hellmaus: (Мыш)
По умам и блогам гуляет мнение "генетической катастрофе массовых репрессий 20-ых-30-ых, которые произвели отрицательный отбор на трудолюбие и теперь все плохо и всегда будет плохо". Его повторяют даже некоторые биологи. До меня даже дошел слух, что его воспроизводит [livejournal.com profile] macroevolution на лекции по психогенетике. На самом деле Александр, всегда аккуратный в формулировках, такого не говорил, но слушатели услышали то, что ожидали услышать .

Почему для эволюционного биолога это полный бред?

Чтобы отбор по какому-либо признаку эффективно работал, нужны три условия:
1) признак имеет заметную наследуемость
2) в популяции есть генетическая изменчивость по этому признаку
3) вероятность выживания и размножения зависит от этого признака
Read more... )
hellmaus: (Default)
Оригинал взят у [livejournal.com profile] vigna в Ну и снова моя любимая серия - "Наука знает ответ!"
... и даже два. Причём противоположных. На один и тот же вопрос.

Геном тихоходки (это такое маленькое харизматичное беспозвоночное, устойчивое чуть ли не ко всем неблагоприятным воздействиям): нашумевшая статья в PNAS — http://www.pnas.org/content/early/2015/11/18/1510461112
с заголовком "Evidence for extensive horizontal gene transfer from the draft genome of a tardigrade"

и месяцем позже от других авторов скромная в биоархиве: http://biorxiv.org/content/early/2015/12/01/033464
"While the raw data indicated extensive contamination with bacteria, presumably from the gut or surface of the animals, careful cleaning generated a clean tardigrade dataset for assembly. <...> We compare our assembly to a recently published one for the same species and do not find support for massive horizontal gene transfer"

PS: "Our tardigrade cultures are fed algae, not bacteria, and although our algal cultures are not axenic, we would expect little to no bacterial contamination in our sequencing data" (цитата из первой статьи) — бугагошеньки!
hellmaus: (Мыш)
Инженеры Google, занимающиеся нейросетями, опубликовали подборку того, как их нейросети могут видеть мир.
Такие сети состоят из десятков слоев нейронов, каждый из которых обрабатывает информацию от предыдущего. Обычно первые слои выделяют простые вещи, типа контуров и углов, а последние - достаточно сложные образы, вроде лиц, деревьев и зданий. Разработчики искали способ узнать, какой слой что делает, а получили еще и неожиданную красоту.

Вот что бывает, если просто повысить чувствительность одного из слоев:


Вот вариант похитрее, похожий на человеческую игру в поиск образов в облаках:

Нейросеть натренировали на картинках животных и повысили чувствительность, она честно увидела их и в облаках. Животные крупнее:


Наконец, можно замкнуть выход нейросети на вход и начать со случайного шума. Тогда получаются совсем фантастические картины, похожие на сны или действия галлюциногенов (кстати, нейробиологи, вы можете опознать в этом эффекты конкретного вещества ?)





(Спасибо [livejournal.com profile] ailev за наводку)
hellmaus: (Мыш)
Автор, кажется, писал стеб, но мы-то всерьез занимаемся реверс-инжинирингом этих алгоритмов!

Вы неправильно пишете животных

Животные – это платформы с очень ограниченной памятью, вычислительными способностями и возможностями модификаций. Разработчикам энимал-сцены приходится выдавать практически гениальные низкоуровневые алгоритмы. Правда, большое количество хардкода вызывает характерные проблемы с отсутствием проверки в экзотических условиях. Та же фильтрация входных данных делается очень и очень криво.


Уязвимость рекурсивных алгоритмов навигации муравья: спираль смерти

Не знаю, кто писал большую часть птиц, но я хочу обратить внимание на особенность, позволяющую провести инъекцию произвольного яйца в гнездо. Дело в том, что птица проверяет только расположение и количество яиц, но не их хэши. В 20% случаев кукушка, эксплуатирующая этот баг, может внести яйцо с сохранением контрольной суммы, чего вполне достаточно для повышения прав в гнезде.

Но пойдём далее. Я не знаю, кто разрабатывал архитектуру ящериц, но они бегают в одном процессе, а дышат в другом. При этом платформа не поддерживает многозадачность, поэтому костыль с максимальной длиной бега в 4-6 секунд просто эпичен.

