The post Cum arăta Homo sapiens acum 315.000 de ani appeared first on Info Natura.
]]>O nouă reconstituire facială digitală ne oferă o imagine asupra felului în care ar fi putut arăta un Homo sapiens care a trăit în urmă cu aproximativ 315.000 de ani, în nordul Africii. Cercetătorii au folosit fosilele descoperite la Jebel Irhoud, în Maroc, și metode moderne de modelare 3D pentru a reconstrui chipul unuia dintre cei mai vechi reprezentanți cunoscuți ai speciei noastre.
Cu aproximativ 315.000 de ani în urmă, într-o regiune din nordul Africii, trăiau oameni care, priviți prin prisma evoluției, se aflau foarte aproape de începuturile speciei noastre. Nu le cunoaștem chipurile din fotografii, desigur, dar fosilele lor au păstrat suficiente informații pentru ca oamenii de știință să poată reconstrui, cel puțin aproximativ, felul în care arătau.
Acum, o echipă de cercetători a realizat o nouă reconstituire facială a unui Homo sapiens de la Jebel Irhoud, în Maroc. Rezultatul este o imagine fascinantă a unui om care a trăit cu sute de mii de ani înainte ca primele civilizații să apară și cu mult înainte ca omul modern să se răspândească pe toate continentele.
Povestea începe în anii 1960, când un muncitor care extrăgea minerale la Jebel Irhoud a descoperit un craniu cu trăsături evident umane. Fosila, denumită Irhoud 1, a fost inițial interpretată drept o variantă africană a neanderthalienilor și i s-a atribuit o vârstă de aproximativ 40.000 de ani.
Pe măsură ce metodele de datare s-au îmbunătățit, vârsta estimată a fosilei a fost împinsă tot mai mult în trecut. În 1991, cercetătorii au estimat că aceasta avea între 100.000 și 200.000 de ani, iar în 2007 vârsta estimată ajunsese la aproximativ 160.000 de ani.
Schimbarea majoră a venit în 2017. Două studii au reclasificat fosilele de la Jebel Irhoud drept Homo sapiens și au stabilit o vârstă de aproximativ 315.000 de ani. Descoperirea a schimbat imaginea pe care cercetătorii o aveau despre originile speciei noastre și a făcut din oamenii de la Jebel Irhoud cei mai vechi reprezentanți cunoscuți ai Homo sapiens.
Este important însă un detaliu: acești oameni nu arătau neapărat exact ca oamenii moderni. Fosilele de la Jebel Irhoud combină unele caracteristici faciale asemănătoare celor întâlnite la oamenii de astăzi cu trăsături mai primitive, ceea ce sugerează că evoluția lui omului de astăzi nu a fost o transformare bruscă, ci un proces desfășurat în timp.
Pentru noua reconstrucție, cercetătorii au pornit de la modelul tridimensional al craniului de la Jebel Irhoud pus la dispoziție de Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology. Modelul este unul compozit. Irhoud 1, fosila descoperită inițial în 1961, furnizează cea mai mare parte a cutiei craniene și partea superioară a feței. Alte componente au fost completate cu elemente provenite de la indivizi diferiți din aceeași populație și din același strat arheologic.
Mandibula provine de la individul Irhoud 11, iar alte fragmente provin de la exemplarele Irhoud 10, Irhoud 21 și Irhoud 22. Cercetătorii au considerat că aceste componente sunt compatibile din punct de vedere anatomic și că provin de la aceeași populație.
Folosind datele tridimensionale disponibile, echipa de cercetători a creat mai întâi un model 3D al craniului prin fotogrammetrie. Apoi a folosit o metodă numită deformare anatomică constrânsă, prin care o tomografie computerizată a unui adult modern a fost remodelată astfel încât să respecte geometria craniului fosil. Pentru grosimea țesuturilor moi au fost utilizate date provenite de la persoane de origine africană.
Rezultatul nu este, așadar, o simplă reprezentare artistică a unui om preistoric. Forma de bază a feței este legată de informațiile anatomice oferite de fosile.
Reconstrucția a oferit cercetătorilor și o estimare interesantă privind volumul cavității craniene. Modelul indică aproximativ 1.364 de mililitri, o valoare foarte apropiată de cea de 1.375 de mililitri obținută în 2018 prin tomografii computerizate directe ale fosilei. Alte studii au indicat pentru endocraniul lui Irhoud 1 valori cuprinse între 1.305 și 1.480 de mililitri. Toate acestea se încadrează în intervalul întâlnit la oamenii moderni.
Aici apare una dintre cele mai interesante caracteristici ale fosilelor de la Jebel Irhoud. Deși fața prezintă o serie de trăsături apropiate de cele ale oamenilor moderni, forma cutiei craniene este mai arhaică.
Cu alte cuvinte, Homo sapiens nu a apărut dintr-odată cu toate caracteristicile anatomice pe care le asociem astăzi cu omul modern. Unele dintre acestea au apărut și s-au modificat în momente diferite ale evoluției. Chipul reconstruit de la Jebel Irhoud oferă tocmai o imagine a acestei perioade de tranziție.
Cercetătorii au realizat două variante principale ale reconstrucției. Prima este o reprezentare neutră, în tonuri de gri, fără păr. Scopul ei este să evidențieze relația dintre structura osoasă și forma estimată a feței. Este varianta mai apropiată de abordarea științifică și permite observarea modului în care anatomia craniului determină aspectul reconstruit. A doua variantă este mult mai familiară pentru public: are culoare, piele, păr și barbă.
Aici trebuie făcută însă o distincție importantă. Culoarea pielii, părul, barba și iluminarea din această imagine nu sunt informații conservate în fosilă. Ele reprezintă elemente artistice și speculative, construite pe baza unor convenții și a informațiilor disponibile despre populațiile umane arhaice și moderne.
Prin urmare, imaginea nu trebuie privită ca o fotografie a unui om care a trăit acum 315.000 de ani. Este mai degrabă o reconstrucție anatomică ce încearcă să transforme datele oferite de fosile într-o imagine pe care ochiul uman o poate înțelege.
Reconstituirea chipului de la Jebel Irhoud este mai mult decât un exercițiu spectaculos de imagistică digitală. Ea ne ajută să vizualizăm o perioadă esențială din evoluția umană.
În urmă cu aproximativ 315.000 de ani, Homo sapiens exista deja în Africa. Dar oamenii care purtau această denumire nu erau încă identici din toate punctele de vedere cu oamenii de astăzi.
Fosilele de la Jebel Irhoud susțin astfel o idee tot mai importantă în paleoantropologie: evoluția speciei noastre a fost probabil un proces complex, desfășurat în mai multe regiuni ale Africii și pe o perioadă îndelungată.
Iar acum, datorită modelării 3D și tehnicilor de reconstituire facială, putem face ceva ce până de curând părea aproape imposibil: să privim, cu toate limitele unei astfel de reconstrucții, chipul unui om care a trăit cu sute de mii de ani înaintea noastră.
Poate că cea mai interesantă concluzie nu este cât de diferit arăta acel Homo sapiens, ci cât de familiar ne poate părea. În spatele reconstrucției digitale se află un om care a trăit într-o lume foarte diferită de a noastră, dar care făcea deja parte din aceeași specie ce, mult mai târziu, avea să populeze planeta.
Sursa: Sci News
The post Cum arăta Homo sapiens acum 315.000 de ani appeared first on Info Natura.
]]>The post Plasticoral, noua formă de poluare în care plasticul devine parte din coral appeared first on Info Natura.
]]>Cercetătorii au descoperit pe trei plaje din Okinawa, Japonia, o formă neobișnuită de poluare pe care au numit-o plasticoral. Plasticul modificat de căldură nu era doar lipit de fragmentele de coral, ci pătrunsese în porii scheletului acestora, formând un singur material. Descoperirea arată că deșeurile din plastic pot ajunge să fie încorporate fizic în mediul natural și, eventual, să lase urme care să persiste foarte mult timp.
Suntem obișnuiți să vedem poluarea cu plastic sub forma sticlelor aruncate pe plajă, a pungilor purtate de valuri sau a fragmentelor colorate care plutesc în ocean. Dar ce se întâmplă atunci când plasticul nu mai este doar un deșeu aflat în natură, ci începe să devină parte din ea? O descoperire făcută pe plajele insulei Okinawa, din Japonia, dezvăluie un asemenea proces neobișnuit. Cercetătorii au identificat fragmente de plastic atât de strâns unite cu scheletele coralilor încât au propus un termen nou pentru acest material: plasticoral.
Descoperirea este deocamdată limitată la numai câteva exemplare, astfel încât nu există dovezi că fenomenul ar fi răspândit la scară globală. Totuși, aceste mici fragmente oferă o imagine surprinzătoare asupra modului în care plasticul poate continua să se transforme mult timp după ce ajunge în mediul marin.
Descoperirea a avut loc în timpul unor cercetări obișnuite dedicate deșeurilor marine. Pe trei plaje din Okinawa, oamenii de știință au observat mici fragmente viu colorate amestecate printre bucățile palide de coral.
Aceste bucăți de coral reprezintă scheletele dure care rămân după ce fragmentele coloniilor de corali se desprind sau după moartea organismelor care le-au construit. Printre ele se aflau însă obiecte care păreau să combine două lumi complet diferite: material biologic produs de corali și plastic fabricat de oameni.
În total au fost documentate cinci asemenea formațiuni. Trei au fost găsite pe plaja Sosu, iar câte una pe plajele Ibu și Odo. Patru dintre exemplare au fost colectate pentru analize mai amănunțite.
Fragmentele aveau lungimi de aproximativ 3,8 până la 8,9 centimetri și cântăreau între aproximativ 11 și 68 de grame. Plasticul avea diferite culori – albastru, verde, galben și roșu –, iar unele suprafețe prezentau modificări de culoare care sugerau expunerea la temperaturi ridicate sau la condiții dure de mediu. Însă aspectul exterior nu era cea mai interesantă caracteristică a lor.
Pentru a afla cu ce aveau de-a face, cercetătorii au apelat la mai multe tehnici de analiză. Spectroscopia Raman, o metodă prin care lumina este utilizată pentru identificarea structurii chimice a unui material, a arătat că fragmentele conțineau polietilenă și polipropilenă. Sunt două dintre cele mai răspândite materiale plastice din lume, utilizate într-o gamă enormă de produse cotidiene.
Apoi, oamenii de știință au examinat structura fragmentelor cu ajutorul microscopiei și al microtomografiei computerizate (micro-CT). Această tehnică permite examinarea interiorului unui obiect cu ajutorul razelor X, fără a fi necesară distrugerea lui.
Imaginile au dezvăluit detaliul care transformă descoperirea într-un fenomen mult mai interesant decât simpla prezență a unor deșeuri pe plajă: plasticul pătrunsese în porii minusculi ai scheletului coralier. Cu alte cuvinte, nu era vorba despre un fragment de plastic care se sprijinea pur și simplu pe coral sau care fusese prins accidental într-o cavitate. Cele două materiale deveniseră fizic conectate. Plasticul produs de oameni și structura minerală construită cândva de organisme marine formau acum un singur obiect.
În mod obișnuit, tindem să privim poluarea ca pe ceva separat de natură. O pungă din plastic se află pe nisip, o sticlă plutește pe mare, iar un ambalaj este prins printre pietre. Există o limită vizibilă între deșeu și mediul care îl înconjoară.
