Tags: mystery

thinking

Б-жий одуванчик

Одуванчик - удивительное существо, которому за 30 миллионов лет.

Большинство одуванчиков - бесполые триплоидные клоны (3 набора хромосом); существует довольно большое число линий этих клонов, размножающихся неоплодотворенными семенами (апомиксис) через партеногенез; половое размножение сохранилось только у диплоидных одуванчиков (2 набора хромосом), которых мизерное меньшинство. Как правило, клоны медленно накапливают неблагоприятные мутации и вымирают; одуванчик нарушает эту закономерность. Диплоидные одуванчики нередко (2%) дают триплоидное потомство; однако, эти "нормальные" триплоиды стерильны.

Триплоидные одуванчики прилежно производят триплоидную пыльцу, которая не может оплодотворить ди- и три-плоидные формы. В мои студенческие годы (вероятно, с подачи Джона Мэйнарда Смита) многозначительно указывали на это бессмысленное действие, как очередное "доказательство" неразумности эволюции. У намекающих не было объяснений, как же все-таки возникло клоновое многообразие одуванчиков.

Недавно я узнал ответ, и он оказался весьма любопытным.

Существует две возможности происхождения этого разнообразия: либо редко-редко диплоидные одуванчики дают триплоидный мутант, способный производить семена (оказалось, однако, что это невозможно), либо редко-редко триплоидный одуванчик дает гаплоидную или диплоидную пыльцу, оплодотворяющую диплоидный или гаплоидный одуванчик, который становится триплоидным; способность к производству семян передается от клона новому триплоидному мутанту.

Каждый клон - суперорганизм; отдельное растение можно рассматривать как копию наподобие листьев на дереве. Клон существует многие тысячи лет. Сначала его численность растет, потом накапливаются мутации, и клон вымирает. Где-то на пике численности может произойти редкое событие, и апомиксический ген, дающий клону способность давать семена, передается новому клону. "Одуванчик" = волны бесполых клонов медленно сменяющих и вытесняющих друг друга.

Но можно на это же посмотреть иначе. "Одуванчик" = ген апомиксиса, возникшей в глубокой древности; это он дает клону существование (через возможность размножаться семенами без оплодотворения). Однажды возникнув, этот ген дал первому клону способность вытеснить диплоидные одуванчики, хоть и не полностью; теперь их роль заключается лишь в поддержании вечной жизни последовательности клонов, порождая новые суперорганизмы. Наиболее успешные клоны достаточно многочисленны и долгоживущи, чтобы в их жизни произошло редкое событие передачи гена апомиксиса и зарождение нового клона. Однако этого мало: необходимо, чтобы клоны никогда не вытеснили диплоидные одуванчики полностью - и наоборот. Это достигается генетическим механизмом, благодаря которому способность к партеногенезу имеет только триплоидный, а не диплоидный одуванчик, т.к. ген апомиксиса не передается гаплоидной пыльцой диплоидного одуванчика.

Парашютики, носимые ветром, это не только средство колонизации - это еще и средство найти редкие, маргинальные колонии диплоидных одуванчиков (часто разделенные сотнями километров), чтобы вырасти рядом с ними и попробовать их опылить: год за годом, век за веком, тысячелетие за тысячелетием - и так миллионы лет. Вся жизнь одуванчика и его самая сущность была преобразована одним геном.

Что такое одуванчик?

An Apomixis-Gene’s View on Dandelions
http://www.joelvelasco.net/teaching/167win10/van%20dijk%20-%20an%20apomixis%20genes%20eye%20view%20of%20dandelions.pdf

thinking

Исчезновение

Размышления о молоке и яйцах натолкнули меня на осознание утрaты. В детстве я не раз видел яйца с двумя желтками. Куры тоже люди, и у них бывают двойняшки. Шанс найти двухжелтковое яйцо, снесенное курицей в возрасте 20-30 недель, примерно 1/100 (для людей рождение близнецов имеет вероятность примерно 1/30).

