Страница:
Второе. Для систем теленаблюдения есть принципиальные ограничения на ракурсы, как бы мы не располагали телекамер – штанги и так далее, – в принципе, есть ограничения. У систем телеприсутствия этих ограничений, в принципе, нет. Можно просто полетать по виртуальному миру и увидеть вещи, которые мы не увидим с телекамер.
А.Т. Например, увидеть наружную поверхность орбитальной станции.
В.А. Есть ещё один момент. В системах теленаблюдения используется оптический диапазон. Должна быть возможность видеть либо в оптическом диапазоне, либо в субоптическом-инфракрасном, либо в ультрафиолетовом излучении. Здесь этого ограничения тоже нет, потому что регистрация местоположения и ориентация могут осуществляться…
А.Г. В радиодиапазоне…
В.А. Да, в радиодиапазоне. И здесь как раз становится ясным, для чего это, так сказать, можно использовать. Очень яркий пример – это если у нас есть какое-то сложное здание с коридорами, лестницами. И там возник пожар, в этом здании. Самые первые фазы пожара, когда обычно температура не очень высокая, но есть очень сильная задымленность. Вы не сможете выйти оттуда, если вы не знакомы с интерьером и к тому же дым – это отсутствие видимости уже на расстоянии вытянутой руки. А вот представьте, что это здание было оборудовано заранее системой слежения за объектами. И спасатель, одевая на голову шлем виртуальной реальности, увидит интерьер, эти лестницы и так далее.
А.Т. Но шаблон уже введён. Это важно.
В.А. Это важно. Есть априрорная информация, которая в точности соответствует геометрической модели интерьера. И это важно. Но для того, что актуализироваться там, смотреть не надо, наблюдать не надо. Система позволит спасателю, хотя бы одному, во-первых, идти по коридорам вслепую, потому что у него на шлеме в дисплейной системе будет изображение, которое будет в точности соответствовать…
А.Г. Он может передвигаться в абсолютной темноте, задымленности.
В.А. И он может заранее, если эта датчиковая система позволяет регистрировать уровень разогрева в зависимости от возгорания, он может заранее вычислить относительно безопасный маршрут, вывести людей и так далее.
А.Т. Я хотел бы всё-таки, чтобы было рассказано про систему, которая в Центре управления полётами для определённых целей используется…
В.А. Да, можно заметить, что основное здесь это как раз наличие инфраструктуры для регистрации этой информации. И естественно, пока мы не имеем этой возможности, разве что в области смарт-хаус. Однако есть области деятельности, где вот эта инфраструктура уже заложена заранее. И если даже нет всех нужных элементов, то уж по крайней мере это не нужно начинать с нуля.
И вот здесь как раз пример по Центру управления полётами. Здесь в течение десятилетий складывалась и развивалась системы сбора и обработки телеметрической информации. Она как раз носит не видеохарактер, а в основном это числа, огромные массивы числовой информации по состоянию всех систем, аппаратов на орбите. Это могут быть солнечные батареи, например которые как-то раскрылись или не раскрылись. Это могут быть антенны и так далее.
Здесь как раз мы провели несколько экспериментов по визуализации состояния элементов орбитальной станции на самых первых этапах её развёртывания, когда на орбиту был уже выведен блок ФГБ и предстояло состыковать этот блок с блоком Юнити. Это стыковочно-переходной модуль для объединения станции в единое целое.
Особенностью этих операций было то, что сближение на самых заключающих этапах стыковки и стягивания происходило с использования манипуляторной системы, установленной на Шаттле. По телеметрическим каналам информация шла в центр. И мы заранее смоделировали геометрическую поверхность блока ФГБ, Юнити и манипуляторов с очень высокой точностью. Этому предшествовала работа по оцифровке этих всех объектов; она заняла около года.
И, кстати говоря, манипуляторы это одно из наиболее оснащённых устройств для визуализации такого рода. Потому что там идёт информация об ориентации, углах разворота звеньев и так далее. И параллельно с обычной системой наблюдения с бортовых телекамер, расположенных на Шаттле, была визуализация их без видеоданных, по телеметрическим данным. И очень точно всё это удалось смоделировать, на удивление.
Был очень большой интерес со стороны руководства, специалистов и американцев. То есть они не ожидали, что у нас такая система. Сейчас эти работы развиваются. И здесь уже можно и пофантазировать. Я считаю, что самым интересным, наиболее интересным видом наблюдения, было бы слежение за выходом в открытый космос. Вот если эти маркерные системы можно было расположить на скафандрах и использовать систему слежения, развернуть её на станции, то можно было бы понаблюдать за перемещениями в любых ракурсах и даже желающий мог бы себя сопоставить с одним из космонавтов…
А.Т. Имея шаблон.
В.А. Естественно. Здесь непременным условиям было наличие исчерпывающей априорной информации о поверхности. А это большая работа по оцифровке и геометрическому моделированию.
А.Г. У меня встаёт вопрос тогда, связанный, может быть, с не таким уж далёким будущим развития этих технологий.
Чем отличается пилотируемый полёт на Луну или на Марс от непилотируемого? Тем, что есть пилот. Но если мы отправляем машину, которая собирает избыточную информацию, мы цифруем эту информацию, приводим её в маркерное соответствие с реальным ландшафтом, скажем, Марса. То есть создаём не виртуальный мир, а виртуально-реальный Марс. Можно будет и не летать.
А.Т. Да, это будет виртуальное присутствие. То есть мы можем эту машину так вести, как будто бы мы рядом с ней находимся, аккуратненько её сажаем или перемещаем вдоль кратеров и так далее.
В.А. Я вас разочарую. Дело в том, что ведь на самом деле луноход, который был запущен в 60-е годы, он и работал приблизительно так. На Земле в ЦУПе был оператор, который им управлял. Но это работа была сопряжена с очень высокой нервной нагрузкой. И был не один оператор, а несколько. Значит, они были…
А.Т. Были недостаточно мощные средства виртуальной реальности!
В.А. Нет. Здесь дело не в этом.
А.Т. По-моему так.
