Хаос на Олимпе, подземные жители и тайна новгородского клада: новости науки
Путеводитель по мозгу мухи
Чтобы понять, как мозг управляет поведением, ученые строят все более сложные копии нервной системы. Такая модель, «схема электропроводки» организма, включающая все нейроны и все их соединения (синапсы), называются коннектомом. Существует несколько конкурирующих мегапроектов с очень серьезным финансированием, занимающихся исследованиями коннектомов. До сих пор самым сложным, полностью воссозданным коннектомом, была нервная система личинки дрозофилы, которую разрезали на крошечные сегменты и с помощью электронной микроскопии 12 лет наносили на карту все ее три тысячи нейронов и полмиллиона синапсов. Это исследование вышло в прошлом году.
А в октябре в Nature вышла масштабная серия статей по материалам исследований международной коллаборации FlyWire, за 10 с лишним лет составившей с помощью ИИ и добровольцев со всего мира полный коннектом мозга теперь уже взрослой дрозофилы.
Мозг плодовой мушки меньше макового зернышка. Но по сравнению с ее личинкой в нем просматривается огромный прогресс — коннектом взрослой мухи включает описание около 140 000 нейронов и 55 млн синапсов (для сравнения: в нашем мозгу — 86 млрд нейронов и 100 трлн соединений).
Оказалось, мозг плодовой мушки состоит в основном из нейронов, которые принимают сигналы от глаз и обрабатывают их, — этим заняты две большие доли мозга, расположенные по бокам от его центральной части. То есть основная задача большинства нейросетей в этом простом мозге — создавать и анализировать картину мира, формируемую на основе зрительной информации.
Еще любопытно, что в мозгу гораздо больше афферентных нейронов (отправляющих сенсорную информацию в мозг), чем эфферентных (отдающих команды мозга мышцам) — первых 13,9%, а вторых лишь 1,1%. Формировать картину мира намного сложнее, чем управлять полетом.
Связи между отдельными нейронами в большинстве своем включали менее 10 синапсов, но есть привилегированные нейроны и соединения, — почти 16 000 таких соединений содержали более ста синапсов, и лишь 27 «самых влиятельных» — более 1000 синапсов.
Ученые выделили 8453 типа нейронов, основываясь на их форме, — теперь это крупнейший каталог типов нейронов (в человеческом мозге идентифицировали только 3300 типов клеток).
Но еще важнее то, что эта карта уже используется для создания интерактивных моделей мозга, — ученые научились симулировать взаимодействие части этих нейронов и поняли, что и как именно делают некоторые из этих типов клеток. Парочка типов, например, отдают команду шагающим мухам остановиться — каждый своим способом.
А ученые из Калифорнийского университета в Беркли создали на основе этой карты работающую модель некоторых сетей мозга мухи: в ней виртуальные нейроны обмениваются сигналами. Смоделированный мозг, например, реагирует на пищу. Хоботок мухи, похожий на язык, покрыт нейронами, чувствительными к сахару. Виртуальный мозг делал то, что делал бы настоящий мозг: он приказывал хоботку выдвинуться, чтобы муха могла есть. А если модель мухи чувствовала вкус сахара только с правой стороны хоботка, мозг посылал команды согнуть его вправо.
Для ученых, создающих подобные модели, FlyWire разработала «поисковую систему по мозгу» — Codex (Connectome Data Explorer), которая позволяет любому человеку перемещаться по всем нейронам и синаптическим путям на карте мозга дрозофилы.
В Nature называют работу «монументальным достижением» и пишут, что «теперь, когда у нас в руках коннектом, понимание того, как нервная система генерирует поведение, становится гораздо более достижимым». По крайней мере, для мухи.
А исследователи уже приступают к гораздо более амбициозной работе: созданию карты мозга мыши, которая содержит примерно в 1000 раз больше нейронов.
Олимп может проснуться
Исследование марсианской гравитации показало, что активные процессы в мантии Марса могут дать толчок к пробуждению самого большого вулкана в Солнечной системе, проспавшего миллионы лет.
Выяснилось, что под плато Фарсида, на котором расположен Олимп, находится большая область с более слабой гравитацией. Скорее всего, это огромный магматический плюм, — поток лавы, медленно поднимающийся из недр планеты, чтобы потом вызвать катастрофическое извержение огромного масштаба, к которому присоединятся и соседние вулканы.
