Category: техника

Category was added automatically. Read all entries about "техника".

Стереоскопическое зрение богомола явно превосходит человеческое

Биологи обнаружили у богомолов новый механизм стереоскопического зрения, не характерный для других животных.

Вместо того, чтобы сравнивать изображение, получаемое левым правым глазом, богомолы находят области, в которых меняется освещенность, и оценивают расстояние до объекта по изменению освещенности с течением времени, пишут ученые в Current Biology.

В основе стереоскопического зрения животных лежит небольшое различие между изображениями, которые попадают в зрительное поле левого и правого глаза. Основываясь на разнице между этими изображениями, можно не только получить информацию о внешнем виде объекта, но и оценить расстояние до него. Простейший тип стереоскопического зрения — бинокулярное зрение, когда зрительную информацию получают два глаза. Известно, что многие насекомые для получения изображений используют и большее количество глаз (омматидиев), однако единственное насекомое, о стереоскопическом зрении которого известно достоверно, — это богомол.

Общие принципы построения трехмерного изображения из информации, получаемой зрительной системой, достаточно хорошо изучены для большинства позвоночных животных (в первую очередь, млекопитающих и птиц). Об особенностях стереоскопического зрения богомола до настоящего дня было известно мало.

Группа биологов из Университета Ньюкасла под руководством Вивека Нитьянанды (Vivek Nityananda) изучила механизм стереозрения у богомолов с помощью эксперимента, который до этого использовался для подтверждения его наличия: в одной из предыдущих работ. На богомолов надевали специально разработанные очки с оптическими фильтрами: такие фильтры позволяют показывать разные картинки для левого и правого глаза. Изображения-стимулы транслировались с экрана монитора, расположенного на расстоянии 10 сантиметров от насекомого. Для того, чтобы оценить воздействие того или иного стимула на богомола, для показа выбрали те изображения, реакция насекомого на которые известна (например, движения конечностями).

Для оценки точных механизмов стереоскопического зрения ученые показывали богомолам несколько изображений, состоящих из движущихся и статичных точек. Изображения для левого и правого глаза богомола различались, при этом картинка была составлена таким образом, что в каждом отдельном кадре для каждого глаза выделить движущийся целевой объект среди статичного фона было невозможно.

Чтобы определить, насколько для анализа стимула важно согласование между статичной частью изображений для левого и правого глаза, ученые в эксперименте использовали несколько различных комбинаций согласованности статичной и движущейся частей изображения. Для этого авторы работы разработали несколько различных траекторий движущихся точек, которые соответствовали различным виртуальным положениям объекта (на экране, перед экраном или с вообще не пересекающимися лучами), чтобы понять, каким образом устанавливается соответствие между объектами, движущимися в правом и левом зрительном поле. Для сравнения принципов стереоскопического зрения аналогичный эксперимент с теми же самыми изображениями провели с участием людей.

Оказалось, что, в отличие от зрения позвоночных животных, основанного на сравнении картин освещенности, получаемых левым и правым глазом, богомол сравнивает не саму освещенность, а ее изменение с течением времени. При этом, что интересно, и положение движущегося объекта, и картина фона, видимые правым и левом глазом, могут быть не полностью согласованы, что не мешает точно оценить расстояние до объекта.

Исследователи отмечают, что обнаруженный механизм зрения позволяет очень точно определять расстояние до движущихся объектов. При этом, однако, не очень понятно, насколько хорошо стереоскопическое зрения богомола работает для статичных предметов. Кроме того, по словам биологов, стереоскопическое зрение богомола явно превосходит человеческое в том случае, когда изображения, получаемые в два зрительных поля, не соответствуют друг другу.

Авторы работы отмечают, что поскольку модели стереоскопического зрения используют для создания искусственных оптических элементов, алгоритмов обработки изображений и компьютерного зрения, то и обнаруженный механизм зрения богомолов может оказаться довольно полезным для увеличения эффективности их работы.

http://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-98..

Collapse )

Мембранный потенциал /для психологов/

В состоянии покоя между наружной и внутренней поверхностями мембраны клетки существует разность потенциалов, которая называется мембранным потенциалом [МП), или, если это клетка возбудимой ткани, – потенциалом покоя
Так как внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к наружной, то, принимая потенциал наружного раствора за нуль, МП записывают со знаком «минус»
Его величина у разных клеток колеблется от минус 30 до минус 100 мВ.

Первая теория возникновения и поддержания мембранного потенциала была разработана Ю. Бернштейном (1902)
Исходя из того, что мембрана клеток обладает высокой проницаемостью для ионов калия и малой проницаемостью для других ионов, он показал, что величину мембранного потенциала можно определить, используя формулу Нернста

В 1949–1952 гг. А. Ходжкин, Э. Хаксли, Б. Катц создали современную мембранно-ионную теорию, согласно которой мембранный потенциал обусловлен не только концентрацией ионов калия, но и натрия и хлора, а также неодинаковой проницаемостью для этих ионов мембраны клетки
Цитоплазма нервных и мышечных клеток содержит в 30 -50 раз больше ионов калия, в 8–10 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора, чем внеклеточная жидкость
Проницаемость мембраны для ионов обусловлена ионными каналами, макромолекулами белка, пронизывающими липидный слой
Одни каналы открыты постоянно, другие (потенциалозависимые) открываются и закрываются в ответ на изменения МП
Потенциалозависимые каналы подразделяются на натриевые, калиевые, кальциевые и хлорные
В состоянии физиологического покоя мембрана нервных клеток в 25 раз более проницаема для ионов калия, чем для ионов натрия

Таким образом, согласно обновленной мембранной теории асимметричное распределение ионов по обе стороны мембраны и связанное с этим создание и поддержание мембранного потенциала обусловлено как избирательной проницаемостью мембраны для различных ионов, так и их концентрацией по обе стороны от мембраны, а более точно величину мембранного потенциала можно рассчитать по формуле