Осознал я то, что не видел таких яиц лет 15, а то и больше; за это время съел немало дюжин. Как такое может быть? Спросил, все подверждают: в детстве видели, а теперь - нет. Когда произошло исчезновение, никто не знает. Вероятно, такие яйца теперь отбраковывают при сортировке. Сортировочные машины сортируют 100,000 яиц в час. Как они распознают яйца с двумя желтками? И - зачем?

Я представил себе возможные принципы работы такой машины. Ультразвук? Рентген? Можно сделать, но накладно. Не рентгенолог же у них сидит на контроле. Потом подумал: если сильный свет, то можно, вероятно, глазом увидеть, если менять угол. Так и оказалось. Есть целая профессия - инспектор-моторист (называется candling). Целью является не выявление яиц с двумя желтками, а яиц с кровью в желтке. Кровь в белке машина сама находит.

Яйцо на тележке с роликами попадает в машину. Через него проходит сильный свет. Сначала его анализирует спектрометр, определяя отношение поглощения на пиках гемоглобина и желтка, которые отстоят на 50 нм. Так можно выявить кровь в альбумине. Далее яйцо медленно крутят 10 раз вокруг оси, и на него смотрит сверху человек. Несчастные сутками разглядывают бесконечные потоки яиц в ярком свете. Двухжелтковые стали выбраковывать потому, что стандартизировать, так стандартизировать. Вероятность найти кровь существенно ниже 1/100, людям становится скучно, и контролеры "зевают". Выбраковка двухжелтковых яиц поддерживает внимание и спортивный интерес.

Оказалось, сейчас зреет научно-техническая революция на яичном фронте: пытаются создать нейронные сети, распознающие дефекты яиц, но они работают медленнeе и хуже людей. Пока же мысль не дремлет, и чего только с этими яйцами волшебники в белых халатах не делают: смотрят, как через них распространяются деформационные волны и звук, делают ЯМР-релаксометрию и томографию, и т. д. Вовлечены лучшие умы человечества.
http://www2.sci.utu.fi/projects/biokemia/cost923/12_debaerdemaeker.pdf

А бабушка делала так. Каждое яйцо разбивала в чашку. Если крови не было - на сковородку, с кровью - кошке.
thinking

Песни

По детским воспоминаниям 1970-х, русские народные песни исполнялись исключительно во время застолья сильно поддавшими взрослыми.

Это были тоскливые баллады, почерпнутые из кинолент или томиков Есенина; старые песни не помнил никто.

Уровень "страшности" нарастал по мере удаления даты сочинения. Главный хит - песня "Ой, мороз-мороз" - родом из 1950-х годов; это были розовые слюни с антуражем а ля рюсс. "Из-за острова на стрежень" происходила из народовольческих 1880-х: предсказуемо, течение Волги требовало трупа персидской княжны. "Степь да степь кругом" - 1870-й; там не щадили и лирического героя, и т. п. Интуитивно чувствовалось, что эти песни, несмотря на их поздний гламур, были результатом сглаживания некоторой древней основы, которая проступала тем яснее, чем более отстояла дата сочинения. Взять, например, "Ой, мороз-мороз":

...по утверждению бывшей солистки Воронежского русского хора М. Морозовой, этот вариант создан в их хоре на грани 1940-х-1950-гг.: два первых куплета на второй голос исполнила в конце 1940-х на прослушивании пришедшая поступать в хор Н. Тарасова (дальше она первоначальную народную песню не помнила); Морозова дописала первый голос и еще два куплета про жену, и в таком виде исполняла на выступлениях хора в дуэте с мужем Александром Уваровым. В 1956 году во время гастролей Воронежского русского хора в Москве эта песня в числе других была записана для радио и пластинок, и пошла в народ. Откуда появился еще один куплет, прозвучавший в фильме ["Хозяин тайги" (1968), из которого песня пошла "в народ"]- "Как вернусь домой на закате дня... ", - ей неизвестно.

