Sep. 10th, 2016

olegchagin: (Default)
olegchagin: (Default)

Picture a little boy imitating his father shaving in the mirror or a little girl wobbling proudly in her mother’s high heels.

From infancy, we learn by watching other people, then use those memories to help us predict outcomes and make decisions in the future. Now a UCLA–Caltech study has pinpointed the individual neurons in the brain that support observational learning.

Published Sept. 6 in Nature Communications, the findings could provide scientists with a better understanding of how the brain goes awry in conditions like learning disorders and social anxiety disorder.

In a secondary finding, the research team also discovered that neurons in the same region fire in response to schadenfreude — the pleasure of seeing someone else make a blunder or lose a game.

“Observational learning is the cornerstone for our ability to change behavior,” said senior author Dr. Itzhak Fried, a professor of neurosurgery and psychiatry at the David Geffen School of Medicine at UCLA and Semel Institute for Neuroscience and Human Behavior. “It’s human nature to want to learn from other people’s mistakes rather than commit your own.”

Said lead author Michael Hill, a former UCLA and California Institute of Technology scientist now based at the Swiss National Science Foundation: “The ability to quickly learn from others can give humans a critical edge over other species. The skill also contributes to someone feeling he or she is a member of one culture versus another.”

Prior to the study, Fried implanted electrodes deep inside the brains of people with epilepsy being treated at UCLA — a standard medical procedure used to identify the origins of epileptic seizures prior to surgery. The researchers used the electrodes to record the activity of individual neurons in the brains of 10 people playing a card game.

Players were instructed to draw a card from one of two decks. One deck included 70 percent of the winning cards, while the other deck contained only 30 percent of the winning cards. Each person took turns choosing cards on his or her own and then watched two other players draw cards from the same decks. By learning from the results of their own and the other players’ choices, the participants quickly zeroed in on the deck containing better cards.

The research team was surprised to discover that individual neurons deep in the frontal lobe reacted as the patient considered whether they or their opponents would pick a winning card. Called the anterior cingulate cortex, the region plays an important role in high-level functions like decision making, reward anticipation, social interaction and emotion.

“The firing rate of individual neurons altered according to what the patient expected to happen,” Hill said. “For example, would their opponents win or lose? The same cells also changed their response after the patient discovered whether their prediction was on target, reflecting their learning process.”

The findings suggest that individual nerve cells in the person’s brain used the details gleaned by observing the other players to calculate which deck to choose a card from next.

“The anterior cingulate cortex acts as the central executive of human decision-making, yet we know little about the neuronal machinery at this level,” said Fried, who is also a professor of neurosurgery at the Sackler Faculty of Medicine at Tel Aviv University.

According to the authors, the findings will help scientists better understand the organization of neurons in the anterior cingulate cortex and exactly what they do.

Fried and Hill propose that active stimulation of the neurons in the anterior cingulate cortex could influence human behavior and have possible benefits for people struggling with learning disabilities or difficulty reading social cues.

The researchers observed that the cells in the same region fired vigorously each time a person won or the other players lost, and decreased their activity whenever the person lost or the other players won.

“While obviously we don’t know precisely what it is that these neurons encode, it’s fascinating to see something like schadenfreude reflected in the activity of individual neurons in the human brain,” Hill said.

Coauthor Erie Boorman, who contributed to the research while at the California Institute of Technology and the University of Oxford, is now an assistant professor at UC Davis.

The research was supported by grants from the Swiss National Science Foundation, the G. Harold & Leila Y. Mathers Foundation and the Wellcome Trust.

olegchagin: (Default)

Особая зона нашего мозга занимается тем, что анализирует случаи, когда наши представления о мире не соответствуют результатам действий других людей.

Мы познаём мир вокруг себя в том числе и благодаря другим людям: мы сравниваем себя с ними, наш жизненный опыт с их жизненным опытом, и тем самым получаем возможность исправить какие-то собственные ошибочные представления о мироздании. Для этого в нашем мозге даже существуют специальные нейроны: как выяснили исследователи из Калифорнийского технологического института и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, анализом действий людей в нашем мозге занимаются нервные клетки в так называемой ростральной зоне передней поясной коры полушарий.