Поляризация мембраны в покое объясняется наличием открытых калиевых каналов и трансмембранным градиентом концентраций калия, что приводит к выходу части внутриклеточного калия в окружающую клетку среду, т. е. к появлению положительного заряда на наружной поверхности мембраны
Органические анионы – крупномолекулярные соединения, для которых мембрана клетки непроницаема, создают на внутренней поверхности мембраны отрицательный заряд

Поэтому чем больше разница концентраций калия по обе стороны от мембраны, тем больше его выходит и тем выше значения МП
Переход ионов калия и натрия через мембрану по их концентрационному градиенту в конечном итоге должен был бы привести к выравниванию концентрации этих ионов внутри клетки и в окружающей ее среде
Но в живых клетках этого не происходит, так как в клеточной мембране имеются натрий-калиевые насосы, которые обеспечивают выведение из клетки ионов натрия и введение в нее ионов калия, работая с затратой энергии
Они принимают и прямое участие в создании МП, так как за единицу времени ионов натрия выводится из клетки больше, чем вводится калия (в соотношении 3:2), что обеспечивает постоянный ток положительных ионов из клетки
То что выведение натрия зависит от наличия метаболической энергии, доказывается тем, что под действием динитрофенола, который блокирует метаболические процессы, выход натрия снижается примерно в 100 раз
Таким образом, возникновение и поддержание мембранного потенциала обусловлено избирательной проницаемостью мембраны клетки и работой натрий-калиевого насоса

Развитие общего адаптационного синдрома на неандертальском этапе...

Целый ряд условий говорит о том, что именно на неандертальском этапе сформировался механизм выбора между тактическим и стратегическим решениями
Австралопитеки имели прямохождение, затруднившее рождение потомков, что привело к множеству последствий – незрелый головной мозг младенцев, быстро растущий после рождения; опыт выхаживания слабых младенцев сделал постоянной практикой выхаживание больных и раненых, что в свою очередь привело к изменению взаимоотношений в стае
Не вдаваясь в подробности, перечислим условия жизни антропоидов на момент появления неандертальцев
Это – жилье, одежда, огонь, голая кожа, умение выхаживать младенцев, больных и раненых...

За исключением огня принципиального отличия в жизни австралопитеков от других животных не было (хотя это отличие принципиально)
Известно, что найдены следы использования огня давностью около 800 000 лет

Тем не менее, рост мозга и совершенствование взаимоотношений внутри вида на протяжении этого этапа неоспоримы, как и недостижимое для животных развитие уровня Д по Н.А. Бернштейну (1990)
Мы считаем, что наиболее адекватно концепция о сущности неандертальцев была изложена Поршневым Б.Ф. о том, что основным защитным механизмом у них были не охотничьи навыки, а способность к суггестии – психологическому подавлению хищников
Что связано с тем, что у них сформировался огромный мозг, больше нашего грамм на 200, что и позволило стать неандертальцам сверхадаптивными
Развивая идеи Б.Ф. Поршнева, мы в нашем предшествующем исследовании попытались с современного уровня знаний дополнить возможные адаптивные механизмы неандертальцев и кроманьонцев (Павлов Доронин 2008)
Считаем важным дополнить, что речью неандертальцы не владели и потому собственно людьми они не были
На момент окончания неандертальского периода антропогенеза и перехода к кроманьонскому периоду к этому набору добавились религия, искусство, гигантский мозг, превосходящий размерами человеческий

Огромные размеры мозга неандертальцев были за счет задних отделов (В.И. Кочеткова, 1973)
Эти отделы соответствуют второму функциональному блоку мозга по А.Р. Лурии (1972), то есть симпатоадреналовая фаза стресса у неандертальцев позволяла учесть множество деталей ситуации, намного больше, чем это могли сделать их предшественники и последователи. Б.Ф. Поршнев (1972) обращает внимание на высочайшую эмоциональность неандертальцев, что не могло не наложить отпечатка на взаимоотношения в обществе неандертальцев
Симпатоадреналовая фаза стресса у неандертальцев позволяла замечать минимальные эмоциональные колебания у окружающих и строить свое поведение с их учетом
Эмоциональный канал коммуникаций у неандертальцев, конечно же, был развит чрезвычайно
Суггестия стала причиной гибели неандертальцев – по Б.Ф. Поршневу
При резких изменениях условий жизни на планете эта суггестивная сверхадаптивностьзавела их в тупик, что предопределило необходимость переключения на принципиально другой уровень адаптации (печеночный на уровне метаболизма и речевой на уровне коммуникаций (Павлов Доронин)
У человека значение эмоционального канала коммуникаций уходит в тень, в связи с развитием речевого канала коммуникаций
У младенцев, в соответствии с биогенетическим законом, эмоциональный канал коммуникаций является основным. Б.Ф. Поршнев полагал, развивая идеи И.П. Павлова, что торможение при заместительных движениях и есть тот механизм, которым осуществляется выбор
Да, это так, но это выбор между двумя тактическими решениями, он не требует никакого дополнительного механизма
Из двух решений в одной ситуации одно – наилучшее (Буриданову ситуацию не рассматриваем), механизм выбора наилучшего решения в ситуации вполне укладывается в рамки общего адаптационного синдрома
Выбор при этом обусловлен внешними для мозга обстоятельствами
Выбор же стратегического решения, как правило, связан с необходимостью затормозить эффективный и великолепно отлаженный механизм принятия решения под ситуацию, а затем найти стратегическое решение и провести его в жизнь
Против такого механизма работает страх, который неизбежно возникает в симпатоадреналовой фазе общего адаптационного синдрома
Для того, чтобы избавиться от дискомфорта, вызванного страхом, надо начать действовать, причем немедленно – задержка действия дискомфортна
Для стратегического выбора нужен внутримозговой механизм противодействия симпатоадреналовой фазе общего адаптационного синдрома
Окончание эпохи неандертальцев сопровождалось прогрессирующим уменьшением размеров мозга при интенсивном развитии и увеличении лобных долей
У кроманьонцев мозг меньше, но лобные доли заметно больше, чем у неандертальцев (В.И. Кочеткова)

