Инженерам давно известно, что лучше всего собирать систему из модулей. Если один из компонентов перестанет работать, достаточно его заменить, будь то видеокарта компьютера, генератор автомобиля или камера космического телескопа.

Напротив, если проблемы начнутся у монолитного комплекса (экономики, финансовых рынков), их будет очень трудно исправить.

Как ни странно, это правило действует и в природе. Биологические системы, как правило, модульны — в частности те, которые могут рассматриваться как сети: мозг, генетические регуляторные сети, метаболические пути. (Сети являются модульными, если они содержат сильно связанные друг с другом скопления узлов, которые с другими кластерами соединены очень слабо.)

Здесь возникает важный вопрос: каким образом биологические сети приобрели такое свойство? Должно быть какое-то эволюционное давление, но какое?

Тайна усугубляется преимуществами, которые даёт модульность. Это делает системы более способными к развитию в случае изменения окружающих условий. Поскольку мутации влияют обычно на один модуль, они приводят к конкретным небольшим изменениям приспособляемости системы. Эволюция с лёгкостью выбирает между «за» и «против» этих изменений.

Немодульным системам развиваться сложнее, потому что мутации в них обычно влияют на всю систему и далеко не всегда оказываются полезными, о чём свидетельствуют различные эксперименты.

Но модульность, само собой, даёт явное преимущество, когда она уже существует. Это не объясняет, как и почему она развивается.

Недостатка в гипотезах нет. Одна из точек зрения гласит, что модульность возникает в быстро меняющейся среде, в которой существуют общие подзадачи, но различные проблемы первого уровня. Однако реальных доказательств в пользу этого мнения пока не найдено.

По этим причинам появление модульности остаётся одним из наиболее важных открытых вопросов в биологии.

Ход Липсон из Корнеллского университета (США) и его коллеги предлагают ещё одно объяснение. По их словам, недооценивается такой ключевой фактор, как стоимость создания и поддержки сети. «Модульность развивается не потому, что она расширяет возможности эволюции, а в качестве побочного продукта снижения стоимости подключения к сети», — говорят исследователи.

Речь идёт о расходах на изготовление соединений и их содержание, об энергии, необходимой для передачи информации по ним и для сдерживания сигналов. Стоимость растёт с увеличением числа соединений и их длины.

«Действительно, многочисленные исследования сосудистой и нервной систем (в том числе головного мозга) показали, что суммарная длина схемы сведена к минимуму», — подчёркивают авторы гипотезы.

Очевидно, что у таких сетей есть важные преимущества.

Для проверки идеи г-н Липсон и коллеги разработали компьютерную среду для измерения способности различных сетей приспосабливаться к тем или иным обстоятельствам. Поначалу сети были случайными, и ни одна из них не показала хороших результатов. Но некоторые были чуть лучше других, и именно они чаще давали «потомство». Следующее поколение не являлось точной копией предыдущего, ибо содержало случайные изменения. Таким образом и происходит биологическая эволюция.

Компьютер измерял сети по двум критериям. Первый был очень простым: насколько хорошо система распознавала некий набор входных данных. А второй требовал принять во внимание затраты на поддержание сети.

Так вот, сети, которые демонстрировали лучшие показатели по первому критерию, через 25 тыс. поколений точно идентифицировали входящие сигналы. Но только те, что набирали больше баллов по второму критерию, были модульными. То есть модульность делает систему более гибкой (в мире ограниченных ресурсов минимум затрат — важное преимущество), но дело не в стремлении к модульности, а в необходимости свести к минимуму расходы.

Результаты исследования, опубликованные на сайте arXiv, могут иметь большое практическое значение. В последние годы так называемые эволюционные вычисления используются всё чаще — и в анализе рентгеновских снимков, и в работе с наборами данных для проектирования (например, деталей для сверхзвуковых самолётов). При этом инженеры никак не могли понять, как заставить систему стать модульной. Быть может, теперь НТР пойдёт ещё немного быстрее?..

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 Лемуры — самые уязвимые млекопитающие на Земле, утверждают специалисты Международного союза охраны природы (МСОП). На минувшей неделе МСОП организовал конференцию на Мадагаскаре, чтобы обсудить судьбу 103 видов лемуров.

