Syncrets

Глазастые хвосты, инструкции для сборки двухголовых червей и клеточная карта тела

Познакомился с работой биолога Майкла Левина. Изучает он вопросы биологии развития (developmental biology) – то есть, как строится организм. И оказывается, что примерно десятилетие назад Левин начал переворачивать укоренившиеся представления о том, как вообще мы превращаемся из пары клетов в, собственно, нас самих.

Популярное и уже закрепленное в виде аксиомы понимание развития тела ставит в центр картины жизни гены. Вот как Докинз опубликовал бестселлер «Эгоистичный ген», так и закрепилось, превратилось в общее знание. Сама по себе биология таким фундаментом не ограничивается, но для большинства ответ на тайны жизни, пожалуй, если не кроется в генах, то хотя бы вращается на их орбите. Но все же для перехода от зародышей, семян и яиц к детям, деревьям и зверям нужно намного больше тонкой работы, чем просто наличие инструкций. Что еще нужно и почему руки у нас растут (обычно) из правильного места – это как раз вопросы онтогенеза, которыми Левин и занимается.

В сущности, Левин сравнивает гены с кодом ассемблера – необходимым слоем для работы софта, обращающимся к железу напрямую; но программисты сегодня вообще нечасто работают на таком уровне. Для клеток, чтобы они развивались в нужном качестве и вставали на свои места, тоже должен быть свой уровень организации. И здесь Левин вытаскивает хорошо забытое старое под названием «биоэлектрическая сеть».

Можно сказать, теория Левина даже несколько упрощает понимание морфогенеза, приравнивая в принципе любые клетки к нейронам. Биоэлектрическая теория предполагает, что вообще все клетки организма обмениваются электрическими импульсами, ровно как это делают и нейроны – все необходимые инструменты у них для этого есть, просто происходит этот процесс намного медленнее. А различить эту форму коммуникации команде Левина помог плоский червь планарий.

Планарий прекрасен: не стареет, восстанавливается из любого отрезанного куска, но при этом не подвержен раковым заболеваниям и вообще каким-либо дефектам. Порежь его на десяток кусков – получишь десяток особей. Причем регенерирует планарий исправно, из головы вырастает хвост, из хвоста вырастает голова. Как организм определяет, что нужно отрастить, но никогда не отращивает ничего лишнего?

В ходе исследований пришли к выводу, что справляются клетки планария с помощью “потенциалов мембран” – стабильного электрического состояния, позволяющего сориентировать себя относительно остальных клеток тела. Именно эта информация и помогает клеткам построить голову в нужном месте. И как только раненых планариев поместили в раствор, блокирующий определенные ионные каналы – следовательно, искажающий и информацию, передаваемую между клетками – они начали отращивать по две головы или вовсе головы, анатомически соответствующие другим видам. И никакого вмешательства в гены!

За планариями последовали лягушки, которым уже успели отрастить дополнительные лапы и функционирующие глаза на хвостах. Характерно, что даже если немного перемешать “лицо” головастиков на определенной стадии развития (в исследовании их элегантно обзывают “пикассоподобными”), то в процессе развития организма все равно все части встанут на свое место.

Работа Левина интересна, в общем, не только тем, что генетический взгляд на развитие организма дополняется биоэлектрикой, но и значительным усложнением нашего понимания “интеллекта” в самом широком смысле (здесь как будто бы должны обрадоваться панпсихисты). В то же время, коллеги в целом относятся ко многим его выводам скептически, не в последнюю очередь из-за перехода вообще на другой уровень абстракций в рассуждениях, хотя никто не опровергает его эмпирические исследования. Возможно, из работы Левина получится извлечь какие-то практические выгоды, а может быть, он пройдет путь Дарвина. Надо следить.

Угроза из Зазеркалья

прим. мое: честно признаюсь, пишу этот пост и не верю в реальность написанного. Как будто снится сон. В sci-fi я похожего сюжета точно не встречал.

Помните в августе я рассказывал про живую легенду, мой детский эталон для подражания, про Крейга Вентера 💔 и его Synthia? Не прошло и полугода, как мой глаз зацепился за эту фамилию в новостях. Я сразу же пошел смотреть что там. Вентер - это абсолютно не тот человек, который будет интересоваться чем-то банальным, предсказуемым и общеизвестный. Вентер - это человек который жил, живет и надеюсь еще долго будет жить на научном фронтире. Я (к сожалению) не ошибся в своих ожиданиях...