Кора полушарий и подкорковые структуры мозга человека; амигдала выделена розовым, гиппокамп – фиолетовым, поясная кора – синим. (Иллюстрация Fernando Da Cunha / BSIP / Corbis.)
Кора полушарий и подкорковые структуры мозга человека; амигдала выделена розовым, гиппокамп – фиолетовым, поясная кора – синим. (Иллюстрация Fernando Da Cunha / BSIP / Corbis.)

‹ ›
Майкл Хилл (Michael R. Hill) и его коллеги экспериментировали с больными эпилепсией, которым в мозг временно вживили электроды. Напомним, что от эпилепсии можно избавиться хирургическим путём, удалив те нейроны в мозге, с которых начинается припадок, но, чтобы узнать, какие именно это нейроны, нужно напрямую понаблюдать за активностью подозрительных мозговых зон. Поэтому перед операцией больным вводят в мозг электроды, с помощью которых регистрируют активность разных его участков – чтобы узнать, где именно «прячется» эпилепсия и как именно она себя ведёт. Такой способ лечения уже успел сослужить большую службу нейробиологам, поскольку тут есть возможность параллельно изучать самые разные аспекты работы человеческого мозга так.

На сей раз пациентам с электродами предложили сыграть в простую игру: на экране ноутбука были разложены две виртуальные карточные колоды рубашкой вверх – переворачивая карты, можно было получить или потерять 10 или 100 долларов, при том в одной колоде выигрышных карт было 70%, а в другой – только 30%. Заранее, естественно, игрок не знал, какая колода счастливая, и мог выяснить это разве что методом проб и ошибок. Однако в некоторых случаях он видел ещё и игру двух других людей, которые присутствовали в эксперименте в виде аватар и чьи действия заранее записали. Они выбирали из тех же карточных колод, что и настоящий игрок с электродами в мозге, так что он был в состоянии судить о том, какая колода приносит удачу, а какая – нет, ещё и по действиям виртуальных игроков.

В мозге у приматов вообще и у человека в частности есть определённые зоны, которые сравнивают наши ожидания с действительным положением вещей. Например, если мы хотим выиграть в какую-то игру, такие нейронные центры будут отзываться как удачные ходы, так и на неудачные, и в результате индивидуум сможем скорректировать своё поведение (и свои аппетиты). В число таких мозговых участков входит и вышеупомянутая ростральная зона передней поясной коры. Однако в статье в Nature Communications авторы пишут, что у нейронов этой зоны была своя специфика: они реагировали иначе, когда человек наблюдал чужой опыт, идущий вразрез с его собственными ожиданиями. Например, если участник эксперимента считал, что карты из левой колоды чаще оказываются выигрышными, но при том виртуальный игрок получал из неё проигрышную карту, то такое расхождение между собственной «теорией» и чужой «практикой» характерным образом отражалось в активности некоторых клеток передней поясной коры. Их можно назвать «нейронами социального обучения», но в довольно специфическом аспекте, так как они срабатывают тогда, когда наши ожидания расходятся с результатами именно чужих действий.

Это не первый случай, когда в мозге находят область или группу нейронов, отвечающих за определённую сторону социальной жизни. Два года назад мы писали о том, что в нервной системе млекопитающих есть специальная структура, от которой зависит удовольствие от общения: интерес к кому-то другому зависит от того, насколько хорошо она функционирует. Здесь же можно вспомнить про знаменитые зеркальные нейроны, которые помогают нам повторять действия других. Но социальная жизнь сложна и многообразна, особенно у таких «общительных» видов, как человек, так что мозгу пришлось сформировать разные нейронные департаменты для выполнения множества социально-когнитивных задач. Можно предположить, что неполадки в системе обдумывания чужого опыта, среди прочего, лежат в основе ряда психоневрологических расстройств – например, аутизма – и, возможно, в будущем, действуя на нейроны социального обучения, от подобных заболеваний можно будет если и не избавляться полностью, то хотя бы смягчать их симптомы.

