Дайджест научпоп-новостей за неделю, о которых мы ничего не писали

Новое электронное логическое устройство на основе жидкого металла имитирует механизм захвата добычи венериной мухоловкой

Исследовательская группа под руководством Инженерной школы Гонконгского университета науки и технологий (HKUST) разработала электронное логическое устройство на основе жидкого металла, которое имитирует интеллектуальный механизм захвата добычи венериными мухоловками. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Обладая свойствами памяти и счёта, устройство может интеллектуально реагировать на различные последовательности стимулов без использования дополнительных электронных компонентов. Интеллектуальные стратегии и логические механизмы устройства позволяют по-новому взглянуть на понимание «интеллекта» в природе и вдохновляют на развитие «воплощённого интеллекта».

Уникальный механизм захвата добычи венериными мухоловками всегда был интригующим объектом исследований в области биологического интеллекта. Этот механизм позволяет им эффективно различать различные внешние стимулы, такие как одиночные и двойные прикосновения, тем самым проводя различие между такими раздражителями окружающей среды, как капли дождя (одиночное прикосновение) и насекомые (двойное прикосновение), что обеспечивает успешный захват добычи.

Эта функциональность в первую очередь объясняется наличием сенсорных волосков на плотоядных растениях, которые обладают свойствами памяти и счёта, позволяющими им воспринимать стимулы, генерировать потенциалы действия (изменение электрических сигналов в клетках в ответ на стимул) и запоминать стимулы на короткое время.

Вдохновлённый моделью накопления/распада внутреннего электрического сигнала в венериных мухоловках, профессор Шэнь Яцзин, доцент кафедры электронной и компьютерной инженерии (ECE) HKUST, возглавивший исследование, в сотрудничестве со своим бывшим аспирантом Городского университета Гонконга, доктором Ян Юаньюанем, ныне доцентом Сямэньского университета, предложил логический модуль на основе жидкого металла (LLM), основанный на деформации растяжения/контракции проволок жидкого металла.

Устройство использует жидкие металлические провода в растворе гидроксида натрия в качестве проводящей среды, контролируя длину жидких металлических проводов на основе электрохимических эффектов, тем самым регулируя выход катода в зависимости от стимулов, подаваемых на анод и затвор. Результаты исследований показывают, что LLM может запоминать длительность и интервал между электрическими стимулами, рассчитывать накопление сигналов от нескольких стимулов и проявлять значительные логические функции, аналогичные венериным мухоловкам.

Экзотические чёрные дыры могут быть побочным продуктом тёмной материи

За первую квинтиллионную долю секунды во Вселенной могли появиться микроскопические чёрные дыры с огромным ядерным зарядом, предполагают физики Массачусетского технологического института.

На каждый килограмм видимой нами материи — от компьютера на вашем столе до далёких звёзд и галактик — приходится 5 килограммов невидимой материи, которая наполняет наше окружение. Эта «тёмная материя» — загадочная сущность, которая ускользает от всех форм прямого наблюдения, но при этом даёт о себе знать своим невидимым притяжением к видимым объектам.

Пятьдесят лет назад физик Стивен Хокинг предложил одну идею о том, чем может быть тёмная материя: популяцией чёрных дыр, которые могли образоваться вскоре после Большого взрыва. Такие «первичные чёрные дыры» не были бы голиафами, которые мы обнаруживаем сегодня, а скорее микроскопическими областями сверхплотной материи, которые образовались в первую квинтиллионную долю секунды после Большого взрыва, а затем разрушились и рассеялись по космосу, натягивая окружающее пространство-время таким образом, чтобы объяснить тёмную материю, которую мы знаем сегодня.

Теперь физики из Массачусетского технологического института обнаружили, что этот первобытный процесс мог породить и неожиданных спутников: ещё более мелкие чёрные дыры с беспрецедентным количеством ядерно-физического свойства, известного как «цветовой заряд».

Эти самые маленькие, «сверхзаряженные» чёрные дыры представляли собой совершенно новое состояние материи, которое, вероятно, испарилось через долю секунды после их возникновения. Тем не менее они могли повлиять на ключевой космологический переход: время, когда были сформированы первые атомные ядра. Физики предполагают, что чёрные дыры, заряженные цветом, могли повлиять на баланс сливающихся ядер, и астрономы когда-нибудь смогут обнаружить это с помощью будущих измерений. Такое наблюдение убедительно указало бы на первобытные чёрные дыры как на первопричину всей современной тёмной материи.

«Даже если этих недолговечных экзотических существ сегодня нет, они могли повлиять на космическую историю таким образом, что сегодня это проявляется в тонких сигналах, — говорит Дэвид Кайзер, профессор истории науки Гермесхаузен и профессор физики в Массачусетском технологическом институте. — В рамках идеи о том, что вся тёмная материя может быть объяснена чёрными дырами, это даёт нам новые возможности для поиска».