***
Имя Крейга Вентера всплыло в связи с открытым обращением группы из 38 ученых, среди которых есть эволюционщики, синтбиологи, иммунологи, биобезопасники, и микробные экологи. Обращение это опирается на 300-страничный отчет, подготовленный упомянутыми экспертами. Я решил написать про него, потому что ситуация здесь 1:1 напоминает мне ситуацию, которая сложилась с т.н. искусственным интеллектом и законами Асиломара. Но дело осложняется тем, что теперь речь идет не о компьютерах, речь об угрозе со стороны "зеркальной жизни", возможности которой даже мне со всей моей фантазией представить сложно.

***
В химии есть такое понятие как "хиральность" - интересное свойство, которое есть у молекул с углеродом. Одна и та же молекула при внешнем сходстве могут отличаться как правая и левая рука, быть зеркальными отражениями (т.н. энантиомерами). Чаще всего это понятие встречается в фармацевтике, так как молекулы одного химического состава, но разной хиральности (т.н. (S) лево- и (R) правовращающие) обладают принципиально разной активностью. Пару примеров. Неотличимые химически: (R)-талидомид - безопасный седатив, а (S)-талидомид вызывает тяжёлые врождённые дефекты у младенцев; (R)-лимонен - пахнет апельсином, а (S)-лимонен - лимоном; (S)-метамфетамин - мощный наркотик и психостимулятор, а (R)-метамфетамин — противоотёчное в назальных спреях.

Вся известная нам биологическая жизнь построена на молекулах одной и той же хиральности. Молекулы ДНК и РНК состоят из "правых" нуклеотидов, а все белки - из "левых" аминокислот. Но появись исследователи, которые вместо поиска решений каких-то существующих проблем решили создавать (микро)организмы с использованием изомеров молекул, отзеркаленных с молекул, которые используются в биологических организмах Земли. Зачем им это? Они и сами не знают. И именно эта странная упоротость слепота некоторых ученых игнорирующих этику и заставила четыре десятка лучших на планете экспертов собраться и написать открытое письмо с просьбой о прекращении подобных исследований и/или введения моратория на финансирование таких проектов. Я думаю объяснять не нужно, как к таким призывам относится Китай или какой-нибудь Иран

Бьющие тревогу ученые говорят о том, что отзеркаленные микроорганизмы (энантиномер-синтбио) могут стать причиной новых, абсолютно непредсказуемых инфекций. Для людей, животных, растений. На создание первого синтетического "зеркального" микроорганизма уйдет, возможно, около 10 лет. Но в том, что он будет сделан сомнений ни у кого не возникает. Такие "инфекции из Зазеркалья" нельзя будет сдержать, просто потому что не будет существовать никаких естественных способов их сдерживания. Ни антибиотиков, ни бактериофагов, ни даже генов с информацией об этом. Н-и-ч-е-г-о. Абсолютная чужеродность.

Предположу, что простые организмы, вроде "энантиомерных" водорослей, мхов, лишайников, даже растений тоже смогут достаточно быстро адаптироваться к нашему миру. И будут, скорее всего абсолютно токсичны для всех, кто рискнет их употребить. Как "антиматерия", только биологическая. А еще такие организмы (скорее всего) смогут неплохо конкурировать с организмами нашего мира и, при полном отсутствии естественных врагов, достаточно быстро станут доминирующими видами, уничтожив все привычное нам. Вместе с нами самими.

Сценаристы и фантасты вас пугали пришельцами? Так вот и они ☝️

Ученые нашли способ неинвазивно «записывать» навыки в мозг человека

https://hightech.plus/2024/12/12/uchenie-nashli-sposob-neinvazivno-zapisivat-naviki-v-mozg-cheloveka

Макс Ходак загорелся идеей “живых электродов”, и уже представил первый результат: нейроны, выращиваемые в микро-лунках, положили на кору мозга мыши, они проросли вниз и связались с нервной тканью грызуна. И эти связи функциональны — мыши обучались на сигналах от привитых клеток (а те активировались светом). Поскольку BioRxiv глючит, выкладываю препринт в комментарии. Вкратце описание их подхода см. здесь.