В.А. Дело в том, что, увы, время распространения радиосигнала между Луной и Землёй – это несколько секунд, а для Марса в оппозиции это, если мне не изменяет память, где-то минут 40 в обе стороны.
Поэтому без пилотируемой космонавтики в этих условиях не обойтись. Потому что здесь реакция должны быть мгновенной. Вот для визуализации и участия людей, которые не подготовлены к этим полётам, а они несправедливо обделены, в общем, эти системы можно использовать.
А.Г. То есть опять же как тренажёр.
В.А. Я бы не хотел, чтобы всё сводилось к тренажёрным системам. Здесь всё-таки речь идёт о реальных событиях, так сказать, пусть они запаздывают как-то, но, тем не менее, это реальные события.
Кстати говоря, вот на этих снимках видно, обратите внимание на звёздочки. Они, в самом деле, как бы настоящие. Дело в том, что сфера со звёздным небом смоделирована с абсолютной точностью. И именно для этого момента стыковки, именно этого ракурса и местоположения на орбите здесь это сделано честно. То есть, понимаете, это всё-таки реальные события, пусть они ограничены в возможностях.
И в этой связи, если на эту тему разговор зашёл, я немножко пофантазирую вот эти вещи можно было бы уже сейчас делать через Интернет.
Представим, что выделен отдельный веб-сервер, который позволяет эту информацию распространять, как это обычно делается. А на земле, в квартире, так сказать, юзер, или пользователь, располагая материальным обеспечением из ЦУПа и системой виртуальной реальности, мог бы всё это наблюдать не в виде колонок цифр или ещё чего-то подобного, а он это видел бы сам, конечно, с некоторым запаздыванием. Но, тем не менее, это уже возможно.
А с развитием веб-технологий сейчас мир переходит на высокоскоростной Интернет. Это второй Интернет так называемый, и там, где уже гигабитные каналы, эти вещи можно осуществить уже гораздо легче, эффектнее, эффективнее. То есть здесь мы уже уходим в сферу общечеловеческих ценностей.
А.Т. Первая система, была сделана при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, группами исследователей, которые занимались в своё время баллистическими расчётами, а сейчас, отработав баллистику, стали заниматься этими вещами, которые показали большую перспективность. И приходящие люди из высоких космических инстанций говорили, что всё это очень интересно и нам бы это всё в полном масштабе и так далее. Мы отвечали очень просто: «Так, дайте средства на технику, именно на эту технику, даже не на людей, а технику, и тогда это будет сделано».
В.А. Это недёшево, да.
А.Г. Могу себе представить. Так вот, говоря всё-таки о будущем и о развитии интерфейса между оператором и компьютером, тут просто такая самая глухая фантастика лезет в голову.
Ведь органы чувств наши не только вынесены за скобки черепной коробки, они и внутри находятся. Мы можем непосредственно влиять на некие центры в головной коре и вызывать ощущения страха, удовольствия, голода, жары. Мы вдруг можем почувствовать какой-то запах. И это будет уже двойная виртуальная реальность, потому что нет необходимости даже воспроизводить это, достаточно написать некую программу, которая манипулировала бы мозгом, с тем, чтобы вызывать все необходимые ощущения…
В.А. Видите ли, это можно, эти мысли, что называется, носятся в воздухе, да. Но есть одно «но»: а вот как воздействовать? Такой орган, как зрение, ещё на уровне сенсоров имеет очень много загадок и неясностей. А если мы уйдём глубже и ближе к центральной нервной системе, так там ведь уже на микроуровне мы должны знать, какие нервы раздражать. Здесь, мне кажется, пока нет просто нужных знаний.
А.Г. Это да, но пока возможны гибридные системы.
В.А. Да, тут я бы упомянул некоторые системы в этом направлении. Это, скажем, ретинальные дисплеи, если это интересно?
А.Г. Да.
В.А. Дело в том, что обычный любой дисплей жидкокристаллический, электроннолучевой и так далее, у него есть та особенность, что видеоинформация выводится на промежуточный носитель, это экран. И здесь, конечно, есть ограничения по времени вывода. На самом деле этот промежуточный носитель можно устранить, и, скажем, рисовать изображение на сетчатке глаза лазером. И действительно, есть такие системы, но, правда, как-то я очень подробных описаний не читал, были лишь упоминания об этих ретинальных дисплеях.
Но и то, сами понимаете, лазерный луч – это штука, в общем-то, небезопасная. А здесь речь идёт о воздействии на сетчатку. Тут есть очень много узких моментов. Я думаю, что и с остальными органами чувств и нервной системы очень ещё много неясностей.
А.Г. Здесь неизбежно встаёт морально-этический вопрос.
А.Т. Морально-этические вопросы сейчас возникают и при использовании обычных систем виртуальной реальности.
Вот те же очень хорошо развитые компьютерные игры, где есть много моментов, связанных с насилием. Подобное притягивает подобное есть такое выражение. И если много подвергаешься воздействию чего-то подобного, то и сам… В общем, это опасное дело. Здесь должен быть баланс.
В.А. Конечно, нужна очень большая осторожность…
А.Т. Развитие реакции, развитие быстроты мышления в процессе игры – конечно, это важно, но баланс должен быть.
В.А. Это, в общем-то, вопрос этики научных исследований.
А.Г. Основная-то угроза не в этом… Зачем же жить в столь несовершенном, мало от тебя зависящем мире, когда есть возможность ухода в мир абсолютно идеальный, созданный для тебя, где ты не просто червь, а ещё и бог.
В.А. Ну, во-первых, всё-таки это сделать пока сложно…
А.Т. Тогда ты не сможешь улучшать мир и так там и останешься, в этом виртуальном мире.
В.А. Это пока ещё сложно сделать на полную катушку и, может быть, слава богу. Но, тем не менее, здесь можно вспомнить слова одного из героев «Девяти дней одного года», который сказал о той же бомбе: «Мысль остановить нельзя, но главное здесь вовремя остановиться».
И вот эта грань, через которую нельзя переступать, она, конечно же, есть. Но это уже несколько другие сферы, хотя это важно.