Известно, что человек умеет делать сознательный выбор между тактическим и стратегическим решением
Повод для выбора – изменение ситуации, а значит симпатоадреналовая фаза неизбежна, и она происходит, но человек справляется со страхом, и может сделать выбор не тот, что немедленно приводит его в эмоциональный комфорт, но такой, что будет выгоден в перспективе, порой весьма отдаленной
Это значит, что у человека такой механизм есть

Правомерно предположение о том, что этот механизм был сформирован к моменту, когда в антропогенезе началось увеличение лобных долей с общим уменьшением размеров мозга, то есть к моменту, когда мозг стал более управляем не внешними обстоятельствами, а механизмами самого мозга...

Тактика или стратегия – происхождение дилеммы...

П.К. Анохин (1968) говорил о том, что временная структура мира запечатлена в биохимических и физиологических механизмах живых организмов в виде последовательности состояний
В идеале, последовательность состояний организма должна соответствовать последовательности состояний окружающей среды, и это является условием его (организма) выживаемости
Чем выше организован организм, тем точнее последовательность каждого этапа его формирования и развития соответствует последовательности состояний среды
Поскольку многие структуры организма требуют для своего созревания достаточно большого времени, и определенного же времени требует формирование функциональной системы для достижени цели, и для организма важно приурочить начало действия к определенному состоянию внешней среды, и развертывание программы последовательности действий должно наилучшим образом вписываться в последовательность состояний внешней среды, то свойство прогнозирования событий является одним из важнейших, если не важнейшим
Этим свойством обладают все клетки организма
Это свойство на уровне целого организма обеспечивает специальный орган – центральная нервная система
Совершенствование прогнозирования на все более долгий срок приводит к тому, что возникает необходимость выбора между действием в соответствии с ближним прогнозом, и действием в соответствии с дальним прогнозом

Возможны два варианта соотношения ближнего и дальнего прогноза

Бывают ситуации, когда программа, сделанная с учетом ближнего прогноза не противоречит программе, сделанной с учетом дальнего прогноза, а бывают ситуации когда эти две программы являются взаимоисключающими
В абсолютном большинстве случаев программа ближнего прогноза дает прямой тактический выигрыш
В биологии это значит, что организм выживает – и это уже не мало
Дополнительные действия выбора между двумя программами требуют дополнительного времени, и, если выбор будет в пользу тактического решения, то получится, что зря теряли время
В то же время, в борьбе за демократические преобразования постоянно слышны призывы к свободе
Если это не свобода выбора, то что?
Каков же механизм выбора, если организм стремится всегда к тактически выигрышному решению, явно избегая стратегического?
Понятно, что у человека этот механизм есть, но как он сформировался?
И почему он не всем доступен, по крайней мере, абсолютное большинство населения планеты не склонны принимать стратегические решения

ДАВАЙТЕ-КА ПОКОРОЧЕ

Современные научные исследования показывают, что в смс-общении используется несколько стратегий сокращения слов:

1) инициализмы — передача слов или словосочетаний их начальными буквами;
английский: NY (New Year')
немецкий: HDL (hab dich lieb)
русский: хз (надеемся, и так понятно), кмк (как мне кажется)

2) вырезки — запись слов с пропуском одной или нескольких букв;
английский: gettin (getting), bday (birthday)
немецкий: Antw (Antwort), mal (einmal)
русский: пжлст (пожалуйста), спс (спасибо)

3) стяжения — запись двух слов в одно с пропуском некоторого числа конечных букв первого и/или начальных букв второго;
английский: dont (do not), were (we are)
немецкий: hab's (habe es), auf'm (auf dem)
русский: ?

4) буквенно-звуковые омофоны — подстановка букв или цифр, названия которых звучат так же, как отдельные слова или части слов, на место этих слов или частей;
английский: b (be), c (see), l8r (later), 2 (to, too)
немецкий: ?
русский: 7я (семья)

5) фонетические написания — искажение графичеческого облика слов при (более или менее) адекватной передаче их звукового состава;
английский: bin (been), nite (night)
немецкий: leida (leider), net (nicht)
русский: ща (сейчас)

6) логограммы — замена целых слов определенными символами или символьными последовательностями.
английский: x (kiss), & (and)
немецкий: x (mal), h (Uhr)
русский: ?

Разные языки задействуют эти стратегии не в равной мере. Удивительно, что самую высокую долю сокращенных слов из трех упомянутых в наших примерах языков показывает язык с самой короткой их средней длиной — английский. Это, кажется, позволяет говорить о том, что рассматриваемое языковое явление обусловлено не столько прагматическими факторами (скорость коммуникации), сколько эстетическими (языковая игра).