Plasticoralul arată că această limită poate deveni mult mai greu de identificat. În anumite condiții, plasticul se poate înmuia, deforma și pătrunde în structurile naturale din jurul său. Cercetătorii consideră că noul material face parte dintr-o categorie mai largă cunoscută sub numele de plastiglomerat.
Plastiglomeratele sunt materiale în care plasticul topit sau puternic modificat ajunge să se combine cu nisip, pietricele, roci sau alte elemente naturale. În timp, rezultatul poate semăna cu un fel de rocă artificial-naturală, în care urmele activității umane sunt literalmente încorporate în materialele mediului.
În cazul descoperirii din Okinawa există însă o particularitate importantă. Componenta naturală este coralul – mai precis, scheletul produs inițial de un organism viu. Din acest motiv, cercetătorii descriu plasticoral drept o formă de plastiglomerat de origine biologică. Este o diferență aparent subtilă, dar care ilustrează cât de profund pot ajunge materialele produse de oameni să se integreze în mediile naturale.
Cum s-au format însă aceste obiecte? Răspunsul complet nu este cunoscut. Starea plasticului indică faptul că acesta a suferit modificări termice. Cu alte cuvinte, la un moment dat a fost expus unei temperaturi suficient de ridicate pentru ca proprietățile sale fizice să se schimbe. Plasticul înmuiat ar fi putut apoi pătrunde în porii și cavitățile scheletului coralier, unde s-a solidificat.
Una dintre posibilități este arderea deșeurilor sau existența unor focuri pe plajă. Cercetătorii subliniază însă că această explicație nu a fost demonstrată pentru fragmentele descoperite în Okinawa.
De asemenea, oamenii de știință nu au reprodus încă procesul de formare a plasticoral în laborator. Prin urmare, nu se știe ce temperatură este necesară, cât timp trebuie să fie încălzit plasticul sau ce combinație de condiții naturale favorizează apariția fenomenului.
Aceste necunoscute sunt importante. Dacă mecanismul va fi înțeles mai bine, cercetătorii vor putea identifica zonele în care asemenea materiale au cele mai mari șanse să apară și vor putea afla dacă descoperirea din Okinawa reprezintă un fenomen rar sau doar unul care până acum a trecut neobservat.
Una dintre implicațiile cele mai interesante ale descoperirii privește ceea ce se poate întâmpla cu aceste materiale pe termen lung. Plasticul ajuns în natură nu rămâne neschimbat. Radiațiile solare, temperaturile ridicate, valurile, curenții și contactul cu nisipul sau rocile îi pot modifica treptat structura. Dar modificarea nu înseamnă neapărat dispariție.
Uneori, procesul poate conduce la fragmentarea plasticului în particule din ce în ce mai mici. Alteori, după cum sugerează exemplarele din Okinawa, plasticul poate ajunge să se combine cu materialele naturale.
Această posibilitate este legată de conceptul de „Plasticen”, termen folosit pentru ideea că utilizarea masivă a materialelor plastice de către civilizația modernă ar putea lăsa o urmă recognoscibilă în sedimentele și rocile viitorului. Dacă fragmentele de plasticoral ajung să fie îngropate în sedimentele recifelor și se păstrează suficient de mult, ele ar putea deveni asemenea mărturii ale perioadei în care plasticul produs de oameni a devenit omniprezent pe planetă.
Deocamdată, aceasta rămâne însă o ipoteză. Studiul nu demonstrează că plasticoralul formează deja straturi geologice și nici nu a urmărit asemenea fragmente pe perioade de zeci sau sute de ani.
Ideea scoate însă în evidență o consecință neobișnuită a poluarea cu plastic: unele dintre deșeurile pe care le producem astăzi ar putea să nu rămână simple obiecte abandonate la suprafața planetei, ci să ajungă încorporate în materialele pe care procesele naturale le vor transforma în sedimente.
Cele cinci formațiuni găsite în Okinawa nu înseamnă că recifele de corali din întreaga lume se transformă în plastic. Numărul redus de exemplare reprezintă chiar principala limitare a cercetării.
În plus, obiectele au fost găsite în timpul unor studii generale privind deșeurile marine, nu în cadrul unui studiu conceput special pentru a determina cât de frecvent este plasticoral. Din acest motiv, cercetătorii nu pot estima deocamdată cât de răspândit este fenomenul nici măcar în Okinawa.
Există și alte întrebări importante la care studiul nu răspunde. Nu a fost analizat dacă aceste formațiuni afectează coralii vii, peștii sau alte organisme marine. Cercetătorii nu au determinat nici dacă plasticul încorporat poate elibera substanțe nocive sau dacă, în timp, se poate fragmenta și genera particule mai mici de plastic.
Aceste efecte vor necesita cercetări separate. Deocamdată, concluzia principală este una fizică, dar remarcabilă: plasticul modificat poate pătrunde în structura poroasă a fragmentelor de coral și poate rămâne legat de acestea, formând un material nou.
Descoperirea plasticoralului ne amintește astfel că povestea unui obiect din plastic nu se încheie în momentul în care acesta este aruncat în mare. Odată ajuns în mediul marin, poate fi încălzit, decolorat, erodat, fragmentat și remodelat de procesele naturale. În anumite situații, poate chiar să înceteze să mai fie un simplu deșeu aflat lângă natură și să devină fizic încorporat în aceasta.
Cele câteva fragmente găsite pe plajele din Okinawa sunt prea puține pentru a spune cât de important va deveni fenomenul la scară globală. Dar ele dezvăluie o nouă etapă posibilă în lunga existență a deșeurilor din plastic: transformarea lor în componente persistente ale mediului pe care l-au contaminat.
Sursa: Earth.com
The post Plasticoral, noua formă de poluare în care plasticul devine parte din coral appeared first on Info Natura.
]]>The post Țestoasele marine poartă virusuri care nu au mai fost văzute vreodată appeared first on Info Natura.
]]>Cercetătorii au identificat 19 virusuri la țestoasele marine, dintre care șapte nu fuseseră documentate până acum la nicio specie. Descoperirea oferă o imagine mult mai clară asupra lumii virale a acestor animale și ar putea ajuta cercetătorii să identifice mai rapid agenții responsabili de eventuale epidemii.
Pentru țestoasele marine, amenințările sunt de obicei asociate cu ceea ce poate fi văzut: poluarea oceanelor, braconajul, degradarea habitatelor sau capturile accidentale în echipamentele de pescuit. Există însă și pericole care se ascund complet de privirea noastră. Printre acestea se numără virusurile, iar un nou studiu arată că lumea virală a țestoaselor marine este mult mai puțin cunoscută decât se credea.
Cercetătorii au identificat 19 virusuri în probe provenite de la țestoase marine, iar șapte dintre ele nu fuseseră niciodată documentate la nicio specie. Unul dintre virusurile descoperite este atât de diferit de cele cunoscute încât ar putea aparține unei familii virale complet noi.
Descoperirea nu înseamnă că aceste virusuri sunt neapărat periculoase pentru țestoase. Dimpotrivă, oamenii de știință subliniază că multe dintre ele s-ar putea să nu provoace niciodată boli. Importanța studiului constă în faptul că, pentru prima dată, cercetătorii încep să construiască o hartă a acestei lumi microscopice ascunse.
Țestoasele marine au fost afectate de boli virale și în trecut, însă identificarea exactă a agenților responsabili nu a fost întotdeauna posibilă. În lipsa unor metode de diagnostic adecvate, unele infecții au rămas pur și simplu neexplicate.
Această problemă este importantă pentru conservarea speciilor. Atunci când un animal deja vulnerabil începe să prezinte simptome neobișnuite, cercetătorii trebuie să știe ce agenți infecțioși circulă în mod normal în populația respectivă pentru a putea identifica ceea ce este cu adevărat neobișnuit.
Până acum, oamenii de știință identificaseră mai puțin de o duzină de virusuri cunoscute ca fiind capabile să îmbolnăvească țestoasele marine. În același timp, cinci dintre cele șapte specii de țestoase marine existente în lume sunt considerate amenințate sau pe cale de dispariție. Într-o astfel de situație, apariția unei boli infecțioase într-o populație deja fragilă poate reprezenta o problemă serioasă.
Studiul a pornit, de altfel, de la o descoperire anterioară. Oamenii de știință identificaseră un virus asociat cu o boală neurologică fatală la țestoase acvatice. Descoperirea a ridicat o întrebare firească: ce alte virusuri există în aceste animale și pe care încă nu le-am observat?
Pentru a răspunde la această întrebare, cercetătorii au analizat probe provenite de la țestoase marine de pe coastele Atlanticului și Pacificului ale Statelor Unite. Probele au venit atât de la animale aflate în centre de reabilitare, cât și de la țestoase sălbatice care au fost capturate pentru prelevarea probelor și apoi eliberate.
În studiul publicat în Infection, Genetics and Evolution, cercetătorii au analizat 77 de probe gastrointestinale provenite de la șase specii de țestoase marine, aflate în condiții de sănătate diferite. Prin secvențiere genetică aleatorie au fost detectate 48 de virusuri care nu infectau plante sau bacterii. Dintre acestea, 19 au putut fi caracterizate suficient pentru o analiză filogenetică detaliată.
Aici se află una dintre cele mai importante contribuții ale studiului. Oamenii de știință nu au încercat doar să găsească virusuri care provoacă deja boli. Ei au vrut să afle ce virusuri există în primul rând. Rezultatul este un fel de inventar biologic care poate deveni o bază de comparație pentru viitor.
Dacă, de exemplu, o epidemie ar apărea într-o populație de țestoase marine, cercetătorii ar putea compara virusurile găsite la animalele bolnave cu această bază de date. În loc să pornească de la zero, ar avea deja o imagine a virusurilor care circulă în mod obișnuit. În cazul unei boli care evoluează rapid, această diferență poate fi esențială.
Analiza genetică a celor 19 virusuri caracterizabile a arătat că acestea aparțin la opt familii virale. Studiul a identificat 16 virusuri cu ARN și trei cu ADN, iar șapte dintre virusurile caracterizate sunt considerate posibile specii virale noi. Cercetătorii au identificat, de asemenea, un posibil gen viral nou și alte 11 secvențe virale care par noi, dar provin din grupuri pentru care nu există încă criterii suficient de clare pentru delimitarea speciilor.
Se evidențiază un detaliu și mai spectaculos: șapte dintre virusuri nu fuseseră documentate anterior la nicio specie. Unul dintre ele era atât de diferit de virusurile cunoscute încât cercetătorii l-au asociat cu posibilitatea existenței unei familii virale complet noi.
Această descoperire spune însă mai mult despre cât de puțin cunoaștem virusurile marine decât despre existența unei noi amenințări pentru țestoase.
Un virus nou nu este sinonim cu un virus periculos. Pentru ca cercetătorii să stabilească dacă unul dintre acești agenți provoacă boli, va fi nevoie de studii suplimentare care să compare animalele sănătoase cu cele bolnave și să urmărească relația dintre prezența virusului și apariția simptomelor. Cu alte cuvinte, descoperirea este începutul unei investigații, nu concluzia ei.
O altă observație interesantă a cercetătorilor este că unele dintre virusurile identificate sunt înrudite genetic cu virusuri cunoscute anterior de la nevertebrate acvatice și pești. Această asemănare nu demonstrează că virusurile au trecut de la pești sau nevertebrate la țestoase. Analiza genetică nu poate stabili singură traseul exact al unui virus și nici nu demonstrează că acesta provoacă o boală.
Totuși, rezultatul ridică o întrebare fascinantă despre modul în care materialul genetic viral poate circula în ecosistemele marine.
