Об экспериментах ученых по расшифровке улыбки, о пяти самых опасных вулканах в мире, нервной системе у растений и о других новостях науки в нашем обзоре.
Только шесть типов улыбки из 19-ти связаны с положительными эмоциями
В 1924 году в Университете Миннесоты (University of Minnesota) был проведен довольно неприятный эксперимент. Студент по имени Кэрни Лэндис (Carney Landis) пригласил группу добровольцев поучаствовать в серии опытов по изучению их эмоций. Чтобы люди, среди которых был даже 13-летний школьник, чувствовали себя непринужденно, Лэндис спрятал лабораторное оборудование, завесил стены тканью и разместил на них картины. Целью эксперимента было выяснить, вызывают ли определенные ощущения, такие, как шок или боль, одни и те же выражения на лице.
Студент усадил участников опытов в комфортабельные кресла, нарисовал на лицах людей по несколько линий, чтобы было удобнее отслеживать гримасы, и затем в течение трех часов всех их периодически фотографировали, пока Лэндис предлагал им смотреть на различные неприятные и/или причудливые вещи, а также участвовать в различных действиях. Студент поджигал петарды под креслами участников, бил их током, когда они шарили руками в корзине с лягушками, а апофеозом эксперимента стало его предложение отрубить голову живой белой крысе. Нельзя назвать методы Лэндиса этичными, но результат эксперимента был неожиданным. Даже в самые отвратительные моменты люди не плакали и не злились – они улыбались.
В наши дни призыв улыбаться звучит на каждом углу. Люди, которые улыбаются, кажутся более привлекательными и дружелюбными, однако на самом деле только шесть типов улыбки из 19-ти, которые насчитали ученые, имеют хотя бы какое-то отношение к счастью. Люди улыбаются, когда им больно, страшно, некомфортно, когда они чувствуют себя несчастными, потерянными, ощущают гнев, недоверчивость или смущение. При этом счастливая улыбка – это «самонаграда» организма в ситуациях, когда человеку удалось сделать что-то полезное для выживания, а вот иные ее виды – это скорее сигнал для окружающих.
По словам Паулы Ниденталь (Paula Niedenthal), психолога из университета Висконсина-Мэдисона (University of Wisconsin-Madison), в некоторых случаях с помощью улыбки люди показывают себе подобным, что они не хотят причинить кому-либо вред, а в других ситуациях улыбка – это неагрессивная демонстрация превосходства.
Первые шаги в расшифровке улыбки как выражения различных эмоций сделал француз Гийом Дюшен (Guillaume-Benjamin-Amand Duchenne), французский невролог, интересовавшийся применением электричества для медицинских целей. Выясняя, как должны двигаться мышцы лица, он применял электроды для их стимуляции и изучал выражения лица, которые получались в итоге. Поскольку процедура была болезненной, долгое время Дюшен практиковал ее на трупах, но затем в одной из парижских больниц он нашел своего собственного «подопытного кролика» – мужчину, лицо которого не было чувствительно к боли. Всего невролог зафиксировал 60 выражений лица и выявил для каждого из этих выражений мышцы, участвовавшие в его создании, в том числе обнаружил, что выражение счастья создается всего двумя мышцами.
Ученые до сих пор задаются вопросом, являются ли выражения лица продуктом культуры – или же они инстинктивны и универсальны? У обезьян, например, у бонобо, улыбка означает страх и нервозность, а отнюдь не положительные эмоции. Чарльз Дарвин считал, что выражения лица имеют логичное объяснение – например, поднятые в удивлении брови позволяют увеличить поле зрения, а улыбка у тех же обезьян может показывать, что они не имеют дурных намерений по отношению к окружающим, так как позволяет увидеть, что их зубы сомкнуты – то есть они не собираются никого кусать. Однажды Дарвин провел небольшой эксперимент – он взял несколько фотографий из коллекции Дюшена и показал их 20 своим гостям. Все они единогласно выбрали те снимки, где были показаны выражения страха, счастья, грусти и удивления, что позволило ученому предположить, что эти выражения лица универсальны.
medportal.ru
Лучшие научные фотографии 2017 года: кожа кошки, глаз свиньи и гавайский кальмар
В Великобритании завершился ежегодный конкурс научной и медицинской фотографии Wellcome Image Awards. В 2017 году он проводился уже в двадцатый раз. Ежегодно жюри выбирает самые впечатляющие научные фотографии и визуализации от авторов со всего мира.