Исполнительница не вспомнила, другие же вспомнили; основа этой южнорусской песни известна:

Ой, зима-зима, ты холодная,
Я прошу тебя: не морозь меня.
Не морозь меня, моего коня,
Моего коня сивогривого,
Ще й меня - младца чернобривого...
Как жена мужа ненавидела,
Взяла острый нож та й зарезала,
В зеленом саду та й повесила.
Стукнула ногой: "Виси, черт с тобой!"
Топнула другой та й пошла домой.
За столом сидит, с другом говорит:
"Горе, горе мне - с таким мужем жить.
А еще горчей, ще й такого нет.
Пойду в зелен сад - домой мужа звать.
Стукну по нему: ступай до дому!
Вже й навишался, вже й намучился,
Разных пташечек та й наслушался..."
Пойдем, муж, домой,
Расхороший мой!

http://a-pesni.org/kazaki/ojmoroz.htm

В этом уже видна основа, которая ассоциируется у меня с народной песней: запредельный уровень насилия, органично воспринимающийся как сам собою разумеющийся. Русские песни тут, разумеется, не исключение. Сказки братьев Гримм невозможно читать подряд: начинается тошнота. А это всего лишь начало 19-го - конец 18-го века. Британские баллады идут на 2-3 века дальше. В юности пытался осилить коллекцию Чайлда
http://en.wikipedia.org/wiki/Child_Ballads
Я прочел штук 10, больше не смог; решил остаться невеждой для спокойствия души. Здоровье дороже. Козаки, выманивающие и сжигающие дурочку-Галю, или свежезарезанный муж - цветочки по сравнению с более колоритными из этих баллад.

Если читать другие произведения тех времен, такого абсолютного, неразбавленного насилия не увидишь; во всяком случае, не до уровня тошноты. Времена были жестокие, разумеется, но не до такой степени. Только когда читаешь летописи - но там отобрано то, что представлялось достойным упоминания, т.е. смута и резня.

Вероятно, песенный кодекс - результат отбора того, что поразило самые ожесточенные души своей запредельностью, пока не получился безумный по действию концентрат. Я не удивлен, что "народные песни" - поздние переложения и отголоски; в чистом виде снадобье принять нет возможности, организм не выдерживает. Эти псевдонародные песни народны по характеру, но гомеопатичны по дозировке. Tолько так и можно; каждый век подбирал силу препарата по обстоятельствам. Пожалуй, истинно русскими эти песни делала водка, служа противоядием и усиливая дозу по сравнению с рассопленным общеевропейским стандартом позднего 20-го века.

Как и в детстве, я не могу определить своего отношения к этим песням. С одной стороны, это живая память о том, что представляет из себя человек. С другой стороны, песни не объясняют, как следует жить с таким знанием; не случайно их пели на пьяную голову. Представляется, что они были частью чего-то большего, что, вероятно, потеряно давно и безвозвратно; осколки этого большего сохранились из-за шокирующего эффекта, но он существовал по контрасту, который ныне отсутствует. Когда детям действительно страшно, они не рассказывают друг другу страшилки.

Когда я слышу народные песни, я чувствую прикосновение этого большего, и это меня волнует, но его природа остается для меня загадкой...

ПС. это к сему
http://shkrobius.livejournal.com/466560.html?thread=5914496#t5914496
По-моему, водка была далеко не худшим решением.
thinking

Slippery slope. 2

Since the last time I’ve looked into the physics of ice skating
http://shkrobius.livejournal.com/190531.html
the issue became even more muddled.

The old view was that quasi-liquid layer formed as soon as ice warmed over -35 oC. When it grows thicker as the ice warms further, larger droplets form and wet the surface. New experiments suggest that there are two immiscible(!) phases of liquid water on this surface, one of which exhibits low wettability of ice.
http://www.pnas.org/content/early/2012/01/04/1116685109.full.pdf
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cg400086j

Since friction force is formed by viscous shear of the water layer formed by friction heating, it should be sensitive to this behavior. The contrarian argument mentioned in my old post was that the quasi-liquid layer is too thin to explain slippery ice without frictional heating. This may not be valid any more.

Meanwhile, Greg Voth
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp710640e
found that quantum effects play a major role in surface premelting of hexagonal ice, depressing the onset of quasi-liquid layer by 10-20 oC, which alone permits low speed skating at low temperature (when frictional heating does not occur). If this is right, easy skating on D2O ice would be possible only in a very narrow temperature range! Which gives one a diabolical idea how to win the Winter Olympics!

