О трех открытиях в области здравоохранения, о том, как думают кошки, собаки и другие домашние животные, об исследовании пестицидов и пищевых добавок и о других новостях науки в нашем обзоре.
Три технологии-прорыва 2017 года по версии MIT
Массачусетский технологический институт (Massachusetts Institute of Technology) опубликовал свой ежегодный список самых впечатляющих технологий, которые могут изменить мир уже в ближайшее время. В этом году среди десяти различных открытий из различных областей три относятся к здравоохранению: они касаются лечения паралича, генной терапии и клеток, из которых состоит человек.
Паралич станет обратимым
Уже через 10-15 лет парализованные люди смогут снова получить возможность двигаться. Специалисты из Федеральной политехнической школы Лозанны (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), Швейцария, с помощью имплантируемых электродов, которые стимулируют двигательную область коры головного мозга, заставили перемещаться парализованную конечность обезьяны, в которую также были вживлены электроды. Мозг и конечность сообщались с помощью беспроводной связи, которая фактически заменила поврежденные нервы.
Первые шаги к этой технологии были сделаны, когда ученые создали мыслеуправляемые протезы и не только. Например, в Бразилии полностью парализованные люди после тренировки с применением мыслеуправляемого экзоскелета смогли контролировать свои выделительные процессы, а один из них самостоятельно пошел. В Германии сделали роботизированную руку, которая также управляется электродами в мозге и помогает пациентам с частичным параличом совершать некоторые бытовые действия. В самой Федеральной политехнической школе уже проводили опыты на парализованных обезьянах, которым вживляли электроды в головной и спинной мозг, и это также помогало вернуть им подвижность.
Теперь ученые работают над «невральным шунтом» – возможностью «обойти травму» с использованием беспроводных технологий, благодаря которым сигналы мозга передаются непосредственно к стимуляторам, установленным в нужном месте внутри тела. Уже доказано, что разработка швейцарских ученых работает и на людях – ее проверили на пациенте, у которого работали только голова и плечо. Ему установили около 100 электродов в мозг и 16 – в руку и кисть, и он смог двигать этой рукой и даже поднять чашку.
Такие электроды помогут не только парализованным пациентам, но и тем, у кого диагностировали другие заболевания: болезнь Альцгеймера, глухоту, патологии зрения.
Генная терапия
Еще одна крайне важная технология, которая доступна даже сейчас – это генная терапия. Ученые уже умеют модифицировать гены и доставлять их в клетки, пользуясь вирусами, чтобы лечить некоторые редкие наследственные патологии, и теперь работают над поиском подобной терапии для других заболеваний. Возможно, в будущем с помощью изменения генома смогут лечить рак или сердечно-сосудистые заболевания. В Стэнфордском университете (Stanford University) сообщили, что в настоящее время проводятся клинические испытания генной терапии более 40 различных заболеваний. Генетики говорят, что однажды генная терапия поможет справиться с диабетом, болезнью Альцгеймера и даже старением, но это будет сложнее, так как в этих процессах задействовано несколько генов, а не один.
Клеточный атлас: из чего сделан человек
Клетки были впервые описаны еще в 1665 году биологом по имени Роберт Гук (Robert Hooke). За прошедшие несколько веков наука шагнула далеко вперед, и сейчас коллеги первооткрывателя работают над клеточным атласом человека. С помощью новейших технологий они внесут в общий каталог все 37,2 миллиарда клеток, из которых состоит человеческое тело, и когда эта работа будет закончена – ученые получат модель, которая поможет, например, искать новые лекарства от различных болезней. Специалисты из США, Великобритании, Израиля, Швеции, Японии и Нидерландов зафиксируют молекулярную подпись каждой клетки и дадут ей «почтовый индекс», который показывает, где именно в теле находится эта клетка.
Создание клеточного атласа стало возможным благодаря трем новым разработкам. Клетки отделяют от других и помечают, применяя технологию клеточной гидродинамики, чтобы изучить каждую клетку отдельно. Вторая разработка позволяет дешево и быстро секвенировать геном отдельных клеток, идентифицируя гены, которые в них присутствуют. Таким образом один ученый может обработать в день до 10 тысяч клеток. Третья разработка дает возможность «маркировать» клетки и искать их по типу – это позволяет присвоить им тот самый «почтовый индекс».
Клеточный атлас создается в том числе благодаря помощи Марка Цукерберга и Присциллы Чан – принадлежащий им центр Biohub также участвует в исследованиях.
medportal.ru
13 марта 1932 года. Открыт Плутон
Существование Плутона, на основе возмущений орбиты Нептуна, теоретически предсказал еще в 1840-х годах французский математик Урбен Леверье. В конце XIX — начале XX века настоящую охоту за «планетой X», как он ее назвал, развернул американский астроном Персиваль Лоуэлл, в основанной им самим в Аризоне обсерватории. Лоуэлл и его коллега Уильям Генри Пикеринг были близки к успеху: 19 марта и 7 апреля 1915 года они получили два очень бледных и размытых изображения Плутона, которые не смогли распознать.
