Как люди научились размножаться


Наука: Наука и техника: Lenta.ru

Гонка вооружений между двумя заклятыми врагами — паразитами и их хозяевами — считается чуть ли не основной движущей силой эволюции. Пока первые, включая вирусы, бактерии и беспозвоночных, развивают новые способности для заражения и распространения, последние обзаводятся улучшенными защитными системами. «Лента.ру» рассказывает о последствиях холодной войны между вирусами и животными.

Вирусы — пожалуй, наиболее серьезный противник человека и других животных. Они представляют собой неживые структуры, состоящие из белковой оболочки — капсида — и генов, в которых записана инструкция по воспроизводству. Каждый вирус должен уметь «взламывать» клетку, чтобы размножиться в ней. На поверхности капсида располагаются молекулы, которые выполняют функцию «отмычки»: если они вступают в реакцию со специфичными белками на внешней оболочке клетки-жертвы, то вирус получает возможность проникнуть внутрь. Именно поэтому многие вирусы используют для размножения отдельные виды организмов, поскольку их «ключи» приспособлены только к определенным «замкам».

Материалы по теме

00:02 — 8 июля 2016

Пора размножаться

В США ответили на главный вопрос эволюции, доказав естественный отбор человека

Вирусный геном способен к достаточно быстрым изменениям, в результате чего вирусы могут непрерывно мутировать. Это дает захватчикам определенные преимущества: иммунитет распознает врагов по определенным белкам — антигенам, однако мутации в генах вирусов изменяют последовательность аминокислот в белках, и защитные системы организма не успевают научиться распознавать антигены. Самым известным примером быстро мутирующего вируса является ВИЧ. Более того, вирусные инфекции справляются и с лекарствами, поскольку действие противовирусных препаратов основано на реакциях с белками специфической структуры.

Гипотеза Черной Королевы предполагает, что секс является адаптацией к инфекциям

Если же в геноме вируса, например, гриппа по каким-то причинам происходят масштабные изменения, то иммунная система большинства людей оказывается неспособной быстро справиться с вирусом. Возникает пандемия — эпидемия глобального характера, которая охватывает территорию целой страны, континента или всего мира.

Иммунная система, как и ее вечные враги, является продуктом постоянного эволюционного развития. В 1973 году биолог-эволюционист Ли ван Вален предложил гипотезу Черной Королевы (англ. Red Queen hypothesis), названную так в честь персонажа — шахматной фигуры из сказки Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье». Согласно гипотезе, вид должен постоянно адаптироваться, чтобы поддерживать свое существование в окружающем мире, поскольку если он не изменяется, то становится легкой добычей для вирусов и других паразитов.

Иллюстрация к сказке Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье»

Изображение: public domain

Гипотеза Черной Королевы также предлагает решение одной из самых сложных загадок биологии: почему животные имеют пол. Дело в том, что бесполое размножение дает организмам мощное преимущество. Они могут произвести большое количество потомства, что увеличивает вероятность выживания какого-то числа особей из нового поколения. В этом случае мутации, которые могли бы привести к появлению полового размножения, не смогли бы закрепиться. Однако если окружающая среда очень быстро меняется, то картина становится принципиально другой. Секс позволяет перетасовывать гены, получая новые комбинации, которые могут повышать устойчивость против постоянно мутирующих паразитов. Бесполые организмы на это неспособны.

Поэтому можно сказать, что все, что имеет то или иное отношение к половому размножению человека и животных — сексуальное поведение, привлекательность, создание семей — обязано своим существованием вирусам.

Однако насколько все это действительно соответствует реальности? До сих пор ученые не имели возможности подтвердить, что борьба между паразитами и их хозяевами является движущей силой эволюции. Лишь недавно появились первые свидетельства, подтверждающие эту точку зрения.

В новом исследовании, опубликованном в журнале eLife, специалисты из Стэнфордского университета проанализировали громадное количество данных, чтобы выявить степень воздействия вирусов на эволюцию. Оказалось, что с того момента, как линия наших предков разделилась на две отдельные ветви, одна из которых привела к шимпанзе, а другая — к Homo sapiens, 30 процентов всех изменений в белках было вызвано вирусами.

Аминопептидаза N — белок, являющийся рецептором коронавирусов, претерпел множественные изменения в процессе эволюции

Изображение: David Enard

Множество компонентов иммунной системы являются белками (полипептидами). Это прежде всего антитела или иммуноглобулины — молекулы, присутствующие на поверхности лимфоцитов (клеток гуморального иммунитета) и связывающиеся с конкретными чужеродными веществами — антигенами. Другие белки — интерфероны — выделяются организмом в ответ на инфекцию. Они запускают цепь реакций, которая препятствует размножению вирусов, нарушая сборку их белков и предотвращая их выход из клетки. Кроме того, интерфероны стимулируют всю иммунную систему, поднимая ее на борьбу с врагом.