Мадагаскар может похвастаться самой большой в мире долей видов лемуров. При этом приматологи уверяют, что эти животные куда больше прочих позвоночных рискуют исчезнуть с лица земли. Конференция пересмотрела статус более 90% видов лемуров, которые встречаются только на этом острове: теперь они классифицируются в списке исчезающих видов МСОП как находящиеся на грани исчезновения, подвергающиеся опасности или же уязвимые.

Исчезновение тропического лесного ареала приматов и повышение спроса на мясо диких животных резко сократили численность лемуров с 2009 года, когда на Мадагаскаре произошёл государственный переворот и все усилия по сохранению видов пошли прахом. Неопределённость политической обстановки ухудшила материальное положение населения и увеличила незаконную вырубку леса. Активизировалась и охота на лемуров, так что эта угроза куда более серьёзна, чем представлялось.

На долю мадагаскарских лемуров приходится 20% всех приматов, сконцентрированных на участке площадью менее 1% мирового ареала обезьян. На этом острове в Индийском океане встречается самый маленький на Земле лемур весом 30 граммов и редкий голубоглазый лемур — единственный вид человекообразных, имеющий глаза такого цвета.

С 2000 года здесь были открыты 40 новых видов лемуров.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 В последние годы в астрономической среде предпринимаются попытки разработать методику, позволяющую обнаружить океан жидкой воды на поверхности экзопланет. Важность такой находки ясна: биологи уверяют, что океан — необходимая предпосылка жизни. Однако, согласно последнему исследованию, астрономы вполне могут обнаружить вместо океана нечто совсем иное.

Жидкая вода под светом ближайшей звезды имеет тенденцию блестеть, мерцая при этом. Казалось бы, это позволяет обнаружить океан жидкой воды даже тогда, когда саму планету увидеть не удаётся. Собственно говоря, лунную или солнечную дорожку на воде должно быть очень хорошо видно из космоса. И фото со спутников подтверждают это.

При прохождении планетой фазы «серпа» в тот момент суток, когда мы наблюдаем часть её поверхности неосвещённой, альбедо должно периодически меняться за счёт блеска поверхности воды.

Но группа исследователей из Северо-Западного университета (США) под общим руководством Николаса Коуэна решила выяснить, можем ли мы спутать такие колебания с чём-то ещё. Для этого была смоделирована Земля в период её годового цикла, как бы наблюдаемая из иной планетной системы.

Из модели заранее исключили зеркальные отражении света Солнца от поверхности океанов. Как будто океанов на нашей планете никогда не было. И тем не менее периодические вспышки — рост альбедо с разной периодичностью — выявить удалось. Что за комиссия, создатель?

Планеты с небольшим наклоном оси, как у Земли, оказались склонны к резким и сильным переменами альбедо в период около 22 июня и 22 декабря, сначала в северном, а затем и в южном полушарии. Тогда, когда Земля будет выглядеть для инопланетных астрономов серпом, отражения ото льда полярных шапок будут резко увеличивать альбедо по сравнению с периодами около 22 сентября и 22 марта, когда освещённость полюсов ближе к освещённости экваториальных областей. «Проблема в том, — отмечает г-н Коуэн, — что свет отражают как раз те регионы, где много льда. То есть вероятность активной жизни там мала». Скажем, водный лёд есть в приполярных районах Луны и Меркурия, но жизни там нет.

И тем менее найти экзоокеаны можно, хотя и другими методами. Первый предложенный исследователями путь — вариации цветов поверхности: если в одном из полушарий доминирует океан, а в другом — суша, цвета поверхности будут меняться систематически. Второй механизм поиска — частичная поляризация света, отражающегося от океанов (вода в существенной степени поляризует преломляемый свет). Третий метод включает отслеживание отражения в период убывания видимого диска на протяжении всего года планеты. Если сезонной вариации альбедо не будет, а суточная окажется устойчивой, то вариант отражения света полярными льдами можно будет отринуть и считать, что речь идёт об океане. Правда, все эти механизмы надёжно работают лишь для планет, в среднем покрытых облачностью не более чем на 50% (впрочем, у Земли и того нет).

Соответствующая работа принята к публикации в Astrophysical Journal.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

 Вместо того чтобы сознательно добираться до островов индонезийского архипелага на лодках, гоминины, возможно, прибывали на эти клочки суши, держась за плавучий мусор, смытый наводнением.

