Наука | Научпоп

Палеопротеомный анализ – изучение белков, следы которых сохранились в ископаемых костях и зубах – очень перспективный метод. Некоторые белки, например, коллаген, гораздо более стабильны, чем ДНК. Потому для протеомного анализа годятся находки, из которых уже нет шансов извлечь никакой генетики –слишком древние, либо находившиеся в неблагоприятных условиях, либо и то и другое. Несколько лет назад революционный метод уже дал очень интересные результаты. Например, следы древних белков нашли в зубе гигантопитека возрастом около двух миллионов лет, а также в останках Homo antecessor, жившего на территории Испании миллион лет назад. Удачным оказалось исследование и четырёх зубов парантропа из Южной Африки (2 млн лет).

Протеомный анализ, конечно, не даёт такого высокого разрешения, как исследование ДНК, но тем не менее позволяет делать выводы о родственных связях разных ископаемых организмов. Кроме того, с его помощью можно установить пол индивида – для гоминин это делается путём определения варианта белка амелогенина, участвующего в формировании эмали зубов. Белок кодируется геном, находящемся на половой хромосоме, и встречается два его варианта (амелогенин Y есть только у мужчин).

При исследовании зубов парантропов удалось установить пол особей, а также выяснить их более близкое родство с представителями рода Homo, чем с другими человекообразными.

Теперь группа исследователей решила провести протеомный анализ зуба южноафриканского австралопитека возрастом около 3 млн лет. Это крайне интересная задача. Во-первых, никто еще не пытался извлекать остатки белков из зуба гоминина такой древности. Во-вторых, в пещерах Южной Африки найдены кости как минимум шести видов наших древних родственников, и их родственные связи являются предметом ожесточенных споров. Сколько видов австралопитеков жило в районе пещеры Стеркфонтейн – один, два, больше? С чем связаны различия между разными черепами парантропов – это разные виды, или просто одни принадлежали самцам, другие самкам? В каком родстве все они состояли друг с другом и, самое главное, с человеком?

Итак, исследователи выбрали для анализа зуб австралопитека Sts 63, найденный в отложениях пещеры Стеркфонтейн. Конечно, это не эффектный череп, а всего лишь фрагмент коренного зуба, определенный как принадлежавший австралопитеку по особенностям строения. Тем лучше: не так жалко будет испортить уникальный образец. Возраст его в научной статье указан не слишком определенно: от 2 до 3,5 миллионов лет.

Используя как можно менее разрушительную технику, из образца зубной эмали весом 5 мг исследователи смогли извлечь множество аминокислот, в том числе 142 аминокислоты, входящие в состав амелогенина. Три пептида оказались уникальными для «мужского» варианта белка. Вывод ученых: зуб принадлежал самцу.

Исследователи обратили внимание, что аминокислотные цепочки, которые удалось восстановить, короче, чем в случае с зубами парантропа, и имеют больше повреждений – это согласуется с тем, что австралопитек STS 63 существенно древнее.

Увы, пока что это всё: поскольку использовался «минимально инвазивный протокол», разрешающая способность метода не позволила провести анализ родственных связей австралопитека с другими гомининами. Но лиха беда начало.

Результаты исследования опубликованы в South African Journal of Science. Публикацию приурочили к 100-летию открытия австралопитека: статья Раймонда Дарта, описывающая первый череп австралопитека, знаменитого «ребенка из Таунга», вышла в журнале Nature 7 февраля 1925 года. Отличный подарок к Дню рождения всем австралопитекам!

P.S. Нравятся наши посты? Поддержите нас любым донатом тут, на Пикабу:)

Бедняга жил в Китае и практически лишился возможности ходить — его колено деформировалось так, что бедренная кость срослась с большой берцовой под углом 80 градусов, поэтому сгибать коленный сустав он больше не мог. К счастью, нашелся способ ему помочь — протез, который позволял ноге опираться на землю при ходьбе.

О существовании одного из самых древних методов протезирования ученые узнали, когда в 2008 году раскопали гробницу в округе Турфан (Синьцзян-Уйгурский автономный район). В захоронении лежали мужчина 50-65 лет, с которым положили протез, и молодая девушка — ее похоронили позднее, потревожив при этом кости мужчины, но связь двух погребенных остаётся неясной. Судя по инвентарю, покойник не был богатым человеком — с ним положили только несколько сосудов, деревянную тарелку и лук для стрельбы. Скорее всего, он принадлежал к народу гуши (или цзюши), который жил на этой территории до I века н.э., когда династия Хань завоевала эти земли.

Не совсем ясно, что стало причиной болезни. Возможно, ревматизм или травма привели к такому сращению костей. На скелете нашли следы туберкулеза — он тоже мог вызвать деформацию.