Продолжение >>
hellmaus: (Мыш)

Часть первая

Перелетные птицы, с которых началось изучение магнитной чувствительности животных — не самые удобные подопытные. Муха-дрозофила гораздо проще в содержании, и на ней можно проводить более смелые эксперименты. Хотя дрозофила не совершает дальних перелетов, у нее легко вырабатывается условный рефлекс на магнитное поле в простейшем Т-образном лабиринте (налево пойдешь — сиропчику откушаешь, направо пойдешь — током ударит, прямо пойдешь — в стенку упрешься...). Компас мухи так же зависим от освещения, как компас птицы. Трансгенная муха, у которой отключен ген криптохрома, теряет всякую чувствительность к магнитному полю (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2559964/).

Интересная реализация магнитного чувства была обнаружена у тритона. Он воспринимает магнитное поле не обычными парными глазами, какие есть у всех нормальных позвоночных, а третьим, или теменной глазом — этот маленький глазок, прикрытый кожей, воспринимает медленные изменения освещенности и регулирует суточный ритм (http://www.nature.com/nature/journal/v400/n6742/full/400324a0.html).

А что же млекопитающие? В экспериментах рефлексы на магнитное поле удалось выработать у мышей (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17330527) и хомячков (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347203921117), а найти врожденную магнитную ориентацию — у голых землекопов (те самые, которые общественные, как пчелы, и не стареют). Голый землекоп и в магнитном чувстве уникален: он отличает север от юга и предпочитает строить гнездо в юго-восточной части круглой арены. Он ориентируется в полной темноте и его не сбивают с толку высокочастотные помехи. У голого землекопа, видимо, все-таки есть компас с ферромагнитной стрелкой (http://classic.rsif.royalsocietypublishing.org/content/3/9/583.short).

С крупными млекопитающими сложнее проводить эксперименты, но, судя по большому массиву наблюдений, вдоль магнитного поля располагаются коровы и олени на пастбище (http://www.pnas.org/content/105/36/13451.short) и писающие собаки (http://www.frontiersinzoology.com/content/10/1/80), последнее исследование удостоилось Шнобелевской премии 2014 года.

По восприятию магнитного поля человеком существуют противоречивые данные. «Манчестерские эксперименты» Робина Бейкера в 80-ых годах (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0003347287801057) вроде бы показали, что люди тоже могут ориентироваться по магнитному полю — но не все люди и не во всех ситуациях. Причем на способность людей воспринимать магнитное поле влияют очень странные факторы — например, в каком направлении они ложатся спать. Спящие головой на север хорошо ориентировались, на юг — хуже, на запад и восток — не могли вовсе. Беда в том, что у большинства ученых в других странах эти эксперименты не удалось воспроизвести. Зато мы точно знаем, что на молекулярном уровне человеческий криптохром пригоден для восприятия магнитного поля не хуже, чем любой другой. Трансгенная дрозофила с геном человеческого криптохрома вместо своего нормального реагирует на магнитное поле так же, как обычная муха (http://www.nature.com/ncomms/journal/v2/n6/full/ncomms1364.html).

Передается ли куда-то сигнал о магнитном поле, воспринимаемом криптохромом в глазах человека? Криптохромы в глазах работают как вспомогательные «медленные» фоторецепторы, усредняющие освещенность за несколько секунд, информация от них используется для зрачкового рефлекса, подстройки сетчатки под изменения освещенности, и регуляции суточных ритмов. Кроме того, при мигрени происходит сбой обработки этой информации в мозге, и тогда свет усиливет головную боль.

На уровне отдельных клеток сетчатки изменения состояния криптохрома, вызванные магнитным полем, не отличаются от эффектов освещения. Чтобы выделить вклад магнитного поля, нужна обработка мозгом сигналов от криптохромовых клеток всей сетчатки. Поэтому можно ожидать, что основные функции криптохромов — суточные ритмы и зрачковый рефлекс — могут нарушаться при действии магнитных полей. И действительно, оказалось, что чувствительность сумеречного зрения человека отличается при взгляде вдоль и поперек линий земного магнитного поля (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0042698907000466). Магнитные бури — короткие изменения магнитного поля Земли под действием выбросов солнечной плазмы — коррелируют с обострением множества болезней, особенно сердечно-сосудистых и психиатрических. Самая распространенная реакция человека и животных на магнитные бури — падение синтеза мелатонина, приводящее к сбоям регуляции суточного ритма и бессоннице (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/279/1736/2081). Реакция на магнитные бури у крыс исчезает в полной темноте или после перерезания зрительного нерва (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3995304), как и должно быть, если они воспринимаются глазами при помощи криптохрома. Накапливаются данные в пользу того, что в реакции на магнитные бури возбуждается гормональная «ось стресса» гипоталамус-гипофиз-надпочечники, а падение уровня мелатонина — только одно из следствий этого (http://rspb.royalsocietypublishing.org/content/279/1736/2081). Глобальная стрессовая реакция организма приводит к обострению самых разных хронических болезней.

