Заметки лабораторного кота

в рубрике "мысли о всяком"

Всё чаще вижу (и сам встреваю "в" 🤓) обсуждения того, что до появления AGI (Artificial General Intelligence) = искусственного интеллекта, способного решать любые задачи на, скажем так, максимальном уровне человеческого разума, остается 5-10 лет. А потому люди перестанут быть "субъектами" = действующими лицами Науки, Культуры, Цивилизации в целом.

Вообще-то в любой сфере занятий уже есть подвыборка людей - очень небольшая! - которые решают многие задачи очевидно лучше, чем люди "в среднем":
- лауреаты Букера пишут книги,
- успешные инвесторы играют на рынке,
- великие учёные открывают законы Природы,
...но это НЕ лишает остальные 99.99999% населения Земли субъектности - в т.ч. в создании текстов, игры на рынке, научных исследований.

Вероятно, AGI будет "минимум всё" делать "лучше всех" = наравне с самыми успешными людьми (да хоть бы и выше их) займёт позиции в топе лидеров. Но для Цивилизации важен не только топ - важно распределение в целом.

...заодно заведу хештег #ии

Вынесено из комментариев:

-> Я верен, что биохимия каждого человека индивидуальна - кстати, у нас примерно 100000 (!!!) видов метаболитов - и любой биохимический профиль слишком вариативен, чтобы предоставить универсальную "шкалу старения" для целой популяции.

-> Но то, что у сотни разных людей с уникальным набором из 100 000 метаболитов нашлись одинаковые «ступеньки» в 40 и 60 лет, говорит, что индивидуальность индивидуальностью, но в основе процесса старения всё-таки лежат общие, поддающиеся изучению законы.

-> Да, про наличие "законов" согласен! Просто мы их не можем пока формализовать, плюс, возможно, даже их глубочайшее понимание не позволит нам что-то всерьёз поменять в старении организмов. Вновь аналогия: про рак мы понимаем всё больше и лучше, но и убеждаемся, что накопление соответствующих мутаций попросту неизбежно, потому от рака (как повреждения конкретных тканей) можно вылечить (иногда), но сам онкопроцесс по сути неизбежен,  фундаментально.

Наверное, многие видели уже ссылку на эту статью на канале Петра Власова, но всё-таки продублирую. Группа исследователей под руководством самого Майкла Снайдера провела многолетнее исследование, в ходе которого регулярно собирала биологические образцы у более чем ста участников. Анализ показал, что старение человека происходит не плавно, а резкими скачками, причем большинство молекулярных изменений (свыше 80%) носят нелинейный характер. Были обнаружены две ключевые "возрастные ступеньки" — около 40 и 60 лет, — в которые организм синхронно перестраивает множество систем, с чем связано резкое возрастание рисков различных заболеваний именно в эти периоды жизни. Кроме того, было показано, что эти возрастные переходы сопровождаются специфическими изменениями на молекулярном уровне:

В районе 40 лет происходят значительные перестройки в метаболизме липидов, а также в работе митохондрий, что можно рассматривать как ранние сигналы будущих возрастных заболеваний. Около 60 лет наблюдаются резкое снижение функции почек и повышение уровня глюкозы в крови, нарушение работы иммунной системы, снижение способности клеток противостоять окислительному стрессу, ухудшение репарации ДНК. Таким образом было показано, почему вероятность развития таких заболеваний как диабет II типа, сердечно-сосудистых заболеваний и нейродегенеративных расстройств резко возрастают именно после 60 лет.

Представьте себе капсулу с лекарством, которая "вычисляет", что она в нужном месте организма (по комбинации pH, температуры и специфических ферментов), и только тогда высвобождает препарат. Или пластырь, который не просто измеряет глюкозу, а "принимает решение" о впрыске инсулина. И все эти решения принимаются без использования какой-либо микроэлектроники, вместо этого используется сложная сеть из ферментов и пептидов, где каждый компонент по-своему реагирует на внешние условия — на температуру, кислотность или свет. Уникальный "ответ" системы на раздражитель рождается из совокупности реакций разных белков на разные факторы.

Группа голландских исследователей разработала уникальную молекулярную систему — «ферментативный резервуар». В её основе лежит сеть из семи протеаз, которые конкурируют за общий набор пептидных субстратов, создавая сложные, нелинейные взаимодействия. Эта биохимическая сеть способна выполнять роль датчика, реагируя изменения в окружающей среде. Учёные показали, что их система может с высокой точностью определять температуру и выполнять задачи, аналогичные работе нейронов. Более того, сеть научили реагировать на периодичность световых импульсов, открыв путь к созданию молекулярных интерфейсов с оптическими устройствами. Эта работа знаменует собой важный шаг к созданию по-настоящему автономных и «интеллектуальных» молекулярных систем будущего.

