Эволюция поцелуя, эксперименты с сознанием ИИ, энергия из навоза
Интересные новости науки за неделю с 17 по 23 ноября
В КГАУ научились делать энергию и удобрение из навоза. В РКБ Татарстана, КФУ и КГМУ придумали, как лечить инфицированные переломы. Споры мха выжили после девяти месяцев в открытом космосе. Британские ученые выяснили, что приматы целуются уже 17 миллионов лет. Ученые и инженеры пытаются разбудить сознание у искусственного интеллекта. Подробнее о научных новостях уходящей недели — в обзоре "Реального времени".
В Казани придумали, как лечить инфицированные переломы костей
Ученые из Казанского федерального университета, Казанского государственного медицинского университета и Республиканской клинической больницы Татарстана целый год разрабатывали особый имплантат, который может и перелом зафиксировать, и вылечить гнойную инфекцию костной ткани.
Инфицированная травма, когда место перелома еще и нагнаивается, часто возникает у людей, принимающих участие в военных действиях. Поэтому сегодня эта проблематика особенно актуальна. Казанские ученые и медики подошли к ее решению вплотную. Внутрикостный штифт для лечения инфицированных переломов разработали ученые из НИИ математики и механики им. Чеботарева, исследователи из КГМУ и врачи РКБ. Штифт из биоинертного титанового сплава уже прошел клиническую апробацию. Его инновационность состоит в том, что прямо в штифт заложена дозировка антибиотика, который после установки штифта в сломанную костью будет дозированно выделяться в костную ткань, убивая бактерии, вызывающие инфекцию (в том числе и золотистый стафилококк — бич современной медицины).
— Главной его особенностью является наличие сетчатой топологии, в свободный объем которой помещается костный цемент, содержащий антибиотик. После установки штифта лекарственный препарат постепенно выделяется из цемента, обеспечивая воздействие на инфекцию непосредственно в зоне поражения кости, — рассказывает научный сотрудник лаборатории механики оболочек НИИ им. Чеботарева Павел Большаков.
Сетчатая часть штифта существенно оптимизирована — так, что через него антибиотик выделяется вдвое быстрее и интенсивнее, чем с использованием стандартных конструкций. При этом сетка сделана из титанового сплава! Сложнейшая сетчатая микроструктура, разработанная и рассчитанная механиками из "Чеботаревки", была воспроизведена с использованием аддитивных технологий (SLS-печать).
Пациент, которого лечили в РКБ с использованием этой технологии, стабилен, его послеоперационные раны зажили, а лабораторные анализы показывают, что инфекция успешно подавляется. А до имплантации штифта этот человек больше года провел с аппаратом Илизарова — гнойное воспаление никак не удавалось купировать.
Подана заявка на патент, а казанские ученые и врачи продолжают изучать новые решетчатые структуры, которые будут увеличивать продолжительность выделения антибиотика непосредственно к месту воздействия.
Когда мы начали целоваться
Иногда ученые занимаются и действительно важными вопросами. Британские ученые, например, выясняют, как и когда возник поцелуй. Люди целовались еще в Древнем Египте и Месопотамии 4,5 тысячи лет назад — об этом написано на папирусах и клинописных табличках. Что-то похожее на поцелуй практикуют и приматы — например, бонобо.
Эволюционные биологи из Оксфордского университета исследуют эволюционную историю поцелуя. Их интересует именно поцелуй в губы — щека, рука или другая часть тела не засчитывается. Сбор данных был масштабным: у приматологов по всему миру собрали все известные случаи, когда обезьяны демонстрировали что-то напоминающее поцелуй. Информация была нанесена на подробное эволюционное древо приматов. Потом методом байесовского иерархического моделирования провели 10 миллионов компьютерных симуляций, вычисляя вероятность, с которой наши вымершие предки практиковали романтический поцелуй.
Моделирование показало: скорее всего, наши очень далекие предки целовались уже от 17 до 21 миллиона лет назад. А неандертальцы делали это с вероятностью 84%. Но как древнейшие приматы догадались начать это делать?
Версий эволюции поцелуя две. Первая — репродуктивное поведение: соприкоснувшись губами, можно унюхать дурной запах изо рта потенциального партнера, который говорит о болезни. С больным сородичем малышей рожать не рекомендуется (ведь все должно делаться на благо эволюции), поэтому поцелуй мог служить своеобразным фильтром, критерием отбора. Вторая версия — социальная: возможно, поцелуй развился из груминга и стал быстрым способом показывать свое расположение или захотел помириться после конфликта. К примеру, современные шимпанзе целуются после драки — они так мирятся.
Таким образом, британские ученые сделали вывод: поцелуй имеет под собой эволюционную, а не культурную основу. Культура только "довела его до ума".
На Земле проснулись споры мха, которые провели 9 месяцев в открытом космосе
Открытый космос — не самое гостеприимное место для живого организма. Здесь страшные перепады температур, нет гравитации и воздуха, зато есть радиация и губительный ультрафиолет. Но в таких условиях каким-то образом выжили споры мха, которые девять месяцев провели на внешней обшивке МКС!
