معلومة

هل يقوم البشر بالتحديق بسهولة أكبر في الضوء الأخضر؟


أعلم أن البشر لن يغمضوا أعينهم حتى لو تعرضوا لمستويات خطيرة من الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء لأن أعيننا ببساطة لا تملك القدرة على اكتشافها. كما أن القزحية لا تنقبض.

نظرًا لأن العين البشرية هي الأكثر حساسية للضوء الأخضر ، فهل هذا يعني أننا سنحول و / أو نحصر قزحية العين بسهولة أكبر للضوء الأخضر؟ ربما حتى عندما تكون الشدة آمنة لأعيننا؟ (وإن كان قريبًا من مستويات خطيرة)


نعم فعلا. وفقًا لطيف العمل من أجل رهاب الضوء مجلة الجمعية البصرية الأمريكية أ، المجلد. 20 ، ص 1852-1858 (2003) ، الطول الموجي الأكثر حساسية للتحديق هو ~ 510 نانومتر ، وهو أخضر. تنخفض حساسية التحديق تدريجياً فوق 510 نانومتر ، وينخفض ​​التحديق أقل من 510 نانومتر إلى الحد الأدنى المحلي عند 460 نانومتر ، ثم يرتفع مرة أخرى إلى ما دون 460 نانومتر ، لكنه لم يصل إلى الحد الأقصى الأعلى في النطاق المدروس ، والذي انتهى عند 420 نانومتر.


الملخص

الكريبتوكرومات هي فئة من مستقبلات إشارات الضوء الأزرق بروتين فلافوبروتين توجد في النباتات والحيوانات والبشر التي تتحكم في تطور النبات وتغري إيقاعات الساعة البيولوجية. في الكريبتوكروميات النباتية ، يُقترح التنشيط الضوئي الناتج عن الامتصاص الضوئي لكروموفور الفلافين المرتبط بالبروتين من خلال نقل الإلكترون داخل الجزيء. ومع ذلك ، على الرغم من التشابه في هيكلها مع الكريبتوكروميات النباتية ، إلا أن آلية الاستجابة للضوء في الكريبتوكروميات الحيوانية تظل غير معروفة تمامًا. ولتعقيد الأمور أكثر ، هناك جدل حاليًا حول ما إذا كانت الكريبتوكروميات في الثدييات تستجيب للضوء على الإطلاق أو يتم تنشيطها بدلاً من ذلك بواسطة آليات غير معتمدة على الضوء. لحل هذه الأسئلة ، عبرنا عن كل من الإنسان و ذبابة الفاكهة بروتينات الكريبتوكروم إلى مستويات عالية في خلايا الحشرات الحية Sf21 باستخدام نظام التعبير المشتق من baculovirus. يتم تعريض الخلايا السليمة للإشعاع بالضوء الأزرق ، ويتم مراقبة التحويل الضوئي الناتج عن التشفير باستخدام تقنيات التحليل الطيفي بالرنين المغنطيسي والإلكترون. نوضح أن الضوء يؤدي إلى تغيير في حالة الأكسدة والاختزال للفلافين المرتبط بالمستقبل في كل من الإنسان و ذبابة الفاكهة كريبتوكروميس. يحدث الاختفاء الضوئي من الفلافين المؤكسد والتراكم اللاحق لحالة الإشارات الوسيطة من semiquinone بواسطة آلية محفوظة تم تحديدها مسبقًا للكرومات المشفرة النباتية. توفر هذه النتائج الدليل الأول على كيفية تنشيط الكريبتوكروميات من النوع الحيواني بواسطة الضوء في الخلايا الحية. علاوة على ذلك ، يظهر أيضًا أن الكريبتوكروم البشري يخضع لهذه الاستجابة الضوئية. لذلك ، فإن الكريبتوكرومات البشرية في الأنسجة الطرفية و / أو المرئية المكشوفة قد يكون لها أدوار جديدة في استشعار الضوء لا يزال يتعين توضيحها.


