Как создают «живые лекарства», что случилось с пережившими ледниковый период европейцами и как нейросеть решила задачу, над которой полвека бились ученые, — в своей постоянной рубрике для Forbes Life рассказывает научный журналист, ведущий Telegram-канала «Кот Шредингера» Андрей Константинов
У мармозеток есть имена
В начале лета этого года вышла статья, в которой исследователи доказывали, что слоны называют друг друга по имени, — а теперь выясняется, что имена есть и у существ поменьше. По данным опубликованного на днях в Science исследования, мармозетки, или игрунки (бразильские обезьянки размером с крупную белку), тоже дают друг другу имена и реагируют на них, причем одно имя используется всей семьей. У них есть особые крики для общения в густой листве — оказалось, такой крик звучит по-разному в зависимости от того, к кому он обращен. Исследователи также проверили, не похожи ли крики, обращенные к родичу, на крики самого адресата, как у дельфинов. Но нет, имена у мармозеток вроде бы оказались произвольными. Пока что приходится оговаривать этот момент с осторожностью — «вроде бы», потому что такая произвольность знаков по отношению к обозначаемому до сих пор считалась исключительной особенностью человеческого языка и чуть ли не самым фундаментальным различием между человеком и другими животными.
Другие недавние исследования вокальной коммуникации мармозеток показали, что они учатся «разговаривать» в младенчестве, подражая своим родителям, по очереди общаясь с ними и даже подслушивая разговоры своих соседей. Предполагают, что обезьяны стали развивать звуковое общение, чтобы оставаться на связи в густой среде тропического леса, где членов группы легче услышать, чем увидеть. Пока это единственные обезьяны, о которых известно, что они дают друг другу имена.
Новое достижение самой знаменитой научной нейросети
Лаборатория Google DeepMind разработала нейросеть AlphaProteo, способную генерировать белки, взаимодействующие с заданным белком-мишенью.
До сих пор важнейшим научным достижением искусственного интеллекта считалась нейросеть AlphaFold, созданная все в той же лаборатории DeepMind (на основе их же нейросети AlphaGo, которая нашумела еще на заре эпохи нейросетей, обыграв мастеров в го). AlphaFold научилась предсказывать форму молекул белка по последовательности аминокислот — звеньев, из которых состоит эта самая молекула, похожая на свернутую в узел длинную цепочку из аминокислот. AlphaFold решила задачу, над которой полвека бились ученые, — чтобы, перебирая разные последовательности, подбирать нужную форму белка — например, нужный ключик к какому-то рецептору.
Если молекула ДНК в наших клетках подобна книге или программе, то белки похожи на нанороботов миллиона разных видов, с миллионом разных функций. Функцию каждого конкретного наноробота определяет его форма, структура, — а она задается последовательностью из аминокислот.
И вот новый важнейший шаг — AlphaProteo будет подбирать нужный белок сразу по данным о последовательности белка-мишени. Перебор вслепую больше не нужен — подобрать нужный ключик к рецептору теперь можно сразу, исходя из формы этого рецептора — той молекулы-замка, на которую надо воздействовать этим ключиком. AlphaProteo обучена на гигантском наборе белковых структур, включающем все известные белки из Банка данных о белках и еще 100 млн структур, предсказанных AlphaFold.
Нейросеть протестировали на разных белках-мишенях, например связанных с раком. AlphaProteo не во всех случаях справилась с заданием, но во многих — создала белки, которые прочно связывались с нужными мишенями.
Если все так, это очень важное достижение для фармацевтики и многих других областей. Искусственный интеллект продолжает двигать науку вперед.
Старость лечат лимфоцитами
Сейчас в фармацевтике происходит глобальный сдвиг — от химически синтезируемых лекарств к биологически синтезируемым — например, производимым бактериями, — потом их еще вводят в оболочку от вируса, чтобы доставить в клетку.
А следующий шаг — переход от молекул к «живым лекарствам», например к лимфоцитам, задача каждого из которых — найти и обезвредить мишень, на которую он нацелен. Лимфоциты, взятые из крови человека, перепрограммируют на определенную мишень и запускают обратно в организм — так уже лечат рак (иммунотерапия рака) и подбираются к другим заболеваниям. Вместо лекарств-молекул лекарством становятся живые клетки, запрограммированные на выполнение нужных задач.