А.Г. С другой стороны, я очень отчётливо вижу применение виртуальной реальности, соответствующим образом созданной, для лечения психических заболеваний…
В.А. Существуют устройства, которые используются для лечения боязни высоты…
Клональные позвоночные
Участники:
Васильева Екатерина Денисовна – доктор биологических наук
Васильев Виктор Павлович – доктор биологических наук
Виктор Васильев: Клональные виды позвоночных – тема достаточно многогранная, поэтому обо всём поговорить, я думаю, мы сегодня не успеем, но, тем не менее, основные какие-то аспекты этой темы мы сможем осветить. Впервые однополое размножение было обнаружено у рыб в 30-е годы теперь уже прошлого века. Речь идёт о двух видах рыб. Это – «пецилия формоза», которая встречается в Северной Америке, и серебряный карась, ареал которого Дальний Восток и Европа. Было замечено, что «пецилия формоза», представленная одними самками, обитает всегда с самцами близкородственных видов и, по-видимому, как-то использует этих самцов для своего размножения. С другой стороны, было замечено, что и серебряный карась представлен исключительно самками в европейской части своего ареала на Дальнем Востоке встречается и двуполая форма, которая представлена самками и самцами, а в европейской части в то время, в 30-40-е годы, это были почти исключительно популяции, состоящие из одних самок. Было предложено несколько гипотез относительно их размножения, но только в середине 40-х годов было показано, что эти виды размножаются с помощью особого механизма, который получил название «гиногенез». Дословно «гиногенез» – это «женское развитие». Экспериментально было показано, что размножение происходит следующим образом. Если зрелые яйцеклетки этих видов осеменить спермой близкородственных видов, то из осемененной икры развиваются взрослые особи, морфологически неотличимые от матери, но никак не проявляющие какие-либо отцовские признаки.
Александр Гордон: То есть хромосомный набор только от матери поступает.
В.В. Да, хромосомный набор поступает только от матери. Было сделано предположение, что при этом каким-то образом инактивируется ядро спермия, но спермий всё-таки необходим для того, чтобы стимулировать развитие яйцеклетки. Но ещё более удивительным открытием оказалось открытие партеногенеза дословно «девственное развитие», – который широко распространён и ранее был известен у многих беспозвоночных. Но что касалось позвоночных, это представлялось практически невероятным. Партеногенез был впервые обнаружен нашим учёным Даревским у кавказских скальных ящериц.
А.Г. Каков механизм?
В.В. Механизм состоит в том, что самки откладывают яйца, которые безо всякого участия спермия развиваются во взрослых особей и от них не отличаются. За то, что это было достаточно необычным для позвоночных, говорит хотя бы тот факт, что в своё время Даревский с большим трудом опубликовал эту работу, поскольку, в общем, в это никто не верил. После открытия партеногенеза у кавказских скальных ящериц, партеногенез был открыт у североамериканских ящериц-бегунов. Это другое семейство, семейство «Теиды». Затем количество видов, которые размножаются путём партеногенеза – у пресмыкающихся – и видов, которые размножаются путём гиногенеза – это уже не только рыбы, но и амфибии, – стало быстро увеличиваться. Буквально в 60-е годы таких видов было известно уже несколько десятков.
Естественно, возник вопрос: каковы цитогенетические механизмы такого развития? Дело в том, что в норме при половом размножении – а это всё-таки половое, а не бесполое размножение – самки продуцируют гаплоидные гаметы, которые нормально развиваться не могут, а развиваются до определённой стадии, а потом погибают. Оказалось, что самки при гиногенезе и партеногенезе продуцируют нередуцированные яйцеклетки. Что значит нередуцированные? В норме при созревании половых клеток в мейозе происходит редукция числа хромосом. Если в норме организм диплоидный, то после мейоза число хромосом уменьшается в два раза и, таким образом, клетка становится гаплоидной. Соответственно, спермий тоже гаплоидный и при оплодотворении диплоидность восстанавливается. В данном случае у позвоночных, которые размножаются таким путём, яйцеклетка нередуцирована. Происходит это следующим образом. В процессе созревания яйцеклеток перед мейозом происходит так называемая эндоредупликация, которая состоит в том, что хромосомы, которые в момент деления состоят из двух хроматид, разделяются, а клетка не делится. Таким образом, число хромосом увеличивается в два раза. Если, скажем, партеногенетическая или гиногенетическая форма была триплоидной, то получается шесть наборов хромосом. Затем, когда клетка приступает к мейотическим делениям, то происходит редукция числа хромосом. Но это приводит просто к восстановлению того же числа хромосом, которые есть в соматических тканях. Таким образом, клетка оказывается нередуцированной. Есть ещё один механизм однополого размножения, который получил название «гибридогенез». При гибридогенезе происходит истинное оплодотворение. Но в мейозе происходит избирательная элиминация отцовского набора хромосом. Если в норме происходит рекомбинация наборов хромосом, которые получены от матери и от отца, то при гибридогенезе отцовский набор хромосом элиминируется и в яйцеклетку поступает только женский набор хромосом.
А.Г. То есть в прямом смысле слова гибридом это назвать нельзя, поскольку…
В.В. Нет, это гибрид, но гибридные самки продуцируют яйцеклетки, в которых гаплоидный набор хромосом только самок. Только самок. Ситуация такова, что самки как бы берут хромосомный набор самцов взаймы только на одно поколение. Потом это элиминируется, происходит опять оплодотворение уже спермой от других самцов, опять восстанавливается гибридная конституция зиготы, и взрослый организм оказывается диплоидным и гибридным. Вот такое размножение получило название полуклонального. И если при гиногенезе и партеногенезе наследование клональное, то вот такое наследование получило название полуклонального.
А.Г. То есть получается абсолютный клон матери в первых двух случаях размножения.
В.В. Нет, не материнский клон, потому что такая гаплоидная яйцеклетка генетически не идентична организму матери, потому что организм матери ведь гибридный. Но, тем не менее, это называется полуклональным наследованием, поскольку клонально наследуется только материнский набор хромосом.
