Хаос вызывает в памяти образы динозавров, разбушевавшихся в "Парке Юрского периода", или малыша моей подруги, разбушевавшегося в гостиной.
В хаотичном мире никогда не знаешь, чего ожидать. Вещи происходят постоянно, движимые любыми случайными импульсами.
Но хаос имеет более глубокое значение в связи с физикой и климатологией, связанное с тем, что определенные системы - такие как погода или поведение ребенка - являются принципиально непредсказуемыми.
Ученые определяют хаос как усиленный эффект крошечных изменений в настоящий момент, которые приводят к долгосрочной непредсказуемости. Представьте два почти одинаковых сюжета. В одной версии два человека сталкиваются на вокзале, а в другой поезд прибывает на 10 секунд раньше, и встреча не происходит. С этого момента две сюжетные линии могут быть совершенно разными.
Обычно эти мелочи не имеют значения, но иногда крошечные различия приводят к последствиям, которые продолжают усугубляться. И именно это усугубление приводит к хаосу.
Шокирующая серия открытий в 1960-х и 70-х годах показала, как легко создать хаос. Ничто не может быть более предсказуемым, чем маятник дедушкиных часов. Но если отделить маятник на полпути вниз, добавив еще одну ось, качание становится дико непредсказуемым.
Хаос отличается от случайности
Ученые, изучающие сложные системы, постоянно размышляют о том, что такое случайность.
В чем разница между колодой карт и погодой?
Вы не можете предсказать свою следующую руку в покере - если бы вы могли, вас бы выгнали из казино - в то время как вы, вероятно, можете угадать завтрашнюю погоду. Но как насчет погоды через две недели? Или через год?
Случайность, как карты или кости, непредсказуема, потому что у нас просто нет нужной информации. Хаос находится где-то между случайностью и предсказуемостью. Отличительной чертой хаотических систем является предсказуемость в краткосрочной перспективе, которая быстро разрушается со временем, как в речных порогах или экосистемах.
Почему теория хаоса имеет значение
Исаак Ньютон представлял себе физику как набор правил, управляющих вселенной с часовым механизмом - правил, которые, будучи приведенными в движение, приведут к заранее определенному результату. Но теория хаоса доказывает, что даже самые строгие правила и почти совершенная информация могут привести к непредсказуемым результатам.
Это понимание имеет практическое применение для решения вопроса о том, какие вещи вообще можно предсказать. Хаос - это то, почему ни одно приложение не сможет сказать вам погоду через две недели - ее просто невозможно узнать.
С другой стороны, более широкие прогнозы все же возможны. Мы не можем предсказать погоду через год, но мы знаем, какая погода будет в это время года. Таким образом, климат может быть предсказуем даже тогда, когда погода не предсказуема. Теории хаоса и случайности помогают ученым разобраться, какие виды предсказаний имеют смысл, а какие нет.
Даже если дети проводят по пять часов в день за экраном - будь то компьютер, телевизор или планшет - это не кажется вредным. Именно это ученые обнаружили после анализа данных, полученных от почти 12 000 участников Исследования когнитивного развития мозга подростков.
Среди участников были дети в возрасте от 9 до 10 лет из разных слоев общества, с разным уровнем дохода и разной этнической принадлежности. Мы изучили, как время, проведенное у экрана, связано с некоторыми из наиболее важных аспектов их жизни: сном, психическим здоровьем, поведением и дружбой.
Результаты не выявили никакой связи между экранами и депрессией или тревожностью ребенка. Большее количество экранного времени было связано с более прочными отношениями со сверстниками как у мальчиков, так и у девочек - у тех и других было больше друзей мужского и женского пола. Социальное использование устройств может определять эту связь; например, видеоигры - это социальная деятельность, которая, по-видимому, способствует укреплению дружеских отношений. Также, как и социальные сети.
Почему это важно
Дети проводят у экранов больше времени, чем когда-либо прежде. Родители часто беспокоятся, что эти технологии негативно влияют на детей, особенно на тех, кто вступает в подростковый возраст - критический период развития.
Что еще неизвестно
Исследование также выявило отрицательные корреляции: большее количество экранного времени предсказывало более высокий уровень проблем с вниманием, худший сон, более низкую успеваемость, а также рост агрессии и плохого поведения.
Принятые за чистую монету, эти контрастные положительные и отрицательные корреляции сбивают с толку. Хорошо или плохо экранное время?
Возможно, ни то, ни другое: если посмотреть на силу корреляций, то мы увидим лишь очень скромные ассоциации. То есть, любая связь между временем, проведенным у экрана, и различными результатами, хорошими или плохими, настолько мала, что вряд ли имеет значение на клиническом уровне.
Некоторые дети набрали меньше баллов, чем другие по этим показателям, некоторые - больше; экранное время объясняет только 2% разницы в оценках. Это говорит о том, что различия объясняются многими переменными, а не только экранным временем. Это очень маленькая часть гораздо большей картины.