Например, в следующем сообщении использованы все вышеперечисленные механизмы сокращения:

Thanx 4 the time we’ve spent 2geva, its bin mint! Ur my Baby and all I want is u!xxxxNRN

В основе русского государства лежит механизм формирования личности

Естественно, что внешнее проявление этого хорошо заметно

Культ личности есть следствие конкуренции личностей, претендующих на главенство в государстве
Следствием культа личности является формирование социальной доминанты необычайной силы

Люди с такой доминантой не нуждаются в мелочной регламентации деятельности - они стремятся к построению и сохранению государства просто потому, что интересы государства и личные интересы для них неразличимы

Для западного государства необходима сила закона, но каждый отдельный отдельный индивид действует в личных интересах, ограниченных только законом

У русского человека доминанта формируется в семье и коллективе и эта доминанта несет в себе зерно государственной доминанты, государство - неоспоримый приоритет

Болдырев Иван Васильевич - изобретатель фотопленки

Иван Васильевич Болдырев родился в 1850 году на Дону, в станице Терновской. Отец его долгие годы был на царской службе, и до пятнадцати лет будущий фотограф считался чуть ли не сиротой, зарабатывая на хлеб тем, что помогал деду пасти скот. Вернувшись домой, отец отдал его в услужение офицеру, в надежде на то, что из сына со временем получится исправный писарь. Но Болдырева с раннего детства больше всего на свете привлекала техника. Он, завороженный, присматривался к тому, как работают всевозможные механизмы. Вершиной техники тогда для него были простые часы. Овладев ремеслом часовщика, начал чинить нехитрые механизмы для односельчан, что стало приносить некоторый доход. Скопив небольшую сумму денег, 19-летний юноша покинул родную станицу и уехал в Новочеркасск. Именно там Иван нашел свое истинное призвание – фотографию. Юноша, освоив азы редкой в те годы профессии, довольно скоро вполне профессионально начал выполнять основные виды фоторабот. Окрыленный успехом и результатами своих первых фотосъемок, молодой человек в 1872 году отправился в Санкт-Петербург.

Интерес к светописи привел его в Петербург, где он поступил на службу в фотоателье Лоренца, а затем стал посещать вольнослушателем занятия в Академии художеств, окончить которую из-за материальных трудностей ему не удалось. Жизнь в столице не баловала его. Работая ретушером и помощником фотографа, Иван Болдырев почти весь свой заработок тратил на дорогостоящие фотоматериалы и эксперименты по усовершенствованию фотосъемки и фототехники. Поэтому его постоянными спутниками были нужда и бедность. Но ничто не могло погасить тягу к знаниям. Потребность в самообразовании привела его в Императорскую публичную библиотеку.

Сутками напролет с завидным упорством бился над созданием универсального короткофокусного объектива. Изучая законы оптики и испытывая различные комбинации стекол, Болдырев достиг заметного успеха. Из нескольких линз, помещенных в самодельную картонную оправу, он получил простой, но весьма удачный объектив, который позволял получать вполне приличное изображение. Более того, по некоторым параметрам собранная им оптическая система превосходила существовавшие в те годы фабричные объективы. Угол изображения и светосила болдыревской конструкции превосходили фирменные, лишь несколько уступая им в качестве изображения. По рекомендации V (фотографического отдела) Императорского Русского технического общества (ИРТО) фотообъектив Болдырева в 1878 году был испытан в фотоателье А. Деньера (Невский пр., 19) и показал удивительный результат, «позволяющий при портретной групповой съемке передавать не только линейную, но и воздушную перспективу». Однако эксперты отдела отказали изобретателю в отправке его «двухдюймового фотообъектива» на Всемирную выставку в Париж. Одержимый своими новаторскими усовершенствованиями в фототехнике Болдырев не до конца осознавал значение своей деятельности в качестве фотографа, в которой он явно преуспевал. В одной из своих статей он с огорчением писал о том, что ему на одной из выставок дали Бронзовую медаль за фотографии «между тем, как я выставил не работы фотографические, а аппарат с принадлежностями, посредством которых их снимал». Но еще горше были разочарования, вызванные нежеланием Русского технического общества признать авторство И.В. Болдырева на изобретение короткофокусного объектива, моментального фотозатвора и гибкой «смоловидной ленты», предложенной им взамен бьющихся стеклянных пластин, повсеместно использовавшихся в качестве основы для нанесения светочувствительной эмульсии. В ту пору весь негативный материал изготавливался на основе стекла. Стекло – превосходный материал для негативов, но у него были два существенных недостатка. Первый – стекло тяжелое. И, когда вы отправляетесь на съемку, особенно, если вам нужно сделать несколько снимков, вы тащить на себе значительный груз. Поэтому фотографы вынуждены были прибегать к помощи всевозможных ассистентов. Но был и более существенный недостаток – стекло хрупкое. И часто уже отснятый материал погибал из-за малейшей неосторожности в работе. Болдырев сам неоднократно сталкивался с подобными ситуациями.

Последние годы жизни И.В. Болдырева мало документированы. По дошедшим до нас отрывочным сведениям можно предполагать, что он продолжал заниматься съемкой и пытался продолжать работы по всевозможным усовершенствованиям в области техники.

омега-3 и омега-6 жирные кислоты

Мозг защищается от последствий судорог при помощи омега-3 жирных кислот, многие из которых можно найти в растительных и животных маслах.

Такое мнение недавно высказали российские учёные, сообщает пресс-служба Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН в Пущино.

Исследователи отмечают, что поиск подходов для изучения эпилепсии чрезвычайно важен, поскольку это заболевание широко распространено и часто не поддается лечению. Сегодня далеко не всё известно об изменении биохимических параметров мозга во время эпилептического припадка. Но недавно были получены данные о важной роли липидов, в том числе жирных кислот, в мозге пациента. Особое внимание привлекают омега-3 и омега-6 жирные кислоты.

Такие вещества полезны для здоровья: они защищают организм от стресса, поэтому их используют в пищевых добавках. В мозге очень много жирных кислот, в том числе омега-3 и омега-6. Специалисты говорят, что есть также сведения о роли отдельных жирных кислот как в механизмах развития судорог, так и в противосудорожных процессах. Но в целом этот вопрос изучен мало.

