Биология

Мы привыкли думать о наследственности как о передаче генов — молекулярных инструкций, которые определяют цвет наших глаз, рост или склонность к определённым заболеваниям. Но что, если наследство — это нечто большее, чем просто ДНК? Что, если опыт наших предков — их страхи, стрессы, даже образ жизни — может оставить след в наших телах и умах? Эпигенетика, молодая и стремительно развивающаяся область биологии, показывает: память о прошлом наших предков может быть закодирована не только в историях, которые мы рассказываем, но и в самих наших генах.

Шёл 1905 год, когда французский биолог Люсьен Куэно столкнулся с головоломкой. Он занимался разведением мышей, пытаясь расшифровать закономерности наследования окраски шерсти, но результаты одного из скрещиваний получались не такими, как он ожидал. Когда Куэно вывел гетерозиготных желтокожих мышей, у которых жёлтый окрас был доминантным признаком, а чёрный — рецессивным, он заметил, что на каждую чёрную мышь рождалось две жёлтых, вместо предсказанного соотношения 3:1. Потребовалось ещё пять лет, чтобы пара американских исследователей придумала объяснение происходящему, после чего мышь стала главным модельным организмом биомедицины.

Загадка Куэно поначалу казалась нарушением менделевских законов наследования. Но такие исключения типичны для биологии, где простые правила сговариваются между собой и порождают невероятные вариации, заслоняя наше понимание, как заслоняет поле зрения густой туман. В то время, несмотря на то, что селекционеры уже давно использовали закономерности в наследовании, принципы, лежащие в основе наследственности, оставались загадочными. Так было до тех пор, пока австрийский монах Грегор Мендель не показал, что признаки передаются от родителей к потомству в виде дискретных, независимых друг от друга пакетов.

Долголетие, продуктивность, чувство счастья и целеустремленность. Все это не отдельные элементы, а части единой системы, которые поддерживают друг друга. Разрушаешь один элемент – за ним тянутся остальные. Начинаешь регулировать образ жизни, и вот личностные характеристики начинают расти. Доктор Эндрю Губерман, профессор Стэнфордской медицинской школы, вместе с доктором Крисом Палмером, сертифицированным психиатром и профессором Гарвардской медицинской школы записали совместный подкаст, перевод которого представлен в этом материале.

Глубокое обучение гламурно и ажиотажно. Если обучить трансформер (современную языковую модель) на датасете из 22 миллионов ферментов, а затем использовать его для прогнозирования функции 450 неизвестных ферментов, то можно опубликовать свои результаты Nature Communications (уважаемом научном издании). Вашу статью прочитают 22 тысяч раз и она будет в верхних 5% из всех результатов исследований по оценке Altmetric (рейтингу внимания к онлайн-статьям).

Однако если вы проделаете кропотливую работу по анализу чужой опубликованной работы и обнаружите, что она полна серьёзных ошибок, в том числе сотнями некорректных прогнозов, то можете опубликовать на bioRxiv препринт, который не получит и доли цитат и просмотров исходного исследования. На самом деле, именно это и произошло в случае двух статей:

Functional annotation of enzyme-encoding genes using deep learning with transformer layers | Nature Communications

Limitations of Current Machine-Learning Models in Predicting Enzymatic Functions for Uncharacterized Proteins | bioRxiv

Эта пара статей о функциях ферментов стала прекрасным примером для изучения границ применения ИИ в биологии и неправильно расставленных акцентов в современной публикации результатов. В этом посте я расскажу о некоторых подробностях, однако призываю вас изучить статьи самостоятельно. Этот контраст станет ярким напоминанием о том, как сложно бывает оценить правдивость результатов ИИ без глубокого знания предметной области.

Почти 50 лет назад марсианские посадочные аппараты «Викинг» впервые провели эксперимент по поиску внеземной жизни — и, возможно, нашли её! Однако сенсационные результаты вызвали волну скепсиса, а сами данные на десятилетия оказались в тени. Эта статья — попытка разобраться, что же произошло на самом деле. Что если первая встреча с внеземной жизнью уже состоялась — и мы просто не готовы были её признать?

Обнаружена генетическая связь между ночным синтезом гормона сна – мелатонином и тяжестью симптомов СДВГ у детей. Исследование проливает свет на более глубинные первопричины СДВГ и связанные с этим состоянием особенности режима дня.

