Google και Meta λύνουν ένα κεφαλαιώδες ερώτημα της μοριακής βιολογίας
Στο Νήμα Επιστήμες #3: η παρεξήγηση σχετικά με την επιστήμη. Μια γιγαντιαία έκλαμψη ακτίνων-γ μόλις μερικά δις έτη φωτός μακριά μας. Κλιματική κρίση: "αισιόδοξα" και απαισιόδοξα σενάρια
Το Νήμα δέχεται τώρα εθελοντικές συνδρομές! Διαβάστε πώς μπορείτε να συνδράμετε στην ανάπτυξη του εγχειρήματος, εδώ
Οι πρωτεΐνες είναι θεμελιώδη βιολογικά μόρια, μοριακές μηχανές των εμβίων. Είναι αλυσίδες αμινοξέων -που είναι 20 ή 21 ή 22 ανάλογα με το ποια μετράμε- οι οποίες διπλώνουν συχνά σε μια σταθερή τρισδιάστατη δομή (σε συγκεκριμένες συνθήκες), ανάλογα με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των αμινοξέων μεταξύ τους και με τον διαλύτη. Η στερεοσκοπική δομή αυτή είναι που επιτρέπει στις περισσότερες πρωτεΐνες να επιτελούν το ρόλο τους σε έναν έμβιο οργανισμό. Υπάρχουν 200 εκατομμύρια διαφορετικές γνωστές πρωτεΐνες και ο αριθμός τους αυξάνεται. Το πρόβλημα της πρωτεϊνικής αναδίπλωσης (protein folding) - το πώς δηλαδή θα μπορούσε να προβλεφθεί η τρισδιάστατη δομή μιας πρωτεΐνης από την αλληλουχία των αμινοξέων της και μόνο - ήταν ένα από τα μείζονα ζητούμενα της μοριακής βιολογίας εδώ και πέντε δεκαετίες, έχοντας διατυπωθεί σαφώς στην ομιλία του Christian Anfisen όταν παρέλαβε το βραβείο Νόμπελ του 1972.
Το να δημιουργήσει λοιπόν κανείς μια βιβλιοθήκη με την τρισδιάστατη δομή κάθε πρωτεΐνης θα έμοιαζε με άπιαστο όνειρο μέχρι πριν λίγα χρόνια. Αυτό ακριβώς όμως κατάφερε το πρότζεκτ της Deep Mind (ιδιοκτησίας Google) με το όνομα AlphaFold. Πρόκειται για ένα νευρωνικό δίκτυο που εκπαιδεύτηκε σε εκατό χιλιάδες πρωτεΐνες των οποίων το τρισδιάστατο μοντέλο μας ήταν γνωστό, και προχώρησε, μετά από λίγες μέρες, στον υπολογισμό των τρισδιάστατων δομών για όλες σχεδόν από τις 200 εκατομμύρια γνωστές πρωτεΐνες. Η πλήρης βάση δεδομένων της AlphaFold δημοσιεύθηκε και δόθηκε σε ελεύθερη πρόσβαση τον Ιούλιο του 2022.
Πρόκειται για εξαιρετικής σημασίας εργαλεία που ανοίγουν νέες ηπείρους έρευνας κάθε είδους στην μοριακή βιολογία.
Όσα τρισδιάστατα μοντέλα που υπολογίζει το AlphaFold έχουν συγκριθεί με απεικονισμένες δομές, έχουν δείξει ότι το πρόγραμμα πλησιάζει την πραγματική διάταξη των πρωτεϊνών με ακρίβεια λίγων Angstrom (ένα δέκατο του ενός εκατομμυριοστού του ενός χιλιοστού), δηλαδή στην κλίμακα των διαστάσεων των ατόμων, ενώ η ταχύτητα και η ευκολία (και το χαμηλό κόστος) με τα οποία λειτουργεί προκαλούν δέος. Η βιβλιοθήκη πρωτεϊνικών δομών του AlphaFold είναι όπως είπαμε ελεύθερα προσβάσιμη (μπορεί κανείς να κατεβάσει και να παίξει και με τον ανοιχτό κώδικα) και πρόκειται να αποτελέσει "μια από τις πιο σημαντικές συλλογές δεδομένων από την εποχή της αποκωδικοποίησης του ανθρώπινου DNA", καθώς η γνώση της λειτουργίας των πρωτεϊνών ανοίγει το δρόμο για την παρέμβαση σε έμβιους οργανισμούς στο μικροσκοπικό επίπεδο, με εφαρμογές από την αγροτική παραγωγή μέχρι το ανθρώπινο σώμα, από την αντιμετώπιση ασθενειών μέχρι την κατανόηση της απαρχής της ζωής.