В связи с этим российские специалисты решили выяснить роль жирных кислот при эпилепсии. Но для этого важно знать, как изменяется состав основных жирных кислот и какова взаимосвязь этих изменений во времени и после судорожной активности.

Учёные проводили эксперименты на крысах, которые были генетически чувствительны к судорогам. Специалисты использовали сильный звук с целью вызвать у грызунов припадок. По сути, учёные смоделировали рефлекторную эпилепсию, которая хоть и очень редко, но встречается у людей.

Затем авторы работы изучали слуховую кору животных — часть мозга, входящую в состав слухового анализатора, которая затрагивается при судорогах. Анализ показал, что в слуховой коре мозга крыс после судорог содержание липидов медленно, но всё же устойчиво росло. И к нормальному уровню они возвращались только через две недели.

Исследователи предполагают, что жирные кислоты участвуют в противосудорожных механизмах, защищая мозг от последствий судорог.

"Судорога, даже однократная — это сильный стресс для организма. Биохимические изменения в клетках мозга даже после одной судороги сохраняются несколько недель. Во время судороги, параллельно с развитием патологических внутриклеточных процессов, с небольшим отставанием во времени запускается обратный, защитный механизм, подавляющий дальнейшее развитие эпилептогенеза".

Учёные также выяснили, что концентрация липидов изменяется и в зубчатой фасции гиппокампа крыс, а значит, противосудорожные механизмы включаются и там.

"В обеих работах мы увидели, что растёт содержание докозагексаеновой кислоты, которая относится к омега-3 жирным кислотам и является предшественником синтеза нейропротектина D1. Он защищает клетки от гибели при стрессе. Вот почему мы считаем, что наблюдали противосудорожный механизм в мозге".

Лишь дальнейшие исследования позволят проверить, относятся ли наблюдаемые изменения к врождённым защитным механизмам, которые запускаются во время судороги. И только тогда уже можно думать, как использовать эти результаты в медицине.

Результаты исследования опубликованы в научном издании Neuroscience and Behavioral Physiology.

Рабство

  1. Экономическое принуждение рабов к постоянной работе. Современный раб вынужден работать без остановки до смерти, т.к. Средств, заработанных рабом за 1 месяц, хватает, чтобы оплатить жилье за 1 месяц, еду за 1 месяц и проезд за 1 месяц. Поскольку денег хватает у современного раба всегда только на 1 месяц, современный раб вынужден работать всю жизнь до смерти. Пенсия также является большой фикцией, т.к. Раб-пенсионер отдает всю пенсию за жилье и еду, и у раба-пенсионера не остается свободных денег.
  2. Вторым механизмом скрытого принуждения рабов к работе является создание искусственного спроса на псевдонужные товары, которые навязываются рабу с помощью тв-рекламы, пиара, расположения товаров на определенных местах магазина. Современный раб вовлечен в бесконечную гонку за «новинками», а для этого вынужден постоянно работать.
Collapse )

Биолог Апоптоз Радиоприёмник

Будучи новоиспечённым заведующим лабораторией, я очень беспокоился, что в области, которой я занимался, всё будет открыто ещё до того, как моя лаборатория будет организована. Действительно, изучение апоптоза продвигалось семимильными шагами. Новые молекулы, участвующие в этом загадочном явлении, открывались еженедельно, доклады на конференциях поражали новизной, несмотря на то, что эти конференции организовывались чуть ли не ежемесячно, и в каждом выпуске ведущих журналов была хотя бы одна статья про апоптоз. Мои страхи привели меня к Дэвиду Пэйпермастеру, которого я знал как человека с глубоким здравым смыслом и большим жизненным опытом. Дэвид выслушал мои жалобы внимательно и посоветовал зря не волноваться.

Он мне объяснил, что каждая область биологии, которой он занимался в течение десятелетий своей карьеры, развивалась по одному и тому же сценарию. На первой стадии маленькая группа энтузиастов неторопливо обсуждает проблему, которая всем остальным кажется очень далёкой от жизни, например, действительно ли клеточный цикл контролируется молекулярным осциллятором, или могут ли клетки кончать жизнь самоубийством. На этой стадии знание обсуждаемого процесса углубляется медленно, а учёные относятся друг к другу с уважением, хотя, конечно же, без личных антипатий всё-таки не обходится. Неторопливое развитие событий, однако, неизбежно прерывается неожиданным и, нередко, случайным открытием, как, например, открытие циклинов, или озарение, что неполадки апоптоза могут способствовать развитию рака. Это открытие делает ясным для широких масс учёных, что прежде загадочное и недоступное явление может быть детально исследовано, используя доступные им методы. Более того, по мере того, как широкие массы начинают понимать, что исследование прежде недостойного внимания явления может привести к разработке чудодейственных лекарств, эта область науки превращается в Клондайк, пораженный золотой лихорадкой, со всеми характерными нравами, порядками и законами развития. Главной движущей силой становится желание найти самородок, который увековечит имя открывателя, вызовет глубокую зависть коллег и решит все финансовые проблемы. Вера в то, что такие самородки лежат чуть не на поверхности, привлекает толпы искателей и их финансистов, что приводит к быстрому расширению области исследования. Изучение процесса углубляется с удивительной скоростью и порождает модели, которые не только всё объясняют, но и предсказывают какие молекулы будут мишенями чудодейственных лекарств. На этой стадии учёные относятся к друг другу не всегда по-джентльменски, как всякий, кто читал Джека Лондона, может ожидать. Картина, которую Дэвид нарисовал, довольно точно описывала состояние, в котором находилась тогда область апоптоза. Поэтому мне было непонятно, почему Дэвид ободряюще улыбался. Вот как он объяснил свой оптимизм. Рано или поздно, каждая область биологии достигает стадии, на которой модели, которые казались такими ясными и всеохватывающими, рушатся, предсказания, которые казались очевидными, оказываются ложными, и попытки разработать чудодейственные лекарства кончаются провалом. Этот этап характеризуется чувством безнадежности перед растущей сложностью изучаемых процессов и неприятным чувством, что обещанные панацеи могут так и остаться плодом воображения. Иными словами, развитие области упирается в глухую стену, что не мешает, однако, активным попыткам продвигаться вперед, производя при этом тысячи статей, многие из которых либо описательны, либо противоречивы. Поток публикаций отчасти объясняется огромным количеством накопленной информации (около 10 000 статей по апоптозу публиковалось ежегодно в течение последних нескольких лет), что делает рецензентов и авторов одинаково ошеломлёнными и подавленными. На этой стадии, как это ни парадоксально, впечатление такое, что чем больше фактов мы узнаем, тем меньше мы понимаем предмет изучения.

