Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Nie tylko szczury i ludzie potrafią odnajdować drogę w labiryncie. Udaje się to też... kroplom oleju. Najnowsze badania prowadzone przez zespół Bartosza Grzybowskiego z Northwestern University mogą pomóc w znalezieniu nowych sposobów leczenia nowotworów.

Naukowcy skupili się na kroplach oleju podczas prac nad efektywnymi metodami dostarczania leków do komórek nowotworowych. To bardzo trudne zadanie, gdyż układ krwionośny tworzy bardzo skomplikowany labirynt, w którym łatwo zgubić drogę.

Zespół Grzybowskiego stworzył krzemowy labirynt o powierzchni 6,5 centymetra kwadratowego. Został on wypełniony alkalicznym roztworem wodorotlenku potasu. U wejścia do labirynu umieszczano albo niewielką kroplę oleju mineralnego albo dichlorometanu, wzbogacone o słaby kwas i czerwony barwnik. Krople miały samodzielnie dotrzeć przez labirynt do wyjścia, przy którym znajdował się żel z agarozy zanurzony w kwasie solnym.

Znalezienie właściwej drogi zajęło kroplom około minuty. Było to możliwe dzięki temu, że kwas z żelu stopniowo przenikał do wodorotlenku potasu, tworząc kwasowy gradient. Roztwór bliżej wyjścia był bardziej kwaśny, a przy wejściu - bardziej zasadowy. Dochodziło do reakcji z kwasem zawartym w kropli. Jej część zwrócona w stronę wyjścia stawała się bardziej kwaśna, niż część zwrócona w stronę wejścia do labiryntu. To powodowało powstanie napięcia powierzchniowego, które napędzało kroplę przesuwając ją w stronę wyjścia.

Krople zawsze odnajdowały najkrótszą drogę przez labirynt. Nazwaliśmy je chemo-szczurami - mówi Grzybowski. Naukowcy zaobserwowali, że krople dichlorometanu poruszały się szybciej niż krople oleju mineralnego.

Odkrycie można wykorzystać w leczeniu nowotworów, gdyż guzy mają bardziej kwaśny odczyn niż reszta organizmu, teoretycznie więc możliwe jest opracowanie takiego nośnika dla leków, który będzie je transportował w stronę kwaśnych komórek nowotworowych.

Jednak potencjalne zastosowania badań Grzybowskiego wykraczają poza medycynę. Uczeni zauważyli, że gdy jednocześnie wpuścili do labiryntu dwie krople, niemal nigdy nie dochodziło między nimi do zderzenia. Niewykluczone zatem, że prace naukowców z Illinois posłużą do zbudowania systemów analizowania ruchu w mieście. Ponadto mogą przyczynić się do zbudowania niewielkich pomp, urządzeń zamieniających energię chemiczną w mechaniczną czy też pozwolą na rozwiązywanie problemów NP-zupełnych, które stanowią poważne wyzwanie dla współczesnych komputerów.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Wprawdzie kiedyś używali układów mechanicznych, jak rozciągnięta membrana do rozwiązywania równań różniczkowych cząstkowych ... jednak w dobie dzisiejszych komputerów zaproponowane symulacje czy rozwiązywanie złożonych problemów algorytmicznych dla tak prostego układu to jednak bajka ...

 

Swoją drogą myślałem z rok temu o użyciu ciągłej 'hydrodynamiki elektronów' do rozwiązywania problemów NP zupełnych ... i w sumie dalej nie jestem przekonany czy przy odpowiedniej technologii to nie miałoby sensu ... mianowicie kluczowe jest użycie układu bez zegara:

Bierzemy układ weryfikujący dla konkretnego problemu - który za pomocą kilku warstw prostych bramek (bez cykli - np. po sprowadzeniu do 3SAT) stwierdza czy dana 'wejście' spełnia nasz problem - chcemy wskazać pewne 'wejście' dla którego odpowiedziałby 'tak' (trudnością jest to że możliwych 'wejść' jest wykładniczo wiele ...)

 

Teraz łączymy układ w pętlę:

- jeśli 'wejście' było poprawne to prześlij na wejście to samo

- w przeciwnym przypadku prześlij na wejście kolejne możliwe 'wejście' (cyklicznie)

 

Jeśli to byłoby z zegarem, w kolejnych cyklach sprawdzałby po kolei możliwe 'wejścia' aż znalazłby jakieś poprawne i na nim się zatrzymał...