Google και Meta οδηγούν την έρευνα
Στο μεταξύ, μόλις χτες δημοσιεύθηκαν οι προγνώσεις πρωτεϊνικών σχημάτων από ένα ανταγωνιστικό νευρωνικό δίκτυο της Meta (μητρικής εταιρείας του Facebook), το οποίο άνοιξε τα εργαλεία του και το μοντέλο του σε δημόσια χρήση, με ίδιο στόχο, αλλά με πολύ διαφορετική μέθοδο: Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο τεχνητής νοημοσύνης που προσπαθεί να προβλέψει ένα κείμενο από μια μικρή συλλογή λέξεων, οι ερευνητές της Meta αντικατέστησαν τις λέξεις με ακολουθίες γνωστών πρωτεϊνών. Ο αλγόριθμος, περίπου σαν κορέκτορας, παρήγαγε τη δομή 600 εκατομμυρίων πρωτεϊνών (μεταξύ άλλων από μικρόβια, βακτήρια, στο έδαφος, στη θάλασσα), με λιγότερη ακρίβεια, αλλά σαφώς γρηγορότερα από το AlphaFold. Το εργαλείο της Meta, θα φωτίσει ελπίζουμε και αυτό που οι βιολόγοι ονομάζουν το “σκοτεινό πρωτέωμα”, το σύμπαν των πρωτεϊνών που είτε δεν έχουν σταθερή μορφή ή για τις οποίες δεν γνωρίζουμε αρκετά για να τις κατηγοριοποιήσουμε.
Οι δυο εφαρμογές δεν λύνουν όλα τα ερωτήματα, όμως αυτό είναι δευτερεύον σχετικά με την δημόσια διαθεσιμότητα (για πόσο όμως δεν γνωρίζουμε) των εργαλείων. Δεν είναι τυχαίο πάντως που η Google και το Facebook είναι στο τιμόνι των εξελίξεων της Μηχανικής Εκμάθησης / Τεχνητής Νοημοσύνης, μια και έχουν και τη χρηματοδότηση, δημόσια και ιδιωτική, αλλά - κυρίως - την πρόσβαση στις βάσεις δεδομένων που τους επιτρέπουν να εξελίσσουν τα μοντέλα αυτά.
Συνέντευξη του, Ελληνοκυπριακής καταγωγής διευθύνοντα συμβούλου της DeepMind, Ντέμη Χασάμπη στο Scientific American | One of the Biggest Problems in Biology Has Finally Been Solved (σύνδεσμος αρχείου)
Παράγει ανορθολογισμό η επιστήμη στο δημόσιο λόγο;
Η πρόσφατη εμπειρία της διαχείρισης της πανδημίας, αλλά και η από χρόνια διεθνής διαβούλευση για την κλιματική αλλαγή και το ενεργειακό, δείχνουν ότι η επίκληση της επιστήμης σε μείζονα ζητήματα, τη στιγμή της λήψης των αποφάσεων, μπορεί παραδόξως να οδηγήσει, αντί σε ορθολογική αντιμετώπισή τους, σε μια χασμωδία αντικρουόμενων απόψεων, στην ανάδυση κάθε λογής αρνητών, στην παραπληροφόρηση και εντέλει τον σκοταδισμό.