По мере продвижения вперед становиться ясным, что даже если желанные золотые жилы и существуют, найти их может не удасться. На этой стадии китайская пословица, что тяжело найти чёрную кошку в тёмной комнате, особенно если её там нет, приходит на ум всё чаще. Если ты хочешь продолжать работать в это время всеобщего отчаяния, сказал Дэвид, умей делать хорошие реактивы и научись ясно мыслить в тяжёлой обстановке. Я благодарен Дэвиду за этот совет, который помог мне радоваться жизни, даже после того, как область деятельности, которой я занимался, достигла стадии, которую он предсказал.

Со временем я стал понимать, что парадокс, сформулированный Дэвидом, на самом деле глубже, чем я думал. Действительно, я обратил внимание, что этот парадокс проявлялся не только при изучении фундаментальных процессов, таких как апоптоз и клеточный цикл, но даже при изучении отдельных белков. Например, по мере того, как число публикаций про опухолевый супрессор р53 перевалило за 23 000, что же этот белок делает, становится всё более непонятно.

Мысли о том, что чем больше ты работаешь, тем меньше ты понимаешь то, что ты изучаешь, энтузиазм не повышают. Попытки найти какую-то надежду привели меня к Джо Гол из Института Карнеги. Джо начал публиковаться до того, как я родился, и, кроме прочих трудов, написал замечательную серию статей по истории биологии. Он облегчил мои муки, сказав, что периоды застоя в науке, в конечном счёте, сменяются новым периодом развития. Как пример, он привёл исследования по клеточной смерти, которые начались в XIX веке, а затем прекратились, только чтобы расцвести опять веком позже публикацией 60 000 работ в течение десяти лет. Хотя возможность того, что в будущем моя область науки может активизироваться, принесла некоторое облегчение, я начал думать о том, как приблизить эту желанную перемену, что, в свою очередь, заставило меня искать ответа в причинах парадокса Дэвида. Так как парадокс проявлялся в различных областях биологии, я подумал, что он может отражать какую-то фундаментальную ошибку в том, как биологи решают научные проблемы.

Чтобы понять в чём эта ошибка, я решил последовать совету моего школьного учителя математики Василия Анисимовича Пузыни, который советовал проверять подходы на задачах, у которых есть известные решения. Чтобы абстрагироваться от особенностей биологических экспериментальных систем, я решил найти задачу, которая бы содержала достаточно сложную, но в то же самое время хорошо характеризованную систему.

В конечном счёте, я вспомнил о старом транзисторном приёмнике, который моя жена привезла из России. В целом, приёмник работает так же, как системы передачи сигнала в клетке, преобразуя сигнал из одной формы в другую (приёмник преобразует электромагнитные волны в звуковые). В моём приёмнике около ста компонентов, резисторов, конденсаторов и транзисторов, что соответствует числу молекул в достаточно сложном клеточном пути передачи сигнала. Я стал затем представлять, как биологи будут выяснять, почему мой приемник не работает и как они попробуют его починить. Так как большинство биологов игнорирует физику, я решил, что всё, что мы знаем о приёмнике, - это то, что это ящик, который должен играть музыку.

С чего мы начнём? Сначала мы заручимся финансовой поддержкой, чтобы купить большое количество одинаковых работающих приёмников и сравнить их с тем, который сломан. После нескольких попыток мы научимся вскрывать приёмники и найдем там объекты разной формы, размера и цвета. Мы опишем и классифицируем их в семейства на основе их внешнего вида. Мы опишем семейство металлических прямоугольных объектов, семейство ярких круглых объектов с двумя ножками, семейство цилиндрических объектов с тремя ножками и так далее. Так как объекты окрашены в разные цвета, мы будем изучать влияние смены цвета на качество звука. Хотя перекраска объектов будет иметь слабый эффект (музыка слышна, но тренированное ухо некоторых исследователей заметит некоторые искажения), этот подход произведет много публикаций и приведет к оживленным дискуссиям.

Более успешным подходом станет экстрагирование компонентов приёмника, либо выборочно по одному, либо расстреливая работающие приёмники с близкого расстояния дробью. В последнем случае, расстрелянные приёмники, которые прекратили работать (приёмники с фенотипом), используются, чтобы опознать компонент, разрушение которого привело к фенотипу.

Хотя удаление некоторых компонентов будет иметь минимальный эффект, удачливый молодой исследователь случайно найдет проводок, чье отсутствие приведёт к полному прекращению музыки. Торжествующий исследователь назовет этот проводок Случайно Открытый Компонент (СОК) и затем выяснит, что СОК необходим как связь между длинным выдвигаемым объектом и остальными частями приёмника. Этот объект будет конечно назван Самый Важный Компонент (СВК). Ряд работ установит, что СВК должен быть сделан из металла и что качество звука прямо пропорционально длине СВК, что даст эволюционное обяснение тому, что СВК может выдвигаться.