Лоуэлл умер в 1916 году, так и не найдя свою «планету X». После этого его вдова начала с Обсерваторией Лоуэлла длинную судебную тяжбу, которая на полтора десятка лет затормозила поиски планеты. И только в январе-феврале 1932 года молодой сотрудник все той же обсерватории Клайд Томбо наконец обнаружил на снимках движущийся объект, который и оказался искомым небесным телом. О его открытии всему миру сообщили 13 марта — в день рождения Персиваля Лоуэлла и в годовщину открытия Урана.
Интересно, что название новой планете придумала Венеция Берни, 11-летняя школьница из Оксфорда. Она решила, что древнеримское имя бога подземного мира отлично подойдет такому темному и холодному миру (Плутон состоит из камня и льда). Она рассказала о своей идее своему деду Фолконеру Мейдану, сотруднику Бодлеанской библиотеки Оксфордского университета. От него через несколько «рукопожатий» об этом узнали в Обсерватории Лоуэлла, где идею одобрили большинством голосов. Среди других вариантов, рассматривались «Минерва» «Кронос» и «Зевс».
В 1978 году был открыт крупнейший спуник Плутона, Харон. А в 2006 году Международный астрономический союз «разжаловал» Плутон в карликовые планеты. Теперь он считается самым крупным объектом в поясе Койпера, окружающем Солнечную систему.
scientificrussia.ru
В ДВФУ исследуют воздействие на организм пестицидов и пищевых добавок
Российские и европейские ученые проведут в Дальневосточном федеральном университете (ДВФУ) во Владивостоке эксперименты, чтобы проверить длительное воздействие на живые организмы пестицидов и пищевых добавок, сообщает РИА Новости со ссылкой на пресс-службу вуза.
Эксперимент на лабораторных животных проведут сотрудники научно-образовательного центра (НОЦ) «Нанотехнологии» Инженерной школы ДВФУ под руководством главного токсиколога Европы, президента Ассоциации европейских токсикологов Eurotox Аристидиса Тсатсакиса (Греция).
«Эксперимент начнется в марте и продлится в течение календарного года в сотрудничестве с Центром гигиены и эпидемиологии в Приморском крае. Мы проверим влияние малых доз различных веществ, которые считаются безопасными по существующим стандартам. Это пестициды, которые используются в производстве сельскохозяйственных культур, различные красители, косметические и пищевые добавки. Рассчитываем, что результаты исследования станут основой для новых стандартов», — пояснил заместитель директора Школы естественных наук, директор НОЦ Кирилл Голохваст.
Используя лабораторных животных, ученые намерены выяснить, безопасны ли малые дозы этих химических веществ при длительном и постоянном приеме, есть ли накопительный или комбинированный эффекты их воздействия, в том числе на потомство. Для комплексного изучения проблемы параллельно такие же исследования будут вести сотрудники научных центров в Китае, Италии, Республике Корея, Греции, Румынии, Иране.
Также под руководством Тсатсакиса в ДВФУ при поддержке Российского научного фонда проводится масштабное исследование влияния твердых частиц автомобильных выхлопов на биоценоз современного города.
Уже на первом этапе реализации проекта ученые пришли к выводу, что новые автомобили представляют для экологии не меньшую опасность, чем устаревшие модели с большим износом двигателя. Опыты на крысах подтвердили еще одно предположение — углеродные нановолокна, которые в большом количестве содержатся в выхлопах, снижают поведенческие функции и познавательную активность, отмечает вуз.
scientificrussia.ru
Они всё понимают
Как думают кошки, собаки и другие домашние животные
Кот, выжидающий, когда вы выйдете из комнаты, чтобы стащить котлету; собака, приносящая тапки под дверь еще за час до прихода хозяина; попугай, впадающий в меланхолию по смерти подруги. На вопрос, есть ли сознание у его питомца, любой хозяин ответит однозначно: «Конечно да, только посмотрите ему в глаза», тогда как скептикам сложное поведение животных может показаться лишь причудливым воплощением вековых рефлексов.
Попугаи: знают о будущем и мыслят категориями
У американского психолога Ирэн Пепперберг было два необычных попугая. Первый из них, Гриффин, можно сказать, умел избегать сиюминутных удовольствий ради долговременных перспектив. А точнее, он научился отказываться от овсянки ради более заманчивых лакомств — орехов и конфет.