Το κλειδί για την επιστροφή σε μια στοιχειωδώς λειτουργική σχέση με την επιστήμη, προτείνουν σε ένα πρόσφατο άρθρο τους στο Scientific American οι Bergstrom, Pimentel και Osborne, είναι η προετοιμασία του πολίτη, μέσα από την εκπαιδευτική διαδικασία, ώστε να στέκεται απέναντι την επιστημονική άποψη σαν ενημερωμένος αμύητος. Για να καταπολεμήσουμε την παραπληροφόρηση, πρέπει, προτείνουν, να διδάξουμε στα παιδιά τι είναι επιστήμη και πώς λειτουργεί η επιστημονική διαδικασία. Να εξηγήσουμε πως σε ένα ενεργό ερευνητικό πεδίο τα άλυτα ζητήματα κυριαρχούν, πως υπάρχει ακόμα γενικευμένη αβεβαιότητα, και πως η επιστημονική κοινότητα έχει μεν τους μηχανισμούς να διορθώνει τον εαυτό της, αλλά μακροπρόθεσμα. Ότι η διαδικασία του peer reviewing είναι κρίσιμη αλλά δεν είναι πανάκεια και ότι πολλά δημοσιευμένα αποτελέσματα θα αποδειχθούν εσφαλμένα στο μέλλον. Ότι σε μερικά ζητήματα, όπως το ανθρωπογενές της κλιματικής αλλαγής, υπάρχει πλατιά διεπιστημονική συμφωνία, αλλά ούτε εκεί πλήρης ομοφωνία. Ότι οι γνώμες όλων των επιστημόνων δεν είναι a priori ίσες και πρέπει κανείς να εκτιμά ποιος είναι αυτός που εκφέρει την άποψη και ποια είναι η ειδικότητα και τα διαπιστευτήριά του. Ότι άκυροι ισχυρισμοί μπορεί να προέρχονται από αναγνωρισμένους (μέχρι και με βραβείο Νόμπελ) επιστήμονες άλλων κλάδων, ή από επιστήμονες που βρίσκονται στο μισθολόγιο εταιρειών με συμφέροντα στο επίδικο. Ότι ιστορικά έχει αποδειχθεί πως πολυεθνικές εταιρείες οργανώνουν εκστρατείες με σκοπό να δημιουργήσουν αμφιβολίες για ένα ζήτημα όπου υπάρχει consensus, ώστε να καθυστερήσουν ή να ματαιώσουν πολιτικές αποφάσεις που βλάπτουν τους προϋπολογισμούς τους.
Κόντρα ρόλος για την επιστημονική κοινότητα, όταν επενδύει στη κατοχύρωση της αυθεντίας της, διεκδικεί το μονοπώλιο της γνώσης, καλλιεργεί το πρότυπο των βραβευμένων υπερηρώων και γενικά συμμετέχει σε ένα μιντιακό παιχνίδι εντυπώσεων, όπως κάθε άλλος κοινωνικός μηχανισμός. Όσο όμως τα ΜΜΕ και συνεπώς ο κόσμος δεν καταλαβαίνουν πώς λειτουργεί η επιστημονική διαδικασία (και ότι είναι, καταρχάς, μια διαδικασία) θα απορούν και θα ενίστανται που δεν θα παίρνουν ξεκάθαρες απαντήσεις. Το αποτέλεσμα θα είναι φαινόμενα διαχείρισης τύπου Τσιόδρα και Μαγιορκίνη, το γενικευμένο αλαλούμ, η χειραγώγηση, και η εργαλειοποίηση από όποιον τυχαίνει να έχει κάθε φορά δυνατότερη φωνή.
Διαβάστε:
Scientific American | Carl T. Bergstrom, Daniel R. Pimentel, Jonathan Osborne: To Fight Misinformation, We Need to Teach That Science Is Dynamic
Carl Bergstrom and Jevin West | Calling Bullshit: το βιβλίο των Bergstrom and West γύρω από το πώς να σκέφτεται κανείς κριτικά γύρω από τα δεδομένα και τα μοντέλα που στοιχειοθετούν αποδείξεις στις κοινωνικές και φυσικές επιστήμες.
UC Berkley | Sense and Sensibility in Science: λογική και ευαισθησία στην επιστήμη, ένα μάθημα στο Πανεπιστήμιο του Berkeley με θέμα τα λογικά σφάλματα που τείνουν να κάνουν οι άνθρωποι και τις μεθόδους που μας έχει δώσει η επιστήμη για να τα αποφεύγουμε ή τουλάχιστον να τα περιορίζουμε.