Изучив кости мужчины и сам протез, археологи выяснили, что это изделие было вполне функциональным и, возможно, даже позволяло своему владельцу ездить на лошади. Сам протез состоял из двух частей. Деревянная пластина с семью отверстиями по краям была сделана из тополя. С помощью кожаных ремней ее крепили к бедру. Нижняя, цилиндрическая часть протеза для большей прочности была заключена в кусок бычьего рога, а ходил мужчина с помощью конского копыта, которое выполняло функцию ступни. Протез был довольно изношен — кажется, мужчина активно им пользовался. Других подобных изделий пока не найдено.

Современная наука предлагает множество философских и научных концепций, которые стремятся объяснить природу нашей Вселенной. Одна из самых интригующих идей — гипотеза математической Вселенной, согласно которой наш мир не просто описывается математикой, но сам является математическим объектом. Эта идея была развита такими учеными, как американский физик-теоретик Макс Тегмарк и создатель собственного языка программирования физик Стивен Вольфрам, каждый из которых внес свой уникальный вклад в понимание связи между математикой и реальностью.

Что такое гипотеза математической Вселенной?

Гипотеза математической Вселенной утверждает, что наша физическая реальность полностью эквивалентна некоторой математической структуре. Это означает, что все, что мы наблюдаем вокруг себя — от атомов до звезд и даже сознания, — можно представить как части одной большой математической системы.

Традиционно считается, что математика служит инструментом для описания реальности, но гипотеза Макса Тегмарка идет дальше. Она предполагает, что реальность является математикой. Если это верно, то любая возможная математическая структура существует где-то в мультивселенной, и наша собственная Вселенная — всего лишь одна из бесконечного множества таких структур.

Откуда взялась эта идея?

Идея о том, что математика может быть связана с природой реальности, восходит к древним философам, таким как Пифагор, который считал, что "все есть число". Однако современную форму эта гипотеза получила благодаря развитию теоретической физики и Квантовой механики, где математические модели показывают удивительное соответствие экспериментальным данным. Например, уравнения Эйнштейна точно описывают гравитацию, а уравнения Квантовой механики позволяют предсказать поведение элементарных частиц с невероятной точностью.

Тегмарк заметил, что если законы физики действительно универсальны и независимы от наблюдателя, то они должны быть выражены в чисто математических терминах. Таким образом, он сделал вывод, что реальность не только описывается математикой, но и состоит из неё. Он считает, что если убрать из научного описания мира всë, что в него искусственно привнесено нашим мышлением, убрать все метафоры и аналогии, то единственное, что останется и будет точно отражать реальность - это математика. А многие явления, особенно в Квантовой физике, сегодня и вовсе можно описать только лишь математически и никак иначе.

Макс Тегмарк и его роль в развитии гипотезы

Макс Тегмарк, профессор физики в Массачусетском технологическом институте (MIT), известен своей работой над различными аспектами космологии и фундаментальной физики. Его книга "Наша математическая Вселенная" стала научно-популярным изложением гипотезы математической Вселенной.

В своей работе Тегмарк выдвигает две ключевые идеи:

1. Внешняя реальность: Реальность за пределами нашего восприятия должна быть полностью независимой от нас как наблюдателей. Это значит, что она должна быть выражена исключительно через математические структуры, без ссылок на человеческие понятия или язык.

2. Математическая структура: Все, что существует, можно свести к математическим отношениям и объектам. Каждый аспект реальности — будь то время, пространство или энергия — представляет собой часть определенной математической конструкции.

Тегмарк также рассматривает возможность существования многомерных Вселенных, каждая из которых соответствует разной математической структуре. Согласно его теории, наша Вселенная — это всего лишь один из вариантов в огромном ландшафте возможных миров.

Стивен Вольфрам и его подход к моделированию реальности

Если Тегмарк фокусируется на том, чтобы показать, почему реальность может быть математической, то Стивен Вольфрам, основатель собственной компании Wolfram Research, будучи физиком и программистом, исследует конкретные механизмы, через которые это могло бы происходить.

В своей книге "A New Kind of Science" («Новый род науки»), опубликованной в 2002 году, Вольфрам предложил радикальную идею: базовые процессы во Вселенной могут быть порождены простыми правилами, подобными тем, которые используются в клеточных автоматах. Клеточные автоматы — это дискретные модели, состоящие из сетки ячеек, состояние каждой из которых определяется простыми правилами на основе соседних ячеек.

Вольфрам продемонстрировал, что даже самые простые правила могут приводить к сложному и неожиданному поведению. Он предположил, что аналогичным образом наши физические законы могут возникать из базовых процессов, которые сами по себе крайне просты, но их комбинация создает богатую и многослойную реальность.

Особенно интересным является предположение Вольфрама о том, что пространство и время могут быть результатом эволюции сети связей между элементарными объектами. Вместо того чтобы рассматривать пространство как данность, он видит его как динамическую систему, которая формируется в результате взаимодействий на уровне фундаментальных компонентов.