🆕 Учёные из Сколтеха, Потсдамского университета и MIT открыли фундаментальный физический закон, который управляет кажущимся хаотичным движением хромосом внутри живой клетки. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Research и поддержаны грантами РНФ и немецкого Фонда Александра фон Гумбольдта.

Это открытие помогает разрешить давнюю биологическую загадку о том, как молекулы ДНК, свёрнутые в плотные хромосомы, остаются достаточно подвижными для жизненно важных процессов, таких как включение и выключение генов.

Кирилл Половников, старший преподаватель Нейроцентра Сколтеха: «Мы разработали статфизическую модель, которая показывает, что движение участков хромосом как длинных полимерных цепей подчиняется универсальному физическому закону, не зависящему от мельчайших деталей их строения. Ключ к разгадке лежит в рассмотрении не точечного, а коллективного движения целых сегментов ДНК. Оказалось, что способность гена на хромосоме смещаться как единое целое (т.е. коэффициент диффузии центра тяжести) обратно пропорциональна числу букв в его нуклеотидной последовательности. Это универсальный принцип полимерных цепей, выполняющийся как в термодинамическом равновесии, так и в условиях активности клетки, и фундаментально связанный с третьим законом Ньютона».

Залихватские утверждения о «светлом квантовом будущем человечества» и о том, что у нас собираются наладить промышленный выпуск квантовых компьютеров к 2030 году (см. https://t.me/khokhlovAR/777) сейчас подогреваются еще и тем, что 2025 год объявлен ООН Международным годом квантовой науки и технологий (https://t.me/khokhlovAR/897).

На фоне такого неприкрытого хайпа я с удовольствием прочитал интервью одного из наших ведущих ученых в этой области, Станислава Страупе, в котором он дает вполне адекватную картину текущего состояния исследований в этой области:

https://rtvi.com/stories/my-otstaem-vezde-rossiya-v-gonke-za-kvantovym-prevoshodstvom/

С этим интервью будет интересно познакомиться тем, кто хочет больше узнать о квантовых вычислениях и квантовых компьютерах. Данное направление исследований чрезвычайно увлекательно, и все бы хорошо, если бы не безудержный хайп на этой теме, который раздражает многих ученых. А в интервью Струпе все изложено корректно, четко и понятно. Ниже я привожу для инициации интереса небольшие фрагменты этого интервью.

«Если вы хотите, чтобы квантовый компьютер приносил пользу, он должен делать что-то лучше, чем классический. Что такое квантовое превосходство? Это когда вы свой квантовый процессор не можете промоделировать на классическом компьютере за разумное время. То есть он, грубо говоря, делает что-то быстрее, чем его классический собрат. Это необходимое условие, чтобы квантовый компьютер приносил пользу. Не достаточное, но необходимое.

Квантовые алгоритмы всегда, как правило, вероятностны. То есть результат вы получаете с определенной вероятностью ошибки. Вам нужно, чтобы эта вероятность ошибки была не очень большой. Чтобы, грубо говоря, правильный результат получался чаще, чем неправильный. Тогда вы сможете отделить один от другого — очень грубо говоря, тот, который получается чаще, тот и правильный.

В классических компьютерах вероятность ошибки очень маленькая. Ваш калькулятор, в принципе, может выдать неправильный результат, просто вероятность этого настолько маленькая, что вы, скорее всего, в жизни с этим не столкнетесь.
.
А в квантовых компьютерах все то же самое, просто вероятность ошибки сейчас большая, и это приводит к тому, что полезные вычисления сделать не удается. И есть понимание, что нужно двигаться в сторону того, чтобы ошибки активно корректировать. Но эта коррекция ошибок не дается даром, она достигается за счет избыточного кодирования. То есть вам нужно больше кубитов на то, чтобы кодировать логическую информацию. Поэтому основная работа сейчас ведется не столько в сторону увеличения числа кубитов, сколько в направлении увеличения точности операций.»

