Клетка на электротяге! Наши мышцы устроены как двигатель внутреннего сгорания. Их топливо — АТФ, молекула, которая запасает энергию и при работе буквально «сгорает», как бензин. А одноклеточное Spirostomum ambiguum, по словам биофизика Мэри Элтинг из Университета штата Северная Каролина, скорее похоже на электромобиль. И разгоняется так, что нам и не мечтать. Этот гигант по меркам одноклеточных живёт в воде и плавает с помощью ресничек. Меньше чем за пять миллисекунд он сжимается до четверти своей длины — в сотни раз быстрее, чем мы моргаем. Скорость — около 100 длин тела в секунду, и повторить трюк клетка может почти сразу. Для масштаба: человек ростом 180 см за такое же мгновение стал бы 45-сантиметровым. Человеческие мышечные волокна способны укоротиться примерно так же, но им нужно раз в 10 больше времени. Зачем такая прыть? Возможно, чтобы удирать от хищников или «переговариваться» с другими инфузориями. Мышечных волокон у Spirostomum нет. Под электронным и иммунофлуоресцентным микроскопами учёные нашли вместо них мионемы — волокна из белков центрина и Sfi1, которые связывают кальций. У этой инфузории мионемы сплетены в сеть, похожую на авоську, и обтягивают клетку снаружи. Стоит появиться ионам кальция, как белок Sfi1 теряет жёсткость и слипается, словно комок мокрых спагетти. Сеть резко затягивается, клетка сжимается, а затем пружинит обратно. Форма сети тоже важна. Она позволяет клетке сжиматься равномерно и не повреждать органеллы (клеточные «внутренние органы») даже на такой скорости. Самое интригующее пока не разгадано. Кальций здесь работает как электрический ток, но неясно, что создаёт «напряжение», которое этот ток запускает, и как система «перезаряжается» перед новым сокращением. От реакций, запускаемых кальцием, обычно ожидают одного срабатывания, а Spirostomum повторяет их снова и снова. Именно это команда сейчас и изучает. Ответ может пригодиться инженерам. По словам Элтинг, именно в этих деталях ключ к быстрой искусственной мышце, которой не нужен АТФ. @vselennayaplus

Память без мозга! Две группы кишечных палочек получают одинаковую порцию еды. Условия в моменте идентичные, но одни клетки перестраиваются под «пир» заметно быстрее других. Всё решает прошлое: быстрее реагируют бактерии, которые только что жили в режиме «то густо, то пусто». Их соседи из стабильной среды раскачиваются дольше. Раз разница не в текущих условиях, значит, клетка хранит внутреннюю запись о пережитом и сверяется с ней. По самому широкому определению это и есть обучение. И нейроны для него, как выяснилось, не нужны. Эксперимент поставила лаборатория вычислительного биофизика Шиладитьи Банерджи, результаты вышли в журнале PRX Life. Десятки тысяч отдельных клеток E. coli поместили в микрофлюидное устройство и то включали, то выключали им подачу питательных веществ (с разной частотой). Где же живёт память? Учёные построили математическую модель молекулярной сети, которая управляет ростом бактерии. Модель указала на рибосомы — «сборочные цеха», которые производят белки и задают скорость роста. Ни один другой компонент в модели такого поведения не дал. Одни рибосомы откликаются на перемены быстро и следят за настоящим (этакая оперативная память), другие перестраиваются медленно и хранят следы прошлого, как архив. Вместе они дают память на отрезке от минут до часов. А теперь самое любопытное. По логике вычислений эта система повторяет рекуррентную нейросеть с «вентилями» — тип ИИ, который обрабатывает последовательности вроде речи или данных с датчиков. Вентиль решает, сколько старой памяти оставить, а сколько переписать новой информацией. У бактерии он собран из химии клетки, никакого софта. И настраивать его приходится с умом: готовность к переменам отнимает ресурсы у роста. Кстати, так бактерии решают задачку, знакомую разработчикам ИИ, — как выучить новое и не стереть старое. Всё дело в том, что информация хранится сразу на нескольких временных масштабах. Авторы видят здесь биологический чертёж для ИИ, который учится непрерывно при жёстком лимите энергии. @vselennayaplus

Что качели говорят о природе интеллекта В Journal of Nonlinear Science вышла работа гарвардских исследователей о кийкинге — эстонском виде спорта, где человек раскачивает гигантские качели, пока не совершит полный оборот вокруг оси. В верхней точке семиметрового маятника спортсмен оказывается вниз головой. Со стороны это выглядит вопросом силы и техники. Авторы утверждают, что дело в вещи более фундаментальной: перед нами демонстрация того, как интеллект рождается из взаимодействия мозга, тела и среды. Десятилетиями движение описывали как задачу командования и исполнения: мозг вычисляет траекторию, тело её отрабатывает. Современные теории воплощённого познания говорят иначе — поведение рождается из связки нервного управления, биофизики и среды. Кийкинг оказался редким по чистоте примером. Задача спортсмена на словах проста: перевернуть качели. Но маятник во много раз выше человека, и просто приложить больше силы нельзя. Энергию нужно вкладывать в правильном количестве и точно в нужные моменты. Чуть раньше или позже — и усилие пропадает впустую. Математика показывает, какая стратегия оптимальна: подниматься в нижней части дуги, где скорость максимальна, и приседать у крайних точек, где движение замирает. Эти движения меняют эффективную длину маятника и передают энергию в систему максимально эффективно. Самое любопытное здесь — энергетика. Большая часть энергии, поднимающей спортсмена, приходит вовсе не от мышц. За каждый цикл человек добавляет лишь небольшую порцию метаболической энергии, используя гораздо большую, уже накопленную в движении маятника. Он не столько преодолевает гравитацию, сколько ведёт с ней переговоры. Спортсмен не навязывает миру движение, а учится сотрудничать с его динамикой. Человек, качели и гравитация становятся единой системой — и именно она, а не один мозг, находит способ полететь вверх ногами. @vselennayaplus