Екатерина Васильева: Клональные формы – это партеногенетические и гиногенетические.
А.Г. Там абсолютно идентичные…
Е.В. Там абсолютно идентичные матери. Но вот если первые находки клональных и полуклональных видов были довольно редки и казались невероятным событием, то к настоящему времени известны уже около 120 таких видов или форм. И эти виды и формы известны среди рептилий – около 60-ти видов клональных рептилий, они встречены уже в ряде семейств.
Я хотела бы показать первую картинку, которая демонстрирует вклад наших отечественных учёных. Как уже говорил Виктор Павлович, Илья Сергеевич Даревский был первым открывателем партеногенетических ящериц. Это вот те находки, которые сделали наши учёные, это их материалы. Описано несколько партеногенетических видов скальных ящериц, обитающих у нас на Кавказе. Кроме того, среди рептилий клональные формы известны среди теид, ящериц-бегунов, о которых говорил Виктор Павлович там как раз больше всего видов обнаружено, около 17 клональных видов. Потом обнаружены такие же клональные формы среди гекконов, среди игуановых ящериц. Клональные формы обнаружены среди рыб. Среди рыб – это семейство карповых: наш карась, о чём уже говорил Виктор Павлович, – клональная форма, триплоидная форма серебряного карася, род «фоксинусов» (гольянов); и ещё один такой экзотический род обитает в Испании, это – «тропидофоксинеллюс», это Испания и Португалия, своеобразные такие карповые рыбки, тоже мелкие. И ещё более интересны – мы на этом дальше остановимся – вьюновые рыбы-щиповки, мы о них потом поговорим немножко побольше. Кроме того, клональные формы обнаружены среди амфибий, это «рана» – лягушки, и также хвостатые амбистомы. Причём интересно, что, видите, в каких разных группах у позвоночных встречены эти однополые формы, в разных систематических группах. Если мы будем брать географический аспект, то к настоящему времени клональные формы не обнаружены пока только в Африке, потому что там исследования не проводились достаточно широко, а во всех остальных местах клональные формы обнаружены.
В.В. В Южной Америке ещё.
Е.В. Да, и в Южной Америке, где тоже фауна изучена плохо, в общем-то. Это говорит о том, что данное явление достаточно всё-таки нередкое, это достаточно универсальное явление. И, по-видимому, существуют какие-то единые механизмы для образования этих клональных форм. И здесь следует сказать, что формы, они немножко разные по происхождению, Виктор Павлович об этом не сказал.
Если в норме бисексуальные виды образуют гаплоидные сперматозоиды и гаплоидные яйцеклетки, то, соответственно, формы получают это количество хромосом от отца и матери, и тогда бисексуальные организмы – они все диплоидные. А среди клональных форм встречаются диплоидные формы, триплоидные и тетраплоидные. Вот триплоидных форм, пожалуй, там больше всего, немножко меньше диплоидных форм, а вот тетраплоидные формы – это самое редкое явление: они обнаружены в настоящее время только у амбистом и у рыб рода кобитис. Постоянные формы, то есть не единичные особи, потому что иногда могут возникать единичные особи в результате гибридизации. А постоянные клональные формы – это которые существуют длительный период времени. И когда начали исследовать эти формы, то оказалось, что все клональные формы имеют гибридное происхождение, вот что было очень интересно и что является основой того, что называется «сетчатое видообразование». Вот я хочу, чтобы Виктор Павлович немножко подробнее об этом рассказал.
В.В. Я немножко дополню: тетраплоидные формы ещё обнаружены в Японии у серебряного карася. Но в данном случае серебряный карась для нас большого интереса не представляет по той простой причине, что это, пожалуй, единственная ситуация, в которой непонятно, каким образом образовалась триплоидная форма, ну и, соответственно, непонятно, каким образом образовалась тетраплоидная форма, если проследить весь процесс от начала до конца. То есть, конечный этап понятно, как образовался: тетраплоидная форма возникла как гибрид с триплоидной формой, а вот что было до этого, непонятно.
А вот что касается других видов, то здесь практически во всех случаях мы имеем данные об их происхождении. Оказалось, что все однополые формы имеют гибридное происхождение. Как правило, это гибриды, и если речь идёт о диплоидной клональной форме или однополой форме, это гибрид между двумя близкородственными видами. Как уже говорилось, в большинстве случаев это – триплоидная форма. Так вот, триплоидные формы образовались в результате гибридизации диплоидных однополых форм с исходными бисексуальными. То есть, таким образом, они содержат три набора хромосом, причём ситуации могут быть разные, в зависимости от того, как гибридизировала диплоидная клональная форма. У триплоидной формы могут быть два генома от одного родителя и один геном от второго родителя, или наоборот, один геном от одного родителя и два генома от другого родителя. Но есть редкие случаи, когда форма имеет тригибридное происхождение. То есть гибридизация диплоидной клональной формы происходила не с исходным видом, который уже принимал участие в гибридизации, а с каким-то ещё третьим видом. Но это случаи тоже довольно редкие. В первом случае говорят, что это дигибридное происхождение, во втором случае говорят – тригибридное происхождение.
Первоначально, когда клональные формы только-только стали открывать, и когда многие вещи ещё были непонятны, в отношении к ним не было ничего, кроме удивления. Тут вопрос связан с методическим прогрессом, поскольку появились методы сравнительной генетики, когда можно было анализировать происхождение этих форм, доказывать гибридизацию, поскольку ранее существовавшие методы, большей частью морфологические, давали подозрение на гибридизацию (такие предположения были основаны на методах морфологии), но всё-таки строго доказать с помощью этих методов, что такие формы имеют именно гибридное происхождение, довольно тяжело. Так вот, вместе с методическим прогрессом и с развитием этих исследований появилось целое направлении в изучении видообразования позвоночных. Оказалось, что клональные формы связаны с особым способом видообразования. Традиционные модели видообразования, – они очень разнообразны, но все обладают одним свойством: они являются моделями дивергентного видообразования, или дарвинского видообразования. То есть из одного вида каким-то способом – как раз существующие модели объясняют эти способы – образуются два вида или, может быть, больше видов. Если изобразить это на плоскости, то вы получите обычное древо, дивергентную картинку.