ترى الطيور الطنانة ألوانًا لا يستطيع البشر إلا تخيلها

في حين أن البشر لديهم ثلاثة مخاريط ملونة في شبكية العين حساسة للضوء الأحمر والأخضر والأزرق ، فإن الطيور لديها مخروط لوني رابع يمكنه اكتشاف الضوء فوق البنفسجي. أظهر بحث جديد أن الطيور الطنانة يمكنها رؤية الألوان المختلطة التي تشمل الأشعة فوق البنفسجية ، مثل الأشعة فوق البنفسجية + الأخضر والأشعة فوق البنفسجية + الأحمر. على غرار اللون الأرجواني ، الذي يجمع بين لونين (أحمر وأزرق) ليسا قريبين من بعضهما البعض في طيف الألوان ، قد تشكل مجموعات الأشعة فوق البنفسجية هذه ألوانًا جديدة لا يمكن للبشر سوى تخيلها.

في دراسة جديدة ، قام فريق من الباحثين ، شمل عالم الأحياء في جامعة ماريلاند ديفيد إينوي ، بتدريب الطيور الطنانة البرية لإيجاد علاج بالسكر عن طريق تحديد الألوان المركبة من الأشعة فوق البنفسجية. يمكن للطيور حتى التمييز بين ظلال مختلفة من هذه المجموعات. نُشرت الدراسة في 15 يونيو 2020 ، في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

قال Inouye ، أستاذ فخري: "الألوان التي نراها في حقول الزهور البرية في موقع دراستنا - عاصمة الزهور البرية في كولورادو - مذهلة بالنسبة لنا ، ولكن تخيل فقط كيف تبدو تلك الزهور للطيور ذات البعد الحسي الإضافي" علم الأحياء في UMD مع موعد في مختبر Rocky Mountain البيولوجي (RMBL) في جوثيك ، كولورادو ، ومؤلف مشارك لورقة البحث.

للعثور على الطعام وإبهار الأصدقاء والهروب من الحيوانات المفترسة والتنقل في تضاريس متنوعة ، تعتمد الطيور على رؤيتها الممتازة للألوان. لاستكشاف كيفية إدراك الطيور لعالمها الملون ، أنشأ الباحثون نظامًا ميدانيًا جديدًا لاستكشاف رؤية لون الطيور في بيئة طبيعية في RMBL. قاموا بتدريب الطيور الطنانة البرية عريضة الذيل (Selasphorus platycercus) للمشاركة في تجارب الرؤية اللونية.

قالت ماري كاسويل ستودارد ، الأستاذة المساعدة في قسم البيئة والتطور بجامعة برينستون: "يتم إجراء معظم التجارب الإدراكية التفصيلية على الطيور في المختبر ، لكننا نخاطر بفقدان الصورة الأكبر لكيفية استخدام الطيور حقًا لرؤية الألوان في حياتها اليومية". علم الأحياء والمؤلف الرئيسي للدراسة. "تعتبر الطيور الطنانة مثالية لدراسة رؤية الألوان في البرية. لقد تطور مدمنو السكر هؤلاء للاستجابة لألوان الزهور التي تعلن عن مكافأة الرحيق ، حتى يتمكنوا من تعلم ارتباطات الألوان بسرعة وبقليل من التدريب ".

كان فريق البحث ، الذي ضم أيضًا علماء من جامعة كولومبيا البريطانية وجامعة هارفارد ، مهتمًا بشكل خاص بتركيبات الألوان "غير الطيفية". تتضمن هذه المجموعات تدرجات من أجزاء منفصلة على نطاق واسع من طيف الألوان ، على عكس مزيج من الألوان المجاورة مثل البط البري (الأزرق والأخضر) أو الأصفر (الأخضر والأحمر). اللون الأرجواني هو أوضح مثال على اللون غير الطيفي. من الناحية الفنية ، لا يوجد اللون الأرجواني في قوس قزح: إنه ينشأ عندما يتم تحفيز المخاريط "الزرقاء" الحساسة للموجة القصيرة والمخاريط "الحمراء" الحساسة للموجة الطويلة في شبكية العين ، لكن المخاريط "الخضراء" ذات الموجة المتوسطة ليست كذلك.