Țestoasele marine fac parte din rețele trofice complexe. Ele consumă organisme marine, intră în contact cu apa și sedimentele și parcurg uneori distanțe foarte mari de-a lungul vieții. Într-un asemenea sistem, virusurile și fragmentele lor genetice pot ajunge în contact cu numeroase gazde.
Pentru cercetători, aceste relații sunt încă în mare parte necunoscute. Tocmai de aceea, faptul că unele virusuri descoperite la țestoase sunt înrudite cu virusuri asociate altor organisme marine oferă o nouă direcție de cercetare.
Poate cel mai important rezultat al studiului nu este nici măcar numărul de virusuri descoperite, ci schimbarea perspectivei asupra sănătății țestoaselor marine.
Conservarea acestor animale s-a concentrat în mod firesc asupra amenințărilor produse de oameni: reducerea poluării, protejarea plajelor de reproducere, combaterea braconajului și limitarea capturilor accidentale. Toate acestea rămân esențiale, dar sănătatea populațiilor depinde și de factori biologici mai greu de observat.
Virusurile fac parte din această categorie. Majoritatea celor descoperite în noul studiu s-ar putea să nu provoace niciodată o boală. Dar, pentru a putea identifica un virus periculos atunci când apare, cercetătorii trebuie să știe mai întâi care este diversitatea virală normală a țestoaselor.
Aici se află valoarea unei astfel de „hărți” microscopice. Ea transformă necunoscutul complet într-un necunoscut care poate fi urmărit, comparat și studiat.
În cazul țestoaselor marine, care se confruntă deja cu numeroase presiuni asupra populațiilor, această informație poate deveni extrem de importantă. Oamenii de știință au acum o bază de referință care poate fi folosită pentru cercetările viitoare asupra bolilor și pentru identificarea eventualelor virusuri asociate cu apariția unor epidemii.
Sursa: Earth.com
The post Țestoasele marine poartă virusuri care nu au mai fost văzute vreodată appeared first on Info Natura.
]]>The post Un computer din ADN poate face calcule într-o simplă picătură de apă appeared first on Info Natura.
]]>Cercetătorii au construit un computer din ADN care poate efectua calcule folosind miliarde de molecule aflate într-o cantitate foarte mică de apă sărată. În loc să execute instrucțiuni prin circuite electrice, sistemul lasă moleculele să interacționeze și să ajungă spontan la configurația energetic cea mai favorabilă, care reprezintă răspunsul. Acesta poate fi programat și reutilizat, deși este mult mai lent decât un computer electronic obișnuit.
Atunci când ne gândim la un computer, imaginea obișnuită este aceea a unui dispozitiv cu cipuri de siliciu, tranzistori și curenți electrici care circulă prin circuite extrem de complexe. Cercetătorii de la Universitatea Maynooth din Irlanda au explorat însă o abordare radical diferită: un computer din ADN în care moleculele însele reprezintă componentele sistemului de calcul.
Noul dispozitiv, numit Scaffolded DNA Computer (SDC), a fost prezentat într-un studiu publicat în revista Nature. Sistemul utilizează fire scurte de ADN sintetic care interacționează cu un fir mai lung, numit „scaffold” sau structură-suport. Secvențele acestor molecule sunt proiectate astfel încât ele să se poată lega numai în anumite combinații.
În acest fel, cercetătorii nu construiesc un circuit electronic care execută succesiv operații. Ei proiectează, mai degrabă, regulile după care moleculele se pot combina. Rezultatul calculului apare apoi din interacțiunile dintre ele.
Este o schimbare importantă de perspectivă asupra ideii de computer: în loc ca o mașină să „spună” moleculelor ce trebuie să facă la fiecare pas, moleculele sunt proiectate astfel încât proprietățile lor fizice să conducă sistemul către răspunsul corect.
Secretul sistemului este legat de termodinamică, adică de tendința sistemelor fizice de a evolua către stări mai stabile din punct de vedere energetic.
Firele de ADN sunt introduse într-o cantitate mică de apă sărată și apoi amestecul este încălzit și răcit. Pe măsură ce temperatura se modifică, moleculele se desprind și se leagă din nou, concurând pentru pozițiile disponibile pe structura-suport.
Fiecare secvență de ADN funcționează asemenea unei piese de puzzle molecular. Modul în care este construită secvența determină unde se poate atașa și cu ce alte molecule poate interacționa. Prin proiectarea acestor reguli de asociere, cercetătorii pot „programa” sistemul pentru diferite operații.
Pe măsură ce reacțiile se desfășoară, sistemul se îndreaptă către configurația cu energia favorabilă. Această configurație finală reprezintă rezultatul calculului.
Cu alte cuvinte, calculul cu ADN nu este realizat printr-o succesiune clasică de instrucțiuni electronice, ci prin competiția dintre molecule. Cercetătorii au proiectat peisajul energetic astfel încât starea care corespunde răspunsului corect să fie cea mai favorabilă.
Un avantaj important este că metoda nu necesită aceeași abordare de control și corectare a erorilor folosită de multe sisteme de calcul molecular anterioare. Studiul din Nature arată că arhitectura poate efectua calcule prin relaxarea către echilibrul termodinamic.
Deși dispozitivul este extrem de mic, cantitatea de informație moleculară implicată poate fi impresionantă. Potrivit cercetătorilor, o picătură mică de lichid poate conține miliarde și, în anumite condiții, chiar trilioane de fire de ADN care interacționează între ele.
Echipa a testat sistemul pe 10 programe moleculare diferite. Printre operațiile demonstrate s-au numărat adunarea, înmulțirea cu 3, împărțirea la 2 și detectarea parității pe 8 biți, o operație utilizată în tehnicile de verificare a erorilor.
Au fost efectuate în total peste 700 de calcule în cadrul experimentelor. Unele dintre cele mai simple operații au fost finalizate în mai puțin de un minut. De exemplu, calculul 10 + 3 a durat aproximativ 30 de secunde. Sistemul a fost însă capabil să abordeze și calcule mult mai complexe, inclusiv unul de 100 de biți.
Această performanță trebuie privită în context. Un computer obișnuit cu siliciu ar efectua instantaneu astfel de operații. În cazul noului computer molecular, obiectivul cercetătorilor nu este să concureze cu procesoarele moderne în ceea ce privește viteza, ci să demonstreze că un sistem molecular poate efectua calcule într-un mod fundamental diferit.
Pentru calculele mai dificile, viteza scade considerabil. O adunare cu valori cuprinse aproximativ între 11 milioane și 34 de milioane a avut nevoie de până la 14 ore.
Un alt aspect important al SDC este faptul că moleculele nu trebuie folosite o singură dată. Cercetătorii au demonstrat că sistemul poate fi reutilizat, ceea ce îl diferențiază de unele dintre abordările anterioare din domeniul calculului molecular.
Trei dintre programele testate au fost executate din nou de până la 24 de ori. Într-un experiment deosebit de interesant, cercetătorii au revenit la unul dintre sisteme după aproximativ un an și jumătate. Proba se uscase parțial, însă adăugarea apei a permis reluarea calculelor.
Această caracteristică este importantă deoarece multe sisteme moleculare experimentale au depins de componente special pregătite, combustibili moleculari sau reacții controlate cu mare precizie. În schimb, SDC este conceput pentru a funcționa prin amestecarea moleculelor și lăsarea sistemului să evolueze către echilibrul său energetic.
Prin urmare, studiul nu demonstrează doar că ADN-ul poate fi folosit pentru stocarea informației, ci că moleculele pot constitui un mediu programabil în care informația este procesată prin legile fizicii și chimiei.
Poate cea mai interesantă întrebare este unde ar putea fi folosită o astfel de tehnologie. Cercetătorii subliniază că un computer molecular de acest tip nu este conceput pentru a înlocui laptopurile, serverele sau procesoarele tradiționale. Avantajul său apare în situațiile în care dimensiunea extrem de mică, natura moleculară și consumul energetic redus pot conta mai mult decât viteza.
Printre direcțiile posibile se află stocarea moleculară a datelor, materiale inteligente și sisteme capabile să funcționeze în medii biologice. În perspectivă, astfel de tehnologii ar putea permite dezvoltarea unor dispozitive moleculare care să opereze chiar în interiorul celulelor. Cercetătorii subliniază însă că aceste aplicații sunt deocamdată speculative.
ADN-ul este deja considerat un mediu extrem de dens pentru stocarea informației. Noua abordare adaugă o posibilitate suplimentară: în loc să fie folosit doar ca „depozit” molecular, ADN-ul ar putea participa și la procesarea informației.
Această combinație între stocare și calcul ar putea deveni relevantă pentru dispozitive moleculare care trebuie să recunoască anumite tipare, să ia decizii simple sau să răspundă la modificări ale mediului fără să depindă de un procesor electronic convențional.
Studiul publicat în Nature reprezintă, înainte de toate, o demonstrație a unui principiu: termodinamica poate fi exploatată pentru a realiza calcule utile într-un sistem molecular programabil. Cercetătorii recunosc că mai există numeroase probleme de rezolvat, inclusiv îmbunătățirea structurilor-suport, a metodei de citire a rezultatului și a aplicațiilor practice.
Totuși, ideea este remarcabilă. În loc ca informația să fie procesată într-un cip prin miliarde de tranzistori, un răspuns poate emerge din modul în care moleculele se organizează spontan.
Un computer din ADN nu va înlocui prea curând procesoarele din calculatoarele noastre. Este mult prea lent pentru acest scop, iar tehnologia se află încă în faza experimentală. Însă studiul deschide o perspectivă diferită asupra calculului: poate că viitoarele computere nu vor fi întotdeauna construite din siliciu, metal și circuite, ci, pentru anumite sarcini foarte specializate, din molecule care își găsesc singure drumul către răspuns.
Iar faptul că un astfel de calcul poate avea loc într-o picătură de apă arată cât de diferit ar putea arăta informatica atunci când dimensiunea unei mașini de calcul este măsurată nu în centimetri, ci în molecule.
Sursa: Live Science
The post Un computer din ADN poate face calcule într-o simplă picătură de apă appeared first on Info Natura.
]]>The post Inelele lui Chariklo se schimbă, iar Telescopul James Webb încearcă să afle de ce appeared first on Info Natura.
]]>Inelele lui Chariklo, un mic corp ceresc aflat între Saturn și Uranus, par să fi suferit modificări în ultimul deceniu. Observațiile realizate de Telescopul Spațial James Webb în 2022 arată că inelul interior a devenit mai opac, în timp ce inelul exterior pare mai transparent decât în observațiile precedente. Astronomii nu știu încă dacă aceste diferențe reprezintă o schimbare reală a sistemului de inele sau dacă sunt legate de modul în care particulele din inele interacționează cu lumina la diferite lungimi de undă.
La aproximativ două miliarde de kilometri de Pământ, într-o regiune a Sistemului Solar dominată de planetele gigantice, se află un obiect cu totul neobișnuit. Chariklo are un diametru de numai aproximativ 250 de kilometri și orbitează între Saturn și Uranus, fiind clasificat drept un centaur, o categorie de corpuri mici care prezintă caracteristici asociate atât asteroizilor, cât și cometelor.
Până în urmă cu puțin mai mult de un deceniu, nimeni nu știa că Chariklo ascunde o asemenea surpriză. În 2013, în timp ce astronomii urmăreau trecerea obiectului prin fața unei stele îndepărtate, lumina stelei a scăzut de mai multe ori. Aceste scăderi nu puteau fi explicate doar prin trecerea corpului principal, iar observațiile au dezvăluit existența a două inele înguste în jurul lui Chariklo.