Напомним, мох обычно первым колонизирует негостеприимные голые пространства. Его споры могут заснуть, пережить в таком состоянии неблагоприятные условия, а потом "ожить". Кажется, и в космосе мох делает заявку на "пионерскую" активность.
Итак, эксперимент начался в марте 2022 года: американские астронавты прикрепили на внешней обшивке МКС контейнеры со спорами мха. В качестве "подопытного" выбрали раскидистый земляной мох Physcomitrella patens, который часто используется в качестве модельного организма для исследований эволюции, развития и физиологии низших растений. В космосе споры провели 283 дня, подвергнувшись всем мыслимым и немыслимым космическим нагрузкам.
По истечении положенного времени контейнер вернулся на Землю в капсуле SpaceX. Молекулярные биологи из Университета Хоккайдо принялись изучать "космические" споры. Оказалось, что более 80% из них выжили, и из них вырос нормальный, здоровый мох! Японские ученые даже сравнили спору и ее многослойную прочную оболочку с мини-кораблем для покорения космоса. Ученые считают, что столь "непробиваемая" защитная система сформировалась у мхов на самых ранних этапах эволюции жизни на суше, ведь климат на Земле тогда тоже не отличался особенной гостеприимностью.
Открытие это стало большим шагом для астробиологии. Оно показало, что жизнь может сохраняться даже в открытом космосе, более того — сохраняться устойчиво и быть способной после этого воспроизводиться. Впереди — новые исследования: ученые не теряют надежды прорастить мох прямо на орбите и проверить, будет ли жизнь функционировать вне Земли.
Электричество и тепло для фермы можно вырабатывать из навоза
В Казанском государственном аграрном университете разрабатывают мобильную биогазовую установку, в которой навоз и птичий помет перерабатывается в биогаз и органическое удобрение.
Эту работу провели ученые на кафедре машин и оборудования в агробизнесе КГАУ. Навоз и помет 16 суток перерабатывался в биогазовой установке при температуре 55 градусов. Процесс проходит без доступа воздуха: хемобактерии разлагают органику и выделяют как раз тот самый метан — он составляет большую часть биогаза.
Больше всего биогаза дает свиной навоз — 10 кубометров из 1 тонны. Тонна куриного помета дает 7 куб. м биогаза, конский навоз — 5 кубометров, а коровий — 8 кубометров. Этих объемов получаемого биогаза вполне достаточно для выработки тепла и электричества для фермы.
В итоге полученное органическое удобрение содержит в 3,5 раза больше азота, чем исходный субстрат! Удобрение нейтрально по кислотности, в нем повышено содержание фосфора и калия.
Таким образом, казанские ученые убивают сразу трех зайцев.
Во-первых, их установка дает аграриям ценное удобрение, которое увеличит объем урожая сельхозкультур. Во-вторых, мини-электростанция на ферме может работать без источников внешней энергии: все вырабатывается здесь же. В-третьих, снимается главная головная боль всех животноводов: куда девать помет и навоз, как их хранить. Просто разбрасывать по полям нельзя: болезнетворные бактерии, яйца паразитов, семена сорняков надо сначала обезвредить. Складировать в одном месте — тоже не вариант, потому что место может переполниться, и тогда почва и грунтовые воды будут загрязнены фильтратом.
В России каждый год образуется 150 миллионов тонн навоза и помета сельхозживотных. Перерабатывается только пятая часть из них. Используя предложенный казанскими учеными способ, фермеры могут увеличить эту долю и получать все необходимое для обеспечения работы фермы прямо здесь, не закупая ни удобрения, ни энергию.
У искусственного интеллекта попытаются пробудить сознание
Ученые и инженеры из "Яндекса" проводят эксперимент, в ходе которого пытаются понять: может ли у ИИ быть собственное сознание?
У человека есть рефлексия — его понимание мира меняется в зависимости от накопленного опыта и под влиянием рассуждений. Искусственному интеллекту такая роскошь пока не доступна — он каждый раз генерирует ответ в чате с чистого листа. Инженеры и ученые решили понять, сформируются ли у модели собственные внутренние убеждения и предпочтения, если она будет рассуждать так, как это делает человек.
Основная гипотеза такова: если заставить модель глубоко рефлексировать над каждым вопросом, а потом еще и обучаться на собственных размышлениях, у нее может появиться внутренняя система предпочтений. И тогда ИИ будет отстаивать свою точку зрения и давать последовательные ответы. То есть начнет мыслить и чуть ли не чувствовать!
Зачем заниматься этими исследованиями, которые могут оказаться и опасными? Исследователи объясняют: они хотят глубже понять природу человеческого мышления. Ведь экспериментировать с человеческим сознанием нельзя по этическим причинам. ИИ — ближайший аналог, примитивная модель разума. Кстати, в проекте работают и нейробиологи из РАН.
Исследования идут с лета. Пока удалось доказать, что базовая модель ИИ не умеет формировать стабильные предпочтения сама для себя. Для этого ее надо обучать. Основной этап эксперимента — на подходе. Опенсорсную модель будут заставлять рассуждать, рефлексировать, обучаться на собственных рассуждениях. К концу года ожидаются первые результаты.