A co jeśli nie ma zegara ...

Dostajemy dosłownie hydrodynamikę elektronów która tam sobie 'szumi' aż nie znajdzie poprawnego rozwiązania, które już nie ma takich fluktuacji - minimalizuje energię - fizyka powinna je jakoś sprytnie znaleźć ...

Pytanie czy to ma prawo być szybsze niż klasycznie?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jedne z największych, najbardziej niezwykłych i mało znanych ssaków znikają z powierzchni Ziemi. Zagłada może czekać tybetańskie dzikie jaki, huemala chilijskiego, takina bhutańskiego czy saolę wietnamską. Nawet trzy gatunki afrykańskich zebr i antylop gnu doświadczyły w ostatnich dziesięcioleciach olbrzymich spadków liczebności. Ryzyko zagłady wisi nad tymi wyjątkowymi stworzeniami nie tylko z powodu chorób, fragmentacji habitatów czy wylesiania. Głównym problemem jest niekontrolowany rozrost ludzkiej populacji.
      Jeśli nasze postępowanie i sposób życia nie zmienią się w radykalny sposób, duże ssaki wyginą. Do takich wniosków doszli naukowcy, którzy na łamach Frontiers in Ecology and Evolution opublikowali artykuł Disassembled food webs and messy projections: modern ungulate communities in the face of unabating human population growth. Główny autor badań, profesor Joel Berger z Colorado State University zauważa, że dotychczasowe strategie ochrony nie zapewnią lepszej przyszłości ani zwierzętom, ani ludziom.
      Wszyscy musimy zdać sobie sprawę, że jesteśmy częścią wielkiej, pięknej i żyjącej planty. Musimy znaleźć sposób, by wszyscy się na niej mogli utrzymać, albo będziemy musieli zmierzyć się z bardzo poważnymi konsekwencjami. Nadchodzi moment, w którym – pomimo najszczerszych chęci – nie będziemy w stanie odtworzyć powiązań łączących wiele grup zwierząt, stwierdza uczony.
      Zespół naukowcy, w skład którego wchodzili m.in. profesor Cristobal Briceno z Universidad de Chile oraz Joanna Lambert z University of Colorad Boulder, analizował czynniki antropogeniczne, które w sposób bezpośredni i pośredni wpłynęły niszcząco na rolę ssaków w globalnym ekosystemie. Badali, jak zmieniły się interakcje w naturze i jak zmienią się w przyszłości. Sprawdzali, jak – wraz z wytępieniem przez ludzi dużych drapieżników – zmieniają się populacje huemali w Patagonii, takina w Bhutanie, dzikich koni na pustyniach czy wilków i kojotów w Ameryce Północnej. Rzeź drapieżników ma bezpośredni związek z wkraczaniem ludzi na nowe tereny.
      Nawet w najodleglejszych regionach Himalajów zdziczałe psy, bezpośredni skutek ludzkiego wkraczania na te tereny, czynią olbrzymie szkody w populacjach dzikich i udomowionych zwierząt o wielkiej wartości gospodarczej i kulturowej, mówi Tshewang Wangchuk, jeden z autorów badań i prezes Bhutan Foundation.
      Wzrost liczby ludności jest niezwykle gwałtowny. Jeszcze w 1830 roku, gdy admirał Fitzroj przepłynął przez Cieśninę Magellana, na świecie było mniej niż 1,2 miliarda ludzi. W roku 1970 było już 3,5 miliarda. Obecnie – zaledwie 50 lat później – liczba ludzi zbliża się do 8 miliardów, a ludzie wraz ze zwierzętami hodowlanymi stanowią 97% masy ssaków na Ziemi.
      Autorzy najnowszych badań zwracają uwagę, że cała sieć pokarmowa planety została głęboko zmieniona przez ludzi i są niewielkie szanse na to, by kiedykolwiek udało się przywrócić jej układ nawet z niezbyt odległych czasów czy odzyskać funkcje ekologiczne jeszcze niedawno sprawowane przez rodzime gatunki. Uczeni zauważają na przykład, że dzikie świnie żyją obecnie na każdym kontynencie z wyjątkiem Antarktyki. niszą one populacje ryb, płazów, gadów, ptaków, niewielkich ssaków, roślin i glebę. Dodatkowo zmiany klimatyczne ogrzewają oceany, przez ci zwiększają się zakwity alg, co zmniejsza połowy ryb. A wraz ze zmniejszaniem się połowów ryb wzrasta kłusownictwo na lądach.