Большое научное открытие закрытие

...в громкой истории с якобы опасностью парацетамола при беременности - на которой "хайпанул" даже Белый Дом в США - поставлена, как надеюсь, жирная точка... ну или хотя бы точка с запятой 🧐

Международный коллектив учёных и врачей провёл масштабную ревизию свидетельств о связи между приёмом парацетамола при беременности и риском возникновения у ребёнка расстройство аутистического спектра (РАС) или синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). Авторы собрали итоги 40 (!) исследований в этой теме - и пришли к выводу, что НЕТ существенных доказательств влияния парацетамола на вероятность РАС или СДВГ. Качество имеющихся данных про обсуждаемую какбэ корреляцию оценено как крайне низкое. Результаты опубликованы в авторитетном British Medical Journal ⬅️

Ранее я рассказывал, почему не вижу в этой истории чего-то катастрофического в плане взаимоотношений между Властью, Обществом, и Наукой - но и не верю в серьёзность обсуждаемых "угроз" ⬅️

Всё, что мы смогли сказать, когда у нас получилось: До чего же красиво!
Джеймс Уотсон (1928—2025) об открытии структуры ДНК

Good night, sweet prince

Около 17 лет тому назад Джеймс Уотсон посетил Москву, где прочитал две лекции — лекцию для ученых и студентов в Институте молекулярной биологии РАН и публичную лекцию в Доме ученых, посетил Звенигородскую биологическую станцию МГУ, а затем и сам Московский университет, где ему вручили памятную медаль и диплом почетного профессора МГУ, и, конечно же, дал бесчисленное количество интервью.

Для меня удачно сложилось, что структура ДНК была открыта в 1953 году, хотя вполне могла быть открыта в 1952-м, открытие меня немножко подождало. Но если бы я поступал в университет в положенном возрасте, то открытие досталось бы кому-то другому. Так что мой совет — получать образование как можно раньше, в 20 лет мы уже готовы к самостоятельным решениям. Вообще, те советы, которые я написал в своей книге, опробованы лично мной, и я не знаю, насколько они годятся для других людей. Но похоже, что эти советы не на сто процентов соответствуют представлению людей о том, как полагается себя вести. Правда, если бы я вел себя всегда в соответствии с этими представлениями, боюсь, я бы не достиг такого успеха.
...
В целом, проблема конфликта науки и общества состоит в том, что наука становится всё более сложной, и понимать ее всё труднее. Даже ученые не справляются. А мозг, он каким был, таким и остается.
...
Вообще, мы не можем жить вне культурных традиций. Я считаю себя неверующим христианином. В том смысле, что мое воспитание основано на христианской культуре. Я всегда открыто заявляю, что не верю в Бога, но, когда я умру, хоронить меня будут в церкви, потому что я уважаю свою культуру и традиции.

Культура России уже многие сотни лет связана с православной традицией. Сколько построено прекрасных церквей, создано произведений искусств. Я побывал во многих церквях и соборах в Москве, в том числе и в отстроенном заново Храме Христа Спасителя, — они великолепны, и я очень рад, что могу приобщиться к русской истории, хоть я и неверующий. Бессмысленно отказываться от собственной истории. Коммунисты, помнится, пытались это сделать. И что же? Ничего хорошего не вышло.

Кроме того, церковь традиционно является тем местом, где обсуждается мораль. И если уничтожить церкви, то где учиться морали, откуда узнавать, где добро и зло? Однако не только религиозные деятели, но и ученые должны подключаться к обсуждению, где добро и где зло. Мои научные коллеги и друзья — все неверующие, но они не желают высказываться на тему о том, что хорошо и что плохо, просто из боязни задеть чьи-нибудь религиозные чувства. Считается, что ученые не уважают традиции. Но это не так. У меня примерно те же ценности, что и у религиозных людей, просто источник их другой. Мы все стараемся помогать несчастным, а не только те, кому Иисус заповедовал быть милосердными. Поэтому я не желаю бороться с церковью.

Мой друг Фрэнсис Крик, тот был непримиримым борцом с церковью. И никто его не слушал. И никого он не смог убедить, что верить нужно в ДНК, а не в Бога, кроме, конечно, тех, кто и без того в Бога не верил. Думаю, было бы большой наивностью на рациональном уровне пытаться отвратить народ от религии. Ни в одной стране, ни в одной религии этого не может произойти — прилагать усилия в этом направлении было бы большой глупостью.
...
В России существовала мощная школа по генетике и селекции, заложенная еще в начале века Вавиловым. Потом ее полностью изничтожил Лысенко. А ведь это была школа по технологиям генетических модификаций. И страна, где эти технологии не развиваются, откатывается назад.

Вчера в возрасте 97 лет ушел из жизни Джеймс Уотсон — человек, раскрывший тайну генетического кода.

С его смертью завершилась эпоха первооткрывателей ДНК. Он был последним из легендарного трио (а формально — четверки) ученых, впервые смоделировавших двойную спираль — молекулу, в которой записана сама жизнь.