В эксперименте перед Гриффином сначала ставили чашку с овсяными хлопьями, и если по прошествии некоторого времени (от десяти секунд до пятнадцать минут) он не трогал это скромное угощение, то потом Гриффина награждали едой повкусней. Постепенно попугай понял правила этой нехитрой игры на терпение и стал выигрывать почти в 90% случаев. А чтобы справиться с искушением, он расчесывался, зевал или даже откидывал несчастную чашку с овсянкой куда подальше. Одним словом, вел себя, как ребенок в знаменитом эксперименте с зефиркой.
Другого попугая Ирэн звали Алекс, и он не только умел говорить, но и различал предметы по их форме, цвету, размеру и материалу. При этом попугай не бездумно запоминал объекты вместе с их характеристиками, а, видимо, собрал у себя в голове пусть и небольшую, но вполне внятную систему понятий. Так, он верно называл формы геометрических фигур, которые видел первый раз в жизни («четыре угла» или, скажем, «три угла»), или в ответ на вопрос «Какого цвета зерно?» отвечал: «Желтый», даже когда вокруг зерен не было.
Алекс также владел логическими категориями вроде «больше-меньше» или «похожий-одинаковый-различный». Водном эксперименте ему показывали два ключа: один из них — металлический — был поменьше, а другой — сделанный из зеленой пластмассы — побольше. Попугая спрашивали, чем они отличаются между собой, и Алекс совершенно верно отвечал, что цветом. Потом ему задавали дополнительный вопрос о том, какой из ключей больше, и снова получали правильный ответ — «зеленый».
Впрочем, даже самый бесчувственный человек вряд ли мог назвать Алекса этакой пернатой машиной по категоризации предметов. В экспериментах он часто отвлекался от скучной фактологии и мог, к примеру, затребовать себе в награду банан или вернуться в клетку со словами «хочу уйти». 5 сентября 2007 года, когда Ирэн вечером уходила из лаборатории, Алекс сказал: «You be good. See you tomorrow. I love you» («Будь хорошей. Увидимся завтра. Я люблю тебя»), и эти слова были последними в жизни необычного попугая. На следующее утро Алекса нашли мертвым — он скончался от внезапной закупорки кровеносных сосудов.
Собаки: заглянуть в черный ящик
Собаки способны на уйму самых разных вещей и, например, могут без всяких подсказок отличать до 200 игрушек, но для ученых-когнитивистов это не самое главное. Гораздо интересней то, что покорность собак и их преданность человеку позволяет приоткрыть «черный ящик» мышления животных.
Сегодня собаки — это единственные животные, которые могут по доброй воле неподвижно лежать в МРТ-сканере, если их убедить, что это действительно нужно хозяевам. С другими животными такие фокусы не пройдут: даже если нам и удастся загнать в МРТ-сканер кошку или кролика, то они вряд ли будут лежать там спокойно и позволят снять активность своего мозга.
В одном эксперименте ученые изучали, что происходит в мозге собаки, когда она предвкушает удовольствие. Животных помещали в МРТ-сканер и подавали им разученный сигнал, означавший, что скоро собаку ожидает награда в виде любимого лакомства. После этого ученые включали томограф и смотрели, что происходит в собачьем мозге. Оказалось, что такие вкусные перспективы запускали у животных мыслительные процессы, схожие с человеческими. Предвкушение награды возбуждало в мозгу собаки хвостатое ядро точно так же, как эту зону «зажигает» у бизнесменов предчувствие скорой прибыли.
В этом аспекте мышление собак оказалось вполне похожим на человеческое, поэтому неудивительно, что многие хозяева собак воспринимают своих питомцев если не как взрослых людей, то, как минимум, косматыми и скулящими детьми. Эксперименты показали, что у людей, смотрящих в глаза своим собакам, вырабатывается нейромодулятор окситоцин, отвечающий в том числе за формирование чувства привязанности матери к ребенку.
Кошки: гуляют сами по себе и обладают эпизодической памятью
Где собаки — там и кошки, а точнее вечное сравнение собак и кошек, которое в когнитивной этологии, изучающей мышление животных, корректным образом провести очень непросто. Дело в том, что кошки не такие компанейские создания, как собаки, и авторитет хозяина для них — понятие почти неуловимое. В свое время основные мыслительные ресурсы кошачьих пошли не на социальный интеллект, как у охотящихся большими сложноорганизованными стаями волков и собак, а на развитие интеллекта сенсомоторного, без которого гордым одиночкам тиграм или, скажем, леопардам поймать шуструю добычу было бы совершенно невозможно.
Поэтому ученые очень тщательно планируют свои эксперименты на кошках и стараются их максимально вовлечь в происходящее: на одной любви к хозяину кошки ничего делать просто не будут. Самый простой способ заинтересовать кошек — это предложить им побольше еды. Так в недавнем исследовании и поступили японские ученые.