Дэвид Уилкинсон из Ливерпульского университета имени Джона Мурса и Грэм Ракстон из Сент-Эндрюсского университета (Великобритания) попытались подсчитать вероятность того, что попытки основать островные поселения в первобытную эпоху закончились успехом. В основу анализа закладывались оценки численности населения Полинезии в разное время.

Они обнаружили, что у пяти молодых пар имелся 40-процентный шанс на создание популяции из пятисот особей или же популяции, способной просуществовать 500 лет. Шансы десяти случайных выживших на тот же успех равнялись всего 20%. Но если каждые 50 лет к ним приплывало от одного до четырёх новичков, вероятность выживания увеличивалась до 47%.

Находки каменных инструментов говорят о том, что гоминины (возможно, человек прямоходящий) достигли Флореса 1 млн лет назад. Знаменитый человек флоресский, быть может, как раз и произошёл от той популяции. Между тем недавно исследователи заключили, что неандертальцы получили доступ к лодкам 100 тыс. лет назад: с их помощью они добрались до греческих островов Лефкас, Кефалония и Закинф.

Новые данные позволяют предположить, что в обоих случаях гоминины могли достичь островов без лодок. Известно, что другие млекопитающие на подобный подвиг способны: крысы и стегодон (вымерший родственник слона) пересекли глубоководный канал между индонезийскими островами Ява и Флорес. Слоны — хорошие пловцы, а крысы могли приплыть вместе с мусором.

Случайная колонизация Флореса — дело трудное, но не невозможное, комментирует Майк Морвуд из Вуллонгонгского университета (Австралия). Однако, по его словам, быстрое заселение Австралии и крупных островов Западной Меланезии 45–50 тыс. лет назад всё же указывает на преднамеренные путешествия на лодках.

Результаты исследования опубликованы в Journal of Human Evolution.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Группа палеонтолога Карлоса Харамильо из Смитсоновского института тропических исследований (Панама) обнаружила новый вид ископаемых черепах, живший 60 млн лет назад на северо-западе Южной Америки.

Животное назвали Puentemys mushaisaensis, потому что его нашли в карьере Ла-Пуэнте угольной шахты Серрехон. Это место прославилось также останками Titanoboa — крупнейшей змеи в истории и Carbonemys — пресноводной черепахи размером с маленький автомобиль.

Короче говоря, всё, что находят в Серрехоне, поражает своими габаритами. Не исключение и Puentemys — 5 м в длину! Тем самым получено ещё одно доказательство того, что после вымирания динозавров тропические рептилии были много больше, чем сейчас.

Главная особенность новой черепахи — почти идеально круглый панцирь диаметром с шину большого грузовика. Быть может, это ставило перед хищниками (той же Titanoboa) неразрешимые проблемы и (или) помогало регулировать температуру тела. С одной стороны, диаметр панциря превосходил ширину пасти гигантской змеи, а с другой — увеличивал количество падавшего на панцирь солнечного света, позволяя холоднокровному животному поддерживать необходимый для выживания уровень активности.

Результаты исследования опубликованы в Journal of Paleontology.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Колибри запоминают самые «вкусные» цветы по их расположению, а не по внешнему виду

Цвет играет важную роль в пищевом поведении самых разных животных, от пчёл и бабочек до собак. Цветное зрение помогает понять, годится ли тот или иной объект в пищу — например, вкусен ли нектар у этого цветка и т. д. Логично было бы предположить, что и птицы ведут себя похожим образом, учитывая при поиске пищи её цвет. Но, как выяснили исследователи из Университета Сент-Эндрюс (Великобритания), колибри представляют собой исключение: выбирая цветок, чтобы полакомиться нектаром, они не обращают никакого внимания на его цвет.

Насчёт колибри долгое время велись споры: одни утверждали, что птицы предпочитают красные цветы всем прочим, другие говорили, что это просто совпадение, а на самом деле решающую роль играет расположение цветка. Британским орнитологам удалось разрешить этот спор, поставив такой эксперимент. Учёные сделали для колибри четыре типа искусственных цветков: одни содержали 30-процентный раствор сахара, другие — 20-процентный, третьи наполнялись нектаром через 10 минут после визита колибри, четвёртые — спустя 20 минут. Большинству птиц понадобилось в среднем около 30 часов и 189 визитов, чтобы понять разницу между «быстро возобновляемыми» цветами и «медленно возобновляемыми». Одной особо умной колибри хватило всего 50 посещений цветков, чтобы понять эту разницу.

