Помнить дорого. Иногда невыгодно Память кажется безусловным преимуществом: кто помнит прошлое, тот принимает решения лучше. Но у неё есть цена — энергия и ресурсы. Причём платят её все: и животное в поисках еды, и одиночная клетка, реагирующая на химический сигнал. Вопрос в том, когда эти траты окупаются. Исследователи построили математическую теорию, которая на этот вопрос отвечает. Модель простая. Организм оценивает, что происходит в меняющейся среде, и может опираться на два источника: текущие ощущения и память о прошлых наблюдениях. Но за память надо платить — и возникает торг между точностью и расходом ресурсов. Дальше интереснее: система ведёт себя не плавно, а скачком. «Когда ресурсов мало, лучшая стратегия — игнорировать память и реагировать только на текущую информацию, — объясняет ведущий автор Такэхиро Тоттори. Но как только ресурсов становится достаточно, помнить внезапно оказывается выгодно, и происходит резкий переход к стратегии на основе памяти». Никакой золотой середины. Организм либо живёт одним моментом, либо разом переключается на прошлый опыт. Физики называют такие переключения фазовыми переходами: вода ведь тоже не густеет постепенно, а просто замерзает. Второй вывод касается среды. Память полезна не всегда, а при средней неопределённости. Если сигналы вокруг предельно чёткие, помнить особо нечего — хватит и текущих данных. Если наоборот, сплошной шум, хранить его тоже бессмысленно. А вот между крайностями прошлый опыт заметно улучшает результат. Выводы, кстати, сошлись с поведенческими экспериментами: люди тоже подкручивают степень опоры на память в зависимости от того, сколько у них ресурсов и насколько мутные сигналы вокруг. Отсюда вытекает главное. Биологические системы обработки информации существуют на всех масштабах, и каждой нужен свой объём памяти. Теория даёт основу для объяснения, как из этого разнообразия вообще мог появиться такой прожорливый вычислитель, как мозг. @vselennayaplus

Как миллионы лет эволюции превратили стрекоз в пилотов-асов Учёные впервые сняли территориальные поединки стрекоз на две синхронизированные камеры прямо у пруда и восстановили 102 трёхмерные траектории воздушных стычек. Картина вышла до странности знакомой. Соперники заходят друг другу в хвост, крутят виражи и спирали, а перегрузки в отдельных манёврах доходят до 6g, так что исследователи прямо сравнивают это с классическими боями истребителей. Но одно правило пилота стрекоза выворачивает наизнанку. В воздушном бою выгоднее быть выше противника, высота это запас энергии, который в нужный момент превращается в скорость. Стрекоза же упрямо держится чуть ниже соперника, и никакого энергетического преимущества это ей не даёт. При этом за всем её филигранным пилотажем не стоит ни одного сложного расчёта.

Я периодически пишу, мол "охохо, наши проблемы – наследие того, что эволюция идет медленно и мы, приспособленные к жизни падальщиков в саваннах плейстоцена, вынуждены делать шортсы" Отчасти утрирую. Куча наших нынешних фундаментальных проблем заложились не в саванне, а сравнительно недавно, в эпоху неолита. Он прекрасен тем, что примерно 10 000 лет назад наши предки перешли от кочевой охоты и собирательства к оседлому земледелию и скотоводству. И, соответственно, стали жить в критической, практически интимной близости со всеми этими животными. Спали и ели в облаке чужих биологических жидкостей, навоза и шерсти. Так вот. Практически все самые страшные инфекции, от которых человечество дружно дохло на протяжении тысяч лет - чума, оспа, туберкулез, корь, грипп и полиомиелит - зоонозы. Они перешли к нам от одомашненных животных. Чтобы человеческий вид не вымер, эволюции пришлось экстренно принимать меры. В отсутствии медицины и гигиены она начала на полную мощность раскочегаривать нашу иммунную систему. Но вот наступил двадцатый век. Мы научились мыть руки перед едой, хлорировать воду, изобрели пенициллин и множество вакцин. Большинство инфекций были побеждены. А паранодиальная иммунная система сохранилась. Армия осталась, а фронт исчез. В итоге мы получили лавинообразный рост аутоиммунных заболеваний. Рассеянный склероз, Крон, ревматоидный артрит, да хоть псориаз и даже аллергии - следствия неолитической партизанщины нашего иммунитета. Эволюция сработала на «дожитие до репродуктивного возраста», а не на отсутствие артрита в 40 лет. И современная наука до сих пор во многом фиг знает, что с этим делать. Как и многие, увы, могу подтвердить лично) | MAX | подкаст | | Личная жизнь и мысли - Молчанов.Life |

