Синапсы: почему нейроны не соединяются физически?
Вопрос от Пении из Индии: «В недавнем эпизоде вы объяснили, как нейроны соединяются синапсами. Есть ли объяснение тому, как нейроны «знают», как оставить синаптическую щель и не соединяться физически аксонами и дендритами?»
Ответ: Вопрос о том, почему нейроны не сталкиваются, долгое время не возникал. Синапс – микроскопическая область жидкости между нейронами. Электрический импульс в одном нейроне (красном) не может перепрыгнуть через синапс к другому нейрону (синему). Вместо этого электрический сигнал преобразуется в высвобождение химических посредников – нейротрансмиттеров, которые перемещаются через синапс и связываются с рецепторами на втором нейроне.
В XIX веке существовала дискуссия: является ли мозг одной непрерывной сетью (сенсиум) или состоит из отдельных нейронов (нейронная доктрина). Преобладающей была сенсиальная теория, утверждающая, что нейроны сливаются. Однако, группа учёных отстаивала нейронную доктрину, утверждая, что между нейронами существует зазор. Разрешение спора стало возможным благодаря методу Гольджи, позволившему визуализировать синаптическую щель. Это открытие принесло Нобелевские премии Камилло Гольджи и Сантьяго Рамон-и-Кахалю. Ирония в том, что Гольджи был сторонником сенсиальной теории.
Развитие нейронов включает рост отростков, которые должны найти друг друга и соединиться. Как они знают, как приблизиться, но не соприкоснуться? Это осуществляется благодаря хемоаттрактантам и хеморепеллентам, молекулам, которые привлекают или отталкивают растущие аксоны. Когда аксон приближается к цели, нейрон-мишень перестаёт выделять хемоаттрактанты и начинает выделять хеморепелленты, обеспечивая оптимальное расстояние. Процесс похож на стыковку космического корабля. Наконец, формируется структурная матрица, удерживающая нейроны на нужном расстоянии.
Гомосексуальность: генетические и пренатальные влияния
Вопрос от Даниэля из Бразилии: «Говоря о том, как виды ведут себя для размножения и передачи генов, какова ваша теория гомосексуальности?»
Ответ: Единой теории нет. Гомосексуальность встречается во всех культурах. В среднем, геи оставляют меньше копий своих генов, чем гетеросексуальные люди. Почему этот признак сохранился, если он не адаптивен?
Возможные объяснения:
- Влияние среды: Пренатальная среда (уровень андрогенов, стресс) может влиять на сексуальную ориентацию. У женщин-лесбиянок в среднем был более высокий уровень воздействия андрогенов во время беременности, у геев — меньший. Стресс также может повышать вероятность гомосексуальности. Мужской плод сильнее воздействует на иммунную систему матери, что может привести к иммунному антагонизму к андрогенным признакам. Чем больше у мужчины старших братьев, тем выше вероятность его гомосексуальности.
- Генетическое влияние: Хотя нет отдельного «гена гомосексуальности», есть множество генетических вариантов, статистически связанных с сексуальной ориентацией. Это указывает на генетическое влияние, но не предопределенность.
- Кин-селекция: Возможно, гомосексуальные люди помогают своим родственникам передавать гены, компенсируя собственное меньшее количество потомства. В среднем, геи оставляют больше денег своим племянникам и племянницам, а у племянников и племянниц геев выше показатели выживания и репродуктивного успеха. Это может быть альтернативной репродуктивной стратегией.
Биологическое исследование показывает, что сексуальная ориентация и идентичность – континуум, а не бинарное разделение. Природа любит разнообразие, общество – однообразие.
Нобелевская премия по химии 2023 года и искусственный интеллект
Нобелевская премия по химии 2023 года была присуждена за решение проблемы сворачивания белков. Традиционно это считалось неразрешимой задачей.
Центральная догма биологии: ДНК определяет РНК, РНК определяет последовательность аминокислот в белке, а последовательность аминокислот определяет форму и функцию белка. Проблема заключалась в предсказании формы белка на основе его аминокислотной последовательности. Сложность обусловлена взаимодействием аминокислот друг с другом и с водой.
Премию получили Демис Хассабис и Джон Джумпер, специалисты по информатике, создавшие программу искусственного интеллекта, способную решать эту задачу. Это вызвало дискуссии о роли ИИ в научных исследованиях. В этом контексте также отмечается присуждение Нобелевской премии по физике 2023 года пионерам в области ИИ. Возникает вопрос: начинается ли эра, когда ИИ будет решать основные научные проблемы без непосредственного участия учёных?