Кроме того, наше исследование является корреляционным, а не причинно-следственным. Корреляционное исследование показывает, что две, казалось бы, связанные переменные не обязательно вызывают изменения друг в друге. Каузальное исследование подразумевает, что одна переменная вызвала прямое изменение другой.
Например, мы обнаружили, что подростки, которые проводят больше времени за экранами, могут проявлять больше симптомов агрессии. Но мы не можем сказать, что время, проведенное за экраном, вызывает эти симптомы; возможно, более агрессивным детям дают устройства, чтобы отвлечь их и успокоить их поведение.
Итог: хотя родители должны следить за тем, чтобы их дети использовали гаджеты надлежащим образом, наши первые исследования показывают, что длительное время, проведенное за экраном, вряд ли приведет к тяжелым последствиям.
Есть астрономы со специализацией в наблюдательной космологии - они изучают далекие галактики уже много лет. Некоторые из самых больших вопросов о Вселенной, на которые нет ответов, относятся к ее раннему периоду сразу после Большого взрыва. Когда образовались первые звезды и галактики? Что появилось первым и почему? Я невероятно рад, что астрономы скоро смогут узнать историю возникновения галактик, ведь "Джеймс Уэбб" был создан специально для того, чтобы ответить именно на эти вопросы.
"Темные века" Вселенной
Превосходные данные свидетельствуют о том, что Вселенная началась с события под названием Большой взрыв 13,8 миллиарда лет назад, в результате которого она оказалась в сверхгорячем, сверхплотном состоянии. После Большого взрыва Вселенная сразу же начала расширяться, охлаждаясь по мере этого. Через секунду после Большого взрыва Вселенная имела размеры в сто триллионов миль в поперечнике, а ее средняя температура составляла невероятные 18 миллиардов F (10 миллиардов C). Примерно через 400 000 лет после Большого взрыва Вселенная была уже 10 миллионов световых лет в поперечнике, а ее температура остыла до 5500 F (3000 C). Если бы в этот момент кто-то мог наблюдать за ней, Вселенная светилась бы тусклым красным светом, как гигантская тепловая лампа.
В течение всего этого времени пространство было заполнено густым супом из частиц высокой энергии, излучения, водорода и гелия. Не было никакой структуры. По мере того как расширяющаяся Вселенная становилась все больше и холоднее, суп истончался, и все вокруг становилось черным. Это было началом того, что астрономы называют темными веками Вселенной.
Суп Темных веков не был идеально однородным, и под действием гравитации крошечные участки газа начали слипаться и становиться более плотными. Гладкая Вселенная стала бугристой, и эти небольшие сгустки более плотного газа стали семенами для последующего формирования звезд, галактик и всего остального во Вселенной.
Хотя смотреть было не на что, Темные века были важным этапом в эволюции Вселенной.
В поисках первого света
Темные века закончились, когда под действием гравитации образовались первые звезды и галактики, которые со временем начали излучать первый свет. Хотя астрономы не знают, когда появился первый свет, лучше всего предположить, что это произошло через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва. Астрономы также не знают, что образовалось первым - звезды или галактики.
Современные теории, основанные на том, как гравитация формирует структуру во Вселенной, в которой доминирует темная материя, предполагают, что сначала образовались небольшие объекты, такие как звезды и звездные скопления, которые затем выросли в карликовые галактики, а затем в более крупные галактики, такие как Млечный Путь. Эти первые звезды во Вселенной были экстремальными объектами по сравнению с сегодняшними звездами. Они были в миллионы раз ярче, но жили очень недолго. Они горели жарко и ярко, а когда умирали, то оставляли после себя черные дыры, масса которых в сотни раз превышала массу Солнца, что могло послужить семенами для формирования галактик.
Многие биологи считают, что есть, такие типы вирусов: бактериофаги или вирусы, заражающие бактерии. Когда ДНК этих вирусов попадает в клетку, она может содержать инструкции, позволяющие клетке выполнять новые трюки.
Могучая сила бактериальных вирусов
Бактериофаги, или сокращенно фаги, держат под контролем популяции бактерий как на суше, так и в море. Ежедневно они убивают до 40% бактерий в океанах, помогая контролировать цветение бактерий и перераспределение органических веществ.
Их способность избирательно убивать бактерии также радует врачей. Природные и сконструированные фаги успешно используются для лечения бактериальных инфекций, которые не поддаются антибиотикам. Этот процесс, известный как фаговая терапия, может помочь в борьбе с устойчивостью к антибиотикам.
Последние исследования указывают на еще одну важную функцию фагов: они могут быть самыми лучшими генетическими мастерами природы, создающими новые гены, которые клетки могут перестраивать для получения новых функций.
Фаги являются самой распространенной формой жизни на планете: в любой момент в мире насчитывается не один миллион - это единица с 31 нулем после нее. Как и все вирусы, фаги имеют высокую скорость репликации и мутации, то есть при каждом размножении они образуют множество вариантов с различными характеристиками.