В 1953 году, работая вместе с Фрэнсисом Криком в Кембридже, Уотсон предложил модель структуры ДНК. Это открытие перевернуло науку: генетика перестала быть абстракцией и стала основой биологии, медицины и биотехнологий. За эту работу в 1962 году Уотсон, Крик и Морис Уилкинс получили Нобелевскую премию.

В 2014 году он продал свою Нобелевскую медаль, чтобы поддержать научные исследования. Медаль выкупил российский предприниматель Алишер Усманов — и вернул ее ученому, заявив, что награда такого масштаба должна оставаться у своего владельца.

Его наследие — это не только двойная спираль, но и бесконечные вопросы, которые она продолжает ставить перед наукой.

@healthpravda

В своём выступлении Дмитрий Крюков упоминает довольно интересную, хотя и староватую статью о том, как внеклеточный матрикс влияет на старение клеток. Суть в том, что старые, переставшие делиться фибробласты можно вернуть к молодому состоянию, если поместить их в то межклеточное вещество, которое было выработано молодыми фибробластами. Попадая в такую благоприятную среду, старые фибробласты будто вспоминают свою молодость: их форма меняется, они снова начинают активно делиться, а даже удлиняются теломеры. При чём не за счёт активности теломеразы, а совершенно по другому механизму: за счёт увеличения активности белков Ku и SIRT1.

После прочтения статьи стало понятно, в частности, почему пересадка стволовых клеток может обернуться развитием раковой опухоли. Молодая клетка, попав в старую, повреждённую среду, характеризующуюся высоким уровнем окислительного стресса. У молодой клетки при этом снижена активность белков, пожавляющих развитие раковых опухолей (например, p53), в результате её внутренний механизм остановки деления ломается. В результате сочетания двух факторов — агрессивной среды и сломанных «тормозов» внутри самой клетки — может начаться неконтролируемый рост.

Забавно. Получается, что все стратегии, нацеленные на омоложение клеток, обречены на провал, если они не учитывают наличие "старой" внеклеточной среды. В очередной раз выяснилось, что если в старый черно-белый телевизор прикрутить не то, что нужно, то вы не сделаете его цветным.

Каждый раз, когда мы вскрываем один «чёрный ящик», мы находим внутри него следующий, ещё более сложный. Решив текущие задачи (например, предсказание белковых структур или их взаимодействие с нзкомолекулярными соединениями), мы столкнёмся с вопросами, которые сегодня даже не можем корректно сформулировать. Например, как моделировать не статичную структуру белка, а его динамику в реальном времени в постоянно меняющейся среде клетки, где одновременно присутствуют сотни и тысячи белков, нуклеиновых кислот, пептидов, низкомолекулярных соединений, ионов металлов и т.д.?

Пришла пора открыть чёрный ящик прояснить загадку из предыдущего опроса ⬆️

Правильный вариант ответа = "кот, который то ли жив, то ли мёртв". Знаменитый образ из квантовой физики ⬅️ я выбрал как (очевидную) ассоциацию, когда меня попросили дать ремарки о потенциальной пользе квантовых вычислений в биомедицине. Как я упомянул в опросе, речь о медиа, которое специализируется на теме "крипты" ⬅️ = криптошифрование, криптовалюты, и т.п. И криптография, защищающая данные (например, операции в столь популярном нынче блокчейне), основана на математических алгоритмах, которые очень трудно взломать, даже на мощном классическом компьютере. А вот квантовые компьютеры могут решать эти задачи гораздо быстрее - и, потенциально, позволят легко "вскрывать" нынешнюю криптозащиту. Потому сфера "крипты" внимательно следит (и старается поспевать) за прогрессом в "квантах".

Теперь к моим комментариям о связи "кванты"<=>"био". Отмечу, что они, как и итоговая публикация в целом, "зависли в лимбо" = материал пока не вышел. Наверно, сие неудивительно для издания, специализирующегося на квантовых = неопределённых "штучках" 🧐 Если статья выйдет-таки - ссылкой, конечно, поделюсь. Далее по сути - надеюсь, будет интересно 🤓

Сначала по-простому
Моделирование биологических структур и систем является прекрасным приложением квантовых вычислений! Самый яркий тому пример, имхо - предсказание структур белков и комплексов лиганд-рецептор:
🔹 Био-системы имеют чрезвычайно сложные энергетические ландшафты со множеством возможных состояний.
🔹 В случае практической разработки лекарств (которые должны физически связываться, нужным образом, с конкретными мишенями), сложность ещё и умножается на разнообразие эволюционных ландшафтов, что мы обсуждали в Канале ⬅️
...и в итоге мы имеем дело с задачей выбора из бесчисленных вариантов, "хороших" и "плохих", расположения и взаимодействия физических объектов. Точное вычисление таких систем остаётся одним из важнейших вызовов современной науки и биомедицины, и он уже привёл к крупному прорыву, отмеченному Нобелевской премией - AlphaFold. А квантовые вычисления могут стать следующим значительным шагом вперёд.