Descoperirea a fost remarcabilă deoarece Chariklo era primul corp mic din Sistemul Solar în jurul căruia fusese identificat un sistem de inele. Până atunci, asemenea structuri erau asociate în principal cu planetele gigantice precum Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun.
Inelele lui Chariklo sunt însă atât de slabe încât nu pot fi fotografiate direct. Pentru a le studia, astronomii trebuie să aștepte un moment foarte precis: acela în care Chariklo trece prin fața unei stele aflate mult mai departe.
Metoda folosită se numește ocultație stelară și este, în esență, un experiment cosmic de precizie. Atunci când Chariklo trece prin fața unei stele, corpul principal blochează o parte din lumina acesteia. Dar, înainte și după momentul principal al ocultării, și cele două inele pot trece prin fața stelei. Fiecare inel produce astfel o mică scădere suplimentară a luminozității.
Măsurând cu mare precizie aceste variații, astronomii pot deduce poziția, lățimea și opacitatea inelelor, chiar dacă acestea nu pot fi văzute direct într-o imagine. Este o tehnică asemănătoare, într-un anumit sens, cu metodele utilizate pentru studierea atmosferelor unor exoplanete, unde astronomii analizează modul în care lumina unei stele se modifică atunci când o planetă trece prin fața ei.
În cazul lui Chariklo, această tehnică a fost folosită în 2013, iar apoi din nou în 2014 și 2017 cu telescoape de la sol. A venit apoi momentul pentru o observație mult mai ambițioasă.
Pe 18 octombrie 2022, Telescopul Spațial James Webb a urmărit Chariklo în timpul unei noi ocultații stelare. A fost o observație care a necesitat o sincronizare extraordinar de precisă, deoarece astronomii trebuiau să știe exact când și unde se va afla Chariklo în raport cu telescopul și steaua de fundal.
Când cercetătorii au comparat datele obținute de James Webb cu observațiile din deceniul precedent, au întâlnit ceva neașteptat. Cele două inele nu mai prezentau exact aceleași proprietăți.
Inelul interior a devenit semnificativ mai opac, în timp ce inelul exterior a devenit mai puțin opac. Cu alte cuvinte, cele două componente ale sistemului par să fi evoluat în direcții opuse.
Este un rezultat interesant tocmai pentru că poziția generală a sistemului nu este neapărat problema. Diferența apare în proprietățile optice ale celor două inele, iar această schimbare îi obligă pe cercetători să privească mai atent modul în care sunt alcătuite și menținute astfel de structuri.
Pablo Santos-Sanz, cercetător la Institutul de Astrofizică din Andaluzia și autor principal al studiului, subliniază că rezultatele sugerează că sistemele de inele ale corpurilor mici ar putea fi mai dinamice decât se credea până acum. Însă există o problemă importantă: observațiile nu spun încă exact ce s-a întâmplat.
Prima posibilitate este legată chiar de performanța lui James Webb. Rezoluția sa foarte bună ar putea permite detectarea unor regiuni mai dense și mai rarefiate ale inelelor care nu au putut fi separate la fel de clar în observațiile precedente. În acest caz, diferențele dintre măsurători nu ar însemna neapărat că inelele s-au modificat fizic în ultimii ani.
A doua explicație presupune că materialul din inele sau particulele din care acestea sunt alcătuite s-au modificat. Dacă distribuția particulelor ori proprietățile lor s-au schimbat, acest lucru ar putea explica diferențele observate între cele două perioade de observație.
A treia posibilitate este și mai subtilă. Particulele din inele pot avea proprietăți optice dependente de lungimea de undă. James Webb observă în infraroșu, în timp ce observațiile anterioare au fost realizate în alte domenii ale spectrului. Dacă dimensiunea și compoziția particulelor determină modul în care acestea interacționează cu diferite lungimi de undă, schimbarea aparentă a opacității ar putea fi, cel puțin parțial, un efect al modului diferit în care sistemul este observat.
De aceea, cercetătorii sunt prudenți. Datele sunt suficient de interesante pentru a sugera o posibilă evoluție a sistemului, dar sunt necesare observații suplimentare pentru a separa schimbările reale în timp de efectele produse de proprietățile optice ale particulelor.
Observarea lui Chariklo cu James Webb a fost remarcabilă nu doar prin rezultatele obținute, ci și prin dificultatea experimentului. Este pentru prima dată când o campanie de observații JWST a fost planificată în mod special în jurul unei ocultații stelare. Cercetătorii au trebuit să sincronizeze observațiile cu momentul în care Chariklo urma să treacă exact prin fața stelei.
Un avantaj important a fost viteza relativ mică a lui Chariklo față de telescop, de aproximativ 2,5 kilometri pe secundă. Această viteză a permis o caracterizare foarte fină a structurii inelelor în timpul trecerii prin fața stelei.
Pentru a determina cu precizie momentul ocultării, cercetătorii au folosit inclusiv informații furnizate de misiunea Gaia a Agenției Spațiale Europene, care cartografiază pozițiile și mișcările unui număr uriaș de stele. În același timp, a trebuit calculată cu mare precizie orbita lui James Webb, aflat la aproximativ 1,5 milioane de kilometri de Pământ, în direcția opusă Soarelui. Rezultatul a fost posibil datorită unei sincronizări pe care cercetătorii o descriu drept una de „precizie extremă”.
Următoarea ocultație stelară a lui Chariklo ar putea fi decisivă. Dacă observațiile viitoare vor arăta din nou aceeași tendință – creșterea opacității inelului interior și scăderea opacității celui exterior – atunci ipoteza unei evoluții reale a sistemului va deveni mult mai convingătoare.
Dacă, în schimb, proprietățile observate vor reveni la valorile anterioare sau vor prezenta un comportament explicabil prin lungimea de undă, astronomii vor putea separa mai clar evoluția temporală de efectele optice.
În ambele cazuri, Chariklo oferă o oportunitate rară de a studia un sistem de inele într-un corp mult mai mic decât planetele gigantice.
Descoperirea din 2013 a arătat că inelele nu sunt exclusiv apanajul lumilor gigantice. Observațiile lui James Webb sugerează acum că asemenea sisteme din jurul corpurilor mici ar putea fi și mult mai dinamice decât se credea. Rezultatele îi determină pe cercetători să reanalizeze modul în care se formează aceste inele, cum evoluează și ce mecanisme le pot menține stabile.
Iar aici se află poate cea mai interesantă parte a poveștii. James Webb nu a realizat o fotografie spectaculoasă a inelelor lui Chariklo. Le-a „văzut” indirect, prin felul în care acestea au modificat pentru câteva clipe lumina unei stele îndepărtate.
În jurul unui corp de numai 250 de kilometri, aflat la miliarde de kilometri de noi, o simplă variație a luminii poate dezvălui o lume cosmică surprinzător de dinamică.
Inelele lui Chariklo rămân invizibile în fotografii, dar fiecare ocultație stelară oferă astronomilor o nouă fereastră către evoluția lor. Iar următoarea trecere prin fața unei stele ar putea arăta dacă ceea ce James Webb a detectat este într-adevăr transformarea unui sistem de inele sau doar o nouă perspectivă asupra unui sistem mai complex decât părea până acum.
Sursa: Live Science
The post Inelele lui Chariklo se schimbă, iar Telescopul James Webb încearcă să afle de ce appeared first on Info Natura.
]]>The post Psilocibina ar putea proteja nervii de efectele chimioterapiei appeared first on Info Natura.
]]>Un nou studiu sugerează că psilocibina ar putea preveni leziunile nervoase provocate de chimioterapie. În experimente pe șoareci, două doze administrate înaintea tratamentului au protejat nervii periferici și au prevenit apariția neuropatiei asociate chimioterapiei. Cercetătorii cred că efectul are legătură cu protejarea transportului mitocondriilor în interiorul celulelor nervoase. Rezultatele sunt promițătoare, dar sunt încă preliminare și trebuie confirmate prin studii clinice pe oameni.
Chimioterapia este una dintre cele mai importante arme împotriva cancerului, însă medicamentele care distrug celulele tumorale pot afecta și țesuturile sănătoase. Printre efectele adverse se numără și neuropatia periferică indusă de chimioterapie, o afecțiune în care nervii periferici sunt deteriorați, provocând amorțeală, furnicături, durere sau o sensibilitate neobișnuită la atingere.
Problema este deosebit de importantă deoarece leziunile nervoase pot persista mult timp după încheierea tratamentului și, în unele cazuri, pot deveni permanente. Neuropatia poate afecta mâinile și picioarele și poate ajunge să interfereze cu activitățile obișnuite ale vieții de zi cu zi. În plus, severitatea efectelor adverse poate determina uneori modificarea sau reducerea tratamentului oncologic.
În prezent, opțiunile pentru prevenirea acestei complicații sunt limitate. Tocmai de aceea, cercetătorii caută metode prin care nervii să poată fi protejați înainte ca medicamentele chimioterapice să producă leziunile.
Una dintre cele mai neașteptate piste vine acum din studierea psilocibinei, substanța psihoactivă întâlnită în anumite specii de ciuperci.
Cercetătorii au testat efectul psilocibinei în modele experimentale de neuropatie provocată de chimioterapie. În special, au urmărit ce se întâmplă atunci când substanța este administrată înaintea chimioterapiei, nu după apariția leziunilor nervoase.
Rezultatele au fost surprinzătoare. În modelele experimentale utilizate, doar două doze de psilocibină administrate înaintea tratamentului au fost suficiente pentru a preveni apariția neuropatiei periferice. Protecția s-a menținut inclusiv după cicluri repetate de chimioterapie.
Cercetătorii au testat mai multe tipuri de medicamente chimioterapice, inclusiv substanțe din clasele pe bază de platină și taxani, cunoscute pentru faptul că pot provoca leziuni ale nervilor. În modelele utilizate, psilocibina a contribuit la menținerea sensibilității normale la atingere și la păstrarea terminațiilor nervoase din piele.
Un detaliu deosebit de important este că protecția nervilor nu a părut să compromită efectul antitumoral al chimioterapiei în modelele experimentale. Cu alte cuvinte, tratamentul oncologic și protecția nervilor nu s-au exclus reciproc în aceste experimente.
Însă cum ar putea o substanță cunoscută mai ales pentru efectele sale asupra creierului să protejeze nervii periferici?
Pentru a înțelege mecanismul, trebuie să coborâm la nivelul celulei nervoase. Neuronii au nevoie de cantități considerabile de energie pentru a-și menține funcționarea, iar această energie este produsă în principal de mitocondrii, structurile celulare adesea descrise drept „uzinele energetice” ale celulei.
În cazul neuronilor, mitocondriile trebuie să ajungă în zonele în care energia este necesară. Axonii, extensiile lungi prin care neuronii transmit semnale, pot avea o lungime considerabilă, iar distribuirea corectă a mitocondriilor de-a lungul acestora este esențială.
Un studiu publicat în revista Science sugerează că psilocibina ajută la menținerea transportului și distribuției mitocondriilor în axoni. Prin păstrarea acestui sistem de aprovizionare energetică, neuronii par să fie mai bine protejați împotriva efectelor toxice ale anumitor medicamente chimioterapice.
Cercetătorii au identificat în acest proces o cale moleculară care implică receptorul serotoninergic 5-HT2A și componente precum TrkB-Akt-PAK5-MAP2-KIF5B. Experimentele sugerează că activarea acestei căi contribuie la menținerea mobilității și distribuției mitocondriilor în neuroni.