Естественно предположить, что мутации должны происходить именно в иммунных белках, чтобы они могли эффективно бороться с вирусами. Однако новое исследование показало, что почти каждый полипептид, который входит в контакт с инфекциями, может вносить вклад в общую адаптацию. Молекулы, не участвующие в защитных реакциях, составляли 50 процентов от всего числа белков, измененных вирусами.

Ученые изучили несколько десятков тысяч научных работ, чтобы определить общее число белков, взаимодействующих с вирусами. В список вошли 1300 полипептидов, присутствующих в организмах разных животных. На втором этапе работы исследователи написали алгоритмы для обработки огромных объемов информации, представленных в геномных базах данных, чтобы сравнить эволюцию белков, связанных с вирусами, с изменениями в аминокислотных последовательностях других молекул.

Результаты показали, что вирусы предпочитают взаимодействовать с белками, которые эволюционно ограничены в своих клеточных функциях, однако, несмотря на это, в генах, кодирующих данные полипептиды, произошла треть всех мутационных изменений. Ученые объясняют это тем, что инфекции контактируют со многими молекулами клетки, в том числе с теми, которые отвечают за синтез органических веществ и репликацию ДНК. Вирусы используют их для размножения и распространения, а мутации в клеточных генах препятствуют успешному заражению.

Исследование помогает ответить на некоторые вопросы — например, почему у близкородственных видов животных различные молекулы выполняют идентичные клеточные функции, такие как репликация ДНК или синтез мембран. В целом полученные результаты свидетельствуют о том, что вирусы действительно являются одним из основных факторов эволюционных изменений млекопитающих, в том числе человека.

Как люди узнали, что от этого бывают дети? | Мир | ИноСМИ

 

Что же касается того, каким образом люди приобрели то, что биолог-антрополог Холли Дансворт (Holly Dunsworth) называет «репродуктивным сознанием», то здесь предположения еще более туманны. Вероятнее всего, они уловили суть вопроса, наблюдая циклы воспроизводства животных и вообще замечая, что женщины, которые не спят с мужчинами, не беременеют. Однако это не означает, что древние люди – а, по правде говоря, и современные тоже – воспринимали или воспринимают это явление с практической, «прикладной» точки зрения – как процесс, во время которого сперматозоид соединяется с яйцеклеткой. Такое понимание доступно только тем, кто достаточно образован в этой области. 

 

Приблизительно в начале 20 века некоторые антропологи, которые работали в таких местах, как Австралия и Новая Гвинея, сообщали, что объекты их исследований не видят связи между половой жизнью и рождением детей. Однако последующие исследования показали, что эти ошибочные сообщения были в лучшем случае полуправдой. Например, в 1927 году Бронислав Малиновски (Bronislaw Malinowski) заявил, что, по мнению жителей островов Тробриан (официальное название – острова Киривина, принадлежащие Папуа-Новой Гвинее – прим. перев.), в зачатии ребенка отец не играет никакой роли. Правда, позднее антропологи, занимавшиеся изучением этой же самой группы людей, услышали от островитян, что мужское семя необходимо для «свертывания» менструальной крови, остановка которой, по их мнению, приводит к образованию зародыша.     

 

И даже при том, что традиционные толкования механизма зачатия, принятые у жителей островов Тробриан, кажутся примитивными и странными, в них все-таки в какой-то мере признается связь между физической близостью и рождением ребенка. И, разумеется, прежде, чем мы, жители Запада, начнем ощущать свое превосходство, следует заметить, что наши преставления о зачатии тоже не отличаются вразумительностью и не соответствуют действительности (во всяком случае, судя по количеству случаев незапланированной беременности в США). Специалист по вопросам феминологии Синтия Эллер (Cynthia Eller) отмечает, что даже допуская, что «возможно, необходимы и еще какие-нибудь события, например, вхождение духовного ребенка через макушку (как у жителей островов Тробриан) или же вселение души в оплодотворенную яйцеклетку (как у католиков) … просто не верится, что женщины рожают детей без какого-либо участия особей мужского пола». 