في حين أن اللون الأرجواني هو اللون غير الطيفي الوحيد الذي يدركه البشر ، يمكن للطيور نظريًا رؤية ما يصل إلى خمسة: أرجواني ، فوق بنفسجي + أحمر ، فوق بنفسجي + أخضر ، فوق بنفسجي + أصفر وفوق بنفسجي + أرجواني. لتحديد ما إذا كانت الطيور تستطيع بالفعل إدراك هذه الألوان ، أجرى الفريق سلسلة من التجارب باستخدام أنابيب LED مخصصة "رؤية الطيور" مبرمجة لعرض مجموعة واسعة من الألوان ، بما في ذلك الألوان غير الطيفية مثل الأشعة فوق البنفسجية + الأخضر.

في كل صباح ، كان الباحثون يستيقظون قبل الفجر وأقاموا مغذيتين في مرج جبال الألب كثيرًا ما تزوره الطيور الطنانة المحلية عريضة الذيل: تحتوي إحداهما على ماء سكر والأخرى ماء عادي. بجانب كل وحدة تغذية ، قاموا بوضع أنبوب LED. يصدر كل أنبوب LED لونًا مختلفًا. قام الباحثون بشكل دوري بتبديل مواضع الأنابيب المجزية وغير المجزية ، لذلك لا يمكن للطيور ببساطة استخدام الموقع لتحديد ماء السكر. كما أجروا تجارب تحكم للتأكد من أن الطيور الصغيرة لا تستخدم الرائحة أو أي إشارة أخرى غير مقصودة للعثور على المكافأة. على مدار عدة ساعات ، تعلمت الطيور الطنانة البرية زيارة اللون المجزي. باستخدام هذا الإعداد ، سجل الباحثون أكثر من 6000 زيارة تغذية في سلسلة من 19 تجربة على مدى ثلاثة فصول صيفية.

كشفت التجارب أن الطيور الطنانة يمكنها رؤية مجموعة متنوعة من الألوان غير الطيفية ، بما في ذلك البنفسجي والأشعة فوق البنفسجية + الأخضر والأشعة فوق البنفسجية + الأحمر والأشعة فوق البنفسجية + الأصفر. على سبيل المثال ، ميزت الطيور الطنانة بسهولة الأشعة فوق البنفسجية + الخضراء عن كل من الأشعة فوق البنفسجية النقية والأخضر النقي ، وميزت بين خليطين مختلفين من الأشعة فوق البنفسجية + الضوء الأحمر - أحدهما أحمر أكثر من الآخر.

قال هارولد إيستر ، الحاصل على درجة الدكتوراه في جامعة كولومبيا البريطانية ، "لقد كان من المدهش مشاهدته". طالب ومؤلف مشارك في الدراسة. "يبدو الضوء الأخضر فوق البنفسجي والضوء الأخضر متطابقين بالنسبة لنا ، لكن الطيور الطنانة استمرت في اختيار الضوء فوق البنفسجي + الأخضر المرتبط بمياه السكر بشكل صحيح. مكنتنا تجاربنا من إلقاء نظرة خاطفة على ما يبدو عليه العالم لطائر طنان. "

على الرغم من أن الطيور الطنانة يمكنها إدراك الألوان غير الطيفية ، إلا أن تقدير كيفية ظهور هذه الألوان للطيور قد يكون أمرًا صعبًا. "من المستحيل أن تعرف حقًا كيف ترى الطيور هذه الألوان. هل الأشعة فوق البنفسجية + الأحمر مزيج من تلك الألوان ، أم لون جديد تمامًا؟ قال بن هوجان ، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة برينستون وأحد مؤلفي الدراسة ، "لا يسعنا إلا التكهن".