А.Т. Например, увидеть наружную поверхность орбитальной станции.
В.А. Есть ещё один момент. В системах теленаблюдения используется оптический диапазон. Должна быть возможность видеть либо в оптическом диапазоне, либо в субоптическом-инфракрасном, либо в ультрафиолетовом излучении. Здесь этого ограничения тоже нет, потому что регистрация местоположения и ориентация могут осуществляться…
А.Г. В радиодиапазоне…
В.А. Да, в радиодиапазоне. И здесь как раз становится ясным, для чего это, так сказать, можно использовать. Очень яркий пример – это если у нас есть какое-то сложное здание с коридорами, лестницами. И там возник пожар, в этом здании. Самые первые фазы пожара, когда обычно температура не очень высокая, но есть очень сильная задымленность. Вы не сможете выйти оттуда, если вы не знакомы с интерьером и к тому же дым – это отсутствие видимости уже на расстоянии вытянутой руки. А вот представьте, что это здание было оборудовано заранее системой слежения за объектами. И спасатель, одевая на голову шлем виртуальной реальности, увидит интерьер, эти лестницы и так далее.
А.Т. Но шаблон уже введён. Это важно.
В.А. Это важно. Есть априрорная информация, которая в точности соответствует геометрической модели интерьера. И это важно. Но для того, что актуализироваться там, смотреть не надо, наблюдать не надо. Система позволит спасателю, хотя бы одному, во-первых, идти по коридорам вслепую, потому что у него на шлеме в дисплейной системе будет изображение, которое будет в точности соответствовать…
А.Г. Он может передвигаться в абсолютной темноте, задымленности.
В.А. И он может заранее, если эта датчиковая система позволяет регистрировать уровень разогрева в зависимости от возгорания, он может заранее вычислить относительно безопасный маршрут, вывести людей и так далее.
А.Т. Я хотел бы всё-таки, чтобы было рассказано про систему, которая в Центре управления полётами для определённых целей используется…
В.А. Да, можно заметить, что основное здесь это как раз наличие инфраструктуры для регистрации этой информации. И естественно, пока мы не имеем этой возможности, разве что в области смарт-хаус. Однако есть области деятельности, где вот эта инфраструктура уже заложена заранее. И если даже нет всех нужных элементов, то уж по крайней мере это не нужно начинать с нуля.
И вот здесь как раз пример по Центру управления полётами. Здесь в течение десятилетий складывалась и развивалась системы сбора и обработки телеметрической информации. Она как раз носит не видеохарактер, а в основном это числа, огромные массивы числовой информации по состоянию всех систем, аппаратов на орбите. Это могут быть солнечные батареи, например которые как-то раскрылись или не раскрылись. Это могут быть антенны и так далее.
Здесь как раз мы провели несколько экспериментов по визуализации состояния элементов орбитальной станции на самых первых этапах её развёртывания, когда на орбиту был уже выведен блок ФГБ и предстояло состыковать этот блок с блоком Юнити. Это стыковочно-переходной модуль для объединения станции в единое целое.
Особенностью этих операций было то, что сближение на самых заключающих этапах стыковки и стягивания происходило с использования манипуляторной системы, установленной на Шаттле. По телеметрическим каналам информация шла в центр. И мы заранее смоделировали геометрическую поверхность блока ФГБ, Юнити и манипуляторов с очень высокой точностью. Этому предшествовала работа по оцифровке этих всех объектов; она заняла около года.
И, кстати говоря, манипуляторы это одно из наиболее оснащённых устройств для визуализации такого рода. Потому что там идёт информация об ориентации, углах разворота звеньев и так далее. И параллельно с обычной системой наблюдения с бортовых телекамер, расположенных на Шаттле, была визуализация их без видеоданных, по телеметрическим данным. И очень точно всё это удалось смоделировать, на удивление.
Был очень большой интерес со стороны руководства, специалистов и американцев. То есть они не ожидали, что у нас такая система. Сейчас эти работы развиваются. И здесь уже можно и пофантазировать. Я считаю, что самым интересным, наиболее интересным видом наблюдения, было бы слежение за выходом в открытый космос. Вот если эти маркерные системы можно было расположить на скафандрах и использовать систему слежения, развернуть её на станции, то можно было бы понаблюдать за перемещениями в любых ракурсах и даже желающий мог бы себя сопоставить с одним из космонавтов…
А.Т. Имея шаблон.
В.А. Естественно. Здесь непременным условиям было наличие исчерпывающей априорной информации о поверхности. А это большая работа по оцифровке и геометрическому моделированию.
А.Г. У меня встаёт вопрос тогда, связанный, может быть, с не таким уж далёким будущим развития этих технологий.
Чем отличается пилотируемый полёт на Луну или на Марс от непилотируемого? Тем, что есть пилот. Но если мы отправляем машину, которая собирает избыточную информацию, мы цифруем эту информацию, приводим её в маркерное соответствие с реальным ландшафтом, скажем, Марса. То есть создаём не виртуальный мир, а виртуально-реальный Марс. Можно будет и не летать.
А.Т. Да, это будет виртуальное присутствие. То есть мы можем эту машину так вести, как будто бы мы рядом с ней находимся, аккуратненько её сажаем или перемещаем вдоль кратеров и так далее.
В.А. Я вас разочарую. Дело в том, что ведь на самом деле луноход, который был запущен в 60-е годы, он и работал приблизительно так. На Земле в ЦУПе был оператор, который им управлял. Но это работа была сопряжена с очень высокой нервной нагрузкой. И был не один оператор, а несколько. Значит, они были…
А.Т. Были недостаточно мощные средства виртуальной реальности!
В.А. Нет. Здесь дело не в этом.
А.Т. По-моему так.
В.А. Дело в том, что, увы, время распространения радиосигнала между Луной и Землёй – это несколько секунд, а для Марса в оппозиции это, если мне не изменяет память, где-то минут 40 в обе стороны.