olegchagin: (Default)
Исследователи из Стэнфордского университета обнаружили в мозге нейронную систему, отвечающую за стремление к общению. Можно сказать, что они нашли нейронную социальную сеть, если понимать под ней не набор друзей или «френдов», а структуру, которая побуждает нас этих друзей искать.
‹ ›
Сразу стоит сказать, что эксперименты ставили на мышах, однако есть все основания полагать, что полученные результаты действительны для всех млекопитающих, в том числе и для человека. (Хотя у человека работа такой социальной сети, очевидно, испытывает сильнейшее влияние со стороны высших когнитивных центров.) В своей работе Карл Дайссерот (Karl Deisseroth) и его коллеги использовали весьма популярный сейчас оптогенетический метод, с помощью которого можно наблюдать за активностью отдельных нейронных цепочек. Суть метода в том, что в интересующие нас нейроны вводится ген фоточувствительного белка, чувствительного к той или иной длине волны. Если потом такие нейроны облучить светом, фоторецептор активирует в них ионные каналы, и по цепи пойдёт электрохимический импульс. Источником света служит оптоволоконная нить, вживлённая в мозг. При этом животное остаётся активным и ничуть не стеснённым в движениях, то есть оптогенетика позволяет изучать активность нейронных сетей в условиях, максимально приближенных к естественным.
Нейробиологи попытались обнаружить в мозге социальную активность в чистом виде, то есть без брачных оттенков и без примеси агрессивности. Для этого эксперименты ставили только с самками мышей, которых или сажали в клетку к другим самкам, или подкладывали им какие-то неодушевлённые предметы. На уровне нейронов исследователи особо интересовались активностью так называемой вентральной области покрышки (VTA) – части среднего мозга, играющей важную роль в системе подкрепления. Система подкрепления вообще и VTA в частности служат источником чувства удовольствия, будь то от пищевых или половых потребностей, или когда мы чувствуем удовлетворение от хорошо выполненной работы, и т. д. Работа системы подкрепления зависит от дофамина – именно он нужен для переноса «сигналов удовольствия».
Первое, что выяснили авторы работы, это что при активации нейронов VTA, синтезирующих дофамин, у мышей повышалась социальная активность. Животные особенно стремились познакомиться с новым товарищем, которого запускали в клетку. Если же активность таких нейронов подавляли, то и социальный интерес у мышей падал, и на новую особь рядом с собой они почти не реагировали. Но ни интерес к неживым объектам, ни склонность к изучению территории ни в том, ни в другом случае не менялись, из чего можно сделать вывод, что эффект имел отношение только к социальным взаимодействиям.
Однако дофаминовые нейроны вентральной области покрышки посылают свой сигнал в разные области мозга. Кто же из их корреспондентов отвечает именно за социальные связи? Исследователям удалось выяснить и это, правда, тут пришлось постараться, чтобы распознать нужный нейронный сигнал среди шума других. В статье в Cell они описывают особый нейронный тракт, идущий от вентральной области покрышки к другой области среднего мозга под названием прилежащее ядро, которое опять же принадлежит системе подкрепления. В прилежащем ядре удалось даже определить тип нейронов, отвечающих за социальный сигнал.
Конечно, можно говорить, что авторам работы удалось выделить всего лишь одну нейронную структуру – ту, которая отвечает за чувство удовольствия от общения. Но целью работы было определить именно такую нервную цепь, которая стимулирует чистый, беспримесный социальный контакт, не замутнённый ни брачными, ни агрессивными намерениями. И, как оказалось, такая нервная цепь действительно есть, то есть интенсивность общения зависит от работы вполне определённой цепочки нейронов, проходящей через центры системы подкрепления. Чем активнее эта цепочка, тем больше удовольствия мы получим от социального контакта. Не исключено, что в будущем можно будет корректировать разные психоневрологические расстройства, которые характеризуются трудностями в общении с другими, просто стимулируя нужные нейроны в мозге.
olegchagin: (Default)

«Космические сыщики» — новая книга писателя, доктора физико-математических наук Николая Николаевича Горькавого

Read more... )

Устроившись поудобнее, Андрей и Галатея приготовились слушать очередную вечернюю сказку.