Про концепцию “живых электродов” я писал давно, еще до этого канала (затем и в канале). Реализации бывают разные, но общее в том, что вы используете максимально природную технологию — умение клеток направлять отростки и создавать связи — и не ломаете голову над разработкой электродов, которые бы не травмировали мозг. У этой идеи, как и у любой, есть изъяны, но их кроет “уникальное предложение”: вы сможете запустить в мозг свыше миллиона живых аксонов, столько же включает зрительный нерв, и это огромный поток данных (а Ходак еще и делает зрительный протез). Вероятно, можно дойти и до десятка миллионов. — Такой BCI не под силу электронике, ни сегодня, ни завтра.

Не менее безумна идея команды из USC-UC Irvine. Они хотят через компьютер подключить к мозгу пациентов… органоиды мозга. Замысел в том, чтобы обучить 3D культуру клеток правильно интерпретировать активность мозга конкретного пациента. Такой органоид будет расти in vitro и развиваться в ответ на сигналы от ЦНС человека, когда тот будет проходить тесты, например, двигать руками по заданию. По мысли авторов, “обученный” органоид лучше приживется в мозге и легче встроится в функциональные цепи. То есть это замах на заместительную клеточную терапию.

В гранте NSF см. краткое описание проекта. Идея явно не ближайшего будущего, а по мне весьма сомнительная, но команда очень опытная как в области BCI, так и в нейрохирургии (включая того самого Чарльза Лю). — Еще безумнее: эти бы органоиды подключить к мозгу через “живые электроды”, получится второй мозг человека, как внешний диск. Не удивлюсь, если они уже думают об этом. 😉

Хабра #чай

Выкатил expanded материал про наши чайные пленки на Хабр. В принципе всё по мотивам LABораторных заметок [1, 2, 3].

Дополнения:

1) Добавился фрагмент про интерференционные радужные пленки и то, почему их надо отличать от "чайного гибридного биокомпозита". Плюс про эфирные масла из чая, которые такие пленки способны формировать
2) В рекомендациях по избавлению от пленки добавился цикорий, девясил, фитиновая кислота, пребиотик инулин и фрагмент из "алкоголической памятки"
3)По просьбе хабра-читателей добавлен опрос на предмет "А вы знали из чего состоит пленка на вашем чае?"
4)Добавил мышь из дудла Google, которая в день осеннего равноденствия пьет свой пленочный чай 😀

Константин Анохин на симпозиуме БРИКС упомянул странный феномен, когда незадолго до смерти к людям, давно пребывающим в глубокой деменции и беспамятстве, вдруг возвращается ясность сознания. Они начинают узнавать родных, беседуют с ними, прекрасно соображают, шутят, все помнят. Внезапно “пробуждается” когнитивно полноценная личность, которая, казалось, давно разрушена дегенерацией.

Словно разбитая ваза собирается вновь.

Феномен получил название ‘terminal/paradoxical lucidity’, и он длится недолго. Часто спустя часы или дни после эпизода человек умирает, иначе говоря, внезапная ясность сознания может служить признаком того, что конец близок. Никто не знает, как и почему это происходит.

Но это схоже с тем, как порой тяжелые паркинсоники на время “приходят в себя” после леводопы или услышав музыку. Или как те пациенты, кто годами едва двигались, в миг опасности встают, бегут, ловко хватают предметы, ловят (парадоксальная кинезия).

Вопрос здесь в том, как сохраняется [или возвращается] личность на фоне тяжелого нейродегенеративного расстройства. Как это соотносится с состояниями мозга, и как бы научиться управлять этим процессом. Пока не ясно, но первое клиническое исследование уже идет.

Очень необычная работа вышла недавно в Nature Communications за первым авторством Николая Кукушкина (да-да, это который "Хлопок одной ладонью" написал). Оказывается, память в ее узком смысле, в плане передачи сигнала между клетками, не является прерогативой нейронов. Авторы работы смогли продемонстрировать, что молекулярные задатки памяти есть и у культивируемых клеток! Ученые поливали их двумя разными химическими веществами и регистрировали ответ на них с помощью люциферазы, которая была помещена под промотор гена CREB — одного из ключевых факторов формирования нашей с вами памяти. Таким образом было показано, что клетки "запоминали" вещества, с которыми им довелось столкнуться, благодаря CREB и протеинкиназе ERK, которые необходимы для формирования памяти и у нас. Похоже, память в широком смысле опирается на определенные сигнальные пути, и нейроны в этом отношении неуникальны.