Интеллектуальные беседы на тему биологии, нейробиологии, генетики
Ответить
Профессор
Участник
Баланс:3301
 
Сообщения: 223
Регистрация: 26.10.2019

Механически запрограммированное животное

Профессор » 17.05.2022 11:15

+
5
-
Биомеханические реакции, а вовсе не нейроны контролируют движения одного из самых примитивных животных на Земле. Это открытие даёт представление о том, как «работало» поведение животных до появления нейронов.

Изображение

Чрезвычайно простое животное Trichoplax adhaerens двигается и реагирует на окружающую среду с ловкостью и видимой целеустремленностью. Однако у этого существа нет нейронов или мышц, которые координировали бы его движения. Биомеханических взаимодействий между ресничками животного достаточно, чтобы объяснить, как оно движется.

Биофизик Ману Пракаш (Manu Prakash) десять лет назад взглянул в микроскоп и увидел животное под микроскопом, похожее на амебу: сплющенный сгусток клеток, лишь 20 микрон в толщину и несколько в ширину, без головы и без хвоста. Животное двигалось на тысячах ресничек, которые покрывали нижнюю поверхность его тела, формируя «липкую волосяную пластинку». Это послужило основанием для выбора латинского имени существа — Trichoplax adhaerens.

Морское существо, которое относится к пластинчатым, практически занимает отдельную ветвь на эволюционном дереве, а ещё его геном — самый маленький из известных науке в животном царстве. Но больше всего заворожили выверенная грация, ловкость и точность, с которой двигались тысячи или миллионы клеток Trichoplax. Обычно для такой координации требуются нейроны и мышцы — но у Trichoplax adhaerens их нет.

Был создан проект, направленный на изучение того, как нейромышечные системы могли эволюционировать и как ранние многоклеточные могли передвигаться, находить еду и размножаться до того, как появились нейроны.

Поведение Trichoplax может быть полностью описано на языке физики и динамических систем. Механические реакции, которые начались на уровне одной реснички, затем распространились на миллионы клеток, а потом и на более высокие структурные уровни, полностью объясняют скоординированные движения всего животного. Организм не выбирает, что делать. Вместо этого множество отдельных ресничек просто двигаются — и в результате животное действует так, словно им руководит нервная система. Исследователи даже показали, что движения ресничек обладают свойствами, которые обычно считаются отличительным признаком нейронов.

Исследование не только показывает, как простые механические взаимодействия могут создавать невероятную сложность, но и рассказывает историю о том, что могло предшествовать эволюции нейронов. Результаты уже вдохновляют других специалистов на создание механических машин и роботов. Возможно, благодаря этим результатам даже появится новый взгляд на роль нервной системы в поведении животных.


Важность мозгов переоценивают.

По словам Булла, «мозг — это то, что работает только в очень специфическом контексте своего тела». В мягкой робототехнике и исследованиях подвижного программируемого вещества, как выяснили исследователи, правильной механической динамики может быть достаточно для выполнения сложных задач. И никакого централизированного контроля не требуется. В самом деле: даже отдельные клетки могут вести себя удивительным образом. А ещё клетки могут самостоятельно объединяться в коллективные системы (например, слизевики и синтетические ксеноботы) и тем самым достигать большего. И всё это — без помощи нейронов или мышц.

Но возможно ли то же самое в масштабах целого многоклеточного животного?

Trichoplax стал объектом для изучения данного вопроса. Этот организм достаточно прост для детального исследования, но в то же время достаточно сложен, и эта сложность даёт учёным нечто новое. По словам Пракаша, наблюдая за Trichoplax, «вы видите лишь танец». В то же время, считает учёный, в этих организмах скрыта невероятная сложность. Trichoplax вращается и передвигается по поверхностям. Он прижимается к водорослям, чтобы захватить их и съесть. Он размножается бесполым путём, разделяясь пополам.

Trichoplax занимают «промежуточное положение между чем-то действительно сложным, например, позвоночными, и чем-то, что только становится сложным, например, одноклеточными эукариотами».