Поэтому без пилотируемой космонавтики в этих условиях не обойтись. Потому что здесь реакция должны быть мгновенной. Вот для визуализации и участия людей, которые не подготовлены к этим полётам, а они несправедливо обделены, в общем, эти системы можно использовать.
А.Г. То есть опять же как тренажёр.
В.А. Я бы не хотел, чтобы всё сводилось к тренажёрным системам. Здесь всё-таки речь идёт о реальных событиях, так сказать, пусть они запаздывают как-то, но, тем не менее, это реальные события.
Кстати говоря, вот на этих снимках видно, обратите внимание на звёздочки. Они, в самом деле, как бы настоящие. Дело в том, что сфера со звёздным небом смоделирована с абсолютной точностью. И именно для этого момента стыковки, именно этого ракурса и местоположения на орбите здесь это сделано честно. То есть, понимаете, это всё-таки реальные события, пусть они ограничены в возможностях.
И в этой связи, если на эту тему разговор зашёл, я немножко пофантазирую вот эти вещи можно было бы уже сейчас делать через Интернет.
Представим, что выделен отдельный веб-сервер, который позволяет эту информацию распространять, как это обычно делается. А на земле, в квартире, так сказать, юзер, или пользователь, располагая материальным обеспечением из ЦУПа и системой виртуальной реальности, мог бы всё это наблюдать не в виде колонок цифр или ещё чего-то подобного, а он это видел бы сам, конечно, с некоторым запаздыванием. Но, тем не менее, это уже возможно.
А с развитием веб-технологий сейчас мир переходит на высокоскоростной Интернет. Это второй Интернет так называемый, и там, где уже гигабитные каналы, эти вещи можно осуществить уже гораздо легче, эффектнее, эффективнее. То есть здесь мы уже уходим в сферу общечеловеческих ценностей.
А.Т. Первая система, была сделана при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, группами исследователей, которые занимались в своё время баллистическими расчётами, а сейчас, отработав баллистику, стали заниматься этими вещами, которые показали большую перспективность. И приходящие люди из высоких космических инстанций говорили, что всё это очень интересно и нам бы это всё в полном масштабе и так далее. Мы отвечали очень просто: «Так, дайте средства на технику, именно на эту технику, даже не на людей, а технику, и тогда это будет сделано».
В.А. Это недёшево, да.
А.Г. Могу себе представить. Так вот, говоря всё-таки о будущем и о развитии интерфейса между оператором и компьютером, тут просто такая самая глухая фантастика лезет в голову.
Ведь органы чувств наши не только вынесены за скобки черепной коробки, они и внутри находятся. Мы можем непосредственно влиять на некие центры в головной коре и вызывать ощущения страха, удовольствия, голода, жары. Мы вдруг можем почувствовать какой-то запах. И это будет уже двойная виртуальная реальность, потому что нет необходимости даже воспроизводить это, достаточно написать некую программу, которая манипулировала бы мозгом, с тем, чтобы вызывать все необходимые ощущения…
В.А. Видите ли, это можно, эти мысли, что называется, носятся в воздухе, да. Но есть одно «но»: а вот как воздействовать? Такой орган, как зрение, ещё на уровне сенсоров имеет очень много загадок и неясностей. А если мы уйдём глубже и ближе к центральной нервной системе, так там ведь уже на микроуровне мы должны знать, какие нервы раздражать. Здесь, мне кажется, пока нет просто нужных знаний.
А.Г. Это да, но пока возможны гибридные системы.
В.А. Да, тут я бы упомянул некоторые системы в этом направлении. Это, скажем, ретинальные дисплеи, если это интересно?
А.Г. Да.
В.А. Дело в том, что обычный любой дисплей жидкокристаллический, электроннолучевой и так далее, у него есть та особенность, что видеоинформация выводится на промежуточный носитель, это экран. И здесь, конечно, есть ограничения по времени вывода. На самом деле этот промежуточный носитель можно устранить, и, скажем, рисовать изображение на сетчатке глаза лазером. И действительно, есть такие системы, но, правда, как-то я очень подробных описаний не читал, были лишь упоминания об этих ретинальных дисплеях.
Но и то, сами понимаете, лазерный луч – это штука, в общем-то, небезопасная. А здесь речь идёт о воздействии на сетчатку. Тут есть очень много узких моментов. Я думаю, что и с остальными органами чувств и нервной системы очень ещё много неясностей.
А.Г. Здесь неизбежно встаёт морально-этический вопрос.
А.Т. Морально-этические вопросы сейчас возникают и при использовании обычных систем виртуальной реальности.
Вот те же очень хорошо развитые компьютерные игры, где есть много моментов, связанных с насилием. Подобное притягивает подобное есть такое выражение. И если много подвергаешься воздействию чего-то подобного, то и сам… В общем, это опасное дело. Здесь должен быть баланс.
В.А. Конечно, нужна очень большая осторожность…
А.Т. Развитие реакции, развитие быстроты мышления в процессе игры – конечно, это важно, но баланс должен быть.
В.А. Это, в общем-то, вопрос этики научных исследований.
А.Г. Основная-то угроза не в этом… Зачем же жить в столь несовершенном, мало от тебя зависящем мире, когда есть возможность ухода в мир абсолютно идеальный, созданный для тебя, где ты не просто червь, а ещё и бог.
В.А. Ну, во-первых, всё-таки это сделать пока сложно…
А.Т. Тогда ты не сможешь улучшать мир и так там и останешься, в этом виртуальном мире.
В.А. Это пока ещё сложно сделать на полную катушку и, может быть, слава богу. Но, тем не менее, здесь можно вспомнить слова одного из героев «Девяти дней одного года», который сказал о той же бомбе: «Мысль остановить нельзя, но главное здесь вовремя остановиться».
И вот эта грань, через которую нельзя переступать, она, конечно же, есть. Но это уже несколько другие сферы, хотя это важно.
