Например, компьютер не сможет логически связать между собой изображение целого яйца и яичницы, в то время как человеческий интеллект способен не только сразу построить ментальную модель взаимодействия с окружающей средой в соответствии с поступающей по разным сенсорным каналам информацией, но и прогнозировать дальнейшие события. Даже столкнувшись с новой для себя ситуацией, человеческий интеллект способен разобраться в ситуации и выбрать дальнейшее поведение.

..несмотря на прогресс в разработке аналога каждой из подсистем, составляющих человеческий интеллект, «собрать» их в комплексный АИ, способный понимать, пока не удаётся

В 1970–80-е годы, осознав сложность поставленной задачи, разработчики искусственного интеллекта сконцентрировались на специализированных проблемах: распознавание изображения и голоса, семантический анализ. Система искусственного интеллекта IBM Watson продемонстрировала впечатляющие результаты в распознавании голосовых вопросов, и выдачи подходящего ответа. Но несмотря на прогресс в разработке аналога каждой из подсистем, составляющих человеческий интеллект, «собрать» их в комплексный АИ, способный понимать, пока не удаётся. Возможно, сложившуюся ситуацию удастся переломить в двух направлениях. Первое: применение в ИИ технологий интуитивного принятия решений. То есть научить компьютер не досконально анализировать ситуацию, а лишь понять её в неких общих чертах и применять наиболее подходящее решение из базы данных. Второй путь: создать компьютерную систему, наиболее близко повторяющую строение и алгоритм работы нейронной сети человеческого мозга. Существующие сегодня компьютерные технологии имеют фундаментальные ограничения, не позволяющие создать полноценный искусственный интеллект. Они не имеют той «гибкости» и адаптивности, какие имеет человеческий интеллект.

В начале этого года было объявлено, что проект Человеческий Мозг, объединяющий более 80 коллективов учёных из 15 стран Европы, получает финансирование в размере 1 миллиарда евро. Этот проект нацелен на создание в течение ближайших 10 лет наиболее полную действующую модель человеческого мозга на основе кластера из суперкомпьютеров. По оценкам авторов проекта, вычислительная мощность кластера примерно в 1000 раз превысит самые быстрые из существующих сегодня суперкомпьютеров. В данной модели будут реализованы все накопленный наукой знания о строении и работе мозга. Проект призван не только помочь глубже понять, как устроен этот сложнейший орган, но и стать основой для новых компьютерных технологий, использующих принцип построения и алгоритмы работы нейронной сети человеческого мозга. Участники проекта не скрывают, что они надеются создать первый компьютер, способный к обучению не на основе заложенных в него данных, а лишь получая информацию о текущих событиях, как это делает человеческий мозг. Столь масштабный проект позволяет надеяться, что в течение ближайших 30–50 лет можно ожидать появления искусственного интеллекта, по своим возможностям сравнимого не с больным ребёнком, а со взрослым развитым человеком. Параллельный прогресс в микроэлектронике позволит сильно удешевить создание систем ИИ. В случае успеха проекта Человеческий Мозг, в течение ближайших 70–100 лет можно ожидать создания искусственного интеллекта, чьи возможности многократно превысят способности одного человека. Такой инструмент найдёт множество применений:

помощь в научных разработках;

политическое и социальное прогнозирование;

системы городского управления: например, регулирование транспортного движения и контроль за уровнем – преступности благодаря сети видеонаблюдения;

полноценная реализация умного дома;

автономные космические исследовательские станции;

военное применение. Маловероятно, что в обозримом будущем системы полноценного ИИ достигнут достаточной степени миниатюризации, чтобы стало возможным создание андроидов. Если военная авиация в течение ближайших 50 лет может полностью отказаться от непосредственного присутствия человека в воздухе, то появление ИИ, управляющего человекоподобными роботами как беспилотниками, станет новым словом в ведении военных действий уже на земле.

вытеснение людей из биржевой торговли.

Сегодня многие люди склонны излишне полагаться на способности современных компьютерных технологий. Создание искусственного интеллекта, чьи возможности сравняются или превысят возможности интеллекта человеческого, станет переломным социальным моментом. Слишком высокий уровень доверия к решениям ИИ может отучить людей принимать самостоятельные решения, особенно связанные с большими рисками. Экономический эффект от внедрения ИИ во всевозможные сферы человеческой деятельности приведёт к конкуренции в ряде профессий между людьми и компьютерами и, как следствие, неприятию частью социума технологического прогресса. С социальной точки зрения появление более развитого, чем человеческий, искусственного интеллекта вызовет конфликт с религиозными учениями, что также может вылиться в сопротивление внедрению ИИ, возникновению поклонения «новому Богу» и прочим маргинальным проявлениям.