Радость, вызванная этим открытием, однако, будет прервана настойчивым аспирантом из другой лаборатории, который найдёт ещё один объект, который необходим для работы приемника. К радости открывателя, и к недоумению видных ученых, успешно изучающих СВК, новый объект будет сделан из графита и его длина не будет значительно влиять на качество звука. Более того, аспирант докажет, что СВК не нужен для работы приёмника и, соответственно, назовёт открытый им предмет Действительно Важный Компонент (ДВК). Горячие дискуссии о том, что важнее, СВК или ДВК, будут дополнительно подогреты наблюдением, что одни прёмники требуют СВК, тогда как другие, с виду идентичные, ДВК. Борьба двух школ, поклонников СВК и приверженцев ДВК, будет продолжаться, пока один умный молодой человек не откроет переключатель, чьё положение определяет, какой компонент приёмник использует, СВК или ДВК. Естественно, что переключатель будет назван Безусловно Самый Важный Компонент (БСВК). Воодушевленные этими значительными открытиями, одна армия биологов применит подход экстрагирования ко всем и каждому компоненту приёмника. Другая армия возьмется разламывать приёмники на маленькие кусочки и описывать компоненты, находящиеся в каждом из них, таким образом получая информацию о взаимодействии между компонентами. Идея о том, что функцию каждого компонента можно изучать, перерезая его соединения с другими компонентами, как по одиночке или в сочетании (alanine scan mutagenesis), предоставит неоценимую информацию о роли этих соединений.

В конечном счете, все компоненты будут занесены в каталоги, соединения между компонентами будгг детально описаны, и последствия экстрагирования каждого компонента, как по отдельности, так и в совокупности с другими, будут документированы. На этом этапе придёт время задать вопрос, который до того был задвинут оживленной и продуктивной деятельностью на задний план: А сможет ли информация, которую мы собрали, помочь нам отремонтировать приемник? В некоторых случаях, как это окажется, ответ будет положительный. Например, мы можем найти, что иилиндрический объект окрашен в красный цвет в работающих приёмниках, но кажется обугленным и пахнет горелой краской в сломанном приёмнике. Замена обгоревшего компонента красным компонентом из работающего радио скорее всего починит наш приёмник.

Успех этого подхода объясняет мантру фармацевгтической промышленности, которая гласит "Найдите мне мишень!". Эта мантра отражает веру в чудодейственное лекарство, что, в свою очередь, подразумевает существование чудесной мишени, чья неполадка приводит к болезни, которая должна быть вылечена.

Однако, если у приёмника есть настраиваемые компоненты, имеющиеся и у моего приёмника, и у всех живых организмов, результат будет не такой обнадёживающий. И вправду, приёмник может не работать потому, что несколько компонентов не настроены как следует, что не отразилось ни на их внешности, ни на их соединениях с другими компонентами. В этом случае, какова вероятность того, что наш приёмник может быть отремонтирован биологами? Может, я избыточно пессимистичен, но книжный пример обезъяны, которая, в принципе, может сидя за компьютером напечатать поэму Бёрнса, кажется достаточно уместным. Иначе говоря, приёмник будет молчать, пока счастливый случай не встретит подготовленный ум.

В то же время, мы практически уверены, что инженер, или даже техник, с лёгкостью починит мой приёмник. В чём же разница? Я думаю разница в языках, которые биологи и инженеры используют. Биологи представляют их результаты с помощью до боли узнаваемых диаграмм, в которых их любимая молекула помещена в середину и соединена с остальным миром двусторонними стрелками. Даже если такая диаграмма в целом правильна (рис. 3, А), она обычно бесполезна для количественного анализа, что делает её возможности как инструмента для понимания изучаемой системы очень ограниченными. Язык, используемый биологами для устного общения, не намного лучше и похож на тот, которым пользуются биржевые аналитики. Оба языка туманны (например: "не исключено, что баланс между проапоптозными и антиапоптозными bcl-2 белками участвует в контроле клеточной выживаемости и, в долговременной перспективе, может способствовать росту опухолей") и избегают однозначных предсказаний.

Эти средства общения радикально отличаются от тех, которыми пользуются инженеры (сравните рис. 3, А и 3, Б). Так как язык инженеров (рис. 3, Б) стандартизирован (элементы и их соединения описаны в соответствии с установленными правилами), любой знающий электронику инженер однозначно поймет диаграмму, описывающую как приёмник, так и любое другое электронное устройство. Как следствие, инженеры могут обсуждать работу приёмника, используя термины, которые понимаются однозначно всеми участниками дискуссии. Более того, то, что язык стандартный, позволяет инженерам узнавать знакомые модули (триггер, усилитель) в диаграммах незнакомых устройств. Так как описание количественное (описание приёмника указывает ключевые параметры каждого компонента, скажем, ёмкость конденсатора, но может не включать такие параметры, как цвет, размер, или форму), оно может использоваться для количественного анализа, включая моделирование. Я думаю, что отсутствие такого языка в биологии приводит к парадоксу, описанному Дэвидом. В самом деле, хотя беспомощность чисто экспериментального похода несколько преувеличена в моей аналогии с приёмником, здравый смысл подсказывает, что человеческий мозг может манипулировать только небольшим числом переменных. Также общеизвестно то, что как только число элементов в системе превышает определенный предел, анализ такой системы без формальных аналитических подходов по силу только гениям, которые редки не только среди биологов. В инженерной практике недостаток гениев успешно компенсируется аналитическими средствами, которые синтезируют усилия многих работников, достигая желаемого эффекта, такого, как постройка самолёта или разработка компьютерной программы. В биологии мы предпочитаем цепляться за несколько аргументов, цель которых - убедить самих себя, что задачи, которые требуют высшей алгебры, могут быть решены с помощью арифметики, если как следует постараться и провести ещё одну серию экспериментов.