Среди победителей этого года фото гавайского короткохвостого кальмара, головоногого моллюска, фотофор (орган свечения) которого населяют биолюминесцирующие бактерии, изображение кровеносных сосудов голубя, полученное с помощью компьютерной томографии, а также фотография фрагмента кошачьей кожи с шерстью, вибриссами и кровеносными сосудами.
Эксперты уже сделали свой выбор, но принять участие в голосовании могут и интернет-пользователи. Проголосовать все желающие могут на сайте конкурса до 31 августа 2017 года.
med.vesti.ru
Учёные будут комментировать новости о генетике доступным широкой публике языком
Томский государственный университет и Голдсмитский университет запустили сайт TAGS, на котором в доступной форме рассказывается о последних достижениях в области генетики. Информация публикуется на английском и русском языках, авторами являются ведущие российские и зарубежные ученые.
«Научные статьи выходят каждый день, количество знаний огромное, но они не доходят до широкой публики и остаются элитарными просто потому, что люди без специальной подготовки их не понимают. И наша цель состоит в том, чтобы транслировать научные знания доступно», – комментирует младший научный сотрудник лаборатории когнитивных исследований и психогенетики, координатор русскоязычной версии сайта Максим Лиханов.
На сайте ученые комментируют научные статьи по генетике, объясняя суть исследований популярным языком. Также есть раздел, где раскрываются базовые термины, и раздел ответов на вопросы. Координаторы ресурса собирают интересную на их взгляд и достоверную информацию, отвечают на статьи в популярных английских газетах (например, Daily Mail).
«Каждый день мы видим заголовки в духе «Ученые нашли ген, отвечающий за агрессивное поведение». Но дело в том, что это вероятностные оценки, не абсолютные. Это просто означает, что при совпадении определенных генетических и внешних условий человек будет проявлять склонность к агрессии. Но не значит, что он стопроцентно будет таким», – отмечает Максим Лиханов.
Над сайтом работает международная группа экспертов, среди которых – барристер Англии и Уэльса, прокурор Нью-Йорка Фатос Селита, профессор генетики и психологии Юлия Ковас, профессор психологического института РАО Сергей Малых, замдиректора Международного центра исследований развития человека Ольга Богданова, PhD-студент Роберт Чапман, координатор английской версии, и другие. Особое внимание авторы уделяют вопросам, связанным с этической и юридической сторонами генетики.
«Секвенирование генома становится все дешевле, потенциально в скором времени каждый из нас будет иметь на руках расшифровку собственного генома, но непонятно, что делать с этим знанием», – говорит Максим Лиханов. – Встает много этических и юридических вопросов, но никто пока не знает, как их решить. Например, у человека нашли какую-то генетическую болезнь – стоит ли ставить в известность его родственников о том, что потенциально они тоже могут ее иметь? Или сохранить персональную информацию в тайне, не предотвратив болезнь у кого-либо из родных?»
Еще один этический вопрос, отмечают ученые, – кто будет хранить генетические данные и кто будет иметь к ним доступ: государство, врачи, страховые агентства или кто-либо еще. В США с 2008 года существует акт, запрещающий дискриминацию на основании генетической информации, в России подобных государственных документов еще нет. Все эти вопросы тоже обсуждаются на сайте TAGS.
scientificrussia.ru
5 самых опасных вулканов в мире
Географ Мэттью Блэкетт из Университета Ковентри, что в Великобритании, подсчитал, какие вулканы могут привести к страшнейшим разрушениям и погубить тысячи человек.
Ученый проанализировал данные об истории вулканических извержений и определил, что с 1600 года от этой напасти погибло 280 тыс. человек. Речь идет не только о тех, кто пострадал непосредственно от вулкана, утонув в базальте или задохнувшись пеплом, но и о тех, кто погиб в результате последствий извержения. Так, голод, случившийся после извержения вулкана Тамбора (индонезийский остров Сумбава) в 1815 году, унес жизни 92 тыс. человек, а извержение вулкана Кракатау, ставшее причиной гигантского цунами, погубило 36 тысяч.
Произведя расчеты, Блэкетт определил, что самыми опасными на сегодняшний день являются вулканы: Везувий (Италия), Ньирагонго (Демократическая Республика Конго), Попокатепетль (Мексика), Кракатау (Индонезия) и Пэктусан (Северная Корея).
Одним из крупнейших извержений в истории человечества, которое, по мнению антропологов, помогло окончательно исчезнуть и без того вымирающим неандертальцам, стало извержение вулкана Тоба (остров Суматра), случившееся около 75 тыс. лет назад.