Descoperirea este interesantă deoarece schimbă perspectiva asupra neuropatiei. În loc să fie privită doar ca o consecință a deteriorării structurilor nervoase, problema ar putea implica și perturbarea sistemului energetic care menține neuronii funcționali.
Există însă o întrebare importantă: dacă efectul protector al psilocibinei poate fi separat de efectele sale psihedelice?
Cercetătorii au găsit un indiciu interesant. Un compus experimental numit TBG, care nu produce efectele halucinogene caracteristice psilocibinei, a prezentat de asemenea proprietăți protectoare în modelele utilizate. Acest rezultat sugerează că efectul asupra nervilor ar putea fi legat de anumite mecanisme biologice ale receptorului 5-HT2A și nu neapărat de experiența psihedelică în sine.
Dacă această observație va fi confirmată, ea ar putea deschide o direcție interesantă pentru dezvoltarea unor medicamente care să păstreze efectele neuroprotectoare fără efectele psihedelice ale psilocibinei.
Deocamdată însă, aceasta rămâne o ipoteză susținută de experimente preclinice. Nu există suficiente dovezi pentru a spune că un astfel de compus poate proteja nervii pacienților care urmează chimioterapie.
Poate cel mai important pas este deja în pregătire. Un studiu clinic de fază II, coordonat de MD Anderson Cancer Center și înregistrat în baza de date a National Cancer Institute din Statele Unite, urmărește să testeze dacă psilocibina poate preveni sau reduce neuropatia periferică indusă de chimioterapie la pacienți cu anumite tipuri de cancer. Studiul include pacienți care urmează tratamente pe bază de taxani sau compuși de platină.
Planul de cercetare este deosebit de interesant deoarece nu urmărește doar apariția neuropatiei, ci și efectele asupra durerii, oboselii, somnului, calității vieții și funcționării generale. Unele grupuri de participanți vor primi psilocibină în combinație cu psihoterapie, în timp ce alte grupuri vor primi doze reduse sau îngrijirea standard.
Aceste studii sunt esențiale deoarece rezultatele obținute la șoareci nu pot fi transferate automat la oameni. Diferitele medicamente chimioterapice pot produce neuropatie prin mecanisme diferite, iar organismul uman poate răspunde diferit la psilocibină. Cercetătorii trebuie să stabilească nu doar dacă există un efect protector, ci și care este doza potrivită, cât durează protecția și cât de sigură este administrarea în contextul tratamentului oncologic.
Ceea ce face acest studiu cercetare nu este doar faptul că implică psilocibina, ci schimbarea de perspectivă pe care o propune. În loc să încerce să trateze neuropatia după ce nervii au fost deja afectați, cercetătorii explorează posibilitatea unei protecții preventive, administrată înainte ca leziunile să apară.
Experimentele sugerează că menținerea infrastructurii energetice a neuronilor ar putea fi una dintre cheile acestei protecții. Dacă mitocondriile continuă să circule și să furnizeze energie axonilor, nervii ar putea rezista mai bine stresului provocat de anumite medicamente chimioterapice.
Totuși, este important ca rezultatele să fie privite în contextul lor real. Studiul care a generat această ipoteză a fost unul preclinic, realizat pe modele animale. Psilocibina nu este în prezent un tratament demonstrat pentru prevenirea neuropatiei provocate de chimioterapie, iar pacienții nu ar trebui să încerce să folosească substanța pe cont propriu în acest scop.
Dacă studiile clinice vor confirma efectul observat la animale, studiul ar putea reprezenta un pas important către o nouă strategie de protejare a sistemului nervos în timpul tratamentului cancerului. Pentru moment, însă, cea mai interesantă parte a descoperirii este promisiunea unei idei: poate că, într-o zi, nervii ar putea fi protejați înainte ca chimioterapia să aibă ocazia să-i deterioreze.
Sursa: Live Science
The post Psilocibina ar putea proteja nervii de efectele chimioterapiei appeared first on Info Natura.
]]>The post Deșeurile electronice ascund o comoară de metale de care avem mare nevoie appeared first on Info Natura.
]]>Deșeurile electronice reprezintă o importantă sursă de materii prime pentru Europa, deoarece telefoanele, calculatoarele și alte echipamente conțin zeci de metale, inclusiv aur, cupru, galiu, tantal și wolfram. Problema este că o mare parte dintre aceste materiale nu sunt recuperate, iar cercetările arată că 56% dintre deșeurile electronice generate în Uniunea Europeană între 2006 și 2021 nu au fost colectate. Recuperarea metalelor din aceste produse ar putea reduce presiunea asupra resurselor naturale și, în același timp, dependența Europei de importurile unor materii prime critice.
Imaginează-ți că deschizi sertarul în care ai păstrat un telefon vechi. Poate că nu l-ai mai folosit de ani întregi și, la prima vedere, pare doar un obiect depășit, fără o utilitate reală. În interiorul lui se află însă o colecție de materiale care au necesitat cândva exploatarea unor zăcăminte, consum de energie, procese industriale complexe și transporturi pe distanțe mari înainte de a ajunge, în cele din urmă, în mâna ta.
Același lucru este valabil pentru un laptop vechi, un hard disk, un televizor, o boxă, un router sau chiar pentru unele dintre aparatele electrocasnice pe care le înlocuim fără să ne gândim prea mult la ceea ce se întâmplă cu ele după ce își încheie viața utilă. În spatele carcaselor de plastic și al circuitelor electronice se află metale precum cuprul, aluminiul, argintul, aurul, cobaltul, galiul, tantalul, wolframul sau neodimul.
Problema este că, deși aceste materiale au fost deja extrase din natură și transformate în produse, o mare parte dintre ele dispar din circuitul economic atunci când dispozitivele sunt aruncate. Iar într-o Europă care are nevoie de tot mai multe materii prime pentru tehnologiile moderne, această pierdere începe să semene cu o oportunitate ratată.
Extracția unui metal începe, de regulă, într-un loc foarte diferit de cel în care ajunge produsul final. Minereul este scos din pământ, transportat, zdrobit și tratat, iar metalul este separat prin procese care pot necesita cantități importante de energie și substanțe chimice. În cazul unor zăcăminte, întreaga operațiune presupune infrastructuri uriașe, utilaje grele și lanțuri logistice care traversează uneori continente.
Toate aceste eforturi au fost deja făcute în momentul în care metalul ajunge într-un telefon sau într-un computer.
De aceea, atunci când un dispozitiv este aruncat fără ca materialele din interior să fie recuperate, nu pierdem doar obiectul în sine. Pierdem și resursele care au fost consumate pentru a extrage și transforma acele materiale. Studiul prezentat de Nils Pauliks și colegii săi atrage atenția tocmai asupra acestei perspective: metalele din echipamentele electronice reprezintă o resursă secundară care ar putea fi folosită din nou, în loc să fie considerată pur și simplu deșeu.
Ideea poate fi privită ca o formă de „minerit urban”. Spre deosebire de mineritul convențional, în care materia primă trebuie descoperită și extrasă din zăcăminte, aici concentrațiile de metal se află deja în obiectele fabricate de societate. Orașele și economiile moderne au acumulat, de-a lungul deceniilor, cantități uriașe de materiale care pot fi recuperate atunci când produsele ajung la sfârșitul vieții.
Doar că această mină urbană are o particularitate esențială: dacă dispozitivele nu ajung în sistemul corect de colectare și reciclare, resursele pe care le conțin devin mult mai greu de recuperat.
Una dintre cele mai importante concluzii ale studiului este că pierderea metalelor începe mult înainte ca un dispozitiv să intre într-o instalație de reciclare. În Uniunea Europeană, aproximativ 56% din deșeurile electronice generate între 2006 și 2021 nu au fost colectate în sistemele corespunzătoare. Acest procent este important deoarece reciclarea nu poate începe dacă obiectul nu ajunge acolo unde poate fi tratat corespunzător.
Un telefon aruncat în gunoiul menajer intră într-un flux complet diferit de cel destinat echipamentelor electrice și electronice. În acel moment, posibilitatea de a recupera separat metalele din interior scade considerabil. Aparatul poate fi amestecat cu alte deșeuri, iar materialele sale ajung să fie dispersate într-un sistem în care separarea lor devine dificilă sau imposibilă.
Situația nu este însă identică în toate statele europene. Cantitatea de deșeuri electronice colectată a crescut în ultimii ani în unele țări, în timp ce altele continuă să aibă rezultate mai slabe. Tocmai de aceea, îmbunătățirea colectării rămâne una dintre cele mai importante verigi ale întregului proces.
Există însă și o problemă mai subtilă. Chiar și atunci când un aparat ajunge la reciclare, asta nu înseamnă automat că toate metalele din interiorul său vor fi recuperate.
O parte dintre ele se pierde în timpul sortării și procesării, iar pentru anumite metale nici nu există încă tehnologii de reciclare suficient de eficiente sau de bine dezvoltate pentru a permite recuperarea lor la scară largă. Aurul și argintul sunt printre metalele care pot fi recuperate, în timp ce cobaltul, galiul, tantalul și wolframul se află printre materialele care sunt încă pierdute în cantități importante, inclusiv prin incinerarea unor fracții de deșeuri.
Astfel, problema europeană nu este doar aceea că nu colectăm suficient. Este și aceea că, din ceea ce colectăm, nu reușim încă să recuperăm întregul spectru de materiale valoroase.
O altă idee interesantă a cercetării este că nu toate dispozitivele electronice sunt la fel atunci când privim lucrurile prin prisma materiilor prime pe care le conțin.
Pentru neodim, de exemplu, echipamentele audio și difuzoarele pot reprezenta surse importante, în timp ce routerele și hard disk-urile sunt relevante prin conținutul lor de materiale care pot fi recuperate. Laptopurile, la rândul lor, reprezintă o sursă importantă de galiu. Cercetătorii au analizat conținutul de metale pentru 54 de categorii de dispozitive electronice, ceea ce permite identificarea produselor care ar trebui să primească o atenție deosebită în procesele de colectare și reciclare.
Această abordare ar putea schimba treptat felul în care este organizată reciclarea. În loc să tratăm toate echipamentele electronice ca pe un flux omogen, ar putea fi mai eficient să identificăm produsele care conțin cantități importante din anumite materii prime și să dezvoltăm sisteme de colectare și procesare adaptate acestora.
Un hard disk vechi nu mai este, în această perspectivă, doar un obiect electronic inutil. El poate fi o sursă de materiale care au o valoare industrială. O pereche de difuzoare vechi poate reprezenta, la rândul ei, o sursă de neodim. Iar un laptop care pare complet depășit poate conține galiu, un metal important pentru numeroase tehnologii moderne.
Privite împreună, milioane de astfel de dispozitive pot forma un depozit de materii prime care se află deja în Europa, fără să fie nevoie ca aceste materiale să fie extrase încă o dată dintr-un zăcământ.
Importanța acestei resurse devine și mai clară atunci când ne uităm la câteva dintre metalele considerate critice pentru industria modernă.
Cercetătorii estimează că numai cantitatea de galiu aflată în deșeurile electronice europene ar putea contribui la reducerea cu până la 40% a dependenței Uniunii Europene de importurile acestui metal. Pentru tantal, cantitatea estimată în fluxurile de deșeuri ar reprezenta aproximativ 23% din cererea totală, în timp ce pentru magneziu și wolfram estimarea ajunge la aproximativ 12% pentru fiecare.
