Пауки отличили живые объекты от неживых по их движением
Такое умение хорошо известно для позвоночных животных, однако впервые обнаружено у членистоногих, поэтому результаты опытов указывают на возможную универсальность явления среди животных. Соответствующая статья об этом опубликована в журнале PLOS Biology. Для выживания животные должны уметь различать других животных от неживых объектов. Это особенно становится полезным, когда нужно бежать от хищника, или догонять добычу. Однако очень сложно, а возможно и невозможно, уметь обрабатывать каждый объект среды, чтобы определить, жив он или нет. Кажется более простыми и менее затратными фокусировки на выявлении определенных общих характеристик, которое сработает в большинстве ситуаций. У позвоночных такой характеристикой может быть пространственно-временное отношение отдельных частей тела друг к другу. Имеется в виду, что в процессе движения позвоночных, их соединенные суставами части тела (руки, ноги и т. д.), меняют свое положение постоянным образом, поддерживая одинаковые расстояния между отдельными из них. То есть, запястья всегда движутся отдельно от колен, но всегда на одинаковом расстоянии от локтей. У людей, как и многих других позвоночных, распознавания живых существ по положению частей тела настолько хорошо работает, что мы можем идентифицировать объекты по одиннадцати подвижными точками, соответствуют расположению главных суставов тела. Но гораздо меньше известно о том, как это работает для других групп животных. С этим решили разобраться ученые Гарвардского университета.
Они сосредоточились на изучении способности распознавать живые и неживые объекты членистоногими. Объектом исследования стали Пауки прыгуны Menemerus semilimbatus, представители членистоногих с очень развитым зрением. Они имеют восемь глаз, благодаря чему угол обзора пауков достигает почти 360 градусов. Но передняя пара глаз сильно увеличена в размерах, направленная вперед, и считается, что выполняет роль главных органов зрения.
Для экспериментов ученые отобрали из дикой природы 60 пауков Menemerus semilimbatus. Их фиксировали на небольшой пластмассовой сфере таким образом, чтобы их ноги контактировали с ее поверхностью. В то же время сама сфера содержалась восходящим потоком воздуха, поэтому могла свободно крутиться в ответ на движения ног паука. Суть опыта заключалась в том, чтобы на небольшом экране перед пауком показывать по два набора подвижных точек, соответствующих расположению и движениям на теле главных «суставов» пауков, ложных существ и неживых объектов. В настоящее время ученые наблюдали за тем, к которому из наборов точек стремиться вернуться подопытные.
Эксперименты показали, что пауки действительно способны различать живые объекты от неживых за их движениями. Но неожиданно, они были склонны направлять свой взгляд больших передних глаз на точки, которые изображали движение менее похожих на живых существ объектов.
Ученые объясняют это принципом работы зрения пауков. Хотя передние большие глаза, имеют большее зрение, остальные три пары позволяют замечать ситуацию вокруг. Если в поле зрения вторичных глаз попадают знакомые и незнакомые фигуры, паук рассматривает ту, которую распознать сразу не удалось. От неизвестного объекта непонятно, чего ждать, поэтому лучше сосредоточиться на нем.
Таким образом ученым впервые удалось продемонстрировать способность различать живые и неживые объекты за движениями у животных, которые не являются позвоночными. Это наводит на мысль, что свойство распространяется и на других беспозвоночных животных. Ученые планируют в дальнейшем исследовать такие существа, как насекомые или даже моллюски.
Подставки под пиво оказались плохими фрисби
Чтобы это выяснить, ученым понадобилось несколько неудачных бросков в баре, высокоскоростная камера и устройство для метания пивных подставок в лаборатории. Описанная в The European Physical Journal Plus теория также смогла объяснить и изменение траектории полета игральных карт и компакт-дисков, которые также не способны лететь прямо и падают. Подставки для пива, которыми бары защищают столы после конденсации на поверхности пивных кружек, часто приобретают дополнительные опции — их запускают подобно фрисби. Оба эти способа использования картонных кружочков интересуют и физиков. В частности полет таких подставок прекрасно иллюстрирует теорию вращения плоских тел (дисков) в воздухе в классической механике. К сожалению, отдельно для пивных подставок уравнений не существует, потому что это требует больших вычислительных затрат, чтобы учесть эффекты вроде турбулентности. Но в целом исследовать это можно с помощью хорошо изученных полетов летающих дисков или фрисби. Так для уравнения движения нам понадобится определить четыре основные силы. Силу притяжения, подъемную силу (перпендикулярная скорости предмета и направлена вверх), силу торможения, направляемой против скорости, а также силу Магнуса, действующей поперечно в направлении вихревых потоков по бокам диска. В целом они описывают, почему каждый, кто пытается бросить пивную подставку, подсознательно быстро понимает, что нормального расстояния можно достичь только если диск начнет вращаться вокруг оси, перпендикулярной ему.
Таким образом образуется угловой момент, что стабилизирует ориентацию подставки и предотвращает хаотичное вращение. Этот угловой момент направляется вверх или вниз, так же как и в фрисби. Игроки знают, что диск при бросании надо закрутить, чтобы силы было достаточно для создания подъемной, но не достаточно, чтобы угол между направлением потока воздуха и ось симметрии фрисби (угол атаки) раскачивал диск. А поскольку подставка под кружку также плоская, круглая, то от нее следовало бы ожидать вращения с угловым моментом, как в фрисби.
Но вернемся к бару. Там пивные подставки летают обычно без особого успеха: через короткое время картонный кружок сходит с пути, разворачивается в сторону и падает на пол. Кстати, по уравнениям движения исследователей метания пивных подставок Джона Остермейера (Johann Ostmeyer), Кристофа Шурмана (Christoph Schürmann) и Карстена Урбаха (Carsten Urbach) из Боннского университета, делает он это в среднем по 0,45 секунды. Так в зависимости от направления своего вращения подставка начинает возвращаться или влево, или вправо. А в зависимости от умений того, кто бросает ее, приобретает или обратное вращения (против направления полета), что дает подставке лететь дольше, или, наоборот, «верхнего» вращения, где вращение осуществляется горизонтальной осью и снижает стабильность полета.
Однако все равно, бросая подставку фрисби, вращение сначала стабилизирует ось вращения, но затем сила притяжения заставит кружочек наклониться и сместит подъемную силу из центра к краю подставки, впоследствии заставит его развернуться и упасть. Все это исследовать с людьми, которые не способны бросать диск (то есть с одинаковой силой и скоростью), не стоит, а потому физики переместились в лабораторию, чтобы подтвердить свои теоретические расчеты.
В своей работе Джон, Кристоф и Карстен сконструировали устройство, с которым у них появилась возможность запускать подставки с переменным угловым и прямым импульсом. Устройство для стрельбы подставками состоит из двух беговых дорожек с приводом от электродвигателя, которые можно запрограммировать на движение вперед или назад с заданной скоростью до 16 метров в секунду независимо друг от друга. Подставку размещали между ними и ускоряли до тех пор, пока он не приобретали скорость дорожки и не прекращали скользитьпо ней. Все кружочки следовали по одной и той же траектории и ударялись в одну и ту же точку с небольшими отклонениями около 0,1 метра, а отслеживала это камера со скоростью записи 500 кадров в секунду.
Так ученые подтвердили свои прогнозы: пивная подставка сохраняет стабильность полета примерно до 0,45 секунды. Причем подобные ей предметы страдают подобными недостатками — по теории, стандартная игровая карта пролетит немного больше половины этого времени, а именно около 0,24 секунды, а компакт-диск продержится вдвое больше — 0,8 секунды. фрисби здесь конечно всех волнует и летит около 0,7 секунды, хотя может и все 16, если не будет встречать препятствий.
Генетические различия определили способность адаптироваться к летнему времени
Люди, которые генетически более склонны быть «жаворонками», привыкают к новому режиму всего за несколько дней, тогда как «совам» все еще трудно перестроить свои внутренние часы даже через неделю после перевода часов. Суточные, или циркадные, ритмы свойственны большинству живых организмов, и они определяют время для многих молекулярных, физиологических и поведенческих явлений в течение 24-часового дня. Суточным ритмам подвергаются колебания уровней гормонов, температура тела, активность метаболизма и такие поведенческие особенности как желание спать или, наоборот, бодрость. Естественно, у людей и многих других животных циркадный ритм синхронизирован с циклом дня и ночи. Однако в современном мире нередки случаи, когда происходит десинхронизация. Один из них связан с переходом на летнее время. Хотя наш циркадный ритм в таком случае и совпадает с естественной освещенностью среды, однако расхождение наблюдается с показателем часов, переведенных на час вперед. В результате многие люди испытывают чрезмерную сонливость днем и нарушения сна ночью. Однако адаптация не всем дается одинаково, и новая работа ученых Мичиганского университета показывает, что причина этого может заключается в генетических особенностях.
Они обратили внимание на 831 интерна медицинской школы, которые проходили первый год интернатуры в то время, когда весной 2019 произошел переход на летнее время. Тогда они участвовали в другом исследовании, посвященном изучению здоровья интернов. В рамках него участник, среди прочего, проходили генетическое исследование, на основе которого теперь ученые определили хронотип интернов. Из этих людей выбрали 133, которые имели наибольшую генетическую предрасположенность быть «жаворонками», и 134, генетические варианты которых наиболее соответствуют «совам». Поэтому ученые наблюдали с помощью наручных трекеров сна за тем, как менялся сон участников за неделю до и после перехода на летнее время.
Хотя все участники продолжали после перевода стрелок часов просыпаться примерно в одинаковое время, скорее всего, это связано с четким графиком работы интернов. Однако «жаворонки» более или менее приспособились к новому режиму уже до вторника, после воскресенья, когда произошел переход на летнее время. Зато «совы» все еще испытывали дискомфорт даже в субботу, то есть через неделю после перевода часов. Различия между двумя группами проявлялись во времени засыпания в рабочие дни, а также времени засыпания и пробуждения в выходные дни. В то же время осенний переход на «зимнее время», то есть перевода стрелок часов назад на час, не сопровождался существенными различиями в реакции двух групп участников.
Ученые считают свои результаты еще одним доводом в пользу отмены летнего времени, подчеркивая, как люди по-разному могут переживать сокращение сна при переводе часов. Однако не стоит обходить вниманием, что исследование проведено на представителях только одной отрасли, поэтому выборку нельзя считать вполне репрезентативной. В дальнейшем группа ученых планирует изучить, как привыкают к изменениям в часах люди разных профессий, в частности работающих в ночные смены.
Ранее мы писали об исследованиях, которые указали на высокий риск депрессии у людей с нерегулярным сном и у «сов», которые вынуждены просыпаться в ранние часы.
В Голландии создали робота-уборщика, который находит окурки и убирает с пляжей
Устройство, похожие на луноход, заботится о чистоте на пляже морского курорта Схевенинген рядом с Гаагой. В Схевенингене уникальное побережье — более 4 километров дюн, богатые морскими обитателями прибрежные воды — но эта экосистема оказалась загрязнена окурками. Может показаться, что окурок вряд ли может серьезно навредить окружающей среде, но это не так.
Разработчики работа утверждают, что ежегодно 4,5 триллиона (!) сигаретных окурков попадают в природные экосистемы. Именно этот вид мусора зачастую оказывается на пляжах — ведь многие до сих пор не считают окурки за отходы и выбрасывают их прямо в песок. Там они могут пролежать более 14 лет, именно столько в среднем разлагается сигаретный фильтр.
В состав фильтра входит микро пластик и более 30 веществ, многие из которых классифицируются как токсичные и связываются с различными видами рака, астмой, ожирением и снижением уровня интеллекта. Естественно, опасны они не только для людей, но и для животных и растений
Люди учат роботов собирать мусор
BeachBot, созданный Эдвином Боссом и Мартейном Лукаартом, использует приложение машинного обучения Microsoft Trove. Благодаря приложению, робот получает фотографии выброшенных окурков и учится их распознавать. Загрузить фото и принять участие в обучении работа может любой пользователь сервиса.
В BeachBot пока небольшой срок автономной работы — самостоятельно передвигаться он может только в течение часа, затем ему требуется подзарядка. В планах создателей — установить на крышу работа солнечную батарею и научит его собирать больше видов мусора (например, пластиковые бутылки, алюминиевые банки и упаковки из-под чипсов).
Кроме того, TechTics думают добавить в компанию первом работу еще два — они будут заниматься разведкой и наносить загрязнения на карту, а BeachBot будет только собирать найденный помощниками мусора.
Ультразвуковой пластырь измерил движение крови в сосудах
Авторы называют преимуществом своего пластыря удобным процессом обследования, который не зависит от навыков врача Детальное описание изобретения и результаты его испытания обнародованы в журнале Nature Biomedical Engineering. Весомым показателем здоровья сердечно-сосудистой системы человека является скорость и количество крови, проходящей через кровеносные сосуды. Его измерения может помочь врачам в диагностике пороков сердца, тромбозов и других нарушений кровообращения, которые могут привести к инсульту. На основе специфических жалоб пациента врачи могут направить его на ультразвуковое исследование сердечно-сосудистой системы. В таком случае специалист использует стационарный аппарат с ультразвуковым датчиком, которым проводит по коже обследуемого, исследуя участок за участком поток крови через сосуды или сердце. Движение крови влияет на то, как звук отзывается. Это повсеместный и доступный метод обследования, но его результаты могут сильно варьировать в зависимости от навыков специалиста. Поэтому ученые из Калифорнийского университета в Сан-Диего работают над созданием простого и удобного метода оценки состояния сосудов. Своими результатами они поделились в новой работе.
Они разработали небольшое устройство в виде гибкого пластыря, который способен длительное время отслеживать поток крови в сосудах, а также давление крови и работу сердца, благодаря ультразвуковым волнам. Авторы уверяют, что их разработка может делать измерения сосудов, расположенных на глубине до 14 сантиметров под кожей. Чтобы провести обследование, врачам нужно только приклеить пластырь к коже и считать его результаты.
Основа пластыря изготовлена из тонкого слоя гибкого и эластичного полимера, который может прилипать к коже. Главную же работу выполняет массив ультразвуковых преобразователей размером в миллиметр, которые располагаются на полимерном слое в виде сетки 12 на 12. Устройство может работать в двух режимах. В первом все преобразователи работают синхронизировано, поэтому они выпускают высокоинтенсивные ультразвуковые волны, направленные в одну точку. Этот режим позволяет изучать сосуды, расположенные глубоко под кожей. Во втором режиме работу преобразователей можно настроить отдельно, чтобы ультразвуковые волны выпускались под разным углом, что обеспечивает охват широкой участка.
Ученые проверили, как хорошо выполняет измерения их пластырь на здоровых добровольцах. Опыты показывают, что устройство успешно регистрирует поток крови в главных сосудах, например сонной артерии на шее, которая поставляет кровь к мозгу. Сравнение результатов показало, что пластырь так же хорошо справился с задачей, как и обычный ультразвуковой аппарат, используемый в медицинских учреждениях.
В дальнейшем ученые планируют работать над совершенствованием своего изделия. Пока он требует источника питания, с которым связан неудобными проводами. В будущем пластырь хотят сделать беспроводным. Это позволит удобнее отслеживать работу сердечно-сосудистой системы в течение длительного времени, возможно, и в домашних условиях.
Тихоходки могут пережить радиацию, но не могут видеть всю палитру красок
В Genome Biology and Evolution исследователи сообщают, что у тихоходок нет нужных светочувствительных белков. Они не могут оценить мир, в котором живут, у них нет способности видеть в цвете.
Во время работы в Институте передовых биологических наук Университета Кейо в Ямагате, Япония, биолог-эволюционист Джеймс Флеминг и его коллеги составили каталог опсинов тихоходок. Затем команда использовала генетический анализ, чтобы выяснить, были ли эти опсины активными или нет.
Полученные данные не исключают полностью, могут ли тихоходки видеть цвет. «Цветовое зрение в целом — очень запутанная тема», — говорит Флеминг. Непосредственное тестирование глаз тихоходок поможет исследователям узнать наверняка.
Мотивы к убийству себе подобных у самцов и самок оказались разными
Их результаты указывают, что более склонны к насилию самцы чаще всего убивают ради получения доступа к размножению, тогда как мотивацией самок чаще является защита своего потомства. Результаты опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B. Мир животных, как и человеческий, может быть очень жестоким. Недостаток ресурсов, стремление защитить себя и потомство или другие рациональные причины нередко приводят к убийству представителей своего же вида. Часто жертвами становятся даже детеныши, свои или чужие. Такое явление получило название инфантицида. Многие ученые посвятили свои работы исследованию причин беспощадной расправы над детенышами у млекопитающих. Однако существенно меньше научных трудов касаются того, почему взрослые особи убивают друг друга. Известно, что главными причинами являются четыре: агрессия к лицам своего пола во время конкурентной борьбы за спаривание, защиту ценных ресурсов, защиту своего потомства или каннибализм. Ученые из Испании решили исследовать, какие мотивы для убийства себе подобных присущи самцам, а какие — самкам.
Исследователи провели масштабное исследование причин смерти животных среди 1384 видов млекопитающих. Тщательный осмотр указал, что убийство взрослых особей представителями своего же вида было присуще 352. Чаще всего такое поведение проявляли животные из групп копытные, приматы и плотоядные, среди них: олени, жирафы, кенгуру, львы, тигры, медведи и другие. Зато почти не убивали друг друга рукокрылые, киты, дельфины и кролики.
В общем, у большинства видов самцы были более склонны прибегать к насилию и убивают особей своего же вида. При этом их жертвами чаще становились другие самцы. У них убийство себе подобных связано преимущественно с конкуренцией за спаривания. Их вклад в размножение является относительно незначительным, он состоит главным образом в спаривании с как можно большим количеством самок, поэтому для повышения репродуктивного успеха такая стратегия устранения конкурентов кажется с эволюционной точки зрения удачной.
Самцы многих видов убивают детенышей самок, чтобы побудить их к спариванию с ними и рождению общего потомства. Иногда детоубийство также практикуют самки, атакующих чужих детенышей при недостатке ресурсов в группе. В отличие от самцов, они делают огромный вклад в выведение потомства: им нужно пережить длительный период вынашивания детенышей, их рождения, выкармливания и ухаживания за ними, энергозатратно. Кажется общим для самцов и самок, они оба убивают с довольно эгоистических соображений. Однако вопрос требует дальнейшего рассмотрения. Например, в этой работе ученые не определяли, действительно ли получают убийцы от своей, возможно, чрезмерной, жестокости выгоду. Кроме этого, некоторые случаи убийства нельзя объяснить только желанием получить доступ к размножению или защитой потомства. Так же некоторые акты насилия со смертельным исходом, которые изучали в работе, могли совершаться только с целью запугивания, а закончиться непреднамеренным убийством.
Многочисленные разрывы ДНК связали с механизмами обучения и памяти
Это позволяет быстро экспрессировать гены, которые вовлечены в формирование воспоминаний, отмечают ученые из США в статье журнала PLOS ONE. Ранее научные исследования показывали, что при нормальной нейрональной активности в нервных клетках происходят периодические двух цепочные разрывы ДНК. Впрочем, повреждения быстро исправляются и за ними следует резкий рост экспрессии отдельных генов. Исследования преимущественно проводили на культуре клеток, которые дают ограниченное представление о том, как происходит процесс разрыва ДНК в мозге живого организма. Несмотря на то, что уровни маркеров двухцепочечных разрывов ДНК растут у мышей при стрессовом запоминании и припоминании, ученые Массачусетского технологического института решили исследовать более подробно, что происходит с ДНК в мозгах животных во время обучения и формирования воспоминаний и какие последствия это имеет.
Сначала часть лабораторных мышей научили ассоциировать определенные событие с неприятными последствиями. Для этого ступни животных били ощутимым током в течение нескольких секунд. Так они формировали воспоминание о неприятном событии из-за страха.
Через полчаса после этого животных подвергли эвтаназии и ученые немедленно приступили к изучению их мозга. Целью ученых было понять, какие процессы происходили перед смертью в мозге животных, в частности, как проявлялись двухцепочные разрывы ДНК и экспрессия генов. Особое внимание ученые обращали на работу клеток гиппокампа и префронтальный коры, участвующих в формировании и хранении ассоциированных со страхом воспоминаний. Для сравнения, ученые провели эвтаназию и исследования мозга мышей, которые все время находились в своих клетках и не поддавались ударам тока.
Ученые заметили, что формирование воспоминаний о страхе связано с вдвое большим количеством двухцепочечных разрывов ДНК в гиппокампе и префронтальной коре, чем обычно. Это приводит к изменению в экспрессии более чем трехсот генов, и ученые решили исследовать, за что отвечают 206 из них, и что изменились в обоих полушариях мозга. Многие из этих генов вовлечены в формировании связей между нейронами — синапсов. И в этом нет диковинки, поскольку именно синапсы играют ключевую роль в запоминании и, как следствие, учебе. Итак, разрывы ДНК могут способствовать быстрой активации генов, которые отвечают за закрепление в памяти определенного события, особенно, потенциально опасного.
Кроме того, ученые выяснили, что двойные разрывы ДНК и существенное изменение в экспрессии генов активно происходят не только в нейронах, но и в клетках мозга. Дальнейшее изучение показало, что повреждения ДНК в глиальных клетках происходило как реакция на гормоны глюкокортикоиды, к которым относятся так называемые гормоны стресса.
Таким образом ученые сделали два главных открытия во время этого исследования. Они показали, что разрывы ДНК и изменение в экспрессии генов происходит в гораздо больших масштабах предварительных оценок. И это явления стоит подробнее изучать, учитывая то, что с возрастом наша способность исправлять повреждения ДНК снижается. Также результаты свидетельствуют, что клетки глии могут выполнять важную роль в формировании воспоминаний и обучении под влиянием стресса, чем считалось.
Свежие комментарии