ΦΥΣΙΚΗ/ΔΙΑΣΤΗΜΑΗ μεγαλύτερη έκλαμψη ακτίνων-γ που έχουμε ποτέ μετρήσει
Στις 9 Οκτωβρίου, τη μέρα που το SPD κέρδιζε τις εκλογές στην Κάτω Σαξονία και, περιέργως, η ΑΕΚ τον Άρη στο Κλεάνθης Βικελίδης, έσκασε στα τηλεσκόπια της Γης η βροχή από φωτόνια της πιο κατακλυσμιαίας έκλαμψης ακτίνων γάμμα της ιστορίας, μετά από ένα ταξίδι 2,4 δισεκατομμυρίων ετών. Οι εκλάμψεις ακτίνων γάμμα συνδέονται με εκρήξεις υπερκαινοφανών και η μέτρηση μιας τόσο έντονης έκλαμψης, σχετικά κοντά μας (για αυτού του είδους τα συμβάντα) και με ευνοϊκό προσανατολισμό (γιατί η εκπομπή υψηλής ενέργειας φωτονίων γίνεται κατά μήκος ενός άξονα που δεν είναι υποχρεωτικά προς την κατεύθυνση της γης) θα απασχολήσει τους αστροφυσικούς σίγουρα για χρόνια. Εικάζεται πως πρόκειται για την “υπογραφή” της κατάρρευσης ενός αστέρα για τη δημιουργία μιας μαύρης τρύπας.
Πως έφτασαν τα φωτόνια ως εδώ;
Η συγκεκριμένη έκλαμψη ήταν τόσο εντυπωσιακή που φαίνεται να επηρέασε αισθητά την Ιονόσφαιρα της γης. Η κρίσιμη πληροφορία όμως είναι η μέτρηση ορισμένων φωτονίων πραγματικά υψηλής ενέργειας, ίσης με 18 εκατομμύρια φορές τη μάζα του πρωτονίου (και ακόμα μία 250 εκατομμύρια φορές). Τέτοια φωτόνια θα έπρεπε να απορροφούνται από το διαγαλαξιακό υλικό. Αν η μέτρηση επαληθευθεί, θα αρχίσει η συζήτηση για το πώς έφτασαν αυτά τα φωτόνια ως εδώ, και μια εκδοχή είναι ότι μετά την εκπομπή τους μετατράπηκαν σε ένα είδος υποθετικού σωματιδίου που λέγεται αξιόνιο (το όνομα προέρχεται από ένα απορρυπαντικό της δεκαετίας του '70, γιατί, λέει, το υποθετικό σωμάτιο ξε-καθάριζε ένα θεωρητικό πρόβλημα). Τα σύγχρονα μοντέλα ξεφεύγουν από την κλασική εκδοχή και προβλέπουν σωματίδια που αλληλεπιδρούν πρακτικά μόνο με τα φωτόνια, μπορούν να διασχίσουν γαλαξίες ολόκληρους χωρίς να αλληλεπιδράσουν, και, φυσικά, είναι υποψήφια για το ρόλο συστατικών της σκοτεινής ύλης. Η ιδέα είναι ότι τα αξιόνια ξαναμετατρέπονται σε φωτόνια λίγο πριν την ανίχνευσή τους από τα γήινα τηλεσκόπια.
Μέσα στο πρωτόνιο, μια θάλασσα αλληλεπιδράσεων
Το πρωτόνιο, συστατικό στοιχείο του πυρήνα των ατόμων, υποτίθεται πως με τη σειρά του αποτελείται από τρία κουάρκ, διαφορετικών ιδιοτήτων τα οποία συγκρατούνται από μια “σούπα” σωματιδίων που μεταφέρουν την ισχυρή αλληλεπίδραση. Τα πράγματα όμως όπως προκύπτει από τα πειράματα, δεν είναι τόσο απλά.