Last year the first atomistic study of friction between smooth ice surfaces appeared
http://physics.aalto.fi/~asf/publications/10.1007_s40544-013-0021-3.pdf
which is in conflict with experiments on macroscopic ice; it did not resolve any outstanding problem, as far as I can see.

Little changed in five years. Skating remains a mystery.
thinking

Ноги в тепле, голову - в холоде

Следовал суворовскому совету всю жизнь, но по мере облысения начали терзать сомнения. Что если это немогузнайка, намека, загадка, лживка, лукавка, краснословка, краткомолвка, или даже двуличка, как говорил знаменитый полководец в другом изречении?

Есть ли для этого физиологические основания?

ПС. Смущают некоторые другие сентенции великого полководца, например: Ружье, сухарь и ноги береги пуще глаза!
Почему ноги важнее глаза? Ружье-то понятно почему. Нам тоже в школе рассказывали ужасные истории про потерю пенала с принадлежностью (или это было шептало одиночного огня? не помню уже).

Или вот еще: Победа зависит от ног, а руки только орудие победы.
Что за странная фиксация на нижних конечностях? О чем это?

Может, голову надо держать в холоде, чтобы пехотинец не задавал лишних вопросов и глаз за сухарь не жалел? А в тепле ноги держать, чтобы казенные сапоги не потерять? Поди их разбери, этих генералиссимусов...
thinking

О борще

Борщ - блюдо интригующе-загадочное своим благородным красным цветом.

В большинстве цветковых растениях нефотосинтезирующие ткани окрашены антоцианиновыми красителями в клеточных вакуолях. Это флавионоиды, состоящие только из углерода и кислорода; азота в них нет, поэтому их относительно дешево синтезировать. Однако, в одном отряде (всего 10 семейств) вместо антоцианинов используются беталаины: красители другого класса, содержащие два атома азота, что делает их дорогими для организма. Растения, содержащие антоцианины не содержат беталаинов и наоборот.

Свекла содержит красный беталаин (бетанин) в листьях. Ее "корнеплод", вообще говоря, бесцветный, но в 16-м веке в Германии нашли уродца, который экспрессирует бетанин в неположенном месте, оттуда привычная нам свекла распространился по всему свету. Удивительно, насколько быстро борщ из такой свеклы вошел в российский обиход (первое упоминание в 1586-м году). Первое упоминание немецкой красной свеклы - 1558-й год. Оперативно сработали.

Вопрос с цветом борща таков: зачем растениям нужны беталаины? Без них борща не сварить: цветопоглощающие формы антоцианинов химически нестабильны. В растении они стабилизируются либо комплексацией антоцианинов с ионами металлов, либо копигментами. В процессе варки (особенно, если краситель экстрагируется в раствор) комплексы распадаются; цвета либо нет, либо гадостный. Для цвета благородного нужны беталаины, которые стабильны в растворе без комплексации. Но растение не для того ведь растет, чтобы из него борщ делали. Зачем тогда ему нужны беталаины, которые много труднее и много дороже делать, чем антоцианины?

Трудность в том, что непросто сказать, зачем и антоцианины-то нужны в большей части растительных тканей (скажем, листьях). Eсть примерно 20-30 теорий, зачем они содержатся в листьях, но они не убедительны. Наиболее распространена та точка зрения, что они поглащают ультрафиолет, защищая остальные пигменты в тканях (1947). Однако, они довольно плохо поглощают в области 280-320 нм, т.е. объяснение натянуто. До этого полагали, что поглощение в видимой области повышает температуру листа (1909); опровергли это только в 1995-м году. Антоцианинам начали приписывать антиокислительные и противогрибковые свойства (хотя в листе таких молекул и без них хватает). Несколько более остроумных объяснений: запутать насекомых, настроенных на зеленый цвет (камуфляж). Наоборот: сигнал-предупреждение (я могу краситель сделать, значит и токсин могу, берегись). Спасти лист от преждевременной гибели из-за фотолиза (пока растение разбивает и извлекает хлорофилл поздней осенью, запасая его на сл. сезон). Не буду пречислять все теории.