Биотехнологический путь

Сразу оговоримся, что мы не рассматриваем возможность исключительно биологической адаптации человека, как это происходило ранее. Физиология современного человека такова, что дальнейший рост физических размеров мозга нецелесообразен с точки зрения потребляемой им энергии. Дальнейшая миниатюризация и рост вычислительных мощностей в микроэлектронике уже в течение 20–30 лет могут привести к появлению первых имплантатов , позволяющих записывать всё, что видит и слышит человек. Фактически, эйдетическая память для всех и каждого. Однако обеспечив запоминание, эти имплантаты совершенно не решат вопрос обработки и упорядочивания. Скорее, они лишь ухудшат ситуацию, поскольку наша память устроена так, что мы можем сразу вызвать нужные нам воспоминания. Обращение же к записанной информации будет неизбежно связано с поиском нужного момента времени.

Следующим шагом может стать имплантация постоянного подключения к сети. Ответ на вызов, брошенный природой в виде информационного потопа, может выразиться в создании роевого интеллекта. Миллионы людей, чьи разумы постоянно включены в общую информационную сеть, имеющие доступ к мыслям и чувствам других людей, сформируют аналог поведенческой модели, характерной для роев пчёл. Глобальная сеть объединит людей в поистине коллективный разум, чьи возможности несравнимо превысят возможности каждого отдельно взятого человека. Это до неузнаваемости изменит человеческий интеллект. Развитие индивидуальности будет постоянно находиться под сильнейшим влиянием социальной среды. Суммарный опыт и знания этого «облачного» интеллекта сформируют га́битус , благодаря которому будет формироваться личность человека будущего. Нам сейчас трудно представить, как именно изменится человеческий интеллект в условиях постоянного влияния многих миллионов «частичек» глобальной сети. Это может вылиться в невероятное развитие социализации человечества, не имеющее аналогов слияние разумов. Перед индивидуумом и обществом возникнут новые широчайшие возможности. Появятся неизвестные нам сегодня модели общения, развлечения, преступления. Человек станет совсем другим благодаря развитию технологий. Например, ещё 20 лет назад сотовые телефоны были очень редки и дороги. Главным средством коммуникации были стационарные телефоны, люди зависели от них, но при этом имели гораздо больше свободы. Сегодня каждый оснащён телефоном или смартфоном, мы постоянно доступны для связи. Компьютеры и интернет расширили наши социальные связи, уменьшили планету и обрушили на нас поток информации. Но в то же время современное общество характеризуется существенным снижением уровня непосредственного общения. Яркой иллюстрацией является сегодняшний разрыв между поколениями 60-летних и 15-летних, демонстрирующий огромную разницу в восприятии мира и построении моделей поведения в социуме под воздействием современных технологий.

Как изменится человеческий интеллект в будущем? Это очень трудно предсказать. Но несомненно одно — он будет совсем другим.
http://habrahabr.ru/post/198948/

Шимпанзе обыграли людей

Как из химического «супа» появились живые организмы?

Первым животным, возможно, почти не требовался кислород

Эпигенетический код у растений играет по-крупному

Новые ископаемые рыбы свидетельствуют о том, что плавники могли служить задними конечностями

Развитие мозга человека - симфония в трех частях

Исчезновение Y-хромосомы отменили

Итоги 2013:Живые и эволюционирующие

Расплетатель генома за работой

Российские ученые изучили вирус артрита лошадей — родственника коронавируса MERS, — что поможет понять эволюцию жизни

Вселенная внутри нас: Нил Шубин о природе времени и образовании Луны

4,5 миллиарда лет

Следим за временем

Что вызвало стремительное развитие человеческого интеллекта?

Лауреат Нобелевской премии "оживил" искусственную протоклетку

Эволюция не останавливается даже в неизменной окружающей среде

Новый вид

Бесконечная эволюция

НАСА публикует видео, демонстрирующее каким мог быть Марс 4 миллиарда лет назад

Будущее интеллекта

Прошлое

Настоящее

Технологический путь

Биотехнологический путь

Syndicate

Page Summary

Style Credit

Expand Cut Tags

Итоги 2013:
Живые и эволюционирующие