• Японская ходьба: преимущества этого фитнес-направления

• Американский стартап заявляет о «первом в истории» программном обеспечении для генетической оптимизации эмбрионов при ЭКО

• Брачные предпочтения человека, основанные на запахах, не гарантируют совместимость на уровне гамет

• Команда из Мельбурна продемонстрировала способ сделать ВИЧ видимым внутри белых кровяных клеток, что открывает путь к его полному выведению из организма

• Учёные раскрыли секрет продуктивности — и почему вам следует делать более длительные перерывы

Какие ассоциации у вас вызывает слово «граф»? Возможно, если ваш склад ума социально‑гуманитарный, то граф для вас — это средневековый титул. Если же вы склонны мыслить физико‑математически, то при слове «граф» вы сразу же представляете соответствующий математический объект. Забавно, но между средневековым титулом и графом, как математическим объектом нет ровно ничего общего. Однако математический граф — это именно то, что удивительным образом объединяет российского нейробиолога К.В. Анохина и британского физика‑математика С. Вольфрама, а точнее их концепции: у первого — о мозге и разуме, у второго — о Вселенной.

Наверняка вы когда‑нибудь замечали, как трудно оторваться от залипания в шорт видео или от прокручивания алгоритмической ленты. И это не случайность, так работает система подкрепления нашего мозга.

Предлагаю разобраться в её механиках, почему она настолько эффективна, как перестать быть ее жертвой и начать использовать в свою пользу. Поехали.

Что вообще такое переменное подкрепление?

Это механизм, при котором награда за выполненное действие приходит нерегулярно и непредсказуемо. Смоделируем, я решил публиковать видео на YouTube, первое набрало 500 просмотров, второе — 1 500, третье — 600, четвертое — вдруг 2 400.

Такой нелинейный рост будет выступать непредсказуемой наградой и мотивировать меня дойти не до 2 400, а уже, например, до 3 500 просмотров. Если бы рост шел «лесенкой» (500, 600, 700…), мотивация бы со временем перестала расти из‑за предсказуемости награды.

Система подкрепления помогает фиксировать связь между действием и результатом. Сделал X → это привело к результату Y → нужно продолжать делать X. А переменное подкрепление помогает более устойчиво закрепить эту связь.

Все дело в дофамине, который отвечает за ожидание награды и помогает мозгу обучаться на основе результата. Когда результат превышает ожидания, мозг регистрирует так называемую ошибку предсказания и дофаминовый сигнал возрастает, а за ним закрепляется поведение, которое привело к успеху.

Предсказуемые награды, в свою очередь, вызывают гораздо меньший отклик, потому что мозг их уже «учел».

Откуда же взялась система подкрепления мозга?

Пару дней назад я написал пост о тритонах, в котором упомянул чрезвычайно ядовитого американского тритона. Но тогда у меня не было ни места, ни времени объяснить, почему он настолько ядовитый. И, разумеется, меня немедленно забросали кучей* комментариев и писем с вопросами. 

^*тремя

Что ж, ладно, расскажу. Самый ядовитый тритон в мире — это Taricha granulosa, желтобрюхий тритон. Скромное маленькое земноводное, эндемичное для северо-запада тихоокеанского побережья Северной Америки, к западу от Каскадных гор примерно от округа Санта-Круз (Калифорния) до Юго-Восточной Аляски.

Он настолько ядовит, что яд одной особи может с лёгкостью убить множество взрослых людей. Можно в буквальном смысле погибнуть, лишь один раз лизнув этого тритона.

Хочешь разобраться как работает твой мозг?

Почему ты склонен лениться или быстро устаёшь?

И какая ты булочка?

Для поиска жизни на других мирах нужен способ определения химического состава их атмосфер. Если бы инопланетяне наблюдали за Землёй в поисках жизни, они бы искали определённые признаки её наличия в атмосфере планеты. А среди них в первую очередь — наличие кислорода, поскольку он образуется в процессе фотосинтеза растениями и некоторыми бактериями. Значит, главное — искать на экзопланетах химические «сигналы», показывающие наличие веществ, зависящих от жизни.