Самое неприятное в истории о связях магнитных полей и криптохрома с бессонницей, мигренями и инфарктами — это чувствительность криптохромов к переменным полям с частотами 0,1 — 10 МГц. В этом диапазоне излучают импульсные преобразователи питания, которых в любом компьютере минимум три штуки. Не знаю, насколько хорошо экранируются эти помехи в разной электронике , но для сбоя работы криптохрома достаточно напряженности переменного магнитного поля менее 0,5 микротесла, и даже менее 0,1 для частот в пределах 1-1,5 МГц. Прошу читающих это физиков прикинуть, достигаются ли такие значения для человека, сидящего за компьютером.

Как эти помехи интерпретируются мозгом — точно не известно. Может быть, криптохром все время показывает освещенность выше, чем на самом деле, и поэтому сидя за компом, трудно уснуть. Может быть, они провоцируют мигрени. Может быть, они действуют подобно магнитным бурям и вызывают хронический стресс на уровне гормональной системы. Надеюсь в ближайшие годы узнать это получше.

А пока — наши рекомендации:

Защитник Земли, помни: шапочка из фольги не спасает твой мозг! ОНИ могут добраться до него через глаза! Возможно, мем об этих шапочках придумали ОНИ, чтобы усыпить твою бдительность!
Вместе с шапочкой из фольги необходимо применять маску из проволочной сетки для защиты глаз, а лучше всего — носить глухой шлем из трансформаторной стали с минимальными прорезями в забрале!

hellmaus: (Мыш)

Люди давно завидовали способности перелетных птиц, морских черепах и других животных к навигации на тысячекилометровых маршрутах. Когда до изучения способностей добрались ученые, оказалось, что эти животные воспринимают магнитное поле Земли, для чего человеку нужен компас. Много лет биологи искали у животных ферромагнитные частицы, способные работать стрелкой компаса, иногда находили (например, в носовых полостях птиц), но связать их с поведением достоверно не удавалось.

Зато выяснилось, что магнитное поле воспринимают многие не мигрирующие животные — тритоны, хомяки, крысы, бабочки и муха-дрозофила. Наконец, к рубежу веков накопились экспериментальные данные, которые показали, что биологический компас работает как-то не так, как положено компасу с магнитной стрелкой:

Во-первых, птицы не отличают северный магнитный полюс от южного, а воспринимают только наклонение силовых линий магнитного поля относительно горизонта — то есть воспринимают магнитную широту, отличают полюс от экватора  (http://www.sciencemag.org/content/176/4030/62.abstract).

Во-вторых, биологический компас странно зависит от света. Он не работает в темноте или при красном освещении. Для его работы необходимо наличие голубого света, причем, попадающего в глаза. При закрытых глазах он не работает (http://jeb.biologists.org/content/204/19/3295.long).

В-третьих, биологический компас сбивается от слабых переменных магнитных полей, в том числе высокочастотных — до 10 мегагерц. «Стрелка компаса» в виде магнитного кристаллика, казалось бы, не должна реагировать на такие высокие частоты (http://www.cell.com/biophysj/abstract/S0006-3495%2809%2900468-8).

Что же это за компас такой странный? Биологи были в растерянности, помогло общение с химиками. У тех были свои странные результаты — обнаружилось несколько примеров химических реакций, которые по-разному идут в зависимости от внешнего магнитного поля. (По-русски об этих областях химии можно прочитать в замечательной книге «Химия как музыка», http://www.twirpx.com/file/241723/) Детальное разбирательство с привлечением физиков показало: во всех этих реакциях на промежуточной стадии есть пара свободных радикалов — обломков молекул, имеющих неспаренный электрон, и с внешним магнитным полем взаимодействуют спины (магнитные моменты) этих самых электронов. (Кстати, кроме внешнего магнитного поля, на спины электронов влияет спин соседних атомных ядер, поэтому в таких реакциях по-разному ведут себя изотопы одного элемента, и химики сейчас ищут такие магниточувствительные реакции для соединений урана...)