Тем не менее, если смотреть статистику с 1980-х годов, можно заметить, что смертность от извержений вулканов заметно снижается. Но оптимизма, по мнению Мэттью Блэкетта, это не вселяет. Географ считает, что это всего лишь случайность, которая вызвана временным затишьем вулканической деятельности, ни о каком прогрессе в деле подготовки населения к извержениям речи пока не идет.
naked-science.ru
Растения находят воду «на слух»
Исследование австралийских ученых показало: растения определяют местонахождение воды по звуковым вибрациям, которые она издает во время течения. Данные были опубликованы в журнале Oecologia.
Исследователи заставляли растения «слушать» разные звуки: белый шум, звук бегущей воды и пр. Также они пускали воду по трубам, расположенным рядом с растениями. Оказалось, растения способны отличить запись от настоящего звука текущей воды, безошибочно определить, откуда исходит звук, и направить в ту сторону корни. Причем если почва была достаточно увлажнена, на звуки они не реагировали.
Это проясняет причину повреждений корнями деревьев канализационных труб, отмечают авторы исследования. Деревья «слышат» воду, тянутся к ней и в итоге прорастают в трубу. Кроме того, полученные данные позволяют включить деревья в список объектов, участвующих в исследованиях акустического загрязнения среды. Раньше в них изучались только животные.
www.gazeta.ru
Интервью
Мыслящий тростник
Вековые дубы, сочная травка, свежие овощи — мы как-то не привыкли считать растениями живыми существами, и совершенно зря. Эксперименты показывают, что растения обладают неким сложным аналогом нервной системы и точно так же, как и животные, способны принимать решения, хранить воспоминания, общаться и даже дарить друг другу подарки.
Подробнее разобраться в электрофизиологии растений «Чердаку» (Ч) помог профессор Оквудского университета Александр Волков.
Ч: Я никогда не подумал бы, что кто-то занимается электрофизиологией растений, пока не наткнулся на ваши статьи.
Александр Волков: Вы не одиноки. Широкая публика привыкла воспринимать растения как еду или элементы ландшафта, даже не понимая, что они живые. Когда-то я делал в Хельсинки доклад по электрофизиологии растений, и тогда коллеги очень удивились: «Раньше занимался серьезной темой — несмешиваемыми жидкостями, а теперь какими-то фруктами, овощами». Но так было не всегда: первые книги по электрофизиологии растений были опубликованы еще в XVIII веке, и тогда изучение животных и растений шло почти параллельными путями. К примеру, Дарвин был уверен, что корень — это своеобразный мозг, химический компьютер, обрабатывающий сигналы со всего растения (см., например, «Способность к движению у растений» — прим. «Чердака»). А потом наступила Первая мировая война и все ресурсы были брошены на изучение электрофизиологии животных, потому что людям нужны были новые лекарства.
Ч: Это выглядит логичным: лабораторные мыши все-таки гораздо ближе к людям, чем фиалки.
А.В: В действительности различия между растениями и животными совсем не такие громадные, а в электрофизиологии они вообще минимальные. У растений есть почти полный аналог нейрона — проводящая ткань флоэма. У нее тот же самый состав, те же размеры и функции, что у нейронов. Единственное отличие, что у животных в нейронах для передачи потенциалов действия используются натриевый и калиевые ионные каналы, а в флоэме растений — хлоридный и калиевый. Вот и вся разница в нейрофизиологии. Немцы недавно нашли химические синапсы у растений, мы — электрические, и в целом у растений работают те же нейротрансмиттеры, что и у животных. Мне кажется, это даже логично: если бы я создавал мир, а я человек ленивый, я бы сделал все одинаковым, чтобы все было совместимо.
Зачем растениям нервные импульсы?
Мы не задумываемся об этом, но растения в своей жизни обрабатывают даже больше типов сигналов от внешней среды, чем люди или любые другие животные. Они реагируют на свет, тепло, гравитацию, солевой состав почвы, магнитное поле, различные патогены и гибко меняют свое поведение под действием полученной информации. К примеру, в лаборатории Стефано Манкузо (Stefano Mancuso) из Университета Флоренции проводили эксперименты с двумя вьющимися побегами фасоли. Ученые устанавливали между растениями общую опору, и побеги начинали наперегонки к ней тянуться. Но как только первое растение забиралось на опору, второе сразу будто признавало себя побежденным и переставало расти в этом направлении. Оно понимало, что борьба за ресурсы бессмысленна и лучше искать счастье где-нибудь в другом месте.
«Чердак»: Растения не двигаются, медленно растут и вообще живут неторопливо. Кажется, что нервные импульсы у них должны распространяться тоже гораздо медленнее.