Большинство фагов имеют жесткую оболочку, называемую капсидом, которая заполнена их генетическим материалом. Во многих случаях оболочка имеет больше места, чем требуется фагу для хранения ДНК, необходимой для его репликации. Это означает, что у фагов есть место для хранения дополнительного генетического багажа: генов, которые на самом деле не нужны для выживания фага и которые он может изменять по своему усмотрению.
Как бактерии перенастроили вирусный переключатель?
Чтобы понять, как это происходит, давайте более подробно рассмотрим жизненный цикл фага.
Фаги бывают двух основных видов: умеренные и вирулентные. Вирулентные фаги, как и многие другие вирусы, действуют по программе "вторжение-репликация-убийство". Они проникают в клетку, захватывают ее компоненты, создают свои копии и вырываются наружу.
Фаги умеренного типа, с другой стороны, играют в долгую игру. Они соединяют свою ДНК с ДНК клетки и могут лежать в спящем состоянии годами, пока что-то не вызовет их активацию. Тогда они возвращаются к вирулентному поведению: реплицируются и вырываются наружу.
Многие умеренные фаги используют повреждение ДНК в качестве пускового механизма. Это своего рода сигнал "Хьюстон, у нас проблема". Если ДНК клетки повреждается, это означает, что ДНК фага-резидента, скорее всего, будет повреждена следующей, поэтому фаг мудро решает перепрыгнуть на другой корабль. Гены, которые направляют фаг на репликацию и вырываются наружу, выключены, если не обнаружено повреждение ДНК.
Бактерии перенастроили механизмы, контролирующие этот жизненный цикл, чтобы создать сложную генетическую систему, которую ученые изучают уже более двух десятилетий.
Бактериальные клетки также заинтересованы в том, чтобы знать, не повреждается ли их ДНК. Если это так, они активируют набор генов, которые пытаются восстановить ДНК. Эта реакция известна как бактериальная реакция SOS, потому что если она не сработает, клетка погибнет. Бактерии организуют SOS-ответ с помощью белка, похожего на переключатель, который реагирует на повреждения ДНК: Он включается, если есть повреждение, и выключается, если его нет.
Возможно, что бактериальные и фаговые переключатели эволюционно родственны. В связи с этим возникает вопрос: Кто изобрел переключатель, бактерии или вирусы?
Предыдущие исследования и работы других исследователей показывают, что фаги сделали это первыми. В нашем недавнем докладе мы обнаружили, что SOS-реакция бактерий Bacteroidetes, группы бактерий, составляющих до половины бактерий, живущих в вашем кишечнике, находится под контролем фагового переключателя, который был перенастроен для реализации собственных сложных генетических программ бактерий. Это позволяет предположить, что бактериальные SOS-переключатели на самом деле являются фаговыми переключателями, которые были перенастроены много веков назад.
Не только бактериальные переключатели оказываются изобретениями фага. Прекрасная детективная работа показала, что бактериальный ген, необходимый для деления клеток, также возник в результате "одомашнивания" гена токсина фага. А многие системы бактериальной атаки, такие как токсины и генетическое оружие, используемое для их введения в клетки, а также камуфляж, который они используют для уклонения от иммунной системы, известны или подозреваются в фаговом происхождении.
Положительные стороны вирусов.
Хорошо, подумаете вы, фаги - это здорово, но вирусы, которые нас заражают - это, конечно, не круто. Тем не менее, появляется все больше доказательств того, что вирусы, заражающие растения и животных, также являются основным источником генетических инноваций в этих организмах. Например, было показано, что одомашненные вирусные гены играют ключевую роль в эволюции плаценты млекопитающих и в поддержании влажности кожи человека.
Последние данные свидетельствуют о том, что даже ядро клетки, в котором находится ДНК, также могло быть вирусным изобретением. Исследователи также предположили, что предки современных вирусов могли быть пионерами в использовании ДНК в качестве первичной молекулы для жизни. Не такой уж маленький подвиг.
Поэтому, хотя вы привыкли считать вирусы квинтэссенцией злодея, они, возможно, являются мощным двигателем генетических инноваций в природе. Люди существуют сегодня, скорее всего, благодаря им.
Этот прорыв в медицине обычно приписывают одному человеку, Фредерику Бантингу, который искал лекарство от диабета. Но создание надежного средства для лечения диабета зависело от исследований двух других ученых, Оскара Минковского и Сёрена Сёренсена, которые ранее проводили исследования на, казалось бы, несвязанные темы.
История инсулина иллюстрирует тот факт, что медицинские инновации строятся на фундаменте науки, а затем требуются квалифицированные инженеры, чтобы вывести лечение из лаборатории и доставить его людям, которые в нем нуждаются.
Техническая поддержка проекта ВсеТут