— Эта история началась в Одессе, под артиллерийскую канонаду, — сказала Дзинтара и, открыв книгу, прочитала первые строчки:

— Сегодня ты не пойдёшь в школу — на улицах опять стреляют. Как бы десант не высадили… — озабоченно сказал отец сыну…

Школьные годы Георгия Гамова, родившегося в Одессе в 1904 году в семье учителя гимназии, пришлись по большей части на Первую мировую войну. Впоследствии он вспоминал: «Моё обучение носило спорадический характер, поскольку занятия часто отменялись, когда Одессу обстреливали вражеские корабли, или когда греческие, французские, английские экспедиционные войска шли в штыковые атаки по главным улицам города на белые, красные и даже зелёные русские военные силы, или когда русские войска различных мастей сражались между собой…» Однако всё это не мешало Георгию увлекаться физикой, астрономией и биологией. Школу он закончил в 1921 году и поступил на математическое отделение физико-математического факультета Императорского Новороссийского (с 1933 года — Одесского) университета. В те неспокойные годы университет не мог предоставить студентам высокий уровнень обучения, поэтому Гамов решил ехать в Петроград, где, как он слышал, после застоя революционных лет начала возрождаться физическая наука. Его отец продал фамильное серебро, чтобы дать сыну деньги на дорогу. Георгий добрался до Петрограда и поступил в университет. В 1926 году он закончил физико-математический факультет на тот момент уже Ленинградского государственного университета (город переименовали из Петрограда в Ленинград в 1924 году). Молодой человек проявил себя талантливым теоретиком, и его приняли в аспирантуру, а через два года отправили на полугодовую стажировку в Германию, к известному физику Максу Борну. За шесть месяцев работы Гамов сделал своё первое серьёзное открытие — построил на квантовом принципе неопределённости теорию альфа-распада атомных ядер.

— Ничего не поняла! — воскликнула Галатея.

Дзинтара объяснила:

— Атомные ядра состоят из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов. Протоны отталкиваются друг от друга из-за одинакового электрического заряда, поэтому ядро вроде бы должно распадаться. Но этому препятствуют мощные силы, которые притягивают частицы друг к другу. Фактически вокруг ядра атома построена стена, которая не даёт его обитателям «разбежаться». Тем не менее экспериментаторы установили, что тяжёлые атомные ядра могут претерпевать альфа-распад, то есть выпускать альфа-частицу, состоящую из двух протонов и двух нейтронов и являющуюся ядром атома гелия. Только теоретики никак не могли понять, как альфа-частица пробивает непреодолимую на первый взгляд стену.

— Это так же странно, как если бы спутник преодолел земное тяготение и вышел в космос без ракеты-носителя! — сказал Андрей.

— Очень точное сравнение, — похвалила сына Дзинтара. — Решить проблему альфа-распада Гамову помогла работа, опубликованная французским физиком Луи де Бройлем, согласно которой каждая частица является одновременно и волной

(см. «Наука и жизнь» № 2, 2016 г., статья «Сказка о герцоге де Бройле, который открыл самые странные волны в мире»)

Гамов высказал предположение: если альфа-частица ещё и волна, то она может оказаться снаружи потенциального барьера.

— То есть волна, в отличие от частицы, может перехлёстывать через стену? — спросил Андрей.

— Верно. Эта работа принесла Гамову известность. Возвращаясь после успешной стажировки в Германии в Ленинград, он на один день заехал в Копенгаген — повидаться с легендарным физиком Нильсом Бором. После разговора с молодым учёным Бор предложил ему стипендию на годичную стажировку в своём институте. В результате Гамов задержался в Европе до весны 1931 года. Он побывал в Лейдене, Кембридже и познакомился со многими выдающимися учёными.

В Советский Союз Георгий Антонович вернулся прославленным физиком-теоретиком, о нём писали газеты, ему посвящали стихи. В марте 1932 года Гамова, которому исполнилось всего 28 лет, избрали членом-корреспондентом АН СССР, и до сих пор он остаётся самым молодым физиком из когда-либо избранных в ряды академии. В том же году Георгий Антонович вместе со своим коллегой Л. В. Мысловским из Радиевого института имени В. Г. Хлопина предложили проект создания первого не только в России, но и в Европе ускорителя элементарных частиц — циклотрона, и в 1937 году установка была запущена.