Сначала Пракаш соорудил новые микроскопы, которые могут изучать Trichoplax снизу и сбоку, а ещё обнаружил, как отслеживать высокоскоростное движение ресничек организма. Таким образом исследователь смог рассматривать и отслеживать миллионы крошечных ресничек.

Ожидалось, что реснички будут скользить по поверхностям (животное и субстрат разделяет тонкий слой жидкости). Если уж на то пошло, реснички обычно рассматривают в контексте жидкой среды: реснички перемещают бактерии и другие микроорганизмы через воду, а ещё передвигают слизь или спинномозговую жидкость в организме. Однако затем исследователи заглянули в микроскопы и выяснили: реснички не плавают, а… ходят.

Учёные проследили за тем, как движется кончик каждой отдельной реснички на протяжении некоторого времени. Оказалось, ресничка «чертит» круги и отталкивается от поверхностей. В итоге они выделили три типа взаимодействий. Первый тип —скольжение: тут реснички едва касаются поверхности. Второй — походка, когда перед тем, как отскочить от поверхности, реснички ненадолго к ней «прилипают». Третий тип — «увязание», когда реснички застревают на поверхности.

В таких типах взаимодействий ходьба возникала естественным образом в результате взаимодействия между внутренними движущими силами ресничек и энергией их прилипания к поверхности. Правильный баланс между этими двумя параметрами (рассчитанный на основе экспериментальных измерений расположения ресничек, высоты подъёма и частоты их биения) приводил к регулярному движению, когда каждая ресничка прилипала, а затем поднималась, словно нога. Неправильный баланс двух параметров становился причиной скольжения или замирания.

Более того, ходьба могла быть смоделирована как легковозбудимая система/возбудимая клеточная оболочка, в которой при определённых условиях сигналы распространяются и усиливаются, вместо того чтобы постепенно затухать и прекращаться. Нейрон — классический пример возбудимой системы: небольшие колебания напряжения могут вызвать внезапное возбуждение, и при превышении некоторого порога новое возбуждённое состояние распространяется на остальную часть системы. Такое же явление, по-видимому, происходит и в ресничках. В экспериментах и при моделировании небольшие возмущения по высоте, а не по напряжению, приводили к относительно большим изменениям в активности близлежащих ресничек: они могли внезапно менять направление движения и даже переходить из состояния покоя в состояние ходьбы.

https://www.quantamagazine.org/before-b ... r-20220316
Поделиться:

Аватара пользователя
MoonBear
Участник
Баланс:7243
 
Сообщения: 389
Регистрация: 02.06.2020

Re: Механически запрограммированное животное

MoonBear » 25.05.2022 23:09

+
5
-
Довольно странно сводить все проявления рефлексий исключительно к нервной системе, основанной на нейронах. И данный представитель не является чем-то сверх уникальным, обладающим недостижимыми способностями по сравнению с другими живыми объектами. Да взять хотя бы растения, они ничем не отличаются своим «поведением», так же реагируют на внешнюю среду, а некоторые так вообще: мух ловят, целенаправленно вращают листьями, реагируют на прикосновение и прочее.

Скоротечность нашей жизни накладывает свой отпечаток, и мы воспринимаем мир флоры очень статичным, неспособным к активным реакциям на внешний мир, но это не так. Время, как таковое, в природе отсутствует по причине его бесконечности, потому быстрое порхание колибри ничем не отличается от неспешного роста дуба. Важен факт ответной реакции на изменения внешней среды, а то что, многие из них построены на основе механики (лично я приравниваю к ней и биохимические реакции, как логичные и рассчитываемые), говорит только об одном, - отбор шел по пути эргономики.

Есть хорошее выражение – лучшее, враг хорошего, так и в природе, если получившаяся комбинация работает, пусть работает и дальше, исповедуя принцип разумной целесообразности. Для конкретных условий внешней среды подходит, опережает конкурентов и имеет эффективный аппарат размножения, тогда, зачем все усложнять?

Жизненный цикл подобных многоклеточных существ, выступающих единым организмом, более похож на математическую модель, созданную по действующим физическим законам. Только остается вопрос о способности передавать информацию межу отдельными клетками, и попытки все свести исключительно к официальным научным гипотезам выглядит неуклюже. Как показано на примере с ресничками: с их прилипанием, скольжением и касанием, вся задача свелась к заранее готовому ответу.