Это извержение может уничтожить Олимп, зато начало будет феерическим. Олимп будет извергать дым и лаву в космос — ведь его вершина на высоте 22 км находится за пределами марсианской атмосферы.
Древние живут под землей
Магматические породы в глубоких недрах Земли, похоже, обитаемы. Ученые Токийского университета утверждают, что нашли живых микробов в керне возрастом 2 млрд лет, извлеченном из магматического комплекса Бушвельд в Южной Африке. Микробы, которые провели в изоляции невероятные 2 млрд лет, колонизировали жилы в магме, заполненные глинистыми минералами.
Живые микробные клетки были плотно упакованы в трещинах породы. Любые щели около этих трещин были забиты глиной, что делало невозможным выход организмов или проникновение других снаружи. Исследователи усовершенствовали технику подтверждения того, что микробы были родными для образца породы, а не попали туда из-за загрязнения во время бурения и исследования. Окрашивая ДНК микробных клеток и используя инфракрасную спектроскопию для изучения белков в микробах и окружающей глине, а также электронную и флуоресцентную микроскопию, исследователи доказывают, что микроорганизмы живы и не привнесены извне.
Попав во глубину южноафриканских руд еще во времена, когда никого кроме микробов на Земле и не было, одноклеточные переключились на «режим выживания» — их метаболическая активность очень медленная, 1000 лет пролетает как один миг. Поэтому они почти не эволюционировали — ведь за это время прошла половина всей эволюции жизни на Земле? Неужели повсюду в земной коре процветает такая медленная подземная жизнь? И до каких глубин она доходит?
Очень многообещающая находка — дальнейшее исследование этих микробов может дать удивительные открытия о ранних стадиях эволюции жизни на Земле, — но речь не только о нашей планете. «Меня очень интересует возможность обнаружения подземных микробов на других планетах, — говорит Йохеи Судзуки, ведущий автор исследования. — Марсоход Perseverance добывает для отправки на Землю камни, которые по возрасту схожи с теми, которые мы использовали в этом исследовании. После обнаружения микробной жизни в образцах возрастом 2 млрд лет мне не дает покоя мысль о том, что мы найдем в образцах с Марса».
Тайна новгородского клада
В Новгороде нашли клад — редкая удача для археологов. Нашли его в результате спасательных раскопок под строительство частного дома, — семья, владеющая участком, сама их профинансировала.
Это крупнейшая находка. Во-первых, она принадлежит к самому раннему этапу истории города, концу Х-го века, временам князя Владимира и крещения Руси. Во-вторых, клад очень большой — около 1800 серебряных монет (стоимостью примерно как большое стадо коров) и более 80 серебряных украшений. То есть он принадлежал очень богатому человеку, вероятно, одному из близких к князю людей.
Варягом он был или славянином, остается только гадать, — но ничего специфически славянского в находках нет, такой же набор монет и типичных украшений могли найти во многих местах Европы. Монеты почти все — арабские дирхамы. В Халифате были крупные серебряные рудники, обеспечивавшие монетой и Европу, а на Русь она попадала через тех же варягов, в основном в обмен на пушнину. Есть и западные монеты, и несколько византийских, — они были так редки, что к ним даже приклепали ушки, чтоб использовать в качестве подвесок (вывоз византийских монет за пределы империи по законам ромеев в те времена карался смертью). Самая поздняя монета, которую ученые сумели датировать, была отчеканена в 974 или 975 гг.
Один из наиболее выразительных предметов — серебряный крест «скандинавского типа», — с расширяющимися к концам ветвями, с тремя дисками на концах. Такие кресты — один из древнейших предметов христианского культа, вошедших в обиход на Руси. Крест — свидетельство того, что еще до принятия крещения Владимиром, христианство уже было в моде среди знати. А на одном из дирхамов выцарапан молот бога Тора (тоже не первая находка такого рода). Похоже, в торговом Новгороде тех времен царила атмосфера толерантности, здесь ведь не только монеты всех стран встречались, но и все время общались люди самых разных вероисповеданий.
Но ведь клады не зарывают, пока не пришла беда. Что могло случиться? Может быть, вор так и не выдал, где украденное. А возможно, говорят археологи, дело в событиях, связанных с крещением Новгорода, которое не обошлось без пролития крови.