Несмотря на все достижения и известность в Европе, Гамова перестали выпускать за границу. Например, в октябре 1931 года ему запретили выезд в Рим на международный конгресс по ядерной физике, и доклад Гамова прочитал за него другой участник конгресса — Макс Дельбрюк. Гамов был оскорблён. Ему нужна была свобода, прежде всего для общения с выдающимися физиками, работающими в Европе и США. Георгий Антонович стал искать возможность выехать за границу вместе с женой, пусть даже и нелегально. Перебрав разные варианты, летом 1932 года супруги Гамовы отправились в отпуск в Крым и решили добраться оттуда морем на байдарке до турецкого берега. Однако сильные волны и встречный ветер помешали их отчаянно смелому мероприятию. Через два дня шторм пригнал байдарку с измученными путешественниками к крымскому берегу возле Балаклавской бухты.

В 1933 году идея Гамова уехать за границу всё-таки осуществилась. Знаменитые физики Нильс Бор и Поль Ланжевен пригласили его в Брюссель принять участие в качестве делегата от СССР в работе седьмого Сольвеевского конгресса, и ему чудом удалось выехать за границу вместе с женой. Больше в Советский Союз Гамов не вернулся. Для своих зарубежных коллег он стал Джорджем Гамовым. Через год он переехал в столицу США, где возглавил кафедру теоретической физики в Университете Джорджа Вашингтона. Там Гамов подготовил ряд важных научных работ и принял два дальновидных решения: взял на работу Эдварда Теллера, с которым познакомился в институте Бора, и организовал ежегодную конференцию по теоретической физике, на которую приезжали 20—30 выдающихся учёных.

Венгерский физик-теоретик Эдвард Теллер, переехавший в Америку по приглашению Гамова, впоследствии сыграл важнейшую роль в создании атомной и термоядерной бомбы в США. «Я ценил Гамова, — писал он, вспоминая те годы. — Он генерировал по новой теории каждый день, что делало его подобием какой-то природной стихии. Но если теория была бессмыслицей, как в большинстве случаев и оказывалось, можно было сказать об этом Гамову прямо, без околичностей. В отличие от многих гениев, Джо отбрасывал свои теории так же легко, как и создавал. В редких случаях, когда я не мог опровергнуть его идею, мы писали совместную статью. Обычно она была хорошей, потому что у Гамова был отличный вкус в выборе тем».

На конференции к Гамову приезжали такие выдающиеся физики, как Нильс Бор, Энрико Ферми, Субраманьян Чандрасекар. В знаменательной конференции 1938 года, посвящённой астрофизике и ядерным реакциям на Солнце, участвовали студент Гамова Чарльз Критчфилд и известный американский физик Ганс Бете. Им суждено было сделать открытия, которых все ждали. Эдвард Теллер вспоминал: «В результате конференции Критчфилд сделал верное предположение о реакции между протонами как источнике солнечной энергии… Вскоре после конференции он (Ганс Бете) опубликовал важную работу по обсуждавшимся темам, которая описывала роль, которую играет углерод в цикле звёздных термоядерных реакций. Эта работа сыграла существенную роль в Нобелевской премии Ганса».

В 1930-е годы Гамов познакомился и с Эйнштейном. Он с юности интересовался общей теорией относительности и даже был учеником основателя современной космологии Александра Александровича Фридмана. После бесед с Эйнштейном интерес Гамова к космологии пробудился с новой силой. Его самое выдающееся научное достижение в этой области — идея горячей модели Вселенной. Чуть позже Гамов ввёл понятие Большого взрыва как начала расширения Вселенной в виде горячего облака «улема» — так учёный назвал гипотетическое протовещество из смеси нейтронов, протонов, электронов и квантов света. Кроме того, Георгий Антонович разработал реалистичную схему образования химических элементов во время Большого взрыва, доказав тем самым, что астрофизики могут определить не только химический состав звёзд, но и химический состав самой Вселенной, а также заглянуть в первые минуты существования нашего мира.

Георгий Гамов придерживался простой и понятной схемы динамики Вселенной, включающей предыдущий цикл сжатия. В своей книге «Создание Вселенной» он писал: «Мы можем задать себе два важных вопроса: почему наша Вселенная была в таком сильно сжатом состоянии и почему она стала расширяться? Простейший и математически наиболее корректный ответ состоит в том, что Большое сжатие, которое имело место в ранней истории нашей Вселенной, было результатом коллапса, который случился в ещё более раннюю эру, и что нынешнее расширение есть просто “упругий” отскок, который начался, как только максимально возможная плотность была достигнута».