Раз нет нервной системы, то есть нейронов, значит реакции организма связаны исключительно с биохимией и физикой. Для чего и была проведена масса экспериментов с заранее определенным выводом, который, через немалое количество денег, диссертаций и прочих плюшек, не замедлил себя ждать, подтвердив базовые столпы официальной науки.

Между тем, вопрос действительно интересный, как у простейших многоклеточных организмов (или у представителей растительного царства) происходит обмен информацией внутри своих тканей, а он, без всякого сомнения, существует и одной биохимией его не объяснишь. Но, как мы не раз обсуждали, тема для официальной науки скользкая, непременно подводящая к вопросу о существовании информационного поля (эфира), что способно нарушить фундамент стройного храма науки.

Вот и приходится придумывать теории, легально объясняющие реакции некоторых организмов. Как в Древней Греции, чтобы не нарушать устоявшуюся систему Птолемея, где Земля была центром Мира, объясняли обратное движение планет при помощи эпициклов, т.е. внутренними круговыми орбитами. Все были довольны, и устоявшиеся догмы не пошатнули, и объяснение нашли.

Так и у нас, ищем не ответы, которые определены уже заранее, а «законные» способы к ним подойти.

Аватара пользователя
Director
Эксперт
Баланс:15210
 
Сообщения: 865
Регистрация: 20.06.2018

Re: Механически запрограммированное животное

Director » 28.05.2022 17:15

+
6
-
коллега Профессор представил нам замечательный материал, который помогает понять как одноклеточные организмы эволюционировали в многоклеточные.

Нам важно в первую очередь понять этот процесс с точки зрения эволюции Духа (т.е. комплекса программного обеспечения организма).
Важно понять, как Духи отдельных клеток смогли создать объединяющий их Дух верхнего уровня - как появился этот начальник и что он из себя представляет.

Итак, исследователи изучили простейший многоклеточный организм Трихоплакс, который размножается делением - как и одноклеточные бактерии, - и сообщают:
Профессор писал(а):
17.05.2022 11:15
"Trichoplax занимают «промежуточное положение между чем-то действительно сложным, например, позвоночными, и чем-то, что только становится сложным, например, одноклеточными эукариотами».

Чрезвычайно простое животное ... похожее на амебу: сплющенный сгусток клеток, лишь 20 микрон в толщину и несколько в ширину, без головы и без хвоста... двигается и реагирует на окружающую среду с ловкостью и видимой целеустремленностью.

- занимает отдельную ветвь на эволюционном дереве
- его геном — самый маленький из известных науке в животном царстве
- размножается бесполым путём, разделяясь пополам.


Trichoplax вращается и передвигается по поверхностям. Он прижимается к водорослям, чтобы захватить их и съесть...
Животное двигалось на тысячах ресничек, которые покрывали нижнюю поверхность его тела, формируя «липкую волосяную пластинку»

... выверенная грация, ловкость и точность, с которой двигались тысячи или миллионы клеток Trichoplax. Обычно для такой координации требуются нейроны и мышцы — но у Trichoplax их нет.

вовсе не нейроны контролируют движения одного из самых примитивных животных на Земле...
Выделим важные тезисы.

1. Целеустремленность (которая так восхитила исследователей) - это есть первейшее свойство любого и каждого живого организма.
Есть целеустремленность (активные действия, избирательная реакция на внешнюю среду) - значит это живое.
Нет целеустремленности - значит это мёртвое.

2. Самый маленький геном среди животных. Количество нуклеотидов в каждой клетке Трихоплакса - само по себе ни о чем особо не говорит.
Вот если бы была возможность провести сравнительный анализ нуклеотидов Трихоплакса с нуклеотидами отдельно-живущих бактерий, из которых образовался Трихоплакс, - вот тогда возможно стало бы чуть понятнее как возник многоклеточный организм.

3. Размножение делением - вот это действительно важный момент. Но, к сожалению, никаких подробностей про это исследователи не сообщили.