Космический телескоп им. Джеймса Уэбба изучает атмосферы экзопланет, открывая новые возможности для поиска жизни в других местах. С помощью него и других мощных обсерваторий учёные пытаются уточнить технологии поиска мест, где есть жизнь, и вынесения вердикта о её отсутствии. Однако, кроме кислорода в нашей атмосфере, они до сих пор не определили никаких других химических сигналов, которые бы однозначно говорили: «Здесь есть жизнь!», и которые можно было бы искать на других мирах. Возможно, поиск единственного признака наличия жизни — не совсем правильный подход. В новой работе исследователи предлагают наблюдать за взаимодействием химических веществ в атмосфере планеты, разрабатывая систему, которая может даже обнаружить такую жизнь, которую мы никогда не видели. Это связано с предположением о том, что на других планетах могут существовать формы жизни, которые не совсем похожи на те, что мы знаем на Земле.

Летом 1961 года Осаму Симомура сидел в одиночестве в гребной лодке на берегу Пьюджет-Саунд в окружении тысяч светящихся медуз. Морской биолог и химик, он часто искал такие спокойные моменты, чтобы поразмыслить над своими экспериментальными неудачами. Две недели он пытался выделить светоизлучающую молекулу люциферина, которая, по мнению учёных, отвечает за свечение медуз. Там, на воде, его осенила новая идея: а что, если источником свечения является вовсе не люциферин?

Это озарение привело к открытию зелёного флуоресцентного белка, или ЗФБ [green fluorescent protein, gfp]. Хотя поначалу на ЗФБ не обращали внимания, впоследствии он произвёл революцию в биологии и медицине, за что и получил часть Нобелевской премии по химии 2008 года. Учёные поняли, что ЗФБ, белок с одним геном, функционирует как встроенный клеточный фонарик. Присоединив ген ЗФБ к другому интересующему их гену, они могли отслеживать перемещения белков, контролировать экспрессию генов и наблюдать за клеточными процессами в режиме реального времени.

Меня зовут Виктор, я продуктовый менеджер в ЮMoney. Сегодня расскажу, как мы с супругой ездили волонтёрами в Анапу спасать птиц от разлившегося мазута: искали их, отмывали, давали клички, лечили, кормили килькой и готовили к выпуску в дикую природу.

Когда вы какаете, ваш организм выбрасывает из кишечника сотни миллиардов микробов, в том числе множество «полезных бактерий», которые помогают поддерживать кишечник и все остальные органы в отличной форме. В 1958 году врачи использовали эти знания для проведения первой современной трансплантации фекальной микробиоты: когда с помощью процедуры колоноскопии людям с проблемами кишечника пересаживается группа микробов из кала здорового донора. Результаты оказались чудесными. Пересадка восстановила недостаток здоровых микробов у реципиентов, увеличив количество «хороших» микробов в их кишечнике. На первых порах подобная пересадка проводилась только для людей с тяжёлыми бактериальными инфекциями или дисбалансом кишечника из-за недостатка полезных бактерий.

Однако, когда исследователи начали понимать, насколько важен здоровый микробиом кишечника для психического здоровья, эту процедуру стали тестировать на людях с тяжёлыми психическими расстройствами, такими как депрессия. Положительные результаты исследований показали, что восстановление сбалансированного микробиома может, как по нажатию кнопки, поменять состояние человека — так проявила себя чёткая связь между микробами кишечника и настроением.

Идея о том, что деревья общаются друг с другом во время затмения и синхронизируют своё поведение, о чём много писали в последнее время, весьма убедительна. Захватывающая идея возникла в результате исследования биоэлектрических сигналов у елей (Picea abies) в итальянских Доломитовых горах во время 2-часового частичного солнечного затмения. Но многих исследователей не убедили эти выводы. Они утверждают, что количество исследованных деревьев ничтожно мало и что существуют более правдоподобные объяснения полученных результатов.

Одомашнивание сделало кошек и собак более разнообразными, но в то же время удивительно похожими друг на друга, что серьёзно сказывается на их здоровье и благополучии, показывают новые исследования.

На первый взгляд кажется, что у персидских кошек и мопсов не так уж много общего. Одна — кошка, другая — собака, а между ними — 50 миллионов лет эволюции. Но когда биолог-эволюционист Эбби Грейс Дрейк и её коллеги просканировали 1 810 черепов кошек, собак и их диких родственников, они обнаружили нечто странное. Несмотря на далёкое прошлое, многие породы кошек и собак демонстрируют поразительное сходство в форме черепа.