Концепция Вселенной, расширяющейся после сильного сжатия, безупречно красива, но механизм «упругого отскока» во времена Гамова ещё не был понят. Высказать соображение о таком отскоке до раскрытия его реального механизма мог лишь очень смелый человек.

Некоторые учёные отвергали идею взрывного образования Вселенной, считая, что наблюдаемый факт её расширения вовсе не означает, что раньше она была маленьким и плотным объектом, впоследствии взорвавшимся.

В 1948 году, развивая теорию Большого взрыва, Гамов вместе со своими соратниками предсказал существование теплового излучения, оставшегося после остывания молодой и горячей Вселенной. Взрыв, породивший Вселенную, сопровождался вспышкой мощного электромагнитного излучения самых коротких волн. Это было очень горячее облако излучения или облако излучения очень горячего тела — самой Вселенной. По мере расширения облако остывало, а Вселенная превращалась в практически пустое тёмное место с островами из звёзд. Спустя миллиарды лет после Большого взрыва тепловое излучение сильно остыло, и его стали называть «реликтовым», то есть «оставшимся от прошлых времён». Согласно оценкам самого Гамова, Ральфа Альфера и Роберта Хермана, которые вместе с ним занимались этой работой, реликтовое излучение должно быть аналогично излучению чёрного тела с температурой всего в несколько градусов Кельвина.

— То есть сейчас Вселенная светится, как лампочка Планка

(см. «Наука и жизнь № 7, 2015 г., статья «Сказка о Максе Планке, который в свете электролампы нашёл свою постоянную»),

но очень холодная? — уточнил Андрей.

— Да. В популярной статье «Физика сегодня» Гамов назвал цифру в 3К (3 градуса Кельвина), и это оказалось необычайно точным предсказанием.

Американский физик Стивен Вайнберг написал в знаменитой книге «Первые три минуты. Современный взгляд на происхождение Вселенной»: «Гамов, Альфер и Херман заслуживают колоссального уважения помимо всего прочего за то, что они серьёзно захотели воспринять раннюю Вселенную и исследовали то, что должны сказать известные физические законы о первых трёх минутах».

Все трое были реальными кандидатами на Нобелевскую премию за предсказание реликтового излучения и оценку его температуры. Очень жаль, что группа Гамова не получила заслуженного признания за вклад в изучение древнейшего света Вселенной. Одной из причин этого была репутация Гамова как несерьёзного человека, неутомимого шутника и любителя розыгрышей, далеко не всегда безобидных. Известно, например, что, написав с Альфером и Херманом статью о реликтовом излучении, он ради шутки включил в её соавторы и физика Бете, чтобы первые буквы фамилий совпадали с первыми буквами греческого алфавита: Альфер, Бете, Гамов. Более того, он уговаривал Хермана сменить фамилию на Дельтер и стать четвёртым в статье, но тот наотрез отказался...

Другой пример. Когда Гамова избрали членом Национальной академии наук США, он прислал в журнал академии научную статью по биологии, соавтором которой указал вымышленного мистера Томпкинса — юмористического персонажа своих научно-популярных книг. Академия под благовидным предлогом отклонила статью — весьма, кстати, интересную, вполне нобелевского уровня. Тогда Гамов убрал из соавторов Томпкинса и опубликовал её в докладах Датской королевской академии наук, членом которой он тоже состоял.

В этой статье учёный выдвинул идею генетического кода. В то время было известно, что белки состоят из двадцати типов аминокислотных остатков, последовательность которых в длинной белковой цепи определяется ДНК, или молекулой дезоксирибонуклеиновой кислоты, — носителем генетической информации, тоже представляющей длинную цепь, но лишь из четырёх типов нуклеотидных остатков. Гамов предположил, что клетка использует генетический код, который переводит четырёхбуквенный текст ДНК в двадцатибуквенный текст белка. Согласно его гипотезе, этот код должен быть триплетным, то есть набором из трёх разных соседних нуклеотидов в цепи ДНК.

— Караул! — закричала Галатея. — Я тону в нуклеотидах и аминокислотах!

— Сейчас объясню, — успокоила её Дзинтара. — Все живые организмы как бы собраны из множества белков различной структуры и назначения. Но все белки состоят из 20 типов аминокислотных остатков.