      Naukowcy opisują też, jak popyt na kaszmir powoduje, że pasterze w Mongolii, Indiach i Chinach zwiększają swoje stada. Skutek jest taki, że coraz większa liczba zwierząt hodowlanych konkuruje o żywność z dzikimi zwierzętami zamieszkującymi te tereny, a dzikie zwierzęta są dodatkowo narażone na niebezpieczeństwo ze strony rosnącej liczby psów trzymanych przez pasterzy. Psy nie tylko zabijają roślinożerców, ale roznoszą choroby, które narażają na dodatkowe niebezpieczeństwo gatunki chronione.
      Joanna Lambert mówi, że wciąż nie jest zbyt późno, by ratować, co się da. Nie odtworzymy już przeszłości, jednak wciąż możemy uratować tę bioróżnorodność, która jeszcze pozostała.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Pewne nasze działania, np. nadmierne opalanie czy palenie, powodują, że zapadamy na nowotwory. Od jakiegoś czasu naukowcy zastanawiają się, czy my, ludzie, jesteśmy onkogenni także dla innych gatunków. Specjaliści z Uniwersytetu Stanowego Arizony uważają, że tak.
      Autorzy publikacji z pisma Nature Ecology & Evolution twierdzą, że ludzie zmieniają środowisko w taki sposób, że powoduje to nowotwory w populacjach dzikich zwierząt.
      Wiemy, że pewne wirusy mogą powodować u ludzi nowotwory, zmieniając środowisko, w którym żyją, w tym przypadku nasze komórki, w taki sposób, by było dla nich bardziej sprzyjające. Zasadniczo my robimy to samo. Zmieniamy środowisko pod siebie, a nasze przekształcenia wywierają wielopoziomowy negatywny wpływ na różne gatunki, zwiększając m.in. prawdopodobieństwo wystąpienia nowotworu - wyjaśnia dr Tuul Sepp.
      Sepp, Mathieu Giraudeau i ich współpracownicy z Australii czy Francji wskazują wcześniejsze badania, które zademonstrowały, jak ludzka działalność szkodzi zwierzętom. Chodzi m.in. o chemiczne i fizyczne zanieczyszczenie oceanów i cieków wodnych, katastrofy nuklearne czy gromadzenie się mikroplastiku w różnych środowiskach lądowych i wodnych. Oprócz tego problemy zdrowotne powodują wystawienie na oddziaływanie pestycydów i herbicydów, zanieczyszczenie sztucznym światłem oraz utrata różnorodności genetycznej.
      Nowotwory w dzikich populacjach to całkowicie ignorowany temat, dlatego chcieliśmy zainspirować badania w tej dziedzinie. Ostatnio opublikowaliśmy parę teoretycznych prac na ten temat, ale tym razem pragnęliśmy naświetlić fakt, że nasz gatunek silnie oddziałuje na częstość występowania nowotworów u wielu innych gatunków - opowiada Giraudeau.
      Naukowcy podkreślają, że na dzikie zwierzęta negatywnie wpływają zanieczyszczenie sztucznym światłem i pokarm przeznaczony dla ludzi. Z badań na ludziach wiadomo, że otyłość i niedobory różnych substancji mogą powodować nowotwory, ale u dzikich zwierząt przeważnie pomija się to zagadnienie. Jednocześnie coraz więcej dzikich gatunków styka się z antropogenicznymi źródłami pokarmu. Z drugiej strony ustalono, że sztuczne światło może [u nas] wywoływać zmiany hormonalne i prowadzić do nowotworu. [Należy pamiętać, że] zwierzęta żyjące w pobliżu miast i dróg zmagają się z tym samym problemem - nigdzie nie jest już ciemno. Wiadomo np., że u ptaków nocne światło oddziałuje na hormony, te same, które są powiązane z nowotworami u ludzi. Kolejnym krokiem powinno więc być zbadanie, czy zjawisko to wpływa także na prawdopodobieństwo rozwoju guzów.
      Choć Sepp, Giraudeau, Beata Ujvari, Paul W. Ewald i Frédéric Thomas apelują o pilne studia nt. nowotworów i ich przyczyn w populacjach dzikich zwierząt, akademicy zdają sobie sprawę, że to niełatwa sprawa do badania.