Один из этих аргументов постулирует, что клетка слишком сложна, чтобы применять инженерные подходы. Я не согласен с этим доводом по двум причинам. Во-первых, пример с приёмником подсказывает, что, если подход не эффективен при анализе простой системы, он едва ли будет более успешен при анализе сложной. Во-вторых, уровень сложности обратно пропорционален степени понимания. Например, та же схема моего приёмника может ошеломить простого биолога (я проверил это экспериментально), но быть тривиально ясной для инженера. Инженеры, вместо того, чтобы преклонятся перед сложностью проблем, решают их систематически, применяя формальные аналитические подходы, которые используют постоянно растущую мощность компьютеров. В результате, такие сложные системы, как современный самолёт, проектируются и испытываются полностью виртуально, а персонажи фильмов и игр, симулируемые компьютерами, делаются всё больше и больше неотличимыми от живых.

Я думаю, что если бы силы и средства, потраченные на разработку формальных описаний биологических систем были бы близки к тем, которые тратятся на разработку видеоигр, клетки бы казались менее сложными и более доступными для медицинского вмешательства.

Похожий аргумент состоит в том, что инженерные подходы не применимы к клеткам потому, что эти крохотные чудеса природы фундаментально отличаются от объектов, изучаемых инженерами. В чём состоит эта чудесная особенность клеток, обычно не уточняется, так как подразумевается, что настоящие биологи понимают эту разницу без объяснения. Я считаю этот аргумент признаком того, что я называю мочевинным синдромом, по аналогии с шоком, который перенесло научное сообщество два века назад, осознав, что мочевина может быть синтезирована в пробирке из неорганических веществ. Это открытие опровергло общепризнанное мнение, что синтез органических веществ требует гипотетическую животворящую силу, которая существует только в живых организмах. Вполне может быть, что когда мы опишем надлежащим образом как сигналы передаются в клетке, мы поймем, что аналогия с приёмником не такая поверхностная, как может показаться с первого взгляда. Действительно, уже сейчас инженеры видят глубокое сходство между системами, которые они создают, и живыми организмами.

Ещё один аргумент состоит в том, что мы знаем слишком мало, чтобы анализировать клетки так, как инженеры анализируют свои системы. Однако вопрос в том, сможем ли мы понять без формальных подходов, что нам нужно знать. Ценность количественных подходов понятна биохимикам, которые измеряют скорости реакций и концентрации реагентов, чтобы понять, как клеточные процессы работают. Несоответствие между измеренной и вычисленной величиной может подсказать участие неизвестного компонента и привести к открытию нового фермента и лучшему пониманию изучаемой системы. Знаем ли мы, что нужно измерять, чтобы понять, как передаются клеточные сигналы? Более тото, уверены ли мы, что вообще что то надо измерять? Как заметил Сидней Бреннер, похоже, что биохимия исчезла одновременно с коммунизмом. Я думаю, что формальное описание сделает необходимость количественных параметров самоочевидной и поможет понять природу этих параметров.

Аргумент, который обычно приводится в частных беседах, гласит, что заниматься разработкой формальных подходов нет смысла до тех пор, пока рядовой биолог вполне может заработать на хлеб, используя экспериментальные подходы, особенно учитывая те годы упорного труда, которые были потрачены на их освоение. Я могу привести две причины, почему я не согласен с этим аргументом. Во-первых, я думаю, что формальные подходы сделают наши исследования более осмысленными и продуктивными и могут действительно привести к открытию чудодейственных лекарств. Во-вторых, формальные подходы могут стать неотьем-лемой частью биологии раньше, чем многие экпериментаторы полагают. Этот переход может быть таким же быстрым, как замена слайдов компьютерными докладами - революция, которая заставила одних специалистов по изготовлению графиков изучить компьютеры и оставила других безработными.

Конечно же, призыв к формальным методам в биологии отнюдь не нов. Общая теория систем была разработана Людвигом фон Берталанффи более 60 лет назад именно как попытка объяснить сложность организации живых организмов. Он же предложил рассматривать живые организмы как физические системы. Основополагающие труды фон Берталанффи послужили основанием для нескольких попыток описать клетки как системы, последняя из которых, системная биология, становится быстро развивающейся дисциплиной. Мощность современных компьютеров и успехи в анализе сложных систем позволяют надеятся, что на этот раз системный подход в биологии превратится из эзотерического, который большинство биологов считает бесполезным, в основной и незаменимый инструмент биологии.

Вопрос в том, как способствовать этой перемене, которая, мягко говоря, не очень приветствуется экспериментальными биологами. Изучению компьютерных программных языков очень помог BASIC, довольно простой язык, который не подходил для решения сложных проблем, но был очень эффективен в обучении принципам программирования и позволял быстро ознакомиться с возможностями компьютерных языков. Аналогично, относительно простой язык, который экспериментаторы могли бы использовать для освоения формального описания биологических процессов, был бы очень кстати для преодоления страха перед давно забытыми математическими символами. Несколько таких языков было предложено, но они не включают в себя возможности количественного анализа, что ограничивает их пользу. Другие языки разработаны с учётом необходимости моделирования, но насколько эти языки практичны, ещё рано судить из-за новизны этих разработок. Однако, я думаю, что разработка практичных и гибких языков для формального описания биологических систем - это только вопрос времени, и в недалёком будущем эти языки будут преподаваться студентам, изучающим биологию, так же, как формальные подходы преподаются сейчас инженерам - как необходимая основа изучения их специальности. Мой совет экспериментальным биологам быть готовыми!

Опубликовано 2002 Cancer Cell 2 (September): 179–182 . Can a biologist fix a radio? — Or what I learned while studying apoptosis.

Collapse )