Недавно такие лимфоциты показали себя как мощное потенциальное лекарство в исследованиях старения. Мишенью лимфоцитов делают сенесцентные клетки (то есть состарившиеся и сломавшиеся), которые накапливаются при старении, что считается одной из главных причин нарушений в работе организма в пожилом возрасте. Лимфоциты помогают от них избавиться — пока мышам, — и у старых мышей улучшается работоспособность и молодеет обмен веществ.
Как европейцы пережили ледниковый период
30 000 лет назад Европа была страной степей со стадами пасущихся мамонтов и другой мегафауны — и поразительно единообразной человеческой культурой. Ее жители, которых археологи называют граветтийцами, вырезали из бивня мамонта скульптуры животных размером с ладонь и стилизованные женские фигурки «палеолитических венер» — их находят всюду от Испании до России. «Граветтийцев можно считать первой общеевропейской культурой», — говорит археолог из Тюбингенского университета Николас Конард.
Но исследование 356 геномов охотников-собирателей, живших от 35 000 до 5000 лет назад на территории 14 стран — от Пиренейского полуострова до степей России, показало, что граветтийцы не были единым народом — люди с территорий Франции и Испании генетически отличались от групп, живших на территории нынешних Италии, Чехии и к востоку от них. Эти генетические данные помогают объяснить тонкие региональные различия в типах инструментов и стратегиях жизнеобеспечения, которые десятилетиями озадачивали археологов. Например, только люди в Восточной и Центральной Европе строили убежища из костей мамонта. Даже женские фигурки на востоке и на западе сделаны разными способами из разных материалов и найдены в разных контекстах.
Это исследование также проливает свет на то, что случилось с древними европейцами, когда климат ухудшился и настал последний ледниковый максимум между 25 000 и 19 000 лет назад, когда большую часть Северной и Центральной Европы покрывал ледник — кстати, толщиной более километра. Археологи предполагали, что люди отступили в свободные ото льда районы на юге Европы, начиная примерно с 26 000 лет назад, а затем просочились обратно на север несколько тысяч лет спустя, когда ледники растаяли. Этот сценарий, по-видимому, справедлив для Пиренейского полуострова и юга Франции. А итальянский полуостров, который долгое время считался безопасным климатическим убежищем, оказался тупиковым путем — граветтийское население там полностью исчезает и Италию заселяют новые люди, по генетическим данным прибывшие с Балкан.
Около 14 000 лет назад, когда температура в Европе резко поднялась в течение нескольких столетий, археологи фиксируют культурные изменения — их, кстати, некоторые трактуют как деградацию в сравнении с великими рисунками из пещер Ласко или Альтамиры и другими произведениями мадленской культуры, доминировавшей в Европе во времена ледникового максимума. Археологи думали, что эти изменения отражают жизнь все той же пережившей ледниковый максимум популяции, которая стала адаптироваться к охоте в более теплых и более лесистых ландшафтах. Но вместо этого данные ДНК показывают почти полную замену популяции: люди, пережившие ледниковый максимум, известные как мадленцы, практически исчезли и были заменены популяциями, двигавшимися из послеледниковой Италии дальше на север. Так население Западной Европы, пережившее ледниковый период, не пережило нашествия мигрантов с востока.
Исследование также рассмотрело последнюю эпоху охотников-собирателей в Европе, когда потепление продолжало преобразовывать открытые степи в густые леса и богатые водно-болотные угодья. И снова генетические данные выявили удивительную картину: несмотря на общее происхождение и схожий образ жизни охотников-собирателей, люди в Западной Европе стали еще более генетически отличными от тех, кто живет к востоку от Балтийского моря.
Как они успели? «От 14 000 лет назад до 8000 лет назад они почти не смешивались», — говорит ведущий автор исследования Козимо Пост, генетик из Тюбингена. Почему-то, несмотря на отсутствие заметных географических барьеров между Германией и Россией, эти две группы провели тысячелетия, не смешиваясь. Они даже выглядели по-разному: генетические данные свидетельствуют о том, что до прибытия земледельцев охотники-собиратели в Западной Европе имели темную кожу и светлые глаза. А у людей в Восточной Европе и России была светлая кожа и темные глаза.
Козимо Пост признает, что образцы команды не покрывают континент полностью, а в вероятных зонах контакта — например, в Польше и Беларуси — образцов нет. Дополнительные генетические данные из этих областей могут показать, что две популяции смешивались локально.