Теперь присмотримся к результатам исследования
проект, направленный на изучение того, как... ранние многоклеточные могли передвигаться, находить еду и размножаться до того, как появились нейроны...

скоординированные движения всего животного объясняют ...механические реакции, которые начались на уровне одной реснички, затем распространились на миллионы клеток, а потом и на более высокие структурные уровни...
Прекрасно сказано - "распространились" - "реакции одной клетки распространились на миллионы подобных клеток, а потом распространились на верхние структурные уровни"

Вот так вот запросто - взяли да и распространились! Механические реакции. Посидели, подумали и решили - а давай-ка мы скоординируемся да и распространимся на верхние уровни. И таки распространились. Молодцы!

Вот так вот незатейливо ученые нам "объясняют" возникновение многоклеточных организмов.
Организм не выбирает, что делать. Вместо этого множество отдельных ресничек просто двигаются — и в результате животное действует так, словно им руководит нервная система...

как выяснили исследователи... никакого централизованного контроля не требуется

Вот так вот ученые "выясняют". Скажут и сразу становится ясно.
отдельные клетки могут вести себя удивительным образом.
А ещё клетки могут самостоятельно объединяться в коллективные системы (например, слизевики и синтетические ксеноботы) и тем самым достигать большего.

И всё это — без помощи нейронов или мышц.
Ага. "Удивительным образом"! Удивительно научное объяснение.

А вот результаты исследования движения ресничек действительно представляют научный интерес
Исследователи даже показали, что движения ресничек обладают свойствами, которые обычно считаются отличительным признаком нейронов.

реснички перемещают бактерии и другие микроорганизмы через воду, а ещё передвигают слизь или спинномозговую жидкость в организме.

исследователь смог рассматривать и отслеживать миллионы крошечных ресничек....
Ожидалось, что реснички будут скользить по поверхностям ...
Однако исследователи заглянули в микроскопы и выяснили: реснички не плавают, а… ходят.... ресничка «чертит» круги и отталкивается от поверхностей.

В итоге они выделили три типа взаимодействий.
Первый тип —скольжение: тут реснички едва касаются поверхности.
Второй — походка, когда перед тем, как отскочить от поверхности, реснички ненадолго к ней «прилипают».
Третий тип — «увязание», когда реснички застревают на поверхности.

В таких типах взаимодействий ходьба возникала естественным образом в результате взаимодействия между внутренними движущими силами ресничек и энергией их прилипания к поверхности.

Правильный баланс между этими двумя параметрами ... приводил к регулярному движению, когда каждая ресничка прилипала, а затем поднималась, словно нога.

Неправильный баланс двух параметров становился причиной скольжения или замирания.
Итак, каждая отдельная ресничка (клетка) научилась не только выполнять три вида движений, но и, главное, научилась подчиняться командам из центра.

А центр научился давать одновременно разные команды конкретным ресничкам -- так что вся общность клеток двигалась в нужном ей (т.е. центру) направлении и с нужной скоростью.

То есть, из этого примера очевидно следует, что должен быть некий общий комплекс программного управления.
Но официальные ученые это "не видят".
Удивительным образом.


Тем не менее, вот еще одно интересное наблюдение сделали ученые
Более того, ходьба могла быть смоделирована как легковозбудимая система/возбудимая клеточная оболочка, в которой при определённых условиях сигналы распространяются и усиливаются, вместо того чтобы постепенно затухать и прекращаться.

Нейрон — классический пример возбудимой системы: небольшие колебания напряжения могут вызвать внезапное возбуждение, и при превышении некоторого порога новое возбуждённое состояние распространяется на остальную часть системы.

Такое же явление, по-видимому, происходит и в ресничках. В экспериментах и при моделировании небольшие возмущения по высоте, а не по напряжению, приводили к относительно большим изменениям в активности близлежащих ресничек: они могли внезапно менять направление движения и даже переходить из состояния покоя в состояние ходьбы.
То есть, клетка со специализацией "Нейрон" могла развиться из клетки со специализацией "двигательная Ресничка".
Такую гипотезу вполне можно рассматривать, вполне стоит искать фактические подтверждения.

Ответить
   ПОМОЩЬ по форуму!