А.Г. С другой стороны, я очень отчётливо вижу применение виртуальной реальности, соответствующим образом созданной, для лечения психических заболеваний…
В.А. Существуют устройства, которые используются для лечения боязни высоты…
Клональные позвоночные
07.04.03
(хр.00:50:27)
Участники:
Васильева Екатерина Денисовна – доктор биологических наук
Васильев Виктор Павлович – доктор биологических наук
Виктор Васильев: Клональные виды позвоночных – тема достаточно многогранная, поэтому обо всём поговорить, я думаю, мы сегодня не успеем, но, тем не менее, основные какие-то аспекты этой темы мы сможем осветить. Впервые однополое размножение было обнаружено у рыб в 30-е годы теперь уже прошлого века. Речь идёт о двух видах рыб. Это – «пецилия формоза», которая встречается в Северной Америке, и серебряный карась, ареал которого Дальний Восток и Европа. Было замечено, что «пецилия формоза», представленная одними самками, обитает всегда с самцами близкородственных видов и, по-видимому, как-то использует этих самцов для своего размножения. С другой стороны, было замечено, что и серебряный карась представлен исключительно самками в европейской части своего ареала на Дальнем Востоке встречается и двуполая форма, которая представлена самками и самцами, а в европейской части в то время, в 30-40-е годы, это были почти исключительно популяции, состоящие из одних самок. Было предложено несколько гипотез относительно их размножения, но только в середине 40-х годов было показано, что эти виды размножаются с помощью особого механизма, который получил название «гиногенез». Дословно «гиногенез» – это «женское развитие». Экспериментально было показано, что размножение происходит следующим образом. Если зрелые яйцеклетки этих видов осеменить спермой близкородственных видов, то из осемененной икры развиваются взрослые особи, морфологически неотличимые от матери, но никак не проявляющие какие-либо отцовские признаки.
Александр Гордон: То есть хромосомный набор только от матери поступает.
В.В. Да, хромосомный набор поступает только от матери. Было сделано предположение, что при этом каким-то образом инактивируется ядро спермия, но спермий всё-таки необходим для того, чтобы стимулировать развитие яйцеклетки. Но ещё более удивительным открытием оказалось открытие партеногенеза дословно «девственное развитие», – который широко распространён и ранее был известен у многих беспозвоночных. Но что касалось позвоночных, это представлялось практически невероятным. Партеногенез был впервые обнаружен нашим учёным Даревским у кавказских скальных ящериц.
А.Г. Каков механизм?
В.В. Механизм состоит в том, что самки откладывают яйца, которые безо всякого участия спермия развиваются во взрослых особей и от них не отличаются. За то, что это было достаточно необычным для позвоночных, говорит хотя бы тот факт, что в своё время Даревский с большим трудом опубликовал эту работу, поскольку, в общем, в это никто не верил. После открытия партеногенеза у кавказских скальных ящериц, партеногенез был открыт у североамериканских ящериц-бегунов. Это другое семейство, семейство «Теиды». Затем количество видов, которые размножаются путём партеногенеза – у пресмыкающихся – и видов, которые размножаются путём гиногенеза – это уже не только рыбы, но и амфибии, – стало быстро увеличиваться. Буквально в 60-е годы таких видов было известно уже несколько десятков.
Естественно, возник вопрос: каковы цитогенетические механизмы такого развития? Дело в том, что в норме при половом размножении – а это всё-таки половое, а не бесполое размножение – самки продуцируют гаплоидные гаметы, которые нормально развиваться не могут, а развиваются до определённой стадии, а потом погибают. Оказалось, что самки при гиногенезе и партеногенезе продуцируют нередуцированные яйцеклетки. Что значит нередуцированные? В норме при созревании половых клеток в мейозе происходит редукция числа хромосом. Если в норме организм диплоидный, то после мейоза число хромосом уменьшается в два раза и, таким образом, клетка становится гаплоидной. Соответственно, спермий тоже гаплоидный и при оплодотворении диплоидность восстанавливается. В данном случае у позвоночных, которые размножаются таким путём, яйцеклетка нередуцирована. Происходит это следующим образом. В процессе созревания яйцеклеток перед мейозом происходит так называемая эндоредупликация, которая состоит в том, что хромосомы, которые в момент деления состоят из двух хроматид, разделяются, а клетка не делится. Таким образом, число хромосом увеличивается в два раза. Если, скажем, партеногенетическая или гиногенетическая форма была триплоидной, то получается шесть наборов хромосом. Затем, когда клетка приступает к мейотическим делениям, то происходит редукция числа хромосом. Но это приводит просто к восстановлению того же числа хромосом, которые есть в соматических тканях. Таким образом, клетка оказывается нередуцированной. Есть ещё один механизм однополого размножения, который получил название «гибридогенез». При гибридогенезе происходит истинное оплодотворение. Но в мейозе происходит избирательная элиминация отцовского набора хромосом. Если в норме происходит рекомбинация наборов хромосом, которые получены от матери и от отца, то при гибридогенезе отцовский набор хромосом элиминируется и в яйцеклетку поступает только женский набор хромосом.
А.Г. То есть в прямом смысле слова гибридом это назвать нельзя, поскольку…
В.В. Нет, это гибрид, но гибридные самки продуцируют яйцеклетки, в которых гаплоидный набор хромосом только самок. Только самок. Ситуация такова, что самки как бы берут хромосомный набор самцов взаймы только на одно поколение. Потом это элиминируется, происходит опять оплодотворение уже спермой от других самцов, опять восстанавливается гибридная конституция зиготы, и взрослый организм оказывается диплоидным и гибридным. Вот такое размножение получило название полуклонального. И если при гиногенезе и партеногенезе наследование клональное, то вот такое наследование получило название полуклонального.
А.Г. То есть получается абсолютный клон матери в первых двух случаях размножения.
В.В. Нет, не материнский клон, потому что такая гаплоидная яйцеклетка генетически не идентична организму матери, потому что организм матери ведь гибридный. Но, тем не менее, это называется полуклональным наследованием, поскольку клонально наследуется только материнский набор хромосом.
Екатерина Васильева: Клональные формы – это партеногенетические и гиногенетические.