Александр Волков: Это заблуждение, которое долго бытовало в науке. В 70-х годах XIX века англичане померили, что потенциал действия у венериной мухоловки распространяется со скоростью 20 сантиметров в секунду, но это была ошибка. Они были биологами и совершенно не владели техникой электроизмерений: в своих экспериментах англичане использовали медленные вольтметры, которые регистрировали нервные импульсы даже медленнее, чем они распространялись, что совершенно недопустимо. Теперь мы знаем, что нервные импульсы могут бежать по растениям с самыми разными скоростями в зависимости от места возбуждения сигнала и от его природы. Максимальная скорость распространения потенциалов действия у растений сравнима с такими же показателями у животных, а время релаксации после прохождения потенциала действия может меняться от миллисекунд до нескольких секунд.
Ч: Для чего растения используют эти нервные импульсы?
А.В: Хрестоматийный пример — это венерина мухоловка, о которой я уже упомянул. Эти растения живут в районах с очень влажной почвой, в которую плохо проникает воздух, и, соответственно, в этой почве мало азота. Недостаток этого необходимого вещества мухоловки добирают, поедая насекомых и маленьких лягушек, которых они ловят с помощью электрической ловушки — двух лепестков, в каждый из которых встроено по три пьезомеханических сенсора. Когда насекомое садится на любой из лепестков и задевает своей лапкой эти рецепторы, в них генерируется потенциал действия. Если насекомое задевает механосенсор дважды в течение 30 секунд, то ловушка захлопывается за доли секунды. Мы проверяли работу этой системы — прикладывали к ловушке венериной мухоловки искусственный электрический сигнал, и все работало точно так же — ловушка закрывалась. Потом мы повторили эти эксперименты с мимозой и другими растениями и так показали, что можно за счет электрических сигналов заставлять растения открываться, закрываться, двигаться, нагибаться — в общем, делать все что угодно. При этом внешние возбуждения разной природы генерируют у растений потенциалы действия, которые могут различаться амплитудой, скоростью и продолжительностью.
Ч: На что еще могут реагировать растения?
А.В: Если вы подстрижете травку у себя на даче, то в корни растений сразу пойдут потенциалы действия. По ним запустится экспрессия некоторых генов, и на порезах активируется синтез перекиси водорода, защищающей растения от инфекции. Точно так же если вы измените направление света, то первые 100 секунд растение никак не будет на это реагировать, для того чтобы отсечь вариант тени от птицы или животного, а потом снова пойдут электрические сигналы, по которым растение за секунды повернется таким образом, чтобы максимально захватить световой поток. Все то же самое будет, и когда вы станете капать кипящей водой, и когда поднесете горящую зажигалку, и когда опустите растение в лед — на любые раздражители растения реагируют с помощью электрических сигналов, которые управляют их ответами на изменившиеся условия внешней среды.
Память растений
Растения не только умеют реагировать на внешнюю среду и, по-видимому, просчитывать свои действия, но еще и завязывают между собой некоторые социальные отношения. Например, наблюдения немецкого лесничего Петера Воллебена показывают, что у деревьев бывает нечто вроде дружбы: деревья-партнеры переплетаются корнями и внимательно следят за тем, чтобы их кроны не мешали друг другу расти, в то время как случайные деревья, не питающие никаких особых чувств к своим соседям, всегда стараются захватить себе побольше жизненного пространства. При этом дружба может возникать и между деревьями разных видов. Так, в опытах того же Манкузо ученые наблюдали, как незадолго до смерти дугласия будто оставляет наследство: желтой сосне неподалеку от нее дерево посылало по корневой системе большое количество органических веществ.
«Чердак»: У растений есть память?
Александр Волков: У растений есть все те же виды памяти, что и у животных. Например, мы показали, что памятью обладает венерина мухоловка: чтобы ловушка сработала, на нее нужно отправить 10 микрокулонов электричества, но, оказывается, это не обязательно делать за один сеанс. Можно сначала подать два микрокулона, потом еще пять и так далее. Когда в сумме наберется 10, растению покажется, что в него попало насекомое, и оно захлопнется. Единственное, что между сеансами нельзя делать перерывы больше, чем в 40 секунд, иначе счетчик обнулится — получается такая краткосрочная память. А долгосрочную память растений увидеть еще проще: например, у нас одной весной на 30 апреля ударили заморозки, и буквально за одну ночь на инжирном дереве померзли все цветы, а в следующем году оно уже не расцветало до первого мая, потому что помнило, чем это закончилось. Похожих наблюдений физиологами растений было сделано немало за последние 50 лет.