В первом эксперименте они взяли 49 кошек и по очереди запускали их в комнату с четырьмя мисками, полными еды. Животным давали попробовать угощение из двух мисок, а потом выгоняли их, чтобы четверть часа спустя вернуть в комнату, где теперь стояли четыре точно такие же, но абсолютно пустые миски. Кошки сразу начинали искать пропавшую еду, с особым рвением исследуя не те миски, из которых они уже успели поесть, а, наоборот, нетронутые раньше миски: по-видимому, они наивно предполагали, что уж в них еда точно никак не могла закончиться и надо только внимательнее посмотреть и понюхать, чтобы найти запрятанное лакомство.
Во втором эксперименте кошкам снова предлагали четыре миски, но теперь расклады поменялись: две миски были заполнены едой, третья была пустой, а в четвертой лежал заведомо несъедобный объект — черная шпилька для волос. В этот раз кошкам давали поесть только из одной миски, после чего их снова выгоняли куда подальше, а потом возвращали к пустому столу. В этом случае животные уже больше всего внимания обращали на ту единственную миску, где точно лежала нормальная, съедобная и не опробованная ими еда.
Так в аккуратном эксперименте ученые показали, что кошки не следуют на автомате логике «положительное подкрепление — инстинкт» (здесь была вкусная еда, а значит, она может появиться еще раз), а наоборот, умеют на основе своих воспоминаний составлять вполне цельные (хоть и наивные для наблюдателей) модели событий.
Рыбы: сложные социальные взаимодействия
Искушения попугаев, логика кошки и такое человеческое предвкушение удовольствия у собак — может показаться, что если домашние животные и умеют думать, то такое умение досталась только самым «продвинутым» из них, а мысли и чувства загадочным образом возникают только вместе с «позвоночностью». Но в действительности это, конечно, не так. Тем же рыбам еще есть, чем удивить скептиков.
Возьмем, к примеру, губанов-чистильщиков. В природе эти маленькие рыбки обитают на коралловых рифах и постоянно обслуживают других рыб, удаляя паразитов с их чешуи, жабр и прямо изо рта. Швейцарский этолог Редуан Бшари в аквариумных экспериментах, подкрепленных наблюдениями, изучил, как организован этот подводный клининговый бизнес.
Рыба приплывает на рабочую точку губана и принимает какую-то особенную позу. Кто-то пошире расправляет плавники и приоткрывает рот, кто-то столбиком замирает вниз головой, но главное, губан понимает по этой позе, что его клиент готов к обработке, и определяет новоприбывшего в импровизированную очередь, где вперед всегда принимают ненадежных кочующих рыб, а уже потом, по мере возможности, переходят к постоянным оседлым рыбам, которые могут в ожидании приема лениво пошелестеть водорослями, съесть немного планктона или заняться еще какими необременительными делами в духе «вы пока журнальчики тут почитайте».
С каждой рыбой чистильщики выстраивают собственную стратегию отношений. С кем-то они постоянно и откровенно жульничают, откусывая во время санитарной процедуры частички кожи беззащитных рыб, а кому-то, наоборот, — персональный план обслуживания: например, акул губаны не принимают в своем подводном кабинете (акулы по природе своей не могут стоять на месте), а обслуживают прямо на ходу, заискивающе кружась вокруг этих грозных хищников.
Всюду мысль
Этолог Адриаан Кортленд однажды наблюдал, как дикая шимпанзе на 15 минут прервала вечернюю трапезу, чтобы полюбоваться красками заката, а потом как ни в чем не бывало вернулась к еде. В тексте мы показали примеры сознательного поведения лишь у домашних животных не только потому, что они понятней и ближе людям, но и потому, что иначе потонули бы в океане самых разных примеров.
Одни только обезьяны умеют миллионы разных вещей — сооружать орудия труда, планировать свои действия, учиться на чужих действиях и даже сочувствовать боли. В Лондонском зоопарке их даже когда-то научили проводить настоящие чаепития, во время которых животные так чинно сидели за столом, что под давлением уязвленной публики их пришлось обратно переучить проливать чай, бить посуду и промышлять другими проказами, несовместимыми с настоящим викторианским духом.
Ну, а если вы даже теперь думаете, что животные — это простое бездушные мясные машины, управляемые инстинктами, то вот последняя история, далекая как от домашних питомцев, так и от смышленых обезьян. Однажды где-то у берегов Калифорнии дайверы помогли киту выпутаться из сетей рыбаков, а тот, вместо того чтобы в страхе ретироваться в океан, стал плавать по большому кругу вокруг своих спасителей и, осторожно приближаясь к каждому человеку, как бы благодарить его легкими тычками носом. Все сознание этого огромного животного будто ликовало одним светлым мотивом — «спасен, живу».
Многие из примеров, описанных в тексте, взяты из книги Франса де Вааля «Достаточно ли мы умны, чтобы судить об уме животных», выпущенной на русском издательством «Альпина нон-фикшн».
chrdk.ru
Обзор подготовила Людмила Фрадкова, кандидат биологических наук