Для беталаинов даже таких теорий нет. Хотя есть ядро идеи. Не в одних листьях счастье, нужны и цветочки; окраска цветов помогает поллинаторам их находить. Кроме поглощения света антоцианиновыми красителями, в принципе можно было бы использовать и флюоресценцию, но тут у природы вышла промашка. Антоцианиновые красители практически не флюоресцируют при физиологических условиях, предпочитая депротонирование и другие побочные реакции (например, включающие копигмент). В отличие от антоцианинов, беталаины отлично флюоресцируют. Беталаины делятся на два класса: те, что поглощают в красной и желтой области, бетацианины и бетаксантины. Недавно вышла статья, показывающая, что цветы, окрашенные беталаинами флюоресцируют так, что эмиссия бетаксантинов поглощается бетацианинами. Таким образом возникают флюоресцентные контрасты (зеленого света) в сумеречном свете или при облачной погоде.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16177911
http://www.nature.com/nature/journal/v437/n7057/full/437334a.html

Это означает, что поллинатор (в данном случае - Mirabilis jalapa - насекомые и летучие мыши), детектирующий флюоресценцию увидел бы картинку. Вероятно, в седой древности цветковые растения разделились на те, что использовали в цветах только абсорбцию (антоцианиновые растения) или абсорбцию + флюоресценцию (беталаиновые растения), подстраиваясь под визуальные свойства разных поллинаторов. По какой-то причине победила первая стратегия, и беталаиновая флора стала маргинальной. Свекла - остаток раздавленного конкурента, а борщ - дар древних насекомых нашему столу.

Почему свекла красного цвета?

thinking

Пряности

Европа пошла по пути географических открытий и экспансии в поиске специй и пряностей: гвоздики, перца, мускатного ореха, корицы, имбиря, ванили, кардамона. Целый период истории основан на том обстоятельстве, что пряности растут в максимально удаленных местах.

Я ни разу не видел разумных объяснений, почему это так. Утверждают, например, что активные вещества пряностей

"probably evolved to counter biotic enemies such as herbivorous insects and vertebrates, fungi, pathogens and parasites,"
http://www.utsc.utoronto.ca/~burton/foodcourse/spices.html

что не объясняет отсутствие подобных растений в ближних тропиках. Да и веществ с таким действием в растениях немало, тогда как пряности редки. Можно себе представить, что бы было, если бы пряности росли во Франции, а не тропических островах. Вероятно, в этом случае экспансия была бы китайской, а не европейской; история была бы радикально иной.

Почему пряности росли только в Юго-Восточной Азии?
thinking

Сороконожка

A centipede was happy – quite!
Until a toad in fun
Said, "Pray, which leg moves after which?"
This raised her doubts to such a pitch,
She fell exhausted in the ditch
Not knowing how to run...


Мне не удается и рефлексировать о чем-то и заниматься этим. При этом немало людей, которые, судя по всему, успешно совмещают. Иногда попадаются на глаза плоды такой рефлексии, хоть бы и в жж.

Каждый раз мучает любопытство: помогает ли это бегать?

ПС: Я ничего не имею против рефлексии, и не считаю ее бесполезной. Но и лучше бегать я от нее не ожидаю.
thinking

Seafaring insects

A few months ago, ivanov_petrov asked an interesting question: why are there almost no marine insects? Many of simpleminded answers can be rejected outright as there are multiple examples of halophile and aquatic insects.
http://ivanov-petrov.livejournal.com/1782047.html?thread=90628895#t90628895

The best answer to this question that I've heard was given by Maddrell: avoidance of visual predation. Zooplankton avoids it by diurnal migration ("Diel vertical migration"): every morning it dives down below 1000 m into the dark waters; during the night it feeds in the upper column of warm water. The advantages of this energy-consuming strategy are so significant that they outweigh disadvantages:
http://www.nature.com/nature/journal/v293/n5831/abs/293396a0.html
Unlike the crustaceans in zooplankton, insects do not have proper gills, they have trachea and air sacs. The problem is that these fail under high pressure.