Дальше надо было найти такую магниточувствительную реакцию для молекул из биохимии, желательно, чтоб там еще свет участвовал. Нашли: в биохимическом компасе работает кофермент ФАД (производное витамина В2) в составе белка криптохрома. Этот белок уже давно был известен как светочувствительный регулятор суточных ритмов животных и растений. Из окисленной формы (ФАД) в полувосстановленную (ФАДН) он переходит как раз под действием синего света. А дальше комплекс криптохром-ФАДН, с одной стороны, активирует другие белки, которые передают сигнал в нервные клетки, с другой стороны, реагирует с активной формой кислорода (супероксидным радикалом), возвращаясь в окисленную форму ФАД. Реакция ФАДН с супероксидом проходит через стадию пары радикалов и ее скорость зависит от внешнего магнитного поля (физико-химические детали расписаны тут: http://www.ks.uiuc.edu/Research/cryptochrome/).

Криптохром находится в светочувствительных клетках сетчатки — палочках и колбочках — и, по-видимому, информация о магнитном поле передается по зрительному нерву вместе с «картинкой». Возможно, что в восприятии птицы магнитное чувство накладывается на видимый мир, примерно как летчик видит показания приборов, проецируемые на стекло кабины.

Магнитное поле Земли глазами птицы - отдельно и наложенное на панораму Франкфурта.

Спиновый химический компас, действительно, должен сбиваться от слабых переменных магнитных полей. Теория предсказывает, что сильнее всего должно влиять переменное поле с Ларморовской частотой (частотой прецесии спина электрона в данном постоянном магнитном поле). В экспериментах биофизиков из Франкфурта на перелетных зарянках (http://www.cell.com/biophysj/abstract/S0006-3495%2809%2900468-8) птички теряли ориентацию от переменных полей частотой 0,1-10 МГц и напряженностью в 90 раз ниже, чем у постоянного поля Земли (46 микротесла в районе Франкфурта). Ларморовская частота для такого постоянного поля составляет 1,315 МГц, и на этой частоте для дезориентации птицы достаточно поля напряженности 15 нанотесла — в 3000 раз слабее магнитного поля Земли!

Продолжение про дрозофилу, грызунов и человека

hellmaus: (Мыш)
Оригинал взят у [livejournal.com profile] imbg в Генетика vs социум
Ехал в машине, слушал радио... В передаче участвовал нейробиолог Jim Fallon, который еще в 2009 году рассказывал на TED'е об одном из своих проектов: чем мозг серийных убийц отличается от оного у нормальных людей (которые не убивали других). Если коротко, он нашел какой-то объективный критерий, который заметно превалировал у осужденных и отсутствовал у большинства законопослушных граждан (я не силен в нейробиологических терминах, послушайте сами):



Также он показал, что некоторые гены - в частности "violence gene" MAOA - связаны с агрессивностью, и часто гиперактивированы у плохих парней. Кстати, интересно - многие из этих генов находятся в Х-хромосоме, что объясняет почему  большинство убийц мужского пола.

Но соль выступления была не в том. Интересно то, что определив довольно четкие параметры среднестатистического маньяка, он с изумлением обнаружил, что его собственные показатели (мозг + генетика) идеально подходят под его же критерии. Более того, биологически он является почти идеальным маньяком. Порывшись в родословной, он обнаружил что вся его семья до 5-го колена назад таки состоит из тех или иных убивцев и маньяков: например, он состоит в родстве с Лиззи Борден, которая стала известной в США благодаря делу об убийстве её отца и мачехи (ее оправдали, но молва ходит до сих пор), и таких родственников у него набирается под дюжину.

В общем оказалось, что его исследования хорошо предсказывают его же характер, и по всем параметрам он идеальный потенциальный маньяк. На том TED'овский доклад заканчивался...



Теперь, пять лет спустя, он рассказал о интересных выводах, которые он сделал за прошедшее время. Нет, он никого не убил. Однако он начал разбираться в своем характере, и некоторые его выводы очень интересны:

1. Итак, он начал исследовать, что другие думают о его характере. Себя до этого времени он считал отличным парнем, душой компании. Однако оказалось, что большинство его родных и друзей считают его довольно замкнутым и безучастным человеком; более того, они рассказали ему, что в гневе он выглядит довольно опасным. Для профессора это была неожиданная новость.

Он говорит:

- Обычно, если передо мной стоит дилемма, куда ехать: на похороны родственника или на вечеринку к друзьям семьи, я наверное просто поеду на работу, т.к. мне не интересно ни одно, ни другое. Оказалось, что это не правильно, хотя я никогда не осознавал этого до конца.

В итоге он установил, что он довольно асоциальный тип, которого общество терпит только из-за того, что он находится в правильном месте, и приносит пользу своей работой.

