Динозавры и история жизни на Земле

Поиск по сайту



Статистика




Яндекс.Метрика




Половые органы сконденсировались

Лет так 200 назад биологам было трудно себе представить, как из одной клетки образуются новые «единицы жизни». Потом были открыты митоз, мейоз и амитоз, а также их разнообразные модификации. Но один из ключевых вопросов до сих пор остается без детального ответа – как клетка, размеры которой составляют всего лишь несколько микрометров, определяет судьбу своих «дочерей».

Для большинства клеток нашего организма характерно равноценное деление – митоз, в результате которого образуются две полностью одинаковые клетки. А вот стволовые клетки, равно как и эмбриональные, тоже делятся напополам, но не абсолютно равноценно – одна из них остается стволовой, другая встает на определенный путь развития. Во взрослом организме это позволяет поддерживать популяцию стволовых клеток, например, в красном костном мозге на протяжении всей жизни.

Для эмбриона это асимметричное деление – залог нормального развития, именно оно определяет, где будут располагаться определенные ткани и органы.

Что же касается «как и почему», то даже самые современные методы визуализации не могут до конца ответить на эти вопросы. Ученым приходилось не раз наблюдать, как гранулы и структуры неравномерно распределяются по двум клеткам. Энтони Химан из Института молекулярной биологии клетки и генетики имени Макса Планка и его коллеги нашли один из возможных механизмов:

им оказался обычный фазовый переход – конденсация молекул рибонуклеиновых кислот и белков в крупные капли, которые и определяют будущее положение половых клеток в эмбрионе Caenorhabditis elegans.

Как и многие другие открытия на стыке наук, это тоже произошло относительно случайно, когда Химан и соавторы публикации в Science Express во время летней школы пытались получить видеозапись «поведения» упомянутых P-гранул, богатых РНК и белками. Ученые заметили, что поведение этих гранул, их форма, возникновение и растворение очень напоминает капли обычной воды, конденсирующиеся из насыщенного пара и потом сливающиеся друг с другом.

По возвращении в родные лаборатории они продолжили свои эксперименты, на этот раз сконцентрировавшись в первую очередь на физической, а не на биологической составляющей. Выяснилось, что Р-капли примерно в тысячу раз более вязкие, чем вода, что примерно сопоставимо с глицерином. А «круговорот» их составляющих занимает примерно 30 секунд – этого времени достаточно, чтобы разобраться на части и снова объединиться.

Пока эмбрион остается одной клеткой, концентрация этих веществ равномерна во всём объеме, но стоит нарушить симметрию, как в одной из частей клетки тут же происходит конденсация.

В результате концентрация растворенных веществ в этой области снижается, но белки поляризации MEX-5 И PAR-1 продолжают «стягивать» сюда новые белки и РНК, которые снова конденсируются.

Дальнейшие события хорошо описаны эмбриологами ещё сто лет назад – после обособления полового зачатка эмбрион поляризуется и развиваются другие ткани и органы. Химан считает, что этот же простой механизм может работать и для других молекул. Ученым же сейчас предстоит немалая работа по выяснению функции Р-гранул, которые пока остаются лишь маркером половых клеток, но не объясняют их развитие.

Эти же процессы могли работать и в «примордиальном супе» из биополимеров. И тот же фазовый переход сыграл ключевую роль в формировании коацерватных капель и появлении первых клеток. Более того, он же мог способствовать и появлению многоклеточности – неравномерно поделившиеся клетки обладали разными свойствами, а потому и оставались вместе, «помогая друг другу». В любом случае, все эти предположения пока остаются на уровне гипотез, которые ещё предстоит проверить.


Робот пошел в ясли

Инженеры из Генуэзского университета создали новый робот – BabyBot, на котором пытаются моделировать человеческое восприятие мира. Воспроизводящий тело двухлетнего ребенка робот может привести к появлению машин, которые смогут чувствовать и взаимодействовать с окружающим миром.

Руководитель работы Джорджо Метта из Laboratory for Integrated Advanced Robotics при Университете Генуи поясняет, что проблема моделирования и самого определения сознания – ключевая проблема в науке и в философии: «Проблема эта дуальна: где заканчивается мозг и начинается мысль? Надо ли нам рассматривать эти два аспекта по отдельности?»

Создание робота опиралось на предыдущие работы в рамках проекта ADAPT (Artificial Development Approach to Presence Technologies), в ходе которых изучалось взаимодействие 6–18-месячных младенцев с окружающим миром.

«Мы пытались отследить максимальное количество параметров для оценки способов, при помощи которых малыши чувствуют и взаимодействуют с окружающим миром. Как они реагируют на матерей, на незнакомцев, что именно они видят, как распознают объекты и многое другое», – говорит Метта.

В итоге ученые создали нечто вроде модели сознания с условным названием «модель процесса». Она предполагает, что объекты в окружающем мире не реальные физические объекты; скорее они – часть процесса восприятия. И если другие модели описывают сознание как «восприятие, познание и затем действие», новая модель видит его как «действие, познание и затем восприятие». Именно так, судя по всему, воспринимают мир младенцы.

Впрочем, «это не окончательная истина. Это отправная точка, чтобы понять проблему», – постарался укрыться от нападок приверженцев других теорий Метта.

Затем команда использовала BabyBot, чтобы проверить жизнеспособность своей модели. Робота обеспечили минимальным набором инструкций, достаточным для взаимодействия с окружающей средой. Из человеческих органов чувств инженеры использовали слух, зрение и осязание. Генуэзцы проводили два эксперимента: в одном BabyBot мог коснуться объекта, во втором он должен был взять объект.

BabyBot с честью справился с заданием и сумел сначала различить объекты, сегментируя картинку, поступающую на его «глаза», и узнать о свойствах объектов, взяв их в «руки».

Как говорят ученые, их работа – это только первый шаг в моделировании сознания. Они начали работу по созданию робота, действительно имитирующего сознание младенца.

Robotcub сможет видеть, слышать, осязать. Итальянские инженеры даже надеются научить Robotcub ползать.

«В конечном счете нашей работе предстоит найти огромный диапазон применений от виртуальной реальности, робототехники и искусственного интеллекта до психологии и развития роботов как инструментов для нейроисследований», – резюмирует Метта.