Aceste cifre nu înseamnă că Europa ar putea renunța la importuri sau că reciclarea ar putea înlocui complet extracția minieră. Deșeurile electronice nu apar într-un flux constant și uniform, iar recuperarea materialelor depinde de colectare, de tehnologiile disponibile și de costurile procesării.
Ele arată însă ceva important: o parte din materia primă de care Europa are nevoie se află deja în interiorul propriului sistem economic.
Metalele respective sunt necesare pentru tehnologii moderne și pentru numeroase sectoare industriale, de la turbine eoliene și pompe de căldură până la industria auto, aerospațială și producția de echipamente. În același timp, multe dintre aceste materii prime nu sunt disponibile în cantități suficiente pentru a fi exploatate ușor în interiorul Europei.
Recuperarea metalelor din produsele care au ajuns la sfârșitul vieții nu ar elimina această vulnerabilitate, dar ar putea oferi Europei o sursă suplimentară de materiale provenite din propriul teritoriu.
Iar într-o lume în care lanțurile de aprovizionare pot fi afectate de crize economice, conflicte geopolitice sau restricții comerciale, existența unor surse interne de materii prime secundare poate deveni din ce în ce mai importantă.
Aici se află, probabil, cea mai importantă schimbare de perspectivă. Dacă privim un telefon vechi doar ca pe un obiect care nu mai funcționează, atunci finalul său firesc pare să fie coșul de gunoi. Dacă îl privim ca pe o combinație de materiale care pot fi recuperate și transformate din nou în produse, atunci povestea se schimbă complet.
Aceasta este logica economiei circulare: materialele nu ar trebui să urmeze o singură direcție, de la natură către fabrică, apoi către consumator și, în cele din urmă, către groapa de gunoi sau incinerator. Ele ar trebui, pe cât posibil, să rămână în circuitul economic cât mai mult timp.
În cazul echipamentelor electronice, această tranziție presupune mai mult decât reciclare. Este nevoie de sisteme de colectare mai eficiente, de metode de sortare mai precise și de tehnologii capabile să recupereze și metalele care astăzi sunt pierdute. În același timp, este important ca produsele să fie proiectate astfel încât materialele din interiorul lor să poată fi recuperate mai ușor la sfârșitul ciclului de viață.
Există deja inițiative europene care urmăresc recuperarea unor materiale din deșeurile electronice și reintegrarea lor în industrie, iar politicile europene privind materiile prime critice acordă o atenție tot mai mare surselor secundare și reciclării. Organizații din industria reciclării consideră, de asemenea, deșeurile electronice una dintre cele mai importante surse urbane de materii prime pentru lanțurile europene de aprovizionare.
În acest context, responsabilitatea nu aparține exclusiv consumatorilor. Modul în care sunt concepute produsele, infrastructura de colectare, legislația, investițiile în tehnologii de reciclare și capacitatea industriei de a utiliza materialele recuperate sunt toate părți ale aceleiași probleme.
Consumatorul are însă un rol simplu și concret: un aparat electronic vechi nu ar trebui aruncat în gunoiul menajer. Predarea lui către un sistem adecvat de colectare este primul pas prin care materialele din interior pot rămâne în circuit.
Privită din această perspectivă, povestea deșeurilor electronice este mai puțin despre gunoi și mai mult despre resurse.
Europa are nevoie de metale pentru tehnologiile pe care dorește să le dezvolte, dar o parte dintre aceste metale se află deja în produsele care au fost fabricate, cumpărate și utilizate pe continent. În loc să dispară după câțiva ani de utilizare, ele ar putea fi recuperate și transformate din nou în materii prime.
Această idee nu înseamnă că reciclarea poate rezolva singură problema aprovizionării cu metale și nici că extracția minieră va deveni inutilă. Industria va continua să aibă nevoie de materii prime provenite din surse primare. Dar fiecare kilogram de metal recuperat dintr-un produs vechi este un kilogram care poate reintra în economie fără ca aceeași cantitate să trebuiască neapărat să fie extrasă dintr-un nou zăcământ.
În fond, aceasta este paradoxul pe care cercetarea îl scoate la lumină: Europa caută surse sigure de materii prime, în timp ce o parte dintre materialele de care are nevoie se află deja în propriile orașe, în depozite, în fabrici și în casele oamenilor.
Ceea ce numim astăzi deșeuri electronice ar putea deveni astfel una dintre resursele importante ale economiei circulare europene. Nu pentru că gunoiul ar fi devenit brusc valoros, ci pentru că am început să înțelegem că valoarea unui produs nu dispare în momentul în care acesta nu mai poate fi folosit.
Uneori, ea rămâne ascunsă în interiorul său, sub forma metalelor care au fost cândva extrase din pământ și care, printr-un sistem mai inteligent de colectare și reciclare, pot avea o a doua viață.
Sursa: The Conversation
The post Deșeurile electronice ascund o comoară de metale de care avem mare nevoie appeared first on Info Natura.
]]>The post Titanozaurii și-ar fi construit incubatoare pentru ouă în regiunile reci appeared first on Info Natura.
]]>Fragmentele de ouă de dinozaur descoperite în sudul îndepărtat al Patagoniei oferă indicii despre modul în care titanozaurii ar fi putut să se reproducă într-un climat mult mai rece decât cel asociat în mod obișnuit cu dinozaurii. Ouăle aveau o porozitate ridicată, caracteristică ouălor îngropate în cuiburi acoperite. Cercetătorii sugerează că aceste cuiburi ar fi putut funcționa asemenea unor incubatoare naturale. Descoperirea reprezintă cea mai sudică dovadă clară a unor ouă de dinozaur din emisfera sudică și sugerează că titanozaurii se reproduceau la latitudini mai mari decât se credea anterior.
Imaginea clasică a unui dinozaur este adesea asociată cu peisaje calde, vegetație luxuriantă și un climat dominat de temperaturi ridicate. Însă istoria acestor animale este mult mai complexă. Ouăle de dinozaur au fost descoperite în regiuni care, în trecutul geologic, se aflau la latitudini surprinzător de mari, iar o nouă descoperire din Patagonia împinge și mai departe limitele cunoscute ale reproducerii lor.
În formațiunea Chorrillo din sudul îndepărtat al Argentinei au fost descoperite peste 250 de fragmente de coji de ouă datând din Maastrichtian, ultima etapă a Cretacicului, cu puțin timp înainte de dispariția dinozaurilor non-aviari. Analiza lor a fost realizată de o echipă condusă de paleontologul Kohei Tanaka de la Universitatea din Tsukuba, iar rezultatele au fost publicate în Royal Society Open Science în septembrie 2026.
Locul în care au fost depuse ouăle se afla atunci la aproximativ 55–60 de grade latitudine sudică. Cu alte cuvinte, nu era deloc aproape de tropice, ci într-o regiune cu un climat considerabil mai rece. Cercetătorii estimează că temperatura medie anuală din acel mediu se situa aproximativ între 12 și 14,5 °C. Este cea mai sudică regiune din emisfera sudică în care au fost identificate până acum dovezi definitive de ouă de dinozaur.
Ouăle fosile, clasificate ca Fusioolithus, sunt considerate probabil ouă de titanozaur – grupul de sauropode cu gât lung din care făceau parte unele dintre cele mai mari animale terestre care au existat vreodată.
Descoperirea ridică imediat o problemă. Un embrion aflat într-un ou are nevoie de o temperatură suficientă pentru ca procesele chimice și biologice necesare dezvoltării sale să se desfășoare corespunzător. În regiunile mai apropiate de Ecuator, radiația solară putea furniza o parte importantă din această energie.
În sudul Patagoniei însă, situația era diferită. La o asemenea latitudine, cantitatea de energie solară disponibilă era mai redusă, iar anotimpurile reci puteau reprezenta un obstacol serios pentru dezvoltarea embrionilor.
În plus, titanozaurii erau animale uriașe. Spre deosebire de unele dinozauri mai mici, care ar fi putut folosi contactul direct cu corpul pentru a-și încălzi ouăle, un titanozaur nu putea pur și simplu să se așeze peste o astfel de pontă fără riscul de a o distruge. Așa cum explică și revista ScienceAlert, un asemenea cuib ar fi putut deveni literalmente o „omletă” uriașă.
Prin urmare, cheia trebuie să fi fost probabil structura cuibului. Studiul oferă un indiciu important: cojile fosile prezintă o porozitate foarte ridicată. Porii sunt esențiali pentru schimbul de gaze dintre embrion și mediul exterior, dar caracteristicile lor pot oferi și informații despre modul în care era amplasat oul în cuib.
Studiile anterioare au arătat că ouăle de dinozaur cu o porozitate ridicată sunt asociate cu cuiburi în care ouăle erau complet acoperite de materialul din jur. Astfel, cojile descoperite în Patagonia oferă un indiciu că ouăle nu erau lăsate pur și simplu la suprafață, ci erau probabil îngropate într-un cuib de tip movilă.
Aici apare cea mai interesantă ipoteză a cercetătorilor. Dacă lumina Soarelui nu era suficientă, de unde provenea căldura necesară? O posibilitate este ca titanozaurii să fi construit cuiburi alcătuite dintr-o combinație de sol, vegetație și alte materiale organice. Pe măsură ce materia vegetală se descompunea, microorganismele din interiorul movilei produceau căldură.
Un astfel de sistem există și în prezent. Crocodilii de apă sărată, precum și megapodele – păsări cunoscute și sub numele de brushturkeys – construiesc movile din materie vegetală în descompunere. Procesele microbiene din interior generează căldură, iar ouăle sunt îngropate în această masă organică. În cazul megapodelor, părinții pot chiar să ajusteze materialul cuibului pentru a controla temperatura.
Este posibil, sugerează cercetătorii, ca un principiu asemănător să fi funcționat și în cazul titanozaurilor din Patagonia. Cu alte cuvinte, cuiburile de dinozauri ar fi putut funcționa ca niște incubatoare naturale, în care microorganismele transformau materia organică în căldură, iar movila proteja ouăle de frigul exterior.
Această interpretare este susținută în primul rând de combinația dintre latitudinea foarte mare a sitului și porozitatea cojilor. Cercetătorii consideră că, în aceste condiții, descompunerea microbiană era probabil o sursă de căldură mai importantă decât radiația solară.
La prima vedere, o coajă de ou fosilizată poate părea un obiect relativ simplu. Pentru paleontologi însă, structura microscopică a acesteia poate funcționa asemenea unei arhive biologice. Porii cojii permit trecerea oxigenului către embrion și eliminarea dioxidului de carbon. În același timp, ei influențează pierderea de apă din interiorul oului.
Un ou aflat la suprafața unui cuib trebuie să limiteze pierderea excesivă de apă, în timp ce un ou îngropat într-un mediu umed are alte constrângeri și poate necesita o rețea de pori diferită pentru a asigura schimbul suficient de gaze.
În cazul fragmentelor de Fusioolithus din Chorrillo, porozitatea ridicată se potrivește cu ceea ce cercetătorii se așteaptă să găsească la ouăle incubate complet acoperite de materialul cuibului.
Această informație este importantă deoarece fosilele descoperite nu reprezintă cuiburi intacte. Cercetătorii nu au găsit o movilă de vegetație conservată în care să se afle ouăle, ci fragmente de coajă. Reconstrucția modului de incubare trebuie, prin urmare, făcută indirect, pornind de la caracteristicile microscopice ale cojii și de la condițiile climatice ale regiunii.
Așadar, ipoteza unui „incubator microbian” este foarte plauzibilă, dar rămâne o reconstrucție științifică, nu o observație directă.