Но что самое важное, как пишут исследователи в журнале Animal Behaviour, цвет не играл никакой роли в запоминании птицами самых вкусных или быстро заполняемых цветков. Дело тут не в отсутствии цветного зрения: оно у колибри есть, и даже получше человеческого. Но при облёте цветков колибри ориентируются на их местоположение, а не на раскраску. Если зоологи смещали цветки на 20–50 см, то птицы переставали их замечать: не обнаружив цветка на привычном месте, они не пытались его искать, а летели к другому. То, что перемещённый цветок был рядом, лишь чуть в стороне, их не волновало.

Цветы растений, на которых кормятся колибри, могут довольно сильно различаться по количеству и качеству нектара, но все они при этом будут одного цвета. Естественно, что для колибри в этом случае имеет смысл запомнить, где находится нужный цветок, а уж его цвет играет второстепенную роль.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Земная кора неоднородна: она подразделяется на более лёгкую континентальную и плотную океаническую. Первая толще (30–40 км) как раз за счёт своей лёгкости; именно это позволяет ей настолько возвышаться, плавая в мантии.

По общепринятым представлениям, тектонические плиты сталкиваются, океаническая кора погружается в мантию, где на определённой глубине частично плавится, после чего расплавленная порода снова возносится на поверхность. Так формируются континенты.

Состав континентальной коры соответствует таковому коры океанической, которая расплавилась настолько, что от неё осталось 10–30%. К сожалению, концентрации основных химических компонентов в повторно затвердевшей породе не позволяют судить о том, на какой глубине происходило смешивание. Необходимо знать, каким был состав остальных 70–90%.

Дабы нащупать подходы к решению этой проблемы, Торстен Нагель из Боннского университета и Карстен Мюнкер из Кёльнского университета (оба — ФРГ) проанализировали старейшие (3,8 млрд лет) образцы континентальной коры, которые находятся в западной части Гренландии.

Прежде чем магма отделится от коренной подстилающей породы, полужидкая порода и остаток твёрдых минералов активно обмениваются микропримесями. «У каждого минерала — свой способ отделения при плавлении рассеянных элементов, — поясняет соавтор Элис Хоффманн из Боннского университета. — Иными словами, концентрация микроэлементов в расплаве указывает на состав остаточной коренной породы».

Ну а концентрация микропримесей в старейшей континентальной породе должна была позволить учёным реконструировать первоначальную коренную породу, чтобы выяснить, на какой глубине образовалась континентальная кора.

Исследователи провели компьютерное моделирование состава коренных и расплавленных пород, которые могли возникнуть в результате частичного плавления океанической коры на различной глубине и при различной температуре. Результаты сравнили с наличной концентрацией микропримесей в старейших континентальных породах.

Выяснилось, что кора первых континентов, скорее всего, сформировалась на глубине 30–40 км. И это означает, что в архее океаническая кора могла в некотором смысле «сочиться» континентальными породами, поскольку 4 млрд лет назад Земля была ещё довольно горяча.

Выходит, первые континенты возникали вовсе не в зонах субдукции (кстати, есть сомнения, что эти зоны в то время существовали).

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

и стоит искать на Марсе окаменелости, то только в грязи и глине: лучше сохраняются.

Увы, анализ 226 марсианских областей, которые считаются дном высохших водоёмов, показал, что лишь треть из них имеет соответствующие отложения на поверхности.

Группа учёных из Университета Брауна (США) изучила фотографии, полученные космическими аппаратами Mars Reconnaissance Orbiter, Mars Odyssey и Mars Express. Специалисты находили древнее озеро, а затем анализировали свет, отражённый от него.

Найдено всего 79 подходящих мест. Это может говорить и о том, что марсианская вода смешивалась с грунтом не так, как на Земле (для создания глины необходима проточная вода, которая вымывает частицы минералов и перемешивает их), и о том, что вода пребывала на поверхности Красной планеты очень недолго. Но если хоть какая-то жизнь всё же успела развиться, залежи глины и донные отложения должны содержать её следы — и размер организма значения не имеет.

Кстати, марсоход «Кьюриосити», который приступит к работе этим летом, как раз займётся поиском соответствующих месторождений в кратере Гейла.