2. Он пришел к выводу, что главная причина, по которой он не стал преступником, наверняка в том, что его детство было счастливым, интересным, и вокруг себя он не видел агрессии. Это позволило мозгу не развивать свои деструктивные свойства, и перенаправить свои живодерские таланты в мирное русло - в биологию.

3. Под конец ведущая спросила: теперь, мол, когда вы узнали что про вас думают окружающие, вы стараетесь быть более социальным? Его ответ был в стиле:

- Я просто запомнил, какие действия надо производить, когда окружающие ожидают от тебя некоего социального отклика, но в большинстве случаев я этим не пользуюсь. Потому что мне все равно, why should I care...
Сказал правда дружелюбно, без агрессии.

***

Мне эта история очень понравилась вот в каком плане - хоть гены что-то и предопределяют в психике, но по большому счету характер, таланты и прочие социальные черты человека определяются не генами, а в первую очередь социумом и воспитанием. Так что нечего пенять на генетический код, коль в школе не лады.
hellmaus: (Мыш)

(видео ускорено в 60 раз)
hellmaus: (Мыш)
Физики, бывает, упрекают биологов за то, что их наука - "не точная" или вообще не наука. В том смысле, что в биологии очень мало больших теорий, дающих хорошие количественные предсказания новых явлений. Однако есть хорошие примеры, как новые явления в биологии были предсказаны "на кончике пера", как планета Нептун по отклонениям в движении Урана.

Так были открыты РНК-переключатели (riboswitches). Дело было в 1999 году в биоинформатической лаборатории Михаила Гельфанда ([livejournal.com profile] prahvessor). Аспиранты сидели за компьютерами, копались в геномах десятков видов бактерий и ломали головы над регуляцией генов синтеза витамина В2 у разных бактерий. Обычно гены синтеза витаминов выключаются, когда этот витамин имеется в клетке в изобилии. Выключает их специальный регуляторный белок, который связывается с витамином и с регуляторным участком в начале гена, закрывая доступ к гену считывающим ферментам - РНК-полимеразам.

Места посадки регуляторных белков в последовательности ДНК бактерий хорошо узнаются по палиндромной форме - они читаются в обе стороны одинаково. В случае генов синтеза витамина В2 никаких палиндромов у десятка разных бактерий не было. Однако вместо палиндромов в некодирующей начальной области этих генов был фрагмент примерно из 100 нуклеотидов, очень похожий у многих достаточно далеких друг от друга видов бактерий. Причем по его последовательности предсказывалось, что этот фрагмент в клетке будет сворачиваться в трехмерную структуру с пятью "шпильками" - двухспиральными участками внутри одной молекулы РНК. И те отличия последовательности между видами, которые все же были, не нарушали эту пространственную укладку. Причем вариантов укладки для всех видов предсказывалось два, примерно равновероятных. В одном из этих вариантов внутри шпильки скрывалась последовательность, необходимая для посадки рибосомы на эту РНК, что должно было блокировать синтез кодируемых ею белков.
RFN-1

К тому моменту уже были известны аптамеры - короткие искусственные молекулы РНК и ДНК, избирательно связывающие аминокислоты, нуклеотиды, витамины и другие малые молекулы. Миронов и Гельфанд выдвинули предположение, что пятишпилечная РНК-структура связывается с витамином В2 и, меняя форму, прекращает синтез белка на матрице этой РНК.

Что и блестяще подтвердилось в последующие годы: были обнаружены мутации, ломающие укладку этой РНК, и бактерии с такими мутациями производили избыток витамина В2 независимо от его наличия в среде. Прямые измерения в бесклеточных системах показали, что витамин В2 действительно связывается с такой РНК-структурой без помощи белков. С тех пор найдено еще два десятка типов РНК-переключателей, которые узнают аминокислоты, сахара, нуклеотиды, и участвуют в регуляции до 3-5% генов во многих бактериальных геномах. И скорее всего, РНК-переключатели были древнейшим регуляторным механизмом, работавшим в мире РНК до появления белков.

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10529804 (полный текст статьи доступен через sci-hub.org)
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14698618
http://www.svoboda.org/content/transcript/482599.html
hellmaus: (Мыш)
Оригинал взят у [livejournal.com profile] imbg в О птичках
Тут Nature News сообщает, что птички носят в гнездо бычки сигарет - для профилактики паразитов.