Ещё неутешительный, но любопытный факт про риски деменции — так называемый парадокс рака и болезни Альцгеймера. Вероятность развития рака у людей с БА снижается примерно вдвое, а риск БА у людей, столкнувшихся с раком, падает на 25-35%. Эти корреляции не получается объяснить различными ошибками и погрешностями, например, тем, что включить в анализ можно только людей, переживших рак, но не умерших от него. Парадоксу посвящено немало исследований и научных статей, например, вот или вот, но его причины до сих пор не ясны. У болезни Альцгеймера и рака много общих факторов риска, от старения до вредных привычек, также есть сходные черты патогенеза. Однако в целом при этих заболеваниях одни и те же биологические процессы направлены в противоположные стороны. Как минимум в первом случае наблюдается пролиферация клеток и попытки ослабить иммунный ответ, а во втором — клеточная гибель и активация иммунных реакций с развитием нейровоспаления. Но если бы дело было только в таких общих механизмах, похожие корреляции наблюдались бы и между раком и другими возрастными нейродегенеративными болезнями. Есть некоторые данные, говорящие, что причина может быть в процессах, специфических для болезни Альцгеймера. Например, может влиять то, как «обрабатывается» APP — белок-предшественник того самого бета-амилоида, накапливающегося в головном мозге при БА. Если APP расщепляется неамилоидогенным путем, образуются вещества, потенциально обладающие канцерогенным действием. Другое возможное объяснение связано с генетикой. Не исключено, что то, как организм реагирует на старение и внешние повреждающие факторы: раком или БА, отчасти зависит от набора его генов. В пользу этой гипотезы есть отдельные наблюдения. Например, ген APOE4, повышающий риск болезни Альцгеймера, также связывают с благоприятными исходами при меланоме и некоторых других типах рака. Люди с синдромом Дауна очень часто болеют болезнью Альцгеймера, но солидные опухоли у них бывают намного реже, чем в среднем по популяции. При этом существуют и исследования, показывающие, что генетические факторы риска БА и некоторых видов рака совпадают. Еще одна гипотеза связана с реакцией на клеточный стресс. Когда организм сталкивается с раком, его метаболические ресурсы перераспределяются. Нейроны мозга переживают острый стресс, в том числе из-за дефицита питательных веществ, что приводит к выбросу защитных факторов, снижающих риск болезни Альцгеймера как минимум на некоторое время. А у людей с БА клеточный стресс — хроническое явление, связанное в первую очередь со старением. В итоге он приводит к накоплению повреждений и нейродегенерации. У всех этих объяснений слабая доказательная база и вообще к парадоксу полно разных вопросов. Однако авторы многих статей оптимистично считают, что его изучение поможет найти новые мишени для лекарств от обоих заболеваний. Например, факторы, продуцируемые опухолями, могут стать препаратами от болезни Альцгеймера, а «неправильные» белки, похожие на те, что образуются при этом виде деменции, можно приспособить для замедления распространения опухолей в мозге.