 

И если мы, люди, по сути дела, всегда как бы понимали, что близость заканчивается роддомом, то сказалось ли это знание на развитии людей как общества? Холли Дансуорт утверждает, что во всем животном мире «репродуктивное сознание» присуще только человеку. Именно благодаря этому особому знанию можно объяснить и возникновение связанных с сексом табу, и наше умение использовать в своих целях репродуктивный потенциал всего живого вокруг – от выведения новых пород собак, до контроля рождаемости людей.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

2 Чем эксперты отличаются от новичков | Как люди учатся: мозг, разум, опыт и школа: расширенное издание

слоев, в которых эксперты сначала стремятся развить понимание проблем, и это часто предполагает мышление в терминах основных концепций или больших идей, таких как второй закон Ньютона в физике. Знания новичков вряд ли будут организованы вокруг больших идей; они с большей вероятностью подходят к решению проблем, ища правильные формулы и простые ответы, которые соответствуют их повседневной интуиции.

Учебные программы, в которых подчеркивается широта знаний, могут помешать эффективной организации знаний, потому что не хватает времени, чтобы изучить что-либо глубоко. Может оказаться полезным инструкция, которая позволяет учащимся увидеть модели того, как эксперты организуют и решают проблемы. Однако, как более подробно обсуждается в следующих главах, уровень сложности моделей должен быть адаптирован к текущему уровню знаний и навыков учащихся.

Хотя эксперты обладают обширным репертуаром знаний, только часть их имеет отношение к любой конкретной проблеме.Эксперты не проводят тщательного изучения всего, что им известно; это перегрузило бы их рабочую память (Miller, 1956). Вместо этого информация, имеющая отношение к задаче, обычно извлекается выборочно (например, Ericsson and Staszewski, 1989; deGroot, 1965).

Проблема поиска релевантной информации дает ключ к разгадке природы полезных знаний. Знания должны быть «обусловлены», чтобы их можно было извлечь, когда они понадобятся; в противном случае он остается инертным (Whitehead, 1929).Во многих разработках учебных программ и методов оценивания не подчеркивается важность условных знаний. Например, в текстах часто представлены факты и формулы с небольшим вниманием, чтобы помочь учащимся усвоить условия, в которых они наиболее полезны. Многие оценки измеряют только теоретические (фактические) знания и никогда не спрашивают, знают ли студенты, когда, где и зачем использовать эти знания.

Еще одна важная характеристика опыта - способность извлекать соответствующие знания относительно «без усилий».«Этот быстрый поиск не означает, что эксперты всегда выполняют задачи быстрее, чем новички; часто им требуется больше времени, чтобы полностью понять проблему. Но их способность без усилий извлекать информацию чрезвычайно важна, потому что беглость речи требует меньшего количества сознательного внимания, которое ограничено в возможностях (Schneider and Shiffrin, 1977, 1985). Напротив, быстрое извлечение информации предъявляет множество требований к вниманию учащегося: усилие внимания тратится на запоминание, а не на обучение.Обучение, ориентированное исключительно на точность, не обязательно помогает учащимся развить беглость (например, Beck et al., 1989; Hasselbring et al., 1987; LaBerge and Samuels, 1974).

Опыт в какой-либо области не гарантирует, что кто-то может эффективно обучить других в этой области. Опытные преподаватели знают, с какими трудностями могут столкнуться учащиеся, и знают, как использовать существующие знания своих учеников, чтобы сделать новую информацию значимой и оценить прогресс своих учеников.По словам Шульмана (1986, 1987), эксперт преподает -

. ,

3 типа обучения и развивающийся мозг | Как люди учатся II: учащиеся, контексты и культуры

ion Science Standards и Common Core Mathematics Standards 5 потому что модели облегчают учащимся описание, систематизацию, объяснение, прогнозирование и передачу другим тем, что они изучают.

Хотя эксперты практически во всех областях видят ценность гипотетических моделей, потому что они пытаются организовать множество наблюдений, иногда первые ученики не так уверены в ценности моделей, потому что они могут показаться спекулятивными, косвенными и невидимыми.Это сопротивление студентов можно снизить, способствуя лучшему изучению моделей и с помощью использования пространственных представлений, диаграмм, анимации и интерактивного компьютерного моделирования (см. Главу 6).