أخيرًا ، قام فريق البحث بتحليل مجموعة بيانات مكونة من 3315 لونًا من ألوان الريش والنبات. اكتشفوا أن الطيور من المحتمل أن ترى العديد من هذه الألوان على أنها غير طيفية ، في حين أن البشر لا يفعلون ذلك. ومع ذلك ، يؤكد الباحثون أن الألوان غير الطيفية ربما لا تكون خاصة بشكل خاص بالنسبة للألوان الأخرى. إن المجموعة الواسعة من الألوان غير الطيفية المتاحة للطيور هي نتيجة نظامها البصري المخروطي القديم ذي الألوان الأربعة.

قال إينووي: "يفتح هذا البحث آفاقًا جديدة للتجارب المستقبلية مع الطيور الطنانة البرية ، ويعطينا تقديرًا جديدًا لتفاعلاتها مع الزهور البرية ، وبعضها البعض وأنواع الطيور الأخرى ، ويمهد الطريق لعمل مماثل على حيوانات أخرى ذات أنظمة بصرية بأربعة ألوان". .

تم اقتباس هذه القصة من نص قدمته جامعة برينستون.

نُشرت الورقة البحثية ، "الطيور الطنانة البرية تميز الألوان غير الطيفية" ، ماري كاسويل ستودارد ، وهارولد ن. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

جهة اتصال العلاقات الإعلامية : Kimbra Cutlip، 301-405-9463، [email protected]

جامعة ماري لاند
كلية الحاسبات والرياضيات والعلوم الطبيعية
2300 قاعة سيمونز
كوليدج بارك ، ماريلاند 20742
www.cmns.umd.edu
UMDscience

حول كلية علوم الحاسب والرياضيات والطبيعية
تقوم كلية علوم الكمبيوتر والرياضيات والطبيعية بجامعة ماريلاند بتعليم أكثر من 9000 من قادة المستقبل العلميين في برامج البكالوريوس والدراسات العليا كل عام. تعزز الأقسام العشرة بالكلية وأكثر من اثني عشر مركزًا بحثيًا متعدد التخصصات الاكتشاف العلمي بتمويل أبحاث سنوي يتجاوز 200 مليون دولار.


ترى الخلايا "العمياء" الضوء ربما في يوم من الأيام سيرى البشر أيضًا

قام فريق بقيادة عالم الأحياء العصبية ريتشارد كرامر ، وأستاذ البيولوجيا الجزيئية والخلوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وديرك تراونر ، الأستاذ المساعد في الكيمياء ، بإدخال مفتاح تنشيط بالضوء في خلايا الدماغ غير الحساسة عادةً للضوء ، مما يتيح للباحثين تشغيل الخلايا. مع الضوء الأخضر وإيقاف تشغيلها بالأشعة فوق البنفسجية.

يمكن أن تساعد هذه الحيلة أولئك الذين فقدوا العصي والمخاريط الحساسة للضوء في عيونهم بسبب تلف الأعصاب أو الأمراض مثل التهاب الشبكية الصباغي أو التنكس البقعي المرتبط بالعمر. في هذه الحالات ، تكون الخلايا المستقبلة للضوء ميتة ، لكن الخلايا العصبية الأخرى في اتجاه تيار المستقبلات الضوئية لا تزال على قيد الحياة. على وجه الخصوص ، يمكن لخلايا العقدة الشبكية ، وهي الخلية الثالثة في المسار من المستقبلات الضوئية إلى الدماغ ، أن تتولى بعض وظائف المستقبلات الضوئية إذا أمكن تعديلها وراثيًا للاستجابة للضوء.

يتصور كرامر جهازًا يذكرنا بالعدسة العينية التي يرتديها الكفيف جوردي لا فورج في "ستار تريك - الجيل القادم" ، من شأنه أن يوفر بعض مظاهر العالم الحقيقي.

قال كرامر: "قد نكون قادرين على استخدام المسح بالليزر لتتبع الأنماط الموجودة على شبكية العين وإيقافها والسماح للناس برؤية الأنماط البصرية". "في بعض الأحيان لست متأكدًا من أين ينتهي العلم ويبدأ الخيال ، لكنني أعتقد أنه يمكننا أن نجعله يعمل."

وقال ترونر: "باستخدام هذه التقنية ، يمكنك أيضًا إضفاء حساسية للضوء على الكائنات التي لا تتمتع عادةً بالرؤية ، مثل دودة الديدان الخيطية C. elegans". "أخذ هذا من حداثة كيميائية لإثبات أنها تعمل في نظام بيولوجي هو اختراق حقيقي."

سيقدم كرامر وتراونر وزملاؤهم نتائجهم يوم 21 نوفمبر في ورقة بحثية نُشرت على الإنترنت في مجلة Nature Neuroscience.

إن فكرة الهندسة الوراثية لخلايا الشبكية الباقية على قيد الحياة لتكون حساسة للضوء لها مزايا مختلفة مقارنة بالطريقة الأكثر شيوعًا لإنشاء عين الكترونية - إدخال أقطاب كهربائية في العصب البصري لمحاكاة إطلاق الخلية في مشهد مرئي عادة ما يثيره. على الرغم من أن هذه التقنية تعمل بشكل جيد في الأذن - شاهد نجاح غرسات القوقعة - فإن العين مكان أكثر تعقيدًا ، كما قال كرامر.

قال كرامر: "هذا أسلوب عضوي أكثر ، وأقل تغلغلًا من الأقطاب الكهربائية" ، مشيرًا إلى أن إدخال الأقطاب الكهربائية يمكن أن يسبب مشاكل في التوافق الحيوي. الأقطاب الكهربائية كبيرة أيضًا وتميل إلى تحفيز مجموعة كاملة من الخلايا في وقت واحد ، مما يحد من الدقة.

وقال: "مدى جودة عمل الأقطاب الكهربائية يعتمد على كثافة مجموعة الأقطاب الكهربائية ومدى نجاحك في التزاوج بين الأقطاب الكهربائية والعناصر العصبية الموجودة تحتها". "نهجنا ليس مجرد شريحة على شبكية العين - فقد يسمح لنا بتغطية الشبكية بأكملها بخلايا حساسة للضوء. إذا استجاب كل عصب بشكل فردي ، يمكنك إجراء مسح دقيق جدًا لحقل الشبكية وإنشاء مكاني أفضل بكثير. الدقة."

وأشار كرامر إلى أن المحاولات الحالية والمبكرة لاستعادة البصر باستخدام الأقطاب الكهربائية في الخلايا العقدية للشبكية ، والتي تتجمع محاورها معًا لتشكيل العصب البصري الذي يدخل الدماغ ، تسمح للمريض برؤية أكثر بقليل من بقع الضوء والظلام.

كرامر ، الباحث في معهد هيلين ويلز لأبحاث العلوم العصبية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي وعضو في مبادرة العلوم الصحية بالحرم الجامعي ، يدرس القنوات الأيونية - صمامات البروتين التي تنظم تدفق الذرات المشحونة داخل وخارج الخلايا. إن امتداد أغشية الخلايا العصبية وقنوات الصوديوم والبوتاسيوم على وجه الخصوص ، يسهل نقل الإشارات الكهربائية على طول الخلية.

من ناحية أخرى ، يتخصص Trauner في تصنيع الجزيئات الكبيرة والمعقدة. توصل العالمان معًا إلى فكرة تعديل قناة أيونية لتحويلها إلى مفتاح يتم التحكم فيه عن بُعد يمكن استخدامه لتشغيل الخلايا العصبية وإيقافها.

قرروا التركيز على قناة البوتاسيوم ، التي تنفتح عندما يتطور فرق الجهد بين داخل وخارج الخلية العصبية. تسمح القناة المفتوحة بتدفق أيونات البوتاسيوم الموجبة خارج الخلية ، مما يؤدي إلى معادلة الجهد وإيقاف تشغيل الخلية.

صمم Trauner و Kramer وفريقهم طريقة لإعادة هندسة قناة البوتاسيوم للاستجابة للضوء بدلاً من الجهد. لإنشاء هذه القناة من صنع الإنسان وإدخالها في الخلايا الحية ، اتخذوا نهجًا من خطوتين. أولاً ، قاموا بتحور الجين الخاص بالقناة الأيونية - باستخدام قناة البوتاسيوم الموجودة في ذباب الفاكهة كمواد أولية - بحيث تنكسر القناة وتظل مفتوحة دائمًا عند التعبير عنها في الخلية. أضافوا أيضًا جزيءًا إضافيًا - وهو الحمض الأميني السيستين - إلى بروتين القناة بحيث يتدلى هذا الجزيء بعيدًا عن السطح الخارجي للخلية مثل خطاف السمك بمجرد أن يدخل البروتين في مكانه في غشاء الخلية.

ثم قاموا بإدخال جين قناة البوتاسيوم المتحول إلى خلايا من حصين الجرذ - وهي خلايا توجد داخل الدماغ ولا ترى ضوء النهار أبدًا. لتحقيق ذلك في تجربة زراعة الخلايا ، قاموا بإغراق المزرعة بالجين المتحور داخل قطعة دائرية من الحمض النووي تسمى البلازميد ، والتي تمتصها الخلايا بسهولة. قاموا بالتحقق لمعرفة عدد خلايا الحصين التي تناولت الجين عن طريق غسل الخلايا أيضًا ببلازميد يحتوي على جين للبروتين الفلوري الأخضر ، والذي يتوهج باللون الأخضر عندما يصطدم بضوء الأشعة فوق البنفسجية. عادة ما تمتص الخلايا التي تتناول بلازميدًا بلازميدات أخرى ، وتتوهج جميع الخلايا تقريبًا باللون الأخضر.

كانت الخطوة الثانية هي غسل الخلايا بمفتاح توليف كيميائيًا يتلألأ على خطاف السيستين. تم بناء المحول الضوئي - مركب آزوبنزين - مثل سدادة تصريف على حبل صلب ، بحيث عندما ترتبط نهاية الحبل بالسيستين ، فإن القابس يلائم قناة البوتاسيوم بإحكام.

تم تصميم المادة الكيميائية أيضًا لتكون حساسة للضوء - عند اصطدامها بضوء فوق بنفسجي طويل الموجة (390 نانومتر من الطول الموجي) ، ينعكس الحبل ويقصر ، ويسحب القابس ويترك البوتاسيوم خارج الخلية. من ناحية أخرى ، يجعل الضوء الأخضر (الطول الموجي 500 نانومتر) الحبل الكيميائي مستقيمًا مرة أخرى ، مما يعيد سد مسام القناة. يشيرون إلى القناة المعدلة على أنها قناة K (SPARK) منظمة ضوئيًا قابلة للتقسيم الضوئي للأزوبنزين ، حيث K هي الإشارة الكيميائية للبوتاسيوم.

بصرف النظر عن التطبيقات العلاجية المحتملة ، أو الحيل مثل إعطاء البصر للكائنات غير المرئية ، فإن هذه التقنية تسمح لعلماء الأعصاب بطرح المزيد من الأسئلة الأساسية ، على حد قول تراونر.

وقال ترونر: "بمجرد إدخال هذه القناة الاصطناعية الحساسة للضوء في خلية عصبية ، فإنها تفتح قناة بوتاسيوم إضافية يمكننا معالجتها عن بعد لزيادة استقطاب الخلية وإسكاتها". "من خلال