Пока все на этой планете развивали иммунитет, удильщики его скручивали, чтобы не мешал. Проблема такая: они время от времени дружат организмами. В смысле, геометрически маленький самец присасывается к самке и плавает как придаток. Жрёт он из её кровотока, всё снабжение тоже оттуда. Вот Лиза сегодня про это написала в соседнем зверском канале. А когда два организма объединяются, иммунитет начинает охреневать, где вы, а где не вы. И может отторгнуть второй организм. Иногда это случается при беременности, но куда чаще — при трансплантации органов. У удильщиков происходит трансплантация всего самца. Но прежде чем пойти к удильщикам, пойдём к треске. Её ДНК прочитали раньше и знатно так охренели. Внезапно НЕ НАШЛИ главный комплекс гистосовместимости и Т-хелперы (CD4). Если что, ГКГС — это то, чем подписывается почти каждая клетка, чтобы иммунитет знал, что именно ваше. А Т-хелперы — это аналитики иммунитета, они доводят ориентировки на гадов до всех отделов. С них начинается выработка антител. По логике, треска должна страдать от тяжелейшего иммунодефицита и умирать от первой же инфекции. Но нет! Она плавает и спокойно пукает. Что треска сделала: — Вместо двух копий генов MHC I врождённого иммунитета — сотни. — Потеряла рецепторы, которые реагируют на поверхность бактерий, но добавила рецепторов с реакцией на чужеродные нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК бактерий и вирусов). Плюс больше IL-8 для коррекции этого дела. Рыбка потеряла обычную систему защиты от бактерий, но сильно повысила детекцию всего выходящего за техпроцесс в клетке. Типа как вложилась на 300% в профилактику, но полностью убрала звено лечения. Это вообще другой способ построить иммунную систему, не так, как у всех остальных на планете. Тут больше про изучение рецепторов. Потенциально очень суперполезное, но мы до прикладного использования дойдём не скоро. Тут взяли 66 видов костистых рыб и начали искать, какого хрена, собственно, треска такое творит. Оказалось, весь отряд (616 современных видов) живёт так. Иммунитет продолбал общий предок примерно 105–85 миллионов лет назад. Причём, возможно, в целях экономии питания. Потом они миллионы лет жили без защиты. И только потом начали экспериментировать с генами MHC I. Видимо, надо было как-то выживать. Типа, один админ уволился, компания 5 лет не думала про безопасность, потом спохватились. И переходим к удильщикам! Самцы некоторых видов крошечные (до 1 сантиметра), а самки — гиганты. Дальше он делает кусь за жопу, трансплантация и образуется химера — единый организм с чужеродными кусками. Сиамские близнецы, только не совсем. Сначала думали, что они либо клоны, либо выбирают идеальную по совместимости пару, либо что-то делают с иммунитетом. Достали музейные экспонаты и стали их секвенировать. Чем плотнее самцы прирастают к самкам, тем сильнее разрушена их иммунная система. Когда самец прикрепляется на пару дней, он просто давит общий иммунитет на некоторое время. Когда прикрепление с ПМЖ, сразу нахер идут все Т-киллеры. Когда прикрепление массовое (1 самка и до 8 самцов) — вообще никакого адаптивного иммунитета. Тут поймали много кого уже вживую. Разные ветви удильщиков независимо друг от друга ломали и отключали иммунитет. Сработало! Они заселили весь глубокий океан. И напоследок беременность. С точки зрения иммунитета она вообще не должна существовать. Эмбрион наполовину состоит из чужеродных белков. Млеки обходят так: зародыш изолирован в гипервизоре, и в плаценте и матке отключаются механизмы иммунного распознавания. Но переходных организмов не видели. А тут на рыбе нашли — это морские коньки и рыбы-иглы. Такая же компенсация лютейшей профилактикой. Так что в списке инопланетян у нас теперь осьминог, стеклянные губки и треска. -- Вступайте в ряды Фурье! | Лучшие посты — Сири, почему у меня не клеится с женщинами? — Я Алиса.

Загадка вечной усталости Синдром хронической усталости (МЭ/СХУ) не имеет ничего общего с обычным «немного устал». Люди с ним живут в состоянии полного истощения и апатии, а после нагрузки их накрывает откат, когда сил не остаётся вовсе. Учёные из Университета Гриффита, кажется, нащупали, что именно ломается на клеточном уровне. Виновник — ионный канал TRPM3, крошечная «дверца» в мембране клеток. Через неё внутрь заходит кальций, а он работает сигнальным посыльным: запускает выработку энергии в митохондриях и включает иммунные клетки-киллеры (natural killer, что стерегут нас от заразы). Заедает дверца — кальций проходит плохо, и рушатся сразу две вещи: энергетика клетки и иммунная сигнализация. Отсюда и разбитость, и сбои иммунитета. Как проверяли. Живой съёмкой клеток в реальном времени следили за движением кальция у 10 пациентов и 10 здоровых. У больных приток через TRPM3 — и в клетку, и в митохондрии, оказался заметно слабее. Причём картина хитрее простой «нехватки»: после искусственного сброса и восстановления кальций, наоборот, вливался в митохондрии сильнее нормы. Похоже, беда не в дефиците, а в разладе контроля над кальцием. Правда стоит оговориться, что выборка была крошечная, а выработку энергии напрямую пока не мерили — это следующий этап. Зато есть зацепка: препарат налтрексон в ранних опытах восстанавливал работу TRPM3, и клиническое испытание уже идёт. @vselennayaplus