Ч: Где хранится память растений?
А.В: Однажды я встретил на конференции на Канарских островах Леона Чуа, который в свое время предсказал существование мемристоров — сопротивлений с памятью о прошедшем токе. Мы разговорились: Чуа почти ничего не знал о ионных каналах и электрофизиологии растений, я — о мемристорах. В результате он попросил, чтобы я попробовал поискать мемристоры in vivo, потому что по его расчетам они должны быть сопряжены с памятью, но до сих пор в живых существах их никто не находил. У нас же все получилось: мы показали, что потенциал-зависимые калиевые каналы алоэ вера, мимозы и той же венериной мухоловки — это по природе своей мемристоры, а в следующих работах мемристивные свойства нашли в яблоках, картофеле, семенах тыквы, разных цветах. Вполне возможно, что память растений завязана именно на этих мемристорах, но точно пока это неизвестно.
Ч: Растения умеют принимать решения, обладают памятью. Следующий шаг — социальные взаимодействия. Могут ли растения общаться друг с другом?
А.В: Знаете, в «Аватаре» есть такой эпизод, где деревья общаются между собой под землей. Это не фантазия, как можно подумать, а установленный факт. Когда я жил в СССР, мы часто ходили за грибами и все знали, что гриб надо аккуратно срезать ножичком, чтобы не повредить грибницу. Теперь выясняется, что грибница — это электрический кабель, по которому деревья могут общаться как между собой, так и с грибами. Более того, есть множество свидетельств, что по грибнице деревья обмениваются не только электрическими сигналами, но еще и химическими соединениями или даже опасными вирусами и бактериями.
Ч: А что вы скажете по поводу мифа о том, что растения понимают человеческую речь, и поэтому с ними надо говорить ласково и спокойно, чтобы они лучше росли?
А.В: Это только миф, больше ничего.
Ч: Можем ли мы применять к растениям термины «боль», «мысли», «сознание»?
А.В: Об этом я ничего не знаю. Это уже вопросы философии. Прошлым летом в Петербурге был симпозиум по сигналам в растениях, и туда приехало сразу несколько философов из разных стран, так что этой темой сейчас начинают заниматься. Но я привык говорить о том, что я могу экспериментально проверить или рассчитать.
Растения как сенсоры
Растения умеют координировать свои действия с помощью разветвленных сетей. Так, акация, произрастающая в африканской саванне, не только выделяет в свои листья токсическое вещество, когда ее начинают есть жирафы, но еще и испускает летучий «тревожный газ», передающий сигнал бедствия окружающим растениям. В результате жирафам в поисках пищи приходится перемещаться не к ближайшим деревьям, а отходить от них в среднем на 350 метров. Сегодня ученые мечтают использовать подобные отлаженные природой сети живых сенсоров для экологического мониторинга и других задач.
«Чердак»: Вы пробовали использовать ваши исследования по электрофизиологии растений на практике?
Александр Волков: У меня есть патенты по предсказанию и регистрации землетрясений с помощью растений. В преддверии землетрясений (в разных частях света временной интервал меняется от двух до семи суток) движение земной коры вызывает характерные электромагнитные поля. В свое время японцы предлагали их фиксировать с помощью гигантских антенн — железок высотой два километра, но никто такие антенны так и не смог построить, да это и не нужно. Растения настолько чувствительны к электромагнитным полям, что могут предсказывать землетрясения лучше любых антенн. Например, мы использовали для этих целей алоэ веру — подключали к ее листьями хлорсеребряные электроды, снимали электрическую активность, обрабатывали данные.
Ч: Звучит абсолютно фантастически. Почему эта система до сих пор не внедрена в практику?
А.В: Здесь возникла неожиданная проблема. Смотрите: допустим, вы мэр Сан-Франциско и узнаете, что через два дня будет землетрясение. Что вы будете делать? Если вы сообщите об этом людям, то в результате паники и давки может погибнуть или получить травмы даже больше людей, чем при землетрясении. Из-за таких ограничений я даже публично в открытой печати не могу обсуждать результаты наших работ. В любом случае, я думаю, рано или поздно у нас будут самые разные системы мониторинга, работающие на растениях-сенсорах. Например, мы в одной своей работе показали, что с помощью анализа электрофизиологических сигналов можно создать систему мгновенной диагностики различных заболеваний сельскохозяйственных растений.
chrdk.ru
Обзор подготовила Людмила Фрадкова, кандидат биологических наук