Теперь по-сложнее
▪️ "Квантовые логические элементы" могут кодировать молекулярные взаимодействия как унитарные преобразования. Каждый элемент соответствует определённому физическому взаимодействию (водородные связи, крутильное движение, электростатика и т. д.), что позволяет схеме хорошо обучаться на конфигурации с наименьшей энергией.
▪️ "Кубиты" обеспечивают в био-структурах естественную форму массового параллелизма. Каждое квантовое состояние может представлять собой отдельную конформацию белка / комплекса, что позволяет исследовать множество конфигураций ОДНОВРЕМЕННО. Это ровно то, чего не может достичь классическое моделирование - но и что предоставят нам квантовые компьютеры.
...кстати, разобраться получше в вотэтомвсём можно, например, в гиде на ПостНауке ⬅️

Такие дела. Ждём массово доступные квантовые компьютеры - ведь они наконец-то помогут нам создать лекарства от минимумвсего! или не помогут 😎

Евгений Кунин и компания (включая, между прочим, Эммануэль Шарпантье и Дженнифер Даудну) опубликовали очередной апдейт классификации систем CRISPR-Cas. Теперь их официально делят на два класса, 7 типов и 46 подтипов, а в предыдущей версии классификации, вышедшей пять лет назад, выделяли 6 типов и 33 подтипа. Огромное разнообразие! Надо изучать.

📹 Не смогли прийти на лекцию о вычислительной биологии старения? Наши партнёры из Medtech.moscow всё записали.

Рекомендуем посмотреть выступление младшего научного сотрудника Центра молекулярной и клеточной биологии Сколтеха Дмитрия Крюкова, если вам хочется узнать больше о старении и о том, появится ли таблетка, способная значительно продлить нашу жизнь.

#зоопарк_одобряет

Сегодня день рождения празднует Александра Элбакян, создательница и бессменный лидер проекта Sci-Hub!

То, что сделала Саша для исследователей всего мира (и нашей страны в том числе), хорошо описывается чуть измененным девизом разведки - "во славу науки без права на славу". Все знают о том, что Sci-Hub - ее детище, десятки тысяч людей пользуются Sci-Hub каждый день и благодарны за это, но никто не может признать это официально с высокой трибуны, потому что с точки зрения закона ее действия называются пиратством. Крупные издательские корпорации фактически объявили на Сашу охоту еще много лет назад. Более того - находятся их прихлебатели на местах, которые пытаются портить ей жизнь разными способами. Но, несмотря на это, Александра сохраняет бодрость духа, а ее проект все так же приносит всем пользу.

Саша, от всего нашего Зоопарка - самые теплые пожелания! Здоровья, удачи - в общем, всех мыслимых благ и успехов! Ты молодец!

👆В космосе действительно есть аминокислоты и азотистые основания. Теперь их нужно собрать в функциональные олигомеры. Это сталкивается с несколькими проблемами. Во-первых, вода — главная среда ранней Земли — является врагом реакции соединения, которая идёт с выделением воды; в растворе равновесие смещено в сторону распада, а не синтеза. Во-вторых, существует проблема хиральности: жизнь использует исключительно «левые» аминокислоты и «правые» сахара, в то время как неживая природа создаёт смесь обеих форм. И наконец, самая трудная проблема — информации: случайно собранная цепь аминокислот это не белок, а бесполезный полимерный мусор; вероятность же самозарождения цепочки с конкретной, работоспособной последовательностью исчезающе мала. Случайная цепь аминокислот или нуклеотидов — это не белок и не ДНК, а бесполезный мусор. Перегной знаете? Вот он состоит из т.н. гуминовых веществ, разветвлённых цепочек, хаотично соединённых между собой аминокислот и азотистых оснований. Вероятность самозарождения даже короткого, но функционального пептида или олигонуклеотида исчезающе мала. За проблемой образования сложных, специфических и гомохиральных биополимеров следуют другие, не менее сложные: возникновение липидных мембран, зарождение метаболизма, формирование генетического кода и т.д..