Наука: главные новости недели от «Образовача»

Шеф-редактор издания «Образовач» Александр Ершов еженедельно отбирает специально для TJ семь самых важных новостей из мира науки и технологий. В этом выпуске: степные корни европейцев, загадочные марсианские выбросы и почему пингвина не возьмут в гурманы

Европейцы оказались мигрантами из ростовских степей

Главная новость прошедшей недели: современные европейцы могут в значительной, если не в в основной своей части, оказаться потомками выходцев из степей юга России и Украины. Следы массовой миграции, которая имела место около 4,5 тысяч лет назад, удалось обнаружить крупному международному коллективу биологов, археологов и лингвистов. Их статья пока существует только в виде авторского манускрипта, то есть не прошла рецензию независимых экспертов. Но даже этого оказалось достаточно, чтобы вызвать большое оживление в научном сообществе.

Заселение Европы, согласно современным сведениям, происходило следующим образом. Около 45 тысяч лет назад первые люди современного типа (сапиенсы), выйдя из Африки через Ближний восток, достигли Европейского континента. К этому времени из гоминид в Европе существовали только неандертальцы, поселившиеся здесь за 200-400 тысяч лет до этого. Первые сапиенсы-европейцы были охотниками и собирателями и, по некоторым данным, имели светлую кожу и голубые глаза.

Около 8 тысяч лет назад Европу захлестнула массовая миграция людей с территории современной Турции. Мигранты принесли с собой фермерство, скотоводство и устойчивость к содержащейся в молоке лактозе. При этом большинство первых европейцев в ходе миграции было уничтожено.

Миграция представителей ямной культуры на юге России и Украины в центральную Европу

В новой работе идет речь о третьей волне миграции с территории современных России и Украины. Именно эти люди, по словам авторов работы, и принесли с собой в Европу индоевропейские языки, по крайней мере некоторые из них. Из современного населения Европы наиболее генетически близки к этим мигрантам оказались норвежцы, шотландцы и литовцы.

Нейробиологи обнаружили помещения, искажающие восприятие пространства

Сотрудники университетского колледжа в Лондоне обнаружили, что работа нейронов пространства — grid cells — способна нарушаться в помещениях сложной формы. При этом паттерн их активации и, соответсвенно, субъективное восприятие пространства сильно искажаются.

Координатными нейронами (grid cells, нейронами решетки, или GPS-нейронами) называют определённые нервные клетки, которые отвечают за ощущение пространства, точнее за определённый его аспект — внутреннюю систему координат. При движении животного в помещении каждый из нейронов возбуждается в строго определённых точках пространства. Эти точки образуют периодическую шестиугольную решетку (отсюда и название grid cells, grid-решетка), в узлах которой — и только там — координатные нейроны срабатывают. Это отличает grid cells от открытых до этого нейронов места, place cells, которые возбуждаются в уникальных, непереодических зонах пространства.

Ранее учёные обнаружили, что решетка активации grid cells в некоторых, например, в прямоугольных помещениях привязывается к ориентации стен. В круглых помещениях такого не происходит: животные ориентируются в них на какие-то единичные, заметные им маркеры-ориентиры. Кроме того, было показано, что если помещение искусственно сжать — уменьшить его масштаб — сжимается и субъективное пространство. Однако даже в таком случае универсальная координатная решетка со временем восстанавливается. Из этого учёные делали вывод о том, что координатная решетка в целом не зависит от пространства, и её характер определяется прежде всего фундаментальными свойствами самих клеток.

В новой работе ученым удалось показать, что в некоторых помещениях сложной формы, например в трапециевидном вольере, субъективное пространство искажается, причём очень сильно и перманентно. Это выражается в том, что расстояние между точками возбуждения у нейронов растягивается и сжимается. Одновременно сильно меняется активность нейронов в разных точках решетки — теряется истинная периодичность. Показать это удалось, исследовав активность 275 нейронов в мозге 41 крысы.

За открытие grid cell и place cells (ставшее известным как «внутренний GPS) в 2014 году была вручена Нобелевская премия по физиологии и медицине. Одну половину премии получил Джон О'Киф (John O Keef), вторую — пополам Эдвард Мозер (Edvard Moser) и Мей-Брит Мозер (May-Britt Moser).

Морские блюдечки оказались изобретателями рекордно прочного биоматериала

Сотрудники Университета Портсмута в Великобритании обнаружили новых рекордсменов прочности среди биологических объектов. Ими оказались морские блюдечки — брюхоногие моллюски, чьи композитные минерально-органические зубы по прочности уступают только нескольким искусственным материалам вроде графена и углеродных нанотрубок.

Зубы (выросты радулы) морских блюдечек представляют собой композитный материал: внутри их пронизывает множество прочных волокон, образованных железосодержащим минералом гётитом, а связывает волокна друг с другом белковый матрикс.