Importanța descoperirii nu se limitează la modul în care erau incubate ouăle. Ea schimbă și imaginea pe care o avem despre distribuția geografică a titanozaurilor.
Înainte de acest studiu, ouăle de dinozaur erau cunoscute și din regiuni cu latitudini ridicate, inclusiv din nordul Americii și Siberia, însă dovezile provenite din emisfera sudică erau mai limitate. Noua descoperire demonstrează că titanozaurii își depuseseră ouăle într-un mediu aflat la 55–60° sud, mult mai aproape de regiunile subpolare decât majoritatea siturilor cunoscute de reproducere ale acestor animale.
Această capacitate de a se reproduce în regiuni reci se înscrie într-un tablou mai larg al adaptabilității dinozaurilor. Descoperiri anterioare din nordul îndepărtat al Alaskăi au demonstrat că mai multe grupuri de dinozauri se reproduceau chiar și la latitudini arctice extreme, unde existau perioade lungi de întuneric și temperaturi apropiate de îngheț.
În cazul titanozaurilor din Patagonia, însă, soluția pare să fi fost mai puțin legată de încălzirea directă a ouălor de către părinți și mai mult de exploatarea proprietăților fizice și biologice ale cuibului. Este o idee fascinantă: un animal gigantic nu trebuia neapărat să-și încălzească ouăle cu propriul corp. Putea, în schimb, să creeze un mediu în care natura însăși producea căldura necesară.
Imaginea care se conturează din aceste fosile este remarcabilă. În urmă cu aproximativ 68 de milioane de ani, într-o regiune din sudul Patagoniei, un titanozaur putea să depună ouă într-un cuib acoperit de materiale organice. În interiorul movilei, microorganismele descompuneau vegetația și produceau căldură, în timp ce ouăle erau protejate de mediul exterior.
În acest scenariu, cuibul devenea mai mult decât un simplu loc în care erau depuse ouăle. Era un adevărat microhabitat termic, capabil să ofere embrionilor condițiile necesare dezvoltării.
Totuși, cercetătorii sunt prudenți. Nu există încă un cuib complet conservat care să demonstreze direct că titanozaurii din Chorrillo foloseau compostul ca sursă de căldură. Studiul indică această explicație ca fiind cea mai probabilă pe baza latitudinii, a condițiilor climatice și a caracteristicilor cojilor, dar descoperirea unui cuib intact ar putea oferi dovezi mult mai puternice.
Până atunci, ouă de dinozaur din sudul Patagoniei rămân o fereastră extraordinară către comportamentul reproductiv al unor animale dispărute de zeci de milioane de ani. Ele arată că lumea dinozaurilor nu era dominată exclusiv de regiuni calde și tropicale și că succesul reproductiv putea depinde de o interacțiune sofisticată între comportamentul animalelor, structura cuibului și procesele naturale din mediul înconjurător.
Poate că una dintre cele mai interesante lecții ale acestei descoperiri este tocmai aceasta: pentru a supraviețui într-un mediu dificil, nu este întotdeauna nevoie să produci singur energia de care ai nevoie. Uneori, este suficient să construiești condițiile potrivite pentru ca ecosistemul din jur să o producă pentru tine.
Sursa: Science Alert
The post Titanozaurii și-ar fi construit incubatoare pentru ouă în regiunile reci appeared first on Info Natura.
]]>The post Modelele AI pentru proteine tocmai au primit un avantaj neașteptat appeared first on Info Natura.
]]>Un consorțiu format din companii farmaceutice a testat ce se întâmplă atunci când sunt adăugate peste câteva zeci de mii de structuri proteice proprietare. Modelele AI pentru proteine antrenate astfel au prezis corect peste jumătate dintre structurile dintr-un set de testare, în timp ce versiunea publică a OpenFold3 a reușit acest lucru pentru aproximativ o treime. Diferența arată cât de importantă este calitatea și diversitatea datelor pentru următoarea generație de inteligență artificială aplicată biologiei.
Inteligența artificială a schimbat deja modul în care cercetătorii privesc structura proteinelor. Sisteme precum AlphaFold au demonstrat că algoritmii pot prezice cu o precizie impresionantă felul în care lanțurile de aminoacizi se pliază în structuri tridimensionale, oferind cercetătorilor un instrument nou pentru explorarea mecanismelor vieții și pentru descoperirea unor medicamente.
Însă aceste sisteme se confruntă cu o problemă mai puțin spectaculoasă decât algoritmii înșiși: datele. O mare parte dintre informațiile experimentale disponibile public provin din baze de date precum Protein Data Bank, însă acestea conțin relativ puține exemple în care proteinele sunt surprinse în interacțiune cu molecule asemănătoare medicamentelor. Exact aici se află una dintre cele mai importante surse de informații pentru industria farmaceutică.
Un nou experiment realizat de un consorțiu de companii farmaceutice arată cât de mult poate conta această sursă ascunsă de date. Cercetătorii au antrenat un model AI folosind peste 20.000 de structuri proteice proprietare, iar rezultatele au fost semnificativ mai bune decât cele obținute de modele antrenate exclusiv cu date publice.
Pentru a înțelege importanța rezultatului, trebuie privit mai întâi modul în care a evoluat predicția structurii proteinelor.
Proteinele sunt molecule extrem de complexe, formate din lanțuri de aminoacizi care se pliază în structuri tridimensionale. Forma rezultată determină în mare măsură funcția proteinei. Pentru cercetători, cunoașterea acestei forme este esențială atunci când încearcă să înțeleagă o boală sau să conceapă o moleculă capabilă să influențeze activitatea unei proteine.
Timp de decenii, structura proteinelor a fost determinată experimental, prin metode precum cristalografia cu raze X sau microscopia crio-electronică. Procesul este însă costisitor și dificil.
Aici a intervenit inteligența artificială. AlphaFold a demonstrat că modelele de învățare automată pot utiliza structurile deja cunoscute pentru a învăța regulile care guvernează plierea proteinelor. Baza acestei revoluții a fost, în mare parte, Protein Data Bank, o arhivă publică ce conține peste 200.000 de structuri proteice determinate experimental. Importanța acestei contribuții la biologie structurală a fost recunoscută inclusiv prin acordarea Premiului Nobel pentru Chimie din 2024.
Însă succesul a creat și o nouă problemă. Nu toate tipurile de structuri biologice sunt reprezentate în aceeași măsură în bazele publice. Iar pentru dezvoltarea medicamentelor nu este suficient să știm cum arată o proteină izolată. Este mult mai important să știm cum interacționează ea cu moleculele care ar putea deveni medicamente.
Aceste informații există în cantități mari în laboratoarele companiilor farmaceutice. Doar că nu sunt, în general, publice.
În procesul de descoperire a medicamentelor, companiile farmaceutice determină numeroase structuri ale proteinelor legate de molecule candidate. Aceste molecule, numite liganzi, pot modifica activitatea proteinelor și reprezintă una dintre piesele centrale ale dezvoltării medicamentelor.
Structurile sunt obținute prin metode experimentale precum cristalografia cu raze X și microscopia crio-electronică. O mare parte dintre ele nu ajung în bazele publice deoarece sunt asociate unor programe de cercetare aflate în desfășurare sau unor proiecte comerciale confidențiale.
Prin urmare, se produce o situație paradoxală. Cercetătorii dispun de modele AI din ce în ce mai sofisticate, dar o parte importantă a datelor de care aceste modele ar avea nevoie pentru a deveni și mai bune se află în arhive private.
În articol publicat în revista Nature notează că dimensiunea totală a acestor colecții este necunoscută, iar unele estimări sugerează că ele ar putea conține chiar mai multe date decât Protein Data Bank.
Pentru modelele AI pentru proteine, această situație reprezintă o limitare importantă. Un algoritm poate fi extraordinar de performant în identificarea tiparelor pe care le-a întâlnit în timpul antrenamentului, dar performanța poate scădea atunci când este pus în fața unor molecule foarte diferite de cele pe care le cunoaște. În cazul descoperirii medicamentelor, tocmai aceste situații dificile pot fi cele mai importante.
Pentru a testa dacă datele proprietare ale industriei pot îmbunătăți modelele de inteligență artificială, mai multe companii farmaceutice au format anul trecut AI Structural Biology Network, o colaborare destinată explorării acestei probleme. Printre participanți se numără AbbVie și Astex Pharmaceuticals, alături de alte companii.
Cercetătorii au pornit de la OpenFold3, o replică open-source a AlphaFold 3, și au adăugat la procesul de antrenare 20.167 de structuri proteice în care proteinele erau legate de potențiale medicamente sau alți liganzi.
Un aspect important este că datele au fost utilizate astfel încât informațiile proprietare ale companiilor să rămână confidențiale. Cu alte cuvinte, cercetătorii au încercat să obțină avantajul combinării seturilor de date fără să fie nevoie ca fiecare companie să-și dezvăluie public arhivele.
Rezultatul a fost impresionant. Modelul antrenat cu datele suplimentare a fost testat pe 1.056 de structuri proteină–ligand care nu fuseseră utilizate în antrenare. Mai mult de jumătate dintre aceste structuri au fost prezise cu un nivel ridicat de acuratețe.
Prin comparație, versiunea publică a OpenFold3, antrenată doar cu datele disponibile public, a atins același nivel de performanță pentru aproximativ o treime dintre structuri. Un alt model open-source, Boltz-2, a obținut aproximativ 40%.
Diferența arată că problema nu este neapărat lipsa unor algoritmi suficient de sofisticați. Uneori, algoritmul are nevoie pur și simplu de mai multe exemple relevante.
Este tentant să privim aceste rezultate și să spunem că inteligența artificială va accelera automat apariția unor medicamente noi. Realitatea este ceva mai nuanțată.
Un model care prezice mai bine structura unui complex proteină–moleculă nu produce, prin el însuși, un medicament. Descoperirea și dezvoltarea unui tratament presupun numeroase etape, de la identificarea unei ținte biologice și proiectarea moleculelor candidate până la experimente de laborator, studii preclinice și, în cele din urmă, studii clinice.
Valoarea unui astfel de model apare însă mult mai devreme în acest proces. Dacă inteligența artificială poate identifica mai bine moleculele care au șanse să se lege de o anumită proteină, cercetătorii pot restrânge numărul de variante care trebuie testate experimental. În loc să exploreze orbește un spațiu molecular uriaș, pot folosi predicțiile pentru a decide unde merită să investească timp și resurse. Cu cât predicțiile devin mai bune, cu atât această selecție poate deveni mai eficientă.
De aceea, experimentul AISB este interesant dincolo de cifrele sale. El sugerează că următoarea etapă a revoluției AI în biologie ar putea depinde de o combinație între algoritmi performanți și acces la seturi de date pe care până acum comunitatea științifică nu le-a avut la dispoziție.
În același timp, experimentul scoate la iveală o dilemă care va deveni probabil tot mai importantă. Companiile farmaceutice au motive comerciale serioase să păstreze aceste date private, dar cercetarea științifică ar beneficia de pe urma unor baze de date mai bogate și mai diverse.
O posibilă soluție este dezvoltarea unor proiecte care să producă și să publice noi structuri. Un astfel de proiect este OpenBind, care beneficiază de o finanțare de până la 8 milioane de lire sterline din partea guvernului britanic și a început deja să pună la dispoziție noi structuri proteice, cu alte mii aflate în pregătire. Poate că acesta este, de fapt, unul dintre cele mai importante mesaje ale experimentului.