Кайзер и его соавтор, аспирант Массачусетского технологического института Эльба Алонсо-Монсальве, опубликовали своё исследование в журнале Physical Review Letters.

ИИ использовали для создания новых антибиотиков в революционном исследовании

Учёные использовали алгоритм для поиска «всего микробного разнообразия» на Земле, что ускорило исследование устойчивости к антибиотикам

В новом исследовании для предсказания потенциальных новых антибиотиков в глобальном микробиоме использовалось машинное обучение, что, по словам авторов исследования, является значительным прогрессом в использовании искусственного интеллекта в исследованиях антибиотикорезистентности.

По словам Сезара де ла Фуэнте, автора исследования и профессора Пенсильванского университета, в докладе, опубликованном в среду в журнале Cell, подробно описываются результаты работы учёных, которые использовали алгоритм для поиска «всего микробного разнообразия, которое мы имеем на Земле, или огромной его части, и нашли почти 1 млн новых молекул, закодированных или скрытых во всей этой микробной тёмной материи». Де ла Фуэнте руководит Группой машинной биологии, цель которой — использовать компьютеры для ускорения открытий в биологии и медицине.

По словам де ла Фуэнте, без такого алгоритма учёным пришлось бы использовать традиционные методы, такие как сбор воды и почвы для поиска молекул в этих образцах. Это может быть непросто, поскольку микробы обитают повсюду — от океана до кишечника человека.

«На это ушло бы много, много, много, много, много лет, но с помощью алгоритма мы можем отсортировать огромное количество информации, и это просто ускоряет процесс», — говорит де ла Фуэнте.

По словам автора исследования, оно актуально для общественного здравоохранения, поскольку устойчивость к противомикробным препаратам стала причиной более чем 1,2 миллиона смертей в 2019 году. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), к 2050 году это число может увеличиться до 10 миллионов смертей в год.

Хотя де ла Фуэнте сказал, что рассматривает исследование, в результате которого была получена «крупнейшая в истории попытка открытия антибиотиков», как переломный момент в потенциальной пользе искусственного интеллекта для исследований, он признал, что недобросовестные субъекты могут «разработать модели ИИ для создания токсинов».

По его словам, в его лаборатории приняты меры предосторожности для их хранения и обеспечения того, чтобы молекулы не могли самовоспроизводиться. Примечательно, что для данного исследования не требовались меры биобезопасности, поскольку это были «инертные молекулы».

Хотя в последние годы искусственный интеллект стал горячей темой для обсуждения, де ла Фуэнте говорит, что начал использовать ИИ в исследованиях антибиотиков около десяти лет назад.

«Мы смогли ускорить процесс открытия антибиотиков, — говорит де ла Фуэнте. — Вместо того чтобы ждать пять-шесть лет, пока найдётся один кандидат, теперь, используя компьютер, мы можем всего за несколько часов предложить сотни тысяч кандидатов».

Прежде чем Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США одобрит антибиотик, он, как правило, проходит многолетнее изучение в ходе лабораторных исследований и клинических испытаний. Эти различные этапы могут занимать от 10 до 20 лет.

Для этого исследования учёные собрали геномы и метагеномы, хранящиеся в общедоступных базах данных, и искали фрагменты ДНК, которые могли бы обладать антимикробной активностью. По словам де ла Фуэнте, чтобы подтвердить эти прогнозы, они с помощью химии синтезировали 100 таких молекул в лаборатории, а затем протестировали их, чтобы определить, действительно ли они способны убивать бактерии, включая «некоторые из самых опасных патогенов в нашем обществе».

79% молекул, представляющих 1 млн обнаруженных молекул, смогли убить хотя бы один микроб, что означает, что они могут служить потенциальным антибиотиком.

По данным ВОЗ, устойчивость к антибиотикам вызывает всё большую обеспокоенность из-за неправильного и чрезмерного использования противомикробных препаратов у людей, животных и растений.

По словам де Ла Фуэнте, авторы исследования выложили эти данные и код в свободный доступ для всех желающих с целью «продвинуть науку и принести пользу человечеству».

«Google для ДНК» индексирует 10% известных генетических последовательностей.

Достижение демонстрирует возможность сделать весь код жизни легкодоступным для поиска, говорят исследователи

Швейцарская команда, разработавшая инструмент, который работает как Google для ДНК, продемонстрировала, что он может сделать все данные о биологических последовательностях дешёвыми и легкодоступными для поиска. По словам исследователей, в ходе принципиального исследования они успешно проиндексировали 10 % известных в мире последовательностей ДНК, РНК и белков, и этот же метод можно использовать для поиска остальных.