Авторам новой работы впервые удалось проверить прочность этого материала. Для этого учёные вырезали из фрагмента материала микроскопический образец гантелеобразной формы, который затем приклеивали к зонду атомно-силового микроскопа и растягивали вплоть до разрыва.

Оказалось, что прочность улиточьих зубов составляет примерно 5 тысяч мегапаскаль. Для сравнения, прочность на разрыв предыдущего рекордсмена среди биологических материалов – шёлка пауков — составляет 1000 мегапаскаль, алмаза — 2800 мегапаскаль, кевлара — 3757 мегапаскаль. Большей прочностью, чем у зубов морского блюдечка, обладают всего несколько материалов. Это полибензоксазолон (5800 МПа) монокристаллы кремния (7000 МПа), нанотрубки из углерода и нитрида бора (10000-33000 МПа) и, конечно, графен (130000 Мпа).

Морские блюдечки — группа морских брюхоногих моллюсков, которые обитают в приливно-отливной зоне и питаются водорослями, которых соскребают с поверхности камней. Как и у всех моллюсков, у морских блюдечек для этого имеется радула — вырост на языке, состоящий из множества минерализованных «зубов». Эти выросты, конечно, не гомологичны зубам позвоночных, но выполняют сходную функцию.

Астрономы не смогли объяснить происхождение полярных марсианских «выбросов»

В начале 2012 года группа астрономов-любителей на двух независимых сериях снимков обнаружила вблизи южного полюса Марса нечто, напоминающее облако или выброс пепла из вулкана. Образование дважды наблюдалось в одной и той же области планеты и оба раза продержалось порядка 10 дней, при этом непрерывно изменяясь. Из-за особенностей орбит исследовательских спутников Марса ни один из них этого явления не зафиксировал. Поэтому выводы о природе явления астрономам пришлось делать по фотографиям, полученным с Земли в любительские телескопы.

Ракурс отдельных снимков серии позволили также оценить высоту объектов над поверхностью планеты, и она оказалась равна примерно 250 километрам. Такая высота оказалась крайне неожиданной для учёных, так как по существующим моделям при обычных для марсианской атмосферы условиях формирование облаков на высоте, превышающей 100 километров, невозможно.

Авторы новой работы, профессиональные астрономы, просмотрели множество фотографий Марса разных лет уже с исследовательских телескопов, чтобы установить — откуда взялись эти выбросы? Было обнаружено некоторое количество подобных высотных образований, но каждый раз их высота не превышала 100 километров. Поиски продолжились, и на фотографиях телескопа «Хаббл» от 17 мая 1997 года подобное явление всё-таки удалось обнаружить. Наблюдалось оно, однако, в совершенно другом регионе планеты.

Сейчас астрономы пытаются дать объяснение обнаруженному феномену. Основные гипотезы две. Согласно первой, образование представляет из себя облако из водяного льда, сухого льда (твёрдой углекислоты) и частиц пыли, сформировавшееся при исключительных условиях, сложившихся в данной области. Недостаток этой версии в том, что исключительные условия по определению вряд ли должны повторяться дважды в течение одного года.

Вторая гипотеза говорит о том, что объекты обязаны своим возникновением полярному сиянию. Эту версию авторы признают более правдоподобной — в приполярных областях Марса ранее уже наблюдались сияния, связанные с локальными аномалиями в магнитосфере. Версию о том, что обнаруженные «плюмы» действительно представляют собой облака извержения вулканов, всерьёз никто не рассматривает, ведь Марс перестал быть геологически активным более миллиарда лет назад.

Пингвины лишились вкуса в ходе эволюции

Сотрудники Университета Мичигана обнаружили, что пингвины в ходе эволюции потеряли три из пяти типов рецепторов вкуса: сладкие, горькие и умами (вкус мяса). Только рецепторы соленого и кислого остались у них функциональны.

Толчком к исследованию стала «пропажа» генов некоторых вкусовых рецепторов в ходе секвенирования императорских пингвинов и пингвинов Адели. Дальнейшие исследования показали, что у всех исследованных пингвинов гены горьких рецепторов и рецепторов умами превратились в псевдогены. Так называют последовательности ДНК, которые в ходе мутаций лишились способности кодировать белковый синтез.

Учёные связывают псевдогенизацию рецепторов вкуса с тем, что при низких температурах «выключаются» даже потенциально работоспособные рецепоры, так что давление отбора на их сохранение оказывается снятым. Поскольку предки всех пингвинов — даже тех, кто теперь обитает в более теплых краях – обитали в Антарктиде, такая версия выглядит разумной. Что касается рецепторов сладкого, то они исчезли у предков нынешних пингвинов еще раньше — их не удалось обнаружить ни у одной из изученных птиц.

Потеря генов вкуса хорошо изучена в эволюции млекопитающих. Способность чувствовать сладкое из-за повреждения гена Tas1r2 отсутствует у всех кошачьих. Считается, что произошло это в результате крайне высокой специализации кошек на хищничестве, ведь рецепторы сладкого нужны только тем, кто хотя бы изредка питается овощами и фруктами.

Косвенно эту гипотезу подтверждает тот факт, что многие другие хищники (дельфины-афалины, морские львы, очковый медведь, азиатская бескоготная выдра, мадагаскарская фосса и земляной волк) тоже потеряли способность чувствовать сладкое, причем происходило это в ходе эволюции неоднократно, в результате приобретения разных мутаций. Афалины, к тому же, потеряли рецепторы умами и рецепторы горечи — в точности, как пингвины. Интересно, что ни те, ни другие не жуют пищу, а глотают её целиком.

Обнаружены свидетельства визита звезды в Солнечную систему

Астрономы из Института Штенберга в МГУ, Университета Рочестера и нескольких других научных центров обнаружили, что примерно 70 тысяч лет назад сквозь облако Оорта Солнечной системы прошла двойная звезда. Расстояние, на которое она приблизилась к Солнцу, было почти впятеро меньше расстояния до ближайшей звезды на сегодняшний день — до проксимы Центавра.

Проход звезды поблизости от планетной системы интересен с той точки зрения, что её гравитационное влияние способно «сбивать» астероиды с их устоявшихся орбит. Это могло быть причиной астероидных дождей, представляющих угрозу для жизни на Земле.

По расчетам астрономов, в точке максимального сближения звезда была удалена от Солнца на расстояние в 8 триллионов километров. Это примерно 52 тысячи расстояний от Земли до Солнца. По словам авторов, с вероятностью в 98 процентов двойная система должна была проходить через облако Оорта — область астероидов, гравитационно связанных с Солнечной системой.

Двойная звезда, ставшая объектом исследования, состоит из красного и коричневого карликов. Их массы составляют около 8 и 6 процентов массы Солнца соответственно. Они довольно тусклые: яркость звезды примерно в 50 раз меньше, чем граница наблюдения на ночном небе невооруженным глазом. Однако у таких звезд случаются короткие вспышки яркости, в ходе которых они могут становиться в сотни и тысячи раз более заметными. Так что, указывают астрономы, 70 тысяч лет назад во время максимального сближения предки человека вполне могли видеть её на ночном небе.

Системы машинного обучения воспроизвели работу мозга приматов и справились с гримасами

На этой неделе также увидели свет две близкие по тематике работы, которые обещают сильно продвинуть технологию детекции и распознавания лиц на изображении. Во-первых, специалисты по машинному обучению из Массачусетского технологического института разработали модель распознавания лиц, которая воспроизводит схему работы мозга приматов. Во-вторых, появилась быстрая и крайне эффективная модель детекции (не идентификации, а именно поиска) лица на изображениях, где человек виден в профиль, под углом или вообще частично закрывает лицо.

В первой работе математическая модель не только оказалась работоспособной, но и продемонстрировала уникальные особенности распознавания лиц, характерные именно для мозга человека и обезьян. Например, как и человек, программа лучше всего справлялась с изображениями в «три четверти», то есть промежуточными между поворотом анфас и в профиль. Она с трудом распознавала лица, повернутые на 180 градусов. Лица, составленные из одинаковых верхних, но разных нижних половин модель, как и человек, воспринимала принадлежащими разным людям. Кроме того, если в обучающей выборке присутствовали лица только одной расы, а для эксперимента использовались изображения другой расы, модель, как и человек, справлялась с распознаванием лиц гораздо хуже.

Во второй работе специалисты по машинному обучению из Yahoo Labs и Стенфордского университета создали простую в реализации математическую модель, которая способна находить на изображения лица, сняты в сильном ракурсе, искаженные гримасами и даже частично заслоненные другими предметами. В качестве иллюстрации эффективности алгоритма ученые привели снимки знаменитых оскаровских селфи, на которых программе удалось обнаружить почти всех позирующих.

Бонус: Образовач разобрался с мифами о «Пятнице-13»

Феномен «несчастливой пятницы 13-ого числа» — это один из самых популярных предрассудков, в который в одних только США, судя по опросам, верят около двадцати миллионов человек. Американский бизнес по разным оценкам теряет чуть меньше одного миллиарда долларов в каждый такой день. При всем этом многие статистические исследования показывают, что в «пятницу 13-го» происходит даже меньше несчастных случаев, чем в любую другую пятницу.

Откуда же взялся миф «несчастливой пятницы»? Мы попытались разобраться, углубившись в историю вопроса.