Μια νέα μελέτη για την συμπεριφορά του πρωτονίου όταν αυτό συγκρούεται με άλλα πρωτόνια σε πάρα πολύ υψηλές ενέργειες, δείχνει την παρουσία εντός του, του ονομαζόμενου “γοητευτικού κουάρκ”, που υπό νορμάλ συνθήκες έχει μάζα μεγαλύτερη από αυτή του ίδιου του πρωτονίου (!). Το περιοδικό Quanta έφτιαξε με βάση την μελέτη, μια σειρά από καταπληκτικά γραφικά για να αποδώσει τις διάφορες μορφές που φαίνεται να παίρνει το πρωτόνιο ανάλογα με το πώς (με πόσης ενέργειας probe) το μελετάμε. Οι εικόνες και τα animations είναι εντυπωσιακά:
Quark Magazine | Charlie Wood, Merrill Sherman: Inside the Proton, the ‘Most Complicated Thing You Could Possibly Imagine’
Ανακαλύπτοντας “φονιάδες πλανητών”
Ένας αστεροειδής που βρισκόταν κρυμμένος πίσω από το εκτυφλωτικό φως του ήλιου, και που διασχίζει την τροχιά της Γης ανακαλύφθηκε φέτος το φθινόπωρο μετά από ανάλυση δεδομένων ενός πειράματος που στήθηκε για να μελετήσει τη "σκοτεινή ενέργεια" του Σύμπαντος. Ο 2022 AP7, που έχει διάμετρο 1.5 χιλιόμετρο, αν έπεφτε στη Γη, θα προκαλούσε βιβλική καταστροφή (δείτε το λινκ στο τέλος). Σύμφωνα με τους υπολογισμούς της τροχιάς του, μπορούμε να κοιμόμαστε ήσυχοι για τα επόμενα μερικές χιλιάδες χρόνια. Από την άλλη, εγείρεται το ερώτημα πόσοι και ποιοι τέτοιοι αστεροειδείς που καλύπτονται από τη λάμψη του ήλιου υπάρχουν εκεί έξω (αρχειοθετημένο link).
Τι επιπτώσεις θα είχε ένας αστεροειδής διαστάσεων 1,5 χλμ αν έπεφτε στην Αθήνα, αν υποθέσουμε μια μέση πυκνότητα και ταχύτητα; Το εργαλείο υπολογισμού καταστροφών από την πτώση αστεροειδών και κομητών των Πανεπιστημίων Imperial και Purdue μας δίνει μια εικόνα (Ο αρχικός κρατήρας με κέντρο, το κέντρο της Αθήνας θα είχε βάθος 4,3 χιλιόμετρα και διάμετρο 12,3)
UPDATES & ΔΙΑΒΑΣΜΑΤΑ
Για την κλιματική κρίση
Δυο διαφορετικής έμφασης άρθρα για την κλιματική καταστροφή ενόψει του COP27, της διάσκεψης κορυφής για το κλίμα σε λίγες ημέρες. To πρώτο συνοψίζει τελευταίες έρευνες και την διευρυνόμενη συμφωνία μεταξύ επιστημόνων πως τελειώνει ο χρόνος που διαθέτουμε για να αποτρέψουμε τον κλιματικό όλεθρο. Το δεύτερο αισιοδοξεί πως τα βήματα για την αποανθρακοποίηση και η όλη και μεγαλύτερη οικονομική προσβασιμότητα και τεχνολογική βελτίωση των ΑΠΕ, μπορεί να μας γλιτώσει από τα απολύτως χειρότερα σενάρια…
Κλιματική κρίση (Το ποτήρι άδειο): The Guardian | Damian Carrington: World close to ‘irreversible’ climate breakdown, warn major studies
Κλιματική κρίση: (Το ποτήρι μισογεμάτο): David Wallace-Wells: Beyond Catastrophe - A New Climate Reality Is Coming Into View (αρχειοθετημένο)
Στο μεταξύ, οι θερμοκρασίες στην Ευρώπη ανεβαίνουν με διπλάσιο ρυθμό από ότι στον υπόλοιπο πλανήτη
Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός | Temperatures in Europe increase more than twice global average
Για την επιστροφή στη σελήνη
Η επιστροφή στη Σελήνη για τη ΝΑΣΑ έχει ήδη αναβληθεί τρεις φορές μέχρι τώρα, αλλά τώρα θα γίνει οπωσδήποτε, ο κόσμος να χαλάσει, στις 14 Νοεμβρίου. Εκτός αν κάτι πάει στραβά… Πρόκειται για μη επανδρωμένη αποστολή μεν, ενός κανονικού διαστημικού λεωφορείου που μπορεί να μεταφέρει αστροναύτες, δε, οπότε η επιτυχής εκτόξευση του Άρτεμις 1 αναμένεται με ανυπομονησία. Διαβάστε ένα προηγούμενο αφιέρωμα σχετικά ή δείτε το σχετικό επεισόδιο του Astronio