Со школы мы знаем, что митохондрии — энергетические станции клетки. А если это не всё? В учебнике биологии всё просто. Митохондрии расщепляют глюкозу и жиры, вырабатывают АТФ, снабжают клетку энергией. Фабрика, и точка. Мартин Пикард, директор лаборатории митохондриальной психобиологии, считает, что те же органеллы отвечают за само наше ощущение себя живыми. За последнее десятилетие выяснилось, что митохондрии поставляют вещество для синтеза нейромедиаторов и запускают выработку всех стероидных гормонов, от кортизола до тестостерона, а значит, напрямую влияют на настроение, стресс и сон. Отсюда Пикард делает шаг, который часть его коллег называет ересью. Он предполагает, что там, где обрывается поток энергии, обрывается и сознание. Если энергия перестаёт течь, тебя больше нет.

В челюстях морского червя нашли новый металл? Животное, растение или минерал? С морским червём Perinereis cultrifera однозначного ответа не найти. У этого хищного многощетинкового червя челюсти сделаны из белков, прошитых ионами металлов, — ими он кусает, дробит и заглатывает добычу. И ведут себя эти челюсти настолько необычно, что учёные предложили для подобных материалов отдельное имя — «биометаллы». Разбирались австрийские исследователи из Венского технического и Венского университетов. Сначала замерили твёрдость методом наноиндентирования — вдавливали микроскопический наконечник и смотрели, насколько легко остаётся вмятина. Плюс химический анализ и детальная съёмка. Выяснилось: ионов металлов больше всего на самых кончиках челюстей — оттого кончики и твёрже, что логично для того, кто дробит панцири. Червь показал эффект, знакомый по меди и серебру, — так называемый размерный эффект Никса–Гао: на совсем мелких масштабах материал становится твёрже, продавить его труднее. Но вот что делает биометаллы особенными. Упругость челюсти тоже зависит от масштаба — то, как она гнётся и возвращается в форму, меняется в зависимости от того, насколько мелкий участок мы рассматриваем. У обычных кристаллических металлов вроде меди или серебра такого нет. Именно это и выделяет червя в отдельный класс материалов. Как из атомных процессов рождается такая упругость, команда описала математическими моделями и честно признаёт, что пока лишь скребёт по поверхности. Дальше в планах — больше видов, больше данных и совсем уж любопытная идея: посмотреть, как генетические правки меняют «конструкцию» материала. Природа, похоже, освоила материаловедение задолго до нас. @vselennayaplus

Почему у природы нет идеального оружия От ядовитых зубов змеи до колючек кактуса — «протыкающие» инструменты встречаются по всей живой природе. Учёные из Университета Иллинойса разобрали 140 таких приспособлений и нашли закономерность, которая связывает их все. Суть — в компромиссе. Любой природный «прокол» балансирует между двумя вещами: как легко он протыкает и насколько прочен, чтобы не согнуться и не сломаться. Идеально и то и другое сразу не выходит ни у кого. Каждый инструмент описали двумя параметрами. Первый — заострённость: широкий треугольник, как зуб акулы, или тонкий и вытянутый, как клык. Второй — форма сечения: круглое, как бивень слона, или плоское, как шип на хвосте ската. Оказалось, круглое лучше «раскалывает», а плоское легче входит вглубь — делает тонкую рану, меньше раздвигая ткань. Но за это плоское расплачивается хрупкостью: гнётся и ломается охотнее. Смоделировав 25 вариантов, команда убедилась: усилишь стойкость к излому — потеряешь проникающую способность, и наоборот. Природа ищет золотую середину, потому что энергия у любого организма конечна и её приходится делить между ростом, размножением и защитой. Отсюда и всё разнообразие. Кактус утыкан колючками, которые легко ломаются, — но их много, парой можно и пожертвовать. А вот клыков у хищника всего два комплекта за жизнь, поэтому они заточены на долговечность, а не на рекордный прокол. Шипы у рыб и вовсе часто нужны не чтобы колоть, а чтобы стать слишком крупной и неудобной добычей, которую трудно проглотить. Такие общие правила, кстати, полезнее инженерам, чем копирование одного зверя: подсматривать стоит саму логику природы. @vselennayaplus