Все изученные озёра более чем за 3,7 млрд лет были скрыты лавой или ледниками, которые затем подверглись сильной эрозии, после чего отложения снова показались на поверхности. Самый яркий пример — область под названием Русло Нила (Nili Fossae), где высохшие озёра встречаются особенно часто. Этот регион претерпел настолько сильную эрозию, что обнажились породы возрастом 4,1 млрд лет. Специалисты очень надеются на помощь подобных процессов.

Результаты исследования опубликованы в журнале Icarus.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Зоологи ломают голову над загадкой некоторых видов саламандр: у их самцов почки во время сезона размножения функционируют как вторичный половой признак, выделяя загадочный секрет с неясным предназначением.

У животных можно найти великое множество вторичных половых признаков, используемых для привлечения брачного партнёра. Обычно это что-то бросающееся в глаза, что может быть легко оценено по достоинству — например, павлиний хвост или женская грудь. Все изменения, которые происходят с самцом или самкой в брачный период, должны быть хорошо заметны. Но в случае зеленоватых тритонов зоологи столкнулись с загадкой. У тритоньих самцов в сезон размножения иначе функционируют почки, и кто бы знал, зачем.

У этих амфибий оплодотворение происходит с помощью сперматофора — слизистого пузыря с семенем, который самка может хранить в своём теле до тех пор, пока не настанет время отложить икру. Но перед формированием сперматофора, как пишут в Journal of Herpetology исследователи из Университета Миссури в Сент-Луисе (США), почки самцов претерпевают странные изменения. Они начинают выделять некий гликопротеиновый секрет, а стенки почечных протоков утолщаются. Всё это совпадает по времени с привычными «брачными» изменениями — утолщением хвоста и активацией половых желёз. Такие же изменения в почках были обнаружены ещё у нескольких видов саламандр.

Очевидно, почки амфибий выполняют ещё и функцию вторичных половых признаков. Но в чём она заключается, исследователи сказать не могут. Выделяемый секрет может быть феромоном, привлекающим самок, а может улучшать качество спермы, повышая жизнеспособность и подвижность сперматозоидов.

Саламандры не единственный пример, когда почки играют непонятную роль в размножении; точно так же зоологи не могут выяснить, что за секрет выделяют в брачный период почки змей и ящериц. Загадку удалось разгадать лишь однажды — в случае с колюшками: у этих рыб почечные выделения самца помогают склеить ритуальное гнездо, в которое он приглашает самку во время ухаживания.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Коричневая бойга преодолевает воздушные зазоры длиной до полутора метров по горизонтали и свыше двух метров по вертикали.

Коричневая древесная змея (коричневая бойга) появилась на небольшом тихоокеанском острове Гуам около 70 лет назад. Мало кто мог тогда предположить, что она истребит 11 из 12 местных видов птиц, что плотность змей на острове составит две тысячи особей на квадратный километр, а экономика острова понесёт миллиардные убытки из-за того, что каждые несколько дней змеи будут вызывать аварийные отключения электроэнергии.

Коричневая бойга обладает феноменальными способностями к лазанью, и ей ничего не стоит перейти с дерева на стоящую рядом вышку электропередачи.

Брюс Джейн из Университета Цинциннати (США) несколько лет изучает биомеханические способности этой змеи. Главная её особенность в следующем: коричневая бойга без проблем преодолевает расстояние между ветками: при трёхметровой длине тела она может «перелететь» полутораметровый горизонтальный провал. А если ей нужно забраться на ветку, которая находится не на одной с ней высоте, а намного выше? В этом случае способности змеи и вовсе выше всяких похвал.

Брюс Джейн с коллегой Грегори Бирнсом из нью-йоркского колледжа Сиена тщательным образом протестировали способности коричневой бойги к преодолению зазоров, расщелин и щелей, которые могут оказаться на пути у рептилии. Оказалось, змее проще подниматься вверх, чем вытягиваться через горизонтальные пропасти. Во втором случае ей труднее бороться с силами тяготения, и чем длиннее она вытянется без опоры, тем сильнее её будет тянуть к земле. Перебираясь через горизонтальные зазоры, бойга может преодолеть лишь те, что не превышают 58% длины её тела. Но результат всё равно внушительный: более половины своего тела змея может удерживать горизонтально на весу. Прямые провалы ей, естественно, даются проще, чем те, где противоположная ветка находится в стороне: в этом случае, изгибая тело, змее приходится жертвовать ещё 13% длины «моста».

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА