Новости науки. Ученые из Университета Рокфеллера обнаружили, что колония муравьёв принимает решение как единая когнитивная система, поведение которой во многом напоминает компьютерные нейронные сети.

Коллективные насекомые удивительные создания, которые часто демонстрируют совершенно уникальные паттерны поведения. Так, колониям муравьёв свойственно эмерджентное поведение, когда вся колония как целое проявляет свойства, не присущие отдельным её представителям.

Когда температура в муравьиной колонии превышает некоторое значение, колония стремится эвакуироваться. Интересно, что все муравьи принимают это решение практически одновременно, как единая система. Казалось бы, что в каждого муравья просто встроен определённый триггер, который приказывает ему давать по газам, когда становится жарковато. Однако, согласно новому исследованию, всё не так просто.

Исследователи из Университета Рокфеллера создали установку, способную отслеживать поведение муравьёв в тестовой колонии. Они пометили каждого муравья определённой краской и следили за их перемещениями с помощью камеры. Выяснилось, что температура, при которой срабатывает муравьиная тревога, зависит не только от вида муравьёв, но и от размера колонии. Так, колония, содержащая 36 рабочих и 18 личинок, стремилась покинуть область высокой температуры при 34 градусах. А более крупная колония из 200 особей начинала эвакуироваться только после достижения 36 градусов. Проанализировав поведение муравьёв, учёные выяснили, что они ведут себя совсем как нейронные сети, принимая решение, основываясь на взаимодействии всех особей, а в качестве механизма передачи информации между элементами сети выступают феромоны. Однако, ребятам пока не удалось понять, почему зависимость критической температуры от размера колонии именно такая. Но ведь и мы не всегда можем сказать, почему нейронные сети принимают то или иное решение.

Ученые уже планируют дальнейшие эксперименты по искусственному введению феромонов в систему, чтобы выяснить, как именно устроен механизм принятия решения.

Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences 2 июня 2022 года. В статье, кстати, есть несколько видео с подопытными муравьями.

#news

Цитата. "Мне кажется, существует много параллелей между наукой и рыбалкой. Два основных фактора успеха в рыбалке это технические знания (как насадить червячка на крючок) и интуиция (знать, где рыбачить). Оба эти навыка легче получить через ученичество, чем из книги. Но технические знания и интуиция это только половина успеха - необходима ещё и удача. В любой из дней самая большая рыба может быть поймана новичком, а не профессионалом. То же самое применимо и к научному открытию." (с) Уильям Кэлин

#цитата

APOD. Технически достаточно сложный снимок, сделанный астрономом-любителем, на котором удалось одновременно запечатлеть Сатурн и Международную Космическую Станцию. Сделан 24 июня с калифорнийской школьной парковки. Расстояние до МКС 602 километра, до Сатурна - 1.5 миллиарда километров. Хорошо можно оценить относительную яркость объектов. Видно, что МКС гораздо ярче, её звёздная величина составляет -3, а Сатурна +0.5.

#apod

История науки. Ну а пока все наслаждаются трейлером "Оппенгеймера" от Кристофера Нолана, мы насладимся настоящим Оппенгеймером, осматривающим остатки стальной башни, уничтоженной взрывом атомной бомбы на полигоне Аламогордо в 1945 году. Рядом с ученым военный руководитель атомной программы генерал Лесли Гровс.

#scihistory

Изображение. Пока северное полушарие страдает от рекордных температур, ученые пытаются эти температуры анализировать и рисовать на основе этих данных всякие прикольные картинки. На МКС установлен прибор NASA ECOSTRESS, способный с высоким разрешением замерять инфракрасное излучение от земной поверхности. На изображении - измеренная 10 июня с помощью ECOSTRESS карта Лас-Вегаса и его предместий, показывающая распределение температуры в черте города. Хорошо видно, что температура достигает максимума на городских улицах и проспектах - их асфальтовое покрытие хорошо поглощает солнечный свет и разогревается до 50°C. Уже во дворах температура может быть на несколько градусов ниже. Ещё прохладнее (на 8°C) в окраинных районах, а регионы с обилием зелёных насаждений (столь любимые американцами гольфовые поля) могут быть холоднее на целых 13°C. Стоит отметить, что прибор измеряет температуру поверхности, которая, конечно, чуть выше, чем температура воздуха.

#scimage

Цитата. "Пространство-время обречено. В современном описании фундаментальных законов физики нет такой вещи, как пространство-время. Это поразительно, потому что предполагается, что физика должна описывать вещи такими, какими они предстают в пространстве и времени. Так что, если пространства-времени нет, то неясно, что вообще изучает физика." (с) Нима Аркани-Хамед

#цитата

APOD. Некоторые не знают, но у Юпитера тоже есть кольца. Хотя, скорее это одно кольцо, и оно настолько куцее, что разглядеть его не так просто. Гораздо лучше его видно в инфракрасном диапазоне, на который настроен новый телескоп имени Джеймса Уэбба, с помощью которого и получено данное изображение. Сегодня полагается, что маленькое юпитерианское кольцо образовалось вследствие столкновения метеорита с одним из малых спутников, что выбросило на орбиту большой объем вещества. Помимо кольца видны и другие обитатели системы Юпитера - яркая Европа и малые луны Метида и Фива. Хорошо выделяется Большое красное пятно.

Обратите внимание, что облачный слой по правой кромке планетарного диска как бы чуть отделён от планеты. Более интенсивное инфракрасное свечение верхних слоёв атмосферы возникает вследствие того, что они на сотни градусов горячее более низких слоёв. Интересно, что до сих пор нет единого мнения касательно природы этого нагрева.

#apod

История науки. Стивен Хокинг обыгрывает сынишку Роберта в шахматы, 1977 год. Сзади, по всей видимости, дочь Люси.

#scihistory

Анимация. Хотя времена, когда всех пугали озоновыми дырами, давно прошли, сами озоновые дыры никуда не делись. Структуры это довольно динамичные, они появляются и исчезают, следуя капризам хаотичной и переменчивой атмосферы. Естественный озоновый слой возникает в результате взаимодействия молекулярного кислорода с солнечным излучением. Это наиболее интенсивно происходит в низких широтах, а затем, в результате конвекции, озон распространяется и в полярные области. Иногда что-то может этому препятствовать, например, сильные ветры. Такие ветры поддерживались в 2020 году в районе северного полюса, что привело к образованию значительной озоновой дыры в полярной области, визуализация которой, подготовленная климатологами из Цюриха по спутниковым данным, показана на видео.

#animation

Изображение. Некоторые бактерии научились создавать внутри себя полноценные маленькие магнитики, называемые магнитосомами. Это различные цельные магнитные кристаллы на основе железа (магнетит, грейгит), часто образующие магнитные цепочки. Это удивительное свойство присуще в основном морским бактериям и помогает им ориентироваться в пространстве с помощью магнитного поля Земли. Сами организмы называют магнитотактическими бактериями (МТБ). На изображении положение магнитосом внутри различных МТБ показано стрелочками. Кстати, когда МТБ умирают, их магнитосомы никуда не деваются, а образуют магнитные отложения, которые многое могут рассказать о геологической истории магнитного поля нашей планеты. Более подробно в статье в Nature - тыц.

#scimage

Цитата. "Я воздвиг только лишь высокий воздушный замок... Я сравниваю пространство с тканью, парящей в воздухе, определенную часть которой мы можем наблюдать. Эта часть слегка изогнута подобно небольшому участку поверхности сферы. Мы философствуем, как нам сконструировать продолжение ткани, чтобы достичь равновесия в ее касательном натяжении, не беря в расчет то, закреплена ли она по краям, простирается ли до бесконечности или же конечна и замкнута. Гейне дал ответ в стихотворении: «И дурак ждет ответа»... Итак, давайте же удовлетворимся и не будем ждать ответа, а лучше увидимся снова как можно скорее в приемлемом здоровье в Лейдене." (с) Эйнштейн в письме де Ситтеру, 1916 год.

Фото: Эйнштейн и де Ситтер обсуждают теорию расширяющейся вселенной де Ситтера, Калтех, 1932 год.

#цитата

APOD. В 2002 году свежеобнаруженный астероид J002E3 попал в сферу влияния нашей планеты и на некоторое время стал её естественным искусственным спутником. Совершив несколько оборотов, тело было выброшено за счет гравитационного взаимодействия с Луной. Впоследствии оказалось, что астероид вовсе никакой не астероид, а третья ступень ракеты-носителя Сатурн V миссии Аполлон 12. Такие вот пироги. Орбита астероида представлена на анимации. Обратите внимание, как забавно точка Лагранжа L1 действует в качестве эффективного центра притяжения.

#apod

История науки. Вчера исполнился 91 год одному из самых выдающихся мыслителей современности Роджеру нашему Пенроузу, внёсшему ключевой вклад в ряд областей математики, общей теории относительности и квантовой физики (да, у Дирака вчера тоже был день рождения, и, хотя он уже слился с Силой, его мы тоже поздравляем).

Ну а на фото Пенроуз пытается разобраться, как устроены многогранники, 1988 год.

"Здесь у нас замкнутый круг: законы физики порождают сложные системы, эти сложные системы ведут к сознанию, которое затем производит математику, с помощью которой можно в сжатой и вдохновляющей форме представить те самые основные законы физики, которые её породили" (с) Роджер Пенроуз

#scihistory

Изображение. С магнитными бактериями мы уже познакомились парой постов выше. Помимо них существуют и бактерии электрические, также именуемые кабельными бактериями. Это многоклеточные организмы, клетки которых образуют длинные (до 5 см) цепочки, способные проводить электрический ток от одного конца к другому по специальным полимерам.

Обитают они на мелководье, в богатой сульфидами почве, а электропроводность служит для них источником энергии. Один конец бактериальной цепочки закапывается глубоко в почву, где много сульфидов, а другой располагается у поверхности с доступом к кислороду. Бактерии способны отбирать электроны у сульфидов, проводить их к поверхности и отдавать кислороду, обеспечивая себя за счёт этого энергией. Есть от этого польза и для экосистемы, ведь электронный насос способствует превращению сульфидов в менее вредные для окружающей среды сульфаты. Ученые даже разрабатывают проекты по использованию кабельных бактерий для искусственной очистки почвы.

#scimage

Явление. Образование турбулентных завихрений при равномерном движении твёрдого конуса в воде. Такие завихрения, конечно, присутствуют повсеместно, но обычно невидимы. В своих исследованиях ученые из EPFL добавляют в жидкость контрастные частицы, которые помогают не только увидеть вихри, но и реконструировать их трёхмерную форму по единственному снимку.

#effect

APOD. Просто красиво обработанные дюны на Арракисе Дюне Марсе. Цвета, конечно, ложные. Синим цветом подсвечена сетчатая рябь на дюнах, образующаяся под действием ветра. Более мелкие структуры сливаются в параллельные формации, называемые поперечными эоловыми хребтами. Ну а всё это в совокупности рассказывает ученым о структуре ветров, дующих на красной планете.

#apod

Цитата. "Математик играет в игру, в которой он сам изобретает правила, в то время как физик играет в игру, в которой правила продиктованы природой. Но со временем становится очевидным, что правила, которые математик находит интересными, те же, которые выбрала природа." (с) Поль Дирак

#цитата

Анимация. Симуляция течений в Южном океане в течение одного года, составленная с помощью модели океанических течений FESOM2. Пространственное разрешение 3 км, временное - 1 день. Основными источниками подпитки сложной структуры турбулентных потоков являются ветры и градиенты солёности воды.

#animation