Андрей захотел помочь сестре:

— А ты используй аналогию — толстые книги написаны при помощи всего лишь 30 букв!

— Верно. В 1953 году известные биологи Джеймс Уотсон и Френсис Крик доказали, что наследственная информация содержится в ДНК — молекуле, которая, несмотря на свою колоссальную длину, состоит всего из четырёх типов кирпичиков-нуклеотидов.

— Зашифрованная книга, в которой использовали всего четыре буквы! — снова добавил Андрей.

— Гамов понял, что должен существовать некий код — способ создания 20 аминокислотных остатков с помощью 4 нуклеотидов.

— Он догадался, что нужен словарик для перевода слов с одного, четырёхбуквенного, языка на другой, двадцатибуквенный! — воскликнул Андрей.

— Не совсем. Мне нравится твоя книжная аналогия, но во времена Гамова никто не мог прочитать эти генетические книги и вопрос о переводе ещё не стоял. Пока сопоставлялись два алфавита. Представим, что нам в руки попали две зашифрованные книги, написанные с помощью разных алфавитов, и мы знаем, что из четырёхбуквенного текста как-то можно получить двадцатибуквенный. Но как именно? Если бы один аминокислотный остаток в белке соответствовал одному типу нуклеотида в ДНК, тогда ДНК со своей четвёркой нуклеотидов могла бы программировать всего четыре аминокислотных остатка, а не два десятка. А если предположить, что каждый аминокислотный остаток кодируется парой из двух нуклеотидов, то получилось бы 16 возможных вариантов. Тупик? Нет! Гамов предположил, что каждый аминокислотный остаток определяется триплетом — набором из трёх нуклеотидов. В итоге получается 64 комбинации нуклеотидных троек — их с лихвой хватит на 20 аминокислотных остатков. Таким образом, Гамов предложил «словарик» для перевода букв одного неизвестного языка в буквы другого неизвестного языка. Четвёрку нуклеотидов ДНК обозначают буквами А, Г, Ц, Т. Тройке нуклеотидов ЦАГ соответствует аминокислота глутамин, а триплету ААГ — аминокислота лизин. Именно так четырёхбуквенная ДНК программирует размещение двадцати аминокислот в белковой цепи.

— Вот сейчас понятно! — кивнула Галатея.

— Важной макромолекулой — посредником между ДНК и белками — является РНК, или рибонуклеиновая кислота. Гамов вроде бы в шутку создал реальный «РНК-клуб» из двадцати (по числу известных тогда аминокислот) видных биологов и физиков, которые работали в генетике. Отличительным признаком члена РНК-клуба был специально изготовленный галстук с рисунком РНК и булавкой.

Впоследствии гипотеза Гамова блестяще подтвердилась — в октяб-ре 1968 года американские учёные Роберт Холли, Хар Корана и Маршалл Ниренберг получили Нобелевскую премию за установление генетического кода.

— То есть они установили, каким комбинациям из трёх нуклеотидов соответствуют двадцать аминокислотных остатков? — спросил Андрей.

— Верно. Увы, Гамов умер в августе 1968 года, за два месяца до присуждения Нобелевской премии за расшифровку генетического кода. Один из открывателей спиральной структуры ДНК, нобелевский лауреат Джеймс Уотсон написал в 2001 году книгу о событиях тех лет под названием «Гены, девушки и Гамов. После двойной спирали». В ней он отметил роль Гамова в расшифровке механизма наследственности и привёл фотокопии писем учёного, написанных Френсису Крику и ему самому в 1960-е годы.


Астрофизик Иосиф Шкловский заявил: «Я считаю Г. А. Гамова одним из крупнейших русских физиков XX века. В конце концов, от учёного остаются только конкретные результаты его труда. Применяя футбольную аналогию, имеют реальное значение не изящные финты и дриблинг, а забитые голы. В этом сказывается жестокость науки. Гамов обессмертил своё имя тремя выдающимися «голами»:
1) теория альфа-распада, более общо — «подбарьерных процессов» (1928 г.),
2) теория «горячей Вселенной» и, как следствие её, — предсказание реликтового излучения (1948 г.), обнаружение которого в 1965 году ознаменовало собой новый этап в космологии, и
3) открытие феномена генетического кода (1953 г.) — фундамента современной биологии».