Связь между концепциями Тегмарка и Вольфрама

Подходы Тегмарка и Вольфрама отлично дополняют друг друга. Тегмарк предоставляет общую философскую основу для гипотезы математической Вселенной, а Вольфрам исследует конкретные механизмы, которые могут лежать в основе этой идеи.

Тегмарк задается вопросом: "Что такое реальность?" И отвечает, что она — математическая структура. Вольфрам же спрашивает: "Как именно создаются эти структуры?" И отвечает, что возможно, через простые правила, подобные тем, которые мы видим в клеточных автоматах.

Оба ученых соглашаются, что реальность глубже, чем кажется на первый взгляд, и что её истинная природа может быть гораздо более абстрактной, чем традиционные научные представления.

Возможные последствия гипотезы

Если гипотеза математической Вселенной окажется верной, это может иметь революционные последствия для нашей понимания мира:

1. Фундаментальный характер математики: Мы больше не сможем рассматривать математику как просто полезный инструмент. Она станет неотъемлемой частью реальности.

2. Мультивселенная: Если каждая математическая структура существует, то это предполагает существование бесконечного количества параллельных вселенных, каждая из которых соответствует другой математической системе.

3. Природа сознания: Если всё в мире — математика, то это также относится и к сознанию. Возможно, мысль и восприятие тоже можно будет описать математически.

4. Конец фундаментальных вопросов: Если реальность полностью математична, то поиск "основы" Вселенной может закончиться. Математика станет ответом на все вопросы.

* * *

Гипотеза математической Вселенной продолжает вызывать дискуссии среди учёных и философов. Хотя она пока остаётся гипотезой, работа Макса Тегмарка и Стивена Вольфрама открывает новые и весьма серьезные перспективы для понимания природы реальности. Возможно, в будущем мы обнаружим, что наш мир действительно является воплощением математических идей, и это изменит не только науку, но и понимания нашего места во Вселенной.

Подробнее эти идеи о том, каким именно образом наша Вселенная может быть математической структурой, а также как в связи с этим решить проблему квалиа я рассказал в этом подкасте.

Мой научно-философский проект

В 1970-х годах в Чартерхаус-Уоррене (Сомерсет, Великобритания) раскопали естественную шахту глубиной 15 м. В ходе раскопок там обнаружили останки по меньшей мере 37 мужчин, женщин и детей. Почему по меньшей мере? Потому что кости лежали вперемешку — по всей видимости, тела расчленили и частично съели. Кроме того, часть их еще остается на месте раскопок.

Ученым известно не так много скелетов с территории Великобритании медного и раннего бронзового века, по которым можно было бы оценить уровень насилия той эпохи. Есть находки отдельных убитых людей, обстоятельства смерти которых уже невозможно восстановить. Кости из Чартерхаус-Уоррена дали ученым то, что они искали, правда, реальность оказалась более зловещей, чем они предполагали.

Внимание к коллекции костей привлекало то, что погребение было нетипичным для своей эпохи, да и костей очень много — более 3000. Инвентаря же практически не было — небольшой кубок, кремневый кинжал и лопаточка. Более 50% найденных людей (которых удалось определить) — это дети и подростки, что навело ученых на мысль о том, что все люди в шахте погибли одновременно. 25 из них, судя по изотопному анализу, были местными, а остальные происходили из мест в радиусе нескольких десятков километров. Изучив черепа из шахты, археологи получили подтверждение страшной догадке — как минимум у трети людей обнаружился предсмертный перелом черепа. Значит, часть, если не все, были убиты.

На части останков обнаружилось большое количество насечек каменными орудиями, как при снятии мяса с костей.

У четверти черепов присутствуют насечки на лобных костях и нижних челюстях — видимо, им снимали скальпы, отсекали нижнюю челюсть или, в одном случае, удаляли язык.

Аналогичные следы разделки находили на шейных позвонках, бедренных костях, ребрах и стопах.

На части мелких костей есть даже следы человеческих зубов, а кости разломаны — чтобы добраться до костного мозга.

По-видимому, люди раннего бронзового века использовали в войне все средства, включая полное уничтожение противника, и не гнушались после победы съесть его. При этом нападение, судя по всему, совершили на людей, застигнутых врасплох, а расправиться могли и с захваченными пленниками — на костях нет повреждений, которые указывали бы на следы борьбы.

Произошла эта бойня около 2100 года до нашей эры.

Такие ситуации, считают авторы исследования, не возникают на пустом месте. Например, у двоих молодых людей в зубах обнаружены бактерии чумы — может быть, вспышка болезни послужила толчком с конфликту? Или это была месть за нападение, которая переросла в кровавую расправу? Узнать это вряд ли получится…