...In the open sea, the only escape routes from fish predation that might be available to insects are likely to be those used by crustaceans. Crustaceans make extensive diurnal vertical migrations that remove them from the upper reaches of the sea in the daytime when they are visible and so at risk. Insects cannot adopt the same strategy because, for virtually all of them, their tracheal method of respiration depends on the presence of gaseous air in at least parts of the body. At 100 m depth, for example, the total pressure is above 10 atm, and this would so reduce the volume of air in the system that it fails. In addition, the use of a surface film of air as a physical gill, the plastron, by which many freshwater insects can live for prolonged periods under water without requiring access to the surface, fails at depths below approximately 30–40m because the pressure causes bending of the supporting hairs and the collapse of the air film. So insects could only survive in the sea if they stayed in the depth range of the top few tens of metres. Unfortunately for them, there is no escape there from daytime predation by fish. They cannot, for example, reduce predation by becoming transparent, an adaptation of some small crustaceans. That would merely reveal their glistening air-filled tracheal system which is so obvious in any insect dissection. Neither could they become sufficiently unpalatable to ward off predators. If this were possible, then the same adaptation would have been selected for in crustaceans. http://jeb.biologists.org/content/201/17/2461.full.pdf

Maddrell gives an interesting example of a race between predatory fish and midge larvae in anoxic African lakes:

...larvae of Chaoborus avoids predation by diving down to 70 m. It can avoid the limitation that its tracheal system must fail at these depths from the fact that it is reduced to two pairs of gas-filled spherical sacs used to provide variable buoyancy. It survives well in Lake Barombi Mbo (West Cameroon), although there is essentially no oxygen below 20 m. The cichlid fish that is the major predator of Chaoborus, has blood with an extraordinarily high haemoglobin content, presumably to allow it better to prey on Chaoborus larvae in anoxic water as these dive at dawn and ascend at dusk. It seems that larval Chaoborus are uniquely adapted to avoid asphyxiation by using an anaerobic malate cycle to generate ATP.In addition, they are able to migrate vertically using a buoyancy control mechanism in which the cuticular walls of the tracheal sacs are made to swell or shrink.

Diving down to 70 m is an astonishing feat, but at this depth the visibility is still sufficient to prey on larva: it avoids predation only by residing in anoxic waters that asphyxiate fish. Furthermore, there is an enormous difference in pressure between 70 m and 1000-1500 m. The lesson is that in the oxic ocean, insects cannot outcompete migrating crustaceans.

The situation would be different in anoxic oceans. Many times over in Earth's history there were long periods of anoxia in the ocean that led to marine mass extinctions. Not only such extinctions clear the oceans of predators; these episodes give advantage to air-breathing divers grazing on phytoplankton under no pressures of predation and competition. It is likely that insects had multiple windows of opportunity, but the subsequent oxygenation evry time robbed them of their chance to establish themselves in the open ocean properly. The most successful land animals have been denied re-entry to their ancestral habitat! This is an outrage. Speak of injustice of nature...

But there is a way out of these wrongs. At present, the most abundant marine insects are water striders that live on floatsam; they've colonized open seas many times over the last 45 Myr.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1600-0587.1999.tb00458.x/abstract
The problem with this strategy is that the debris (rafts of vegetation, algae, pumice, tar, feathers, etc.) are infrequent and tend to sink rapidly, which makes it difficult to make it out big in the open ocean. Here comes the long-awaited opportunity: our plastic trash (that disintegrates to virtually unsinkable pieces of a few mm across that are perfect for the bugs) is the new habitat for the striders. We have already filled with garbage significant part of the North Pacific Subtropical Gyre that covers an expanse the size of Texas - right in the middle of nowhere. The population of water striders is exploding over there.
http://en.wikipedia.org/wiki/Great_Pacific_Garbage_Patch
http://scrippsnews.ucsd.edu/Releases/?releaseID=1271



Finally, after millions of years of evolution, insects have the real chance of making it into the (oxic) high oceans: something that eluded them forever.

Isn't that good news?