      Giraudeau podkreśla, że kolejnym krokiem musi być udanie się w teren i zmierzenie wskaźnika zachorowalności na nowotwory u dzikich zwierząt. Obecnie próbujemy opracować biomarkery, które na to pozwolą. Myślę, że interesująco byłoby zmierzyć częstość występowania nowotworów u dzikich zwierząt w środowiskach zmienionych przez ludzi i na bardziej dziewiczych obszarach.
      Jeśli ludzie wywołują nowotwory u zwierząt, zagrożonych jest więcej gatunków, niż się wydaje. Sepp dodaje, że smutne jest to, że wiemy, co szkodzi innym gatunkom, ale nadal to robimy. Nadzieją jest jednak odpowiednia edukacja.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wcześniej zakładano, że mózgi ludzkie są po prostu większymi wersjami mózgów małpich i obszary homologiczne funkcjonalnie znajdują się w tych samych miejscach. Western z Clintem Eastwoodem pokazał naukowcom, że tak nie jest.
      Podczas eksperymentu Wim Vanduffel z Harvardzkiej Szkoły Medycznej i Uniwersytetu Katolickiego w Leuven wyświetlał 24 ludziom i 4 rezusom film z udziałem Eastwooda z 1966 r. pt. "Dobry, zły i brzydki". W tym czasie wszystkich uczestników badano za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) i mapowano, jakie części mózgu odpowiadają na te same bodźce.
      Okazało się, że większość obszarów rzeczywiście anatomicznie się pokrywała, ale niektóre z pełniących te same funkcje znajdowały się w zupełnie innych rejonach mózgu. Naukowcy uważają, że dzięki tym odkryciom będzie można budować trafniejsze modele ewolucji. Wg Vanduffla, modele ekspansji powierzchni korowej trzeba będzie zrewidować.
      Studium, którego wyniki opublikowano w piśmie Nature Methods, bazuje na spostrzeżeniach jednego z członków zespołu - Uri Hassona - sprzed 8 lat. Czterem osobom wyświetlano wtedy półgodzinny fragment "Dobrego, złego i brzydkiego". Zauważono, że western doprowadził do aktywacji wielu obszarów mózgu, zwłaszcza wzrokowych i słuchowych. Ponieważ wzorzec pobudzenia był u wszystkich uderzająco podobny, uznano, że filmy wiążą się z fenomenem myślenia zbiorowego. Później powstała nawet nowa dziedzina nauki o neurokinematografia. By sprawdzić, czy zjawisko występuje nie tylko u ludzi, w najnowszym badaniu posłużono się międzygatunkową korelacją aktywacji. Rezusy i ludzie oglądali ten sam fragment, co ochotnicy z 2004 r. Po 6-krotnym obejrzeniu trzydziestominutowego klipu porównywano wzorce aktywacji mózgu przedstawicieli danego gatunku. U wszystkich ludzi były one takie same (identyczne jak przed 8 laty). U małp reakcja także była jednorodna. Gdy jednak zestawiono ludzki i małpi wzorzec aktywacji, koncentrując się na 34 obszarach kory wzrokowej, natrafiono na parę różnic.
      Podobieństwa dotyczyły przede wszystkim rejonów związanych z początkowymi etapami przetwarzania wzrokowego. W przypadku obszarów korowych wyższego rzędu okazało się, że albo znajdują się gdzie indziej, albo ulegają pobudzeniu w zupełnie innym momencie, co wg naukowców, miałoby sugerować, że ludzki mózg nie jest po prostu powiększoną kopią małpiego mózgu. Oznacza to, że niektóre funkcje mogły zostać utracone lub przeniesione do istniejących/nowych ewolucyjnie obszarów.
      Choć wstępne wyniki wydają się interesujące, trzeba pamiętać o kilku ograniczeniach. Po pierwsze, próba była mała. Po drugie, oglądając film, ludzie rozumieją język, małpy nie. Podążamy za intrygą, przewidujemy, mamy skojarzenia i przeżywamy jakieś emocje. Poza tym jednoczesna aktywacja obszaru identycznego topograficznie nie oznacza jeszcze, że i funkcja jest ta sama.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      U ludzi prospołeczne zachowania napędza przeważnie empatia. Zastanawiając się, czy podobna motywacja występuje u nienaczelnych ssaków, badacze z Uniwersytetu w Chicago postanowili zbadać szczury. Okazało się, że gryzonie te nie tylko uwalniają towarzyszy z pułapki, ale i dzielą się z nimi potem czekoladą. Chyba więc można mówić o współodczuwaniu?