А.Г. Там абсолютно идентичные…
Е.В. Там абсолютно идентичные матери. Но вот если первые находки клональных и полуклональных видов были довольно редки и казались невероятным событием, то к настоящему времени известны уже около 120 таких видов или форм. И эти виды и формы известны среди рептилий – около 60-ти видов клональных рептилий, они встречены уже в ряде семейств.
Я хотела бы показать первую картинку, которая демонстрирует вклад наших отечественных учёных. Как уже говорил Виктор Павлович, Илья Сергеевич Даревский был первым открывателем партеногенетических ящериц. Это вот те находки, которые сделали наши учёные, это их материалы. Описано несколько партеногенетических видов скальных ящериц, обитающих у нас на Кавказе. Кроме того, среди рептилий клональные формы известны среди теид, ящериц-бегунов, о которых говорил Виктор Павлович там как раз больше всего видов обнаружено, около 17 клональных видов. Потом обнаружены такие же клональные формы среди гекконов, среди игуановых ящериц. Клональные формы обнаружены среди рыб. Среди рыб – это семейство карповых: наш карась, о чём уже говорил Виктор Павлович, – клональная форма, триплоидная форма серебряного карася, род «фоксинусов» (гольянов); и ещё один такой экзотический род обитает в Испании, это – «тропидофоксинеллюс», это Испания и Португалия, своеобразные такие карповые рыбки, тоже мелкие. И ещё более интересны – мы на этом дальше остановимся – вьюновые рыбы-щиповки, мы о них потом поговорим немножко побольше. Кроме того, клональные формы обнаружены среди амфибий, это «рана» – лягушки, и также хвостатые амбистомы. Причём интересно, что, видите, в каких разных группах у позвоночных встречены эти однополые формы, в разных систематических группах. Если мы будем брать географический аспект, то к настоящему времени клональные формы не обнаружены пока только в Африке, потому что там исследования не проводились достаточно широко, а во всех остальных местах клональные формы обнаружены.
В.В. В Южной Америке ещё.
Е.В. Да, и в Южной Америке, где тоже фауна изучена плохо, в общем-то. Это говорит о том, что данное явление достаточно всё-таки нередкое, это достаточно универсальное явление. И, по-видимому, существуют какие-то единые механизмы для образования этих клональных форм. И здесь следует сказать, что формы, они немножко разные по происхождению, Виктор Павлович об этом не сказал.
Если в норме бисексуальные виды образуют гаплоидные сперматозоиды и гаплоидные яйцеклетки, то, соответственно, формы получают это количество хромосом от отца и матери, и тогда бисексуальные организмы – они все диплоидные. А среди клональных форм встречаются диплоидные формы, триплоидные и тетраплоидные. Вот триплоидных форм, пожалуй, там больше всего, немножко меньше диплоидных форм, а вот тетраплоидные формы – это самое редкое явление: они обнаружены в настоящее время только у амбистом и у рыб рода кобитис. Постоянные формы, то есть не единичные особи, потому что иногда могут возникать единичные особи в результате гибридизации. А постоянные клональные формы – это которые существуют длительный период времени. И когда начали исследовать эти формы, то оказалось, что все клональные формы имеют гибридное происхождение, вот что было очень интересно и что является основой того, что называется «сетчатое видообразование». Вот я хочу, чтобы Виктор Павлович немножко подробнее об этом рассказал.
В.В. Я немножко дополню: тетраплоидные формы ещё обнаружены в Японии у серебряного карася. Но в данном случае серебряный карась для нас большого интереса не представляет по той простой причине, что это, пожалуй, единственная ситуация, в которой непонятно, каким образом образовалась триплоидная форма, ну и, соответственно, непонятно, каким образом образовалась тетраплоидная форма, если проследить весь процесс от начала до конца. То есть, конечный этап понятно, как образовался: тетраплоидная форма возникла как гибрид с триплоидной формой, а вот что было до этого, непонятно.
А вот что касается других видов, то здесь практически во всех случаях мы имеем данные об их происхождении. Оказалось, что все однополые формы имеют гибридное происхождение. Как правило, это гибриды, и если речь идёт о диплоидной клональной форме или однополой форме, это гибрид между двумя близкородственными видами. Как уже говорилось, в большинстве случаев это – триплоидная форма. Так вот, триплоидные формы образовались в результате гибридизации диплоидных однополых форм с исходными бисексуальными. То есть, таким образом, они содержат три набора хромосом, причём ситуации могут быть разные, в зависимости от того, как гибридизировала диплоидная клональная форма. У триплоидной формы могут быть два генома от одного родителя и один геном от второго родителя, или наоборот, один геном от одного родителя и два генома от другого родителя. Но есть редкие случаи, когда форма имеет тригибридное происхождение. То есть гибридизация диплоидной клональной формы происходила не с исходным видом, который уже принимал участие в гибридизации, а с каким-то ещё третьим видом. Но это случаи тоже довольно редкие. В первом случае говорят, что это дигибридное происхождение, во втором случае говорят – тригибридное происхождение.
Первоначально, когда клональные формы только-только стали открывать, и когда многие вещи ещё были непонятны, в отношении к ним не было ничего, кроме удивления. Тут вопрос связан с методическим прогрессом, поскольку появились методы сравнительной генетики, когда можно было анализировать происхождение этих форм, доказывать гибридизацию, поскольку ранее существовавшие методы, большей частью морфологические, давали подозрение на гибридизацию (такие предположения были основаны на методах морфологии), но всё-таки строго доказать с помощью этих методов, что такие формы имеют именно гибридное происхождение, довольно тяжело. Так вот, вместе с методическим прогрессом и с развитием этих исследований появилось целое направлении в изучении видообразования позвоночных. Оказалось, что клональные формы связаны с особым способом видообразования. Традиционные модели видообразования, – они очень разнообразны, но все обладают одним свойством: они являются моделями дивергентного видообразования, или дарвинского видообразования. То есть из одного вида каким-то способом – как раз существующие модели объясняют эти способы – образуются два вида или, может быть, больше видов. Если изобразить это на плоскости, то вы получите обычное древо, дивергентную картинку.