В работе, опубликованной в прошлом месяце на сайте bioRxiv, использовался недавно разработанный группой вычислительный инструмент под названием MetaGraph для организации и сжатия общедоступных данных о последовательностях в формат, удобный для поиска, подобно тому, как поисковые системы Интернета делают это для веб-страниц и их содержимого. Полученные индексы, доступные для скачивания и через веб-портал, позволяют пользователям сканировать последовательности, состоящие из триллионов пар оснований и миллиардов аминокислот.

Исследование «представляет собой огромное достижение и веху в нашем постоянном стремлении решить грандиозную задачу индексирования всех общедоступных данных секвенирования», — говорит Роб Патро, специалист по вычислительной биологии из Университета Мэриленда, который не принимал участия в экспериментальной работе. Такой ресурс мог бы помочь в огромном количестве областей исследований, от идентификации новых вирусов до выявления последовательностей РНК, связанных с заболеваниями. Хотя MetaGraph — не единственный проект, направленный на достижение этой цели, команда уже создала несколько крупнейших индексов и рассчитывает, что её инструмент будет относительно недорогим в использовании.

Патро и другие отмечают, что необходимость в этом назрела. Репозитории, хранящие данные о последовательностях ДНК, РНК и белков, растут в геометрической прогрессии. Архив последовательностей (Sequence Read Archive, SRA), генетическая база данных, управляемая Национальным центром биотехнологической информации (NCBI) при Национальном институте здравоохранения и его сотрудниками, уже содержит более 50 тысяч триллионов пар оснований (50 петабаз) из организмов, включая человека и других животных, растения и бактерии.

Современные инструменты биоинформатики не могут просканировать такой объём данных за один раз, особенно если речь идёт о последовательностях, которые ещё не собраны в геномы. Исследователям приходится сужать коллекции последовательностей, прежде чем приступить к их поиску. Несколько групп надеются решить эту проблему путём сжатия последовательностей из больших баз данных в более организованную структуру данных, или индекс, предназначенный для удобного поиска в загружаемых файлах или на онлайн-порталах.

Впервые телескоп был убран из спорного астрономического центра на гавайском вулкане

После вывода телескопа из эксплуатации место вернулось к своему естественному состоянию. Теперь в ходе трёхлетнего исследования будет прослежено, как дикая природа возвращается в эту часть горы.

Впервые телескоп, располагавшийся на гавайском вулкане Маунакеа, был полностью выведен из эксплуатации — его демонтировали, вывезли, а его местоположение восстановлено до прежних условий. Это произошло в рамках соглашения между Гавайским университетом и Управлением по управлению и надзору за Маунакеа, призванного сгладить напряжённость в связи со строительством нового телескопа на горе: Тридцатиметрового телескопа.

С 1960-х годов на Маунакеа, священном для коренных жителей Гавайских островов месте, где земля встречается с небом, было построено 13 телескопов. Поэтому каждая новая обсерватория на Маунакеа вызывала недовольство протестующих, которые считали строительство новых телескопов на этой вулканической горе кощунством. Однако астрономическому сообществу с трудом удаётся найти баланс между своими планами научных исследований и потребностями коренной гавайской культуры. А всё потому, что Маунакеа предлагает уникальные условия для наблюдения за небом. Дело дошло до протестов против планируемого Тридцатиметрового телескопа (ТМТ), который, если будет построен, станет вторым по величине телескопом в мире — и самым большим на Маунакеа.

Однако будущее ТМТ по-прежнему под вопросом. Национальный научный фонд (NSF) заявил, что может выделить средства только на один из проектов — ТМТ или Гигантский Магелланов телескоп, который планируется построить в Чили. Была созвана комиссия, которая должна определить, какой проект должен финансировать NSF. Возможно, обсерватория «Убывающая» ещё сможет реализоваться, если получит достаточное количество частных средств, но судьба Тридцатиметрового телескопа на Маунакеа остаётся далеко не определённой.

Тем не менее, эксперты готовятся к тому, что строительство ТМТ всё же состоится.

До недавнего времени телескопы на Маунакеа находились в ведении Гавайского университета, но в попытке наладить более тесное сотрудничество с коренными жителями Гавайев управление обсерваториями было передано недавно созданному Управлению Маунакеа. В состав Управления вошли представители местных властей, университета, а также самих обсерваторий. Кроме того, предполагается, что в него войдут люди с опытом и пониманием гавайской культуры, чтобы помочь определить наиболее подходящее использование горы.

В рамках этой передачи, а также для получения разрешения на строительство Тридцатиметрового телескопа, Гавайский университет согласился вывести из эксплуатации три обсерватории на горе. Первая из них — 36-дюймовый телескоп Hōkū Keʻa, который использовался для преподавания в Гавайском университете Хило, — уже демонтирована.