      Inbal Ben-Ami Bartal i Peggy Mason podzielili 60 szczurów na pary. Po 2 tygodniach wspólnego mieszkania duety umieszczono na specjalnej arenie. Jedno zwierzę trafiało do plastikowej pułapki, którą dało się otworzyć za pomocą pchnięcia pyskiem. Wolne gryzonie wydawały się zaniepokojone sytuacją. Po 12 dniach ćwiczeń 77% nauczyło się uwalniać drugiego szczura. Grupa kontrolna stykała się z pustą pułapką oraz pułapką z pluszową myszą. W tym przypadku zwierzęta nie były tak silnie zainteresowane jej otwieraniem - sztukę tę opanowało zaledwie 12%.
      Amerykanie ustalili, że motywem działania szczurów nie mogły być korzyści zapewniane przez fizyczny kontakt. Poruszające się swobodnie gryzonie nadal uwalniały swoich kolegów, choć nie mogły się z nimi spotkać po zakończeniu misji. Naukowcy podkreślają, że wyciągając towarzysza z opresji, nie próbowały wyeliminować drażniących czy niepokojących dźwięków, bo uwięziony szczur nie nawoływał zbyt często i głośno.
      Co jest dla szczura ważniejsze: zdobycie smakołyka w postaci czekolady czy udzielenie pomocy? Eksperymenty Bartala i Mason pokazały, że w przypadku, gdy uwięziony znajdował się obok pojemnika z czekoladą, zwierzęta otwierały obie pułapki i przeważnie dzieliły się słodyczami. Podczas eksperymentu szczury równie szybko otwierały oba pojemniki, podczas gdy w warunkach kontrolnych z czekoladą i pustą pułapką zdecydowanie szybciej dobierały się do czekolady.
      Wg Bartala, pomaganie z pobudek empatycznych jest głęboko zakorzenionym ssaczym zachowaniem. Oznacza to, że nie trzeba specjalnego planowania, by się pojawiło.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Szympansy, które są najbliższymi krewnymi człowieka, nie doświadczają podczas starzenia zmniejszania się objętości mózgu. Artykuł naukowców z Uniwersytetu Jerzego Waszyngtona pt. "Różnice w starzeniu kory mózgowej między ludźmi a szympansami" ukazał się w piśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
      Chociaż inne zwierzęta doświadczają pewnego pogorszenia funkcjonowania poznawczego i atrofii mózgu podczas starzenia, wydaje się, że ludzkie starzenie jest naznaczone radykalniejszą degeneracją – podkreśla dr Chet Sherwood.
      Amerykanie posłużyli się rezonansem magnetycznym, by określić objętość całego mózgu i kilku struktur wewnętrznych. Badali 99 mózgów szympansów w wieku od 10 do 51 lat. Dane porównano z wynikami 87 ludzi w wieku od 22 do 88 lat. Zmierzono grubość istoty szarej kory nowej oraz znajdującej się pod nią istoty białej, szczególną uwagę zwracając na istotę szarą i białą płatów czołowych. Zbadano też odpowiadający za pamięć i orientację przestrzenną hipokamp. U ludzi odnotowano zmniejszanie się w ciągu życia objętości wszystkich struktur mózgowych, podobne zjawisko nie występowało jednak u szympansów (tutaj nie stwierdzono znaczących zmian związanych z wiekiem). Co ważne, skutki starzenia u ludzi były ewidentne wyłącznie po przekroczeniu maksymalnego wieku szympansów. Na tej podstawie naukowcy stwierdzili, że kurczenie się mózgu to nowe ewolucyjnie zjawisko, które stanowi wynik wydłużonego życia.
      Zespół Sherwooda uważa, że choroba Alzheimera, na którą my, ludzie, wydajemy się szczególnie podatni, może być po części skutkiem silniej zaznaczonej atrofii mózgu, która jest widoczna bardziej niż u innych gatunków nawet podczas normalnego starzenia się. Unikalne dla ludzi jest połączenie wyjątkowo długiego życia i dużego mózgu. Choć z obu przystosowań wynikają, oczywiście, korzyści, wydaje się, że ceną, jaką nasz gatunek musi za to zapłacić, jest silniejszy spadek objętości mózgu u starszych osobników.
×
×
  • Create New...