Создание моделей для самих себя, а не просто использование моделей, предложенных другими, может быть полезным занятием для учащихся (VanLehn et al., 2016). Ценность построения моделей для понимания и организации материала была связана с конкретными подходами к обучению, включая обучение на основе открытий, обучение на основе запросов, обучение на основе проблем, обучение через изобретения, обучение через действие и конструктивизм.В каждом из этих подходов учащимся предлагается либо открыть для себя, либо изучить под руководством применимые правила, закономерности или принципы, лежащие в основе явления (Bruner, 1961). Игроки Foldit демонстрируют замечательное обучение, создавая модели, когда они программируют (кодируют) новые компьютерные алгоритмы, чтобы помочь в их усилиях по сворачиванию белков, иногда учатся программировать только для того, чтобы создавать инструменты, которые помогут им лучше играть в игру (Khatib et al. , 2011). Точно так же Шварц и его коллеги (2005) показали, что если учитель подсказывает детям использовать математику, они могут использовать свои математические знания для моделирования сложной причинно-следственной связи между расстоянием и весом для определения баланса на шкале.

Выводное обучение, вероятно, наиболее эффективно, когда ученик получает некоторое руководство. Например, кто-то, кто впервые делает йогурт, может захотеть экспериментально определить, как жирность молока влияет на твердость, кислотность и гладкость йогурта. В чистом случае обучения открытию этот повар разработал бы вопрос, экспериментальные методы, меры и анализ. Однако без некоторого руководства начинающие ученики могут не знать достаточно, чтобы задавать хорошие вопросы или определять критические переменные, и они могут разочароваться из-за отсутствия прогресса (Mayer, 2004; Spencer, 1999).Исследования показали, что разрешение учащимся экспериментировать самостоятельно, без руководства (открытие без посторонней помощи), не улучшает результаты обучения (Alfieri et al., 2011).

Управляемое, или вспомогательное, открытое обучение - это подход, при котором преподаватель обеспечивает определенный уровень руководства, подобранный таким образом, чтобы задача находилась на уровне сложности, подходящем для учащегося. (Этот подход основан на концепции

___________________

5 См. Http: //www.nextgenscience.org / faqs [декабрь 2016 г.] и http://www.corestandards.org [май 2017 г.].

,

4 процесса, поддерживающие обучение | Как люди учатся II: учащиеся, контексты и культуры

В главах 2 и 3 мы обсудили многие ресурсы, которые используют учащиеся, и предположили, что учащиеся способны координировать эти разнообразные способности - как сознательно, так и бессознательно - по мере их необходимости для решения учебных задач. Как люди организуют собственное обучение? Три основных способа - это метапознание, исполнительная функция и саморегуляция.

Метапознание - это способность контролировать и регулировать собственные когнитивные процессы, а также сознательно регулировать поведение, в том числе аффективное.Термин, происходящий из когнитивной теории, охватывает осведомленность людей о своих собственных ментальных процессах (когнитивных и аффективных) и, как следствие, их способность контролировать, регулировать и направлять свое мышление для достижения желаемой цели. Эта способность изучается с начала 1980-х, и в Как люди учатся: разум, мозг, опыт и школа: расширенное издание ( HPL I 1 ) отмечается, насколько важно для преподавателей обучать учащихся стратегиям повышения их осознание своего обучения и своей способности управлять им.

Также важна исполнительная функция , к которой чаще обращаются психологи и нейробиологи и которая относится к когнитивной и нейронной обработке, которая включает в себя общую регуляцию мышления и поведения, а также процессы высшего порядка, которые позволяют людям планировать, упорядочивать, инициировать, и поддерживать свое поведение для достижения какой-то цели, учитывая обратную связь и внося коррективы.

S elf-регуляция относится к обучению, которое сфокусировано посредством метапознания, стратегических действий и мотивации к обучению.Саморегуляция рассматривается как управление когнитивными, аффективными, мотивационными и поведенческими компонентами, которые позволяют человеку корректировать действия и цели для достижения желаемых результатов.

Понимание интеграции и взаимодействия этих различных уровней обработки важно для понимания того, как учащиеся организуют свое обучение в контексте своей сложной когнитивной и социальной среды. Интеграция и взаимосвязь этих измерений обработки также важны для более глубокого или более высокого уровня обучения , а также для развития сложных навыков и знаний, таких как рассуждение, решение проблем и критическое мышление.

Исполнительная функция

Процессы, задействованные в управляющих функциях, включают способность удерживать информацию в уме, препятствовать неправильным или преждевременным ответам и поддерживать или переключать внимание для достижения цели. Эти процессы тесно взаимосвязаны: для успешного выполнения исполнительной функции необходимо, чтобы процессы работали

___________________

1 Как отмечалось в главе 1, в этом отчете используется аббревиатура « HPL I » для обозначения Как люди учатся: мозг, разум, опыт и школа: расширенное издание (Национальный исследовательский совет, 2000).

,

Смотрите также