Что тут сказать? Не бросайте окурки в мусорник - помогите птичке.
hellmaus: (Default)
Потрясающая статья в журнале PLoS One: http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0048135

Команда медиков из Harvard Medical School нашла ген, от которого зависит восприимчивость человека к эффекту плацебо (лечение внушением, например, когда пациенту дают таблетки без активных веществ, а ему становится лучше).
Ген этот кодирует фермент катехол-О-метилтрансферазу, который разрушает нейромедиатор (сигнальное вещество) дофамин, и среди людей встречаются два варианта гена. Варианты фермента, кодируемые вариантами гена, отличаются 158-ой аминокислотой - это может быть метионин и валин.
Так вот, люди с двумя копиями 158Val плацебо не подвержены, с двумя копиями 158Met прекрасно выздоравливают от плацебо, а обладатели обоих типов фермента реагируют на плацебо, но слабее чем пациенты с чистым 158Met. Правда,  это показано пока только на одной болезни - синдроме раздраженного кишечника.


Причем для владельцев изоформы 158Met важно не столько само плацебо, сколько участие и внимание врача: на диаграмме Limited - это пациенты, получавшие плацебо в стиле "выпили таблеточку? Хорошо! Следующий!", а Augmented - те, с которыми врач устанавливал личный контакт, выражал участие и уверенность в успехе лечения. 
hellmaus: (Default)
Суровые новосибирские ученые:

Тайцзицюань даёт ещё один пример создания учебной технологии в области, в которой много тысяч лет ничего не могли придумать из скоростных образовательных практик. Борис Майер, ныне проректор новосибирского политеха, отмоделировал тайцзицюань. Он сам доктор физических наук, работал и в институте философии, и он в ходе своих занятий тайцзицюань начал делать самые разные модели того, что происходит с системой человеческого тела: компьютерные физические шарнирные модели, текстовые модели, описывающие ощущения, медицинские модели рефлексов. Вместе с Анатолием Ткачёвым они смотрели множество видео с выступлениями гениев тайцзицюаня, и пытались понять, что же там происходит – но не в традиционно предлагаемых китайских витиеватых метафорах, сопровождающих обучение уже тысячи лет, а во вполне рациональных понятиях. Они выяснили, что там никаких особых чудес нет, всё отлично объясняется физикой и физиологией. Борис Майер затем взял группу деток и по своей технологии за девять месяцев подготовил их так, что они в соревнованиях по тайцзи били группу занимающихся пять-шесть лет –- ускорение за счёт использования контринтуитивной образовательной технологии где-то в семь раз по сравнению с традиционными практиками выращивания людей из тайцзи. 

Борису Майеру ставили в упрёк, что он нарушил тысячелетнюю традицию тайцзицюаня, «цепь времён». Но он демонстрирует свои собственные достижения – победы на китайских и корейских соревнованиях, одобрение своего китайского учителя, профессора тайцзицюаня, который тренировал ещё личную гвардию Мао Цзе Дуна. Он просто демонстрирует на всех соревнованиях наличие у своих учеников всех тех умений, которые были предусмотрены многотысячелетней традицией – но предлагает всем желающим научиться этим умениям за многократно более короткое время, чем это было возможно ранее. Упражнения у него другие, слова при этом он говорит другие – на русском, а не китайском языке, а результат при этом получается тот же. Он заменяет метафоры точными формулировками, выраженными тщательно подобранными словами, он точно знает, какие именно рефлексы он тренирует (оказалось, что тайцзицюань задействует довольно древние по эволюционным меркам механизмы работы мозга), и получает за счёт этого резкое ускорение передачи знания – прежде всего за счёт того, что это знание было эксплицировано, выражено явно.


(http://ailev.livejournal.com/1013825.html#cutid1)

hellmaus: (Мыш)
Первое серьезное приложение математики к морфогенезу сделал Алан Тьюринг, более известный своей ролью в появлении компьютеров.  Модели Тьюринга - реакционно-диффузионные системы - включают в себя несколько веществ - морфогенов, которые способны к диффузии каждый со своей скоростью, и химические реакции их синтеза и распада. Ключевой момент здесь - часть реакций распада и синтеза морфогенов должна катализироваться ими самими и другими морфогенами. 
Эта модель впервые дала математическое объяснение превращению однородного яйца в зародыш, у которого различаются голова и хвост, верх и низ. Так же она описывает пятнистые и полосатые узоры на шкурах, расположение листьев, сегментацию насекомых и другие повторяющиеся структуры:
(онлайн-реализация простенькой реакционно-диффузионной системы, с которой можно поиграться и посмотреть на получившиеся паттерны)
Однако за полвека с выхода статьи Тьюринга в его модели остались открытыми важные вопросы. Например:
 - можно ли получить с помощью реакционно-диффузионной системы любой паттерн? Если нет, то какие можно?
 - как такие системы могут эволюционировать?
 - как обеспечить устойчивость ракционно-диффузионной системы к помехам?
 Вакуленко же берет свою модель генных сетей и доказывает следующие приятные вещи:
  - любую реакционно-диффузионную систему можно эмулировать генными сетями с любой необходимой точностью
  - генные сети могут порождать любые паттерны
  - если выполняется "принцип свободы", то настройка генной сети на новый паттерн может быть сделана быстрым (время работы линейно зависит от сложности паттерна) жадным алгоритмом - то есть эволюция справится
  - опять же если выполняется "принцип свободы" и генная сеть устроена по модульному принципу (например, как безмасштабная), то малое усложнение паттерна достигается малым изменения сети, причем старый паттерн с большой вероятностью сохранится как промежуточная стадия развития (да, это почти биогенетический закон!) 
  - по сложности паттерна можно оценить количество генов в сети, необходимое для его порождения. 