— И ни за одну идею он не получил Нобелевскую премию. Это несправедливо! — нахмурилась Галатея.

— Да, многие учёные тоже так считают. Если не брать в расчёт премию Калинги за популяризацию науки, выдающийся физик-теоретик Георгий Антонович Гамов не получил никаких премий и наград за свои научные работы и остался трижды нелауреатом Нобелевской премии. Между тем в перечень «нобелевских» достижений Гамова можно добавить его гипотезу о том, что Большой взрыв — результат предыдущего Большого коллапса, а нынешнее расширение Вселенной — своеобразный упругий отскок после достижения максимального сжатия. Эта гипотеза не получила достаточного теоретического и наблюдательного подтверждения, но, возможно, именно здесь скрывается разгадка главной тайны образования нашего мира.

***

Георгий Антонович Гамов (1904—1968) — советский и американский физик-теоретик, астрофизик и популяризатор науки, работавший в России, Европе и США. Автор первой количественной теории альфа-распада, один из основоположников теории горячей Вселенной, один из пионеров применения ядерной физики к вопросам эволюции звёзд, первооткрыватель генетического кода.

Эдвард Теллер (1908—2003) — американский физик венгерского происхождения. Один из создателей ядерного оружия в США.

Ганс Бете (1906—2005) — американский физик немецкого происхождения. Лауреат Нобелевской премии по физике 1967 года, которую получил за работы по термоядерным реакциям на звёздах.

Поль Ланжевен (1872—1946) — французский физик, ученик Пьера Кюри.

Александр Александрович Фридман (1888—1925) — российский и советский физик и математик, основатель современной космологии. Решил уравнение Эйнштейна и показал, что наша Вселенная нестационарна и расширяется.

Ральф Альфер (1921—2007) — американский физик-теоретик, ученик Г. А. Гамова. Соавтор предсказания реликтового излучения и его температуры.

Роберт Херман (1914—1997) — американский физик-теоретик. Соавтор Гамова и Альфера по статьям, предсказывающим существование реликтового излучения с температурой в несколько градусов Кельвина.

Джеймс Уотсон (р. 1928) — американский биолог, соавтор открытия в 1953 году вместе с Фрэнсисом Криком (1916—2004) структуры ДНК, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1962 года.

Роберт Холли (1922—1993) — американский биохимик. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1968 года за расшифровку генетического кода.

Хар Корана (1922—2011) — американский и индийский биолог, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1968 года за расшифровку генетического кода.

Маршалл Ниренберг (1927—2010) — американский биохимик и генетик. Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1968 года за расшифровку генетического кода.

Людмила Георгиевна Карачкина (р. 1948) — астроном Крымской астрофизической обсерватории, открыватель 130 новых астероидов, три из них назвала в честь Георгия Гамова, Петра Капицы и Сергея Капицы. Астероид Гамов за номером 8816 она обнаружила 17 декабря 1984 года. Это название было официально принято Международным астрономическим союзом.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — макромолекулы, обеспечивающие хранение, передачу и реализацию генетической информации в живых организмах.

РНК (рибонуклеиновая кислота) — макромолекулы, которые участвуют в кодировании генетической информации и программировании синтеза белков и являются посредниками в передаче информации от ДНК к белкам.

...

Гамов создал канал перекачки данных из СССР на запад. Дело в том, что исследование функции ДНК-РНК-белок в значительной степени было проведено в городе Снежинск, Челябинской обл. Мало того, что это был закрытый город, внимание Берии было к нему особым. Там проводились исследования влияния радиации на биологические объекты. Вспомните Тимофеева-Рессовского. Описан у Гранина как "зубр". Он как и Гамов в то же время бежал из СССР, и затем жил в Германии, при фашистах. В 45 году его депортировали в Снежинск, и он координировал все исследования ДНК и все что связано. В 1957 году его работа была засекречена для СССР, но работа продолжалась -  он собирал информацию о всех работах, а о своей работе писал только в секретных публикациях...

Profile

olegchagin: (Default)
olegchagin

January 2017

S M T W T F S
1234 567
891011121314
15161718192021
22232425262728
293031    

Style Credit

Expand Cut Tags

No cut tags
Page generated Sep. 22nd, 2017 07:05 pm
Powered by Dreamwidth Studios