Revoluția AlphaFold a arătat cât de mult poate face inteligența artificială atunci când primește suficiente date pentru a învăța regulile unei probleme biologice extrem de complexe. Noua generație de modele AI pentru proteine ar putea merge mai departe dacă oamenii de știință reușesc să le ofere exact acele exemple care lipsesc din arhivele publice.
Iar unele dintre cele mai valoroase exemple nu trebuie neapărat inventate de la zero. Ele există deja, în mii de laboratoare din întreaga lume. Provocarea este să găsim o modalitate prin care aceste cunoștințe să poată contribui la progresul științific fără ca informațiile confidențiale să fie pierdute.
Experimentul prezentat de Nature arată că acest lucru este posibil. Deocamdată, rezultatele trebuie privite cu prudență: studiul nu a trecut încă prin evaluarea colegială, iar modelul rezultat nu este disponibil public. Dar direcția este interesantă. Dacă datele sunt una dintre resursele care limitează evoluția inteligenței artificiale în biologie, atunci următorul salt nu va veni neapărat dintr-un model cu și mai mulți parametri.
Ar putea veni dintr-o idee mult mai simplă și, în același timp, mult mai dificilă: să punem la dispoziția inteligenței artificiale mai multe dintre lucrurile pe care știința le-a descoperit deja.
Sursa: Nature
The post Modelele AI pentru proteine tocmai au primit un avantaj neașteptat appeared first on Info Natura.
]]>The post Construcțiile pe Marte ar putea folosi drojdie modificată genetic appeared first on Info Natura.
]]>Construcțiile pe Marte ar putea beneficia, într-o zi, de o soluție neobișnuită: microorganisme modificate genetic. Cercetătorii au creat un „material de construcție viu” în care drojdia modificată genetic ajută la legarea particulelor minerale și la formarea unei structuri solide. Deocamdată, tehnologia se află în stadiul de laborator și mai sunt necesare numeroase teste înainte ca ea să poată fi luată în calcul pentru construcții reale pe Marte.
Pentru viitorii exploratori ai Planetei Roșii, construirea unui adăpost va fi aproape la fel de importantă ca ajungerea pe Marte. Atmosfera este extrem de rarefiată, temperaturile pot coborî mult sub punctul de îngheț, iar suprafața este bombardată de radiații. Un habitat destinat oamenilor va trebui să ofere protecție și să păstreze în interior o atmosferă presurizată.
Problema este că transportarea materialelor de construcție de pe Pământ este extrem de costisitoare. O misiune spațială trebuie să transporte deja combustibil, echipamente, sisteme de susținere a vieții, hrană și numeroase alte componente. Dacă la toate acestea s-ar adăuga cantități mari de beton, metal sau alte materiale pentru construirea unor habitate, masa încărcăturii ar crește considerabil.
De aceea, una dintre direcțiile importante ale cercetării pentru viitoarele construcții pe Marte este utilizarea resurselor disponibile local. Regolitul marțian, stratul de material mineral care acoperă suprafața planetei, există practic pretutindeni. Problema este transformarea lui într-un material suficient de rezistent pentru construcții.
Una dintre metodele propuse presupune încălzirea regolitului la temperaturi foarte ridicate, astfel încât particulele să se lege între ele. Este însă un proces care necesită multă energie. Pe Marte, unde energia solară este mai puțin abundentă decât pe Pământ, iar infrastructura energetică va fi dificil de construit, găsirea unor alternative mai eficiente poate deveni esențială.
Aici intervine o idee care pare desprinsă din science-fiction: folosirea unor microorganisme pentru fabricarea materialelor de construcție.
O echipă de cercetători de la Hong Kong University of Science and Technology a dezvoltat un material numit Engineered Living Building Material sau ELBM – un material de construcție viu. În centrul acestei tehnologii se află o formă modificată genetic a drojdiei de panificație, Saccharomyces cerevisiae.
Drojdia nu este folosită pentru a produce alcool sau pâine, ci ca o componentă activă a materialului. Cercetătorii au modificat genetic microorganismele pentru a produce proteine care pot contribui la legarea particulelor minerale și la consolidarea structurii.
Una dintre sursele de inspirație a fost natura. Cercetătorii s-au uitat la modul în care midiile reușesc să se fixeze pe suprafețe umede și stâncoase. Proteinele asociate cu această capacitate au proprietăți adezive foarte puternice, iar versiuni adaptate ale lor au fost integrate în sistemul biologic folosit pentru noul material.
O altă componentă moleculară, cunoscută sub numele de SpyTag/SpyCatcher, permite formarea unor legături foarte stabile între molecule. Împreună, aceste mecanisme transformă celulele de drojdie într-un fel de elemente microscopice de armare și legare.
Materialul rezultat combină drojdia modificată genetic cu particule minerale și gelatină. Amestecul poate fi modelat și imprimat 3D, ceea ce deschide o posibilitate interesantă pentru viitoarele habitate pe Marte: structurile ar putea fi fabricate local, fără ca fiecare element să trebuiască transportat de pe Pământ.
Una dintre cele mai interesante caracteristici ale acestei tehnologii este faptul că mediul marțian nu trebuie neapărat să fie complet combătut. Unele dintre condițiile extreme de pe Planeta Roșie pot fi integrate chiar în procesul de formare a materialului.
În experimente, cercetătorii au testat materialul în condiții care au imitat atmosfera marțiană, inclusiv temperaturi de aproximativ –30 °C și o presiune de numai 0,01 atmosfere.
După pregătirea inițială, apa din material îngheață, iar în condițiile de presiune scăzută poate trece direct din stare solidă în vapori prin sublimare. Procesul este asemănător uscării prin înghețare. În loc să distrugă materialul, eliminarea apei contribuie la formarea unei structuri poroase susținute de rețeaua biologică.
În testele realizate de cercetători, materialul a atins o rezistență la compresiune de aproximativ 12 MPa, în timp ce rezistența la încovoiere a ajuns la aproximativ 6 MPa. Aceste rezultate nu înseamnă că materialul poate fi deja folosit pentru construirea unei baze marțiene, dar arată că o structură biologică poate dobândi proprietăți mecanice relevante pentru aplicații de construcție.
Un alt rezultat important a apărut atunci când cercetătorii au eliminat componenta biologică. Materialul de control a prezentat o capacitate mult mai redusă de a menține particulele minerale împreună. Cu alte cuvinte, drojdia nu este doar un ingredient suplimentar, ci contribuie efectiv la arhitectura materialului.
Avantajul tehnologiei nu se limitează la faptul că folosește un organism viu. Unul dintre motivele pentru care cercetătorii sunt interesați de această abordare este consumul redus de energie.
Metodele tradiționale propuse pentru transformarea regolitului în materiale de construcție pot necesita temperaturi foarte ridicate. ELBM funcționează într-un proces în care biologia și condițiile de mediu fac o parte importantă din muncă. Potrivit cercetătorilor, consumul de energie poate fi cu aproape două ordine de mărime mai mic decât în cazul proceselor de sinterizare folosite pentru comparație.
Pentru Pământ, o asemenea diferență poate părea mai puțin spectaculoasă. Pentru o colonie izolată la milioane de kilometri distanță, însă, energia poate fi una dintre cele mai importante resurse. Fiecare proces care poate fi realizat fără cuptoare de mare putere poate reduce presiunea asupra infrastructurii energetice.
Materialul prezintă și o altă caracteristică interesantă: poate fi reciclat. În experimente, cercetătorii au încălzit structurile la aproximativ 45 °C pentru a lichefia gelatina, după care materialul a putut fi remodelat. Procesul a fost repetat de mai multe ori, până la patru cicluri, fără pierderea evidentă a integrității structurale.
Dacă o astfel de tehnologie ar ajunge vreodată să fie utilizată într-o colonie marțiană, conceptul de „deșeu de construcție” s-ar putea schimba. Un material provenit dintr-o structură veche ar putea fi recuperat și reutilizat pentru o structură nouă.
Mai există însă o problemă. Gelatina folosită în formula actuală trebuie să provină de pe Pământ. Cercetătorii au încercat variante fără gelatină, dar acestea au avut proprietăți mecanice mai slabe. Așadar, tehnologia nu oferă încă independență totală față de aprovizionarea terestră.
Rezultatele sunt interesante, dar distanța dintre un experiment de laborator și o tehnologie capabilă să construiască structuri pe Marte este foarte mare.
În primul rând, experimentele nu au fost realizate cu regolit marțian autentic. Solul de pe Marte conține compuși precum perchlorații, care pot fi problematici pentru organismele vii. Va trebui demonstrat că drojdia modificată genetic poate funcționa în prezența acestora sau că materialul poate fi fabricat folosind un regolit tratat.
Apoi există radiația. Suprafața lui Marte primește o cantitate mult mai mare de radiație decât suprafața Pământului, deoarece planeta nu beneficiază de un câmp magnetic global puternic și are o atmosferă foarte subțire. Nu este încă clar cât timp ar putea rezista componentele biologice și materialul rezultat în asemenea condiții.
Mai important, un perete realizat din acest material nu ar putea fi pur și simplu folosit ca un perete obișnuit al unei case. Porozitatea sa înseamnă că nu este suficient pentru menținerea unei atmosfere presurizate. Un habitat uman ar avea nevoie de o barieră etanșă suplimentară, iar structura biologică ar putea avea rolul de suport, protecție sau izolație.
De aceea, este mai realist să privim ELBM nu ca pe o „cărămidă marțiană” gata de utilizare, ci ca pe o posibilă componentă a unui viitor sistem de construcție extraterestră.
Ideea că microorganismele ar putea participa la construirea unei baze extraterestre schimbă într-un mod interesant perspectiva asupra explorării spațiului.
Până acum, imaginea clasică a unei colonii marțiene presupunea roboți care excavă regolitul, utilaje care îl procesează și imprimante 3D care construiesc structuri. Experimentul cu drojdia sugerează o alternativă în care biologia ar putea deveni parte a infrastructurii.
Un avantaj fundamental al organismelor vii este capacitatea lor de a se multiplica. Dacă o populație de drojdie modificată genetic ar putea fi menținută într-un bioreactor, microorganismele necesare pentru noi loturi de material ar putea fi produse local, în loc să fie transportate permanent de pe Pământ.
Aceasta este una dintre ideile centrale ale colonizării planetei Marte: nu doar să ducem tot ceea ce avem nevoie pe o altă lume, ci să transformăm resursele locale în resurse utilizabile și să construim sisteme capabile să se regenereze.
Suntem însă departe de momentul în care o bază marțiană va putea fi „crescută” din microorganisme. Sunt necesare teste suplimentare în condiții marțiene mai realiste, inclusiv cu regolit real, radiație, cicluri repetate de îngheț-dezgheț și perioade lungi de funcționare.
Totuși, experimentul demonstrează un principiu important: construcția extraterestră nu trebuie să fie neapărat o luptă permanentă împotriva mediului. Unele dintre proprietățile planetei Marte – frigul, presiunea scăzută și disponibilitatea materialelor minerale – ar putea fi integrate în procesul de fabricație.
În viitor, primele construcții pe Marte ar putea fi rezultatul unei combinații dintre robotică, imprimare 3D, resurse locale și biologie sintetică. Iar dacă această direcție se va dovedi viabilă, o parte din infrastructura primei așezări umane de pe Marte ar putea proveni nu din fabrici aduse de pe Pământ, ci dintr-o fabrică microscopică de organisme modificate genetic.
Sursa: Universe Today
The post Construcțiile pe Marte ar putea folosi drojdie modificată genetic appeared first on Info Natura.
]]>