Часть 1
Часть 2

Продолжение следует.
hellmaus: (Default)
Читая обзор Вакуленко, остро понимаю, что наш биофаковский курс математики был непонятно зачем. Для решения задач устойчивости и эволюции генных сетей Сергей привлекает самые разные математические инструменты:
- теорию графов
- теорию алгоритмов, особенно ее понятия вычислительной сложности и NP-полноты
- Булеву алгебру
- теорию нейронных сетей
- Пфаффовы функции
- Марковские процессы
и многие другие. Ничему из этого нас на биофаке не учили. Мне знакомы только теория графов (касались ее в курсе Python-программирования на ФББ) и теория алгоритмов (из популярной книги Пенроуза "Новый ум короля"). 
И что же дает теория алгоритмов для биологии?
Дает она строгий ответ на загадку избыточной сложности биологических систем. 
Сначала Вакуленко доказывает, что создание работающей генной сети в общем случае - сложная задача, NP-полная. То есть время ее решения будет расти экспоненциально от количества входных данных, например, параметров, которые генная сеть должна стабилизировать. (Одна из известных NP-полных задач - задача коммивояжера: даны города и расстояния между ними, надо найти кратчайший путь, проходящий через все города по одному разу) Хуже того, эта задача построения генной сети-стабилизатора в общем случае не обязательно имеет решение. Для задач построения генных сетей с другими функциями алгоритмические решения вовсе неизвестны. 
Получается, что сложные биологические структуры быстро появиться не могут? Только в общем случае. Ситуацию спасает условие, названное Вакуленко "принцип свободы": если регуляторных генов в сети в несколько раз больше, чем "выходов" (структурных генов), то во-первых, существует много решений, во-вторых, существует быстрый и "жадный" алгоритм, с большой вероятностью находящий какое-нибудь из них. Быстрый алгоритм в данном случае - с линейной зависимостью времени работы от объема входных данных. "Жадный" - значит работающий пошагово и улучшающий решение на каждом шагу.
То есть избыточно сложная генная сеть легче и быстрее подгоняется под новые задачи, чем простая и экономная. 
Если "принцип свободы" не выполняется, такая сеть опять-таки не жилец.

Часть 1

Часть 3
hellmaus: (Мыш)
Что-то в журнале стала сплошная политика. Надо про что-нибудь поприятнее написать. Например, про науку.

Я еще три года назад жаловался, что в молекулярной биологии нет хороших математических теорий с достойной предсказательной силой. Все настолько плохо, что биологи даже радиоприемник починить не могут. Тогда мы в обсуждении уперлись в то, что продукты эволюции, будь то генные сети или прошивки для ПЛИС, устроены принципиально не так, как творения инженеров. Причем биологи (например, я), интуитивно понимают это отличие, а сформулировать строго не могут. Злые физики упрекают их за это в "витализме".

Однако прогресс идет, и есть на свете математики, которые над этим успешно работают. Одного из них зовут Сергей Вакуленко, работает он в питерском институте проблем машиноведения РАН, и я как раз дочитал его громадный обзор (pdf). (скоро выложу русский перевод). Кстати, он неожиданно приятно пишет. Например, с него станется завершить обзор фразой "поэтому предсказать Конец Света невозможно по фундаментальным причинам".

Вкусность первая: у него есть строгое математическое определение жизнеспособности. Любой организм рано или поздно умирает. Любой самый процветающий вид может через десяток миллионов лет вымереть, не оставив потомков. Поэтому жизнеспособность определяется для последовательности размножающихся систем (клеток, особей..) через вероятность выживания: если при времени, стремящемся к бесконечности, она стремится к числу больше нуля - система жизнеспособна. Если к нулю - нет. Определение, кстати, не его, а из книги 1984 года, но современные биологи с ним в массе незнакомы.

Вкусность вторая: этого определения автору хватает, чтобы описать важные ограничения на структуру и эволюцию живого. Для начала, он доказывает, что система, размножающаяся без мутаций - не жилец. Далее, если количество регуляторных генов чем-то жестко ограничено - тоже не жилец. Поэтому сложность генных регуляторных сетей со временем растет, даже если все, что от них требуется - это противостоять случайностям внешней среды. Даже такая мелочь, как распределение количества связей генов, важна! Если новые связи равновероятно образуют все гены - сеть не жилец. У жизнеспособных генных сетей вероятность появления у гена новой связи пропорциональна количеству тех связей, которые у него уже есть. Поэтому реальные генные сети оказываются примером безмасштабных сетей

hellmaus: (Default)
За увеличение финансирования РФФИ и РГНФ и дебюрократизацию науки. 13 октября (четверг)

Оригинал взят у [livejournal.com profile] evsheval в Место и время операции изменить нельзя
Митинг согласован с властями, он состоится c 11:00 до 12:00 в Пушкинском сквере (не рядом с памятником Пушкину, а против
Макдональдса). Я пойду. 




hellmaus: (Default)
..конкретно вычислительной молекулярной биологией.

Одна картинка: стоимость определения последовательности генома человека (или аналогичного по размеру)







Как видно, технологии секвенирования сейчас развиваются невероятно быстро. Не сравнить ни с законом Мура, ни с космической гонкой 60-ых. Очень скоро цена упадет до тысячи долларов, и персональная геномика будет покрываться обычной американской медицинской страховкой. Новые технологии секвенирования, которые финансируются прежде всего американской медициной, перепадают и остальным - зоологам, ботаникам, микробиологам. В базы данных National Center for Biotechnology Information ложатся терабайты прочитанных последовательностей. И чем дальше, тем нужнее люди, которые из этих терабайт вытащат что-то осмысленное.

Прочтение последовательности человеческого генома в 2003 журналисты совершенно зря назвали "расшифровкой". В терминах криптографии - это только "перехват зашифрованного сообщения"; в три гигабайта длинной. Как это все работает - до сих пор не понятно и наполовину. Представьте, что вам надо восстановить логику работы программы такого размера, да еще написанной незнакомым языком, с нечетким синтаксисом, в которой изрядная часть блоков закомментирована. "Хуже, чем в дампах памяти копаться" - сказал про наши дела знакомый программист.

Так что по-моему, нигде в мире сейчас нет такого непаханого поля загадок, как в у нас в геномике.
hellmaus: (Default)
Во-первых, у энтомологов случилось красивое (буквально) открытие на, казалось бы, сто лет изученном месте:



Короче, оказалось, что те радужные отблески, которые многие, наверное, замечали иногда на крыльях комаров, мошек и ос, отблески, возникающие из-за интерференции света в прозрачной пластинке крыла, на самом деле формируют узоры не менее сложные, чем рисунки на крыльях бабочек. Определяются они легчайшими изменениями толщины крыла. И, как оказалось, узоры эти – постоянные и очень, очень видоспецифичные. Криптические "виды-двойники", крайне трудно разделимые морфологическими методами, практикуемыми в энтомологии, разваливаются по ним легко и непринуждённо. Самки от самцов различаются издали и надёжно. Насекомые, с их зрением, эти узоры прекрасно видят. Ритуалы спаривания тех же дрозофил, с демонстрацией крыльев партнёру, становятся ясны и понятны... Да прорва всего из этого следует!

Первоисточник здесь (english), русский пересказ здесь 

Вторая новость еще от 2008 года, но тогда она нешироко разошлась.

Американская команда собрала в трансгенных дрожжах систему биосинтеза морфина. Да-да, того самого предшественника героина, ради которого выращивают опийный мак. Для этого в дрожжи были встроены гены десятка ферментов из трех разных растений - самого снотворного мака, любимой травки генетиков Arabidopsis thaliana и василистника.

Так что теперь ждем тру-нордическое пиво с натуральными алкалоидами мухомора и "веселый йогурт" с ДМТ...

Profile

hellmaus: (Default)
hellmaus

August 2017

S M T W T F S
  12345
6789101112
13141516171819
20212223242526
27282930 31  

Syndicate

RSS Atom

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Sep. 22nd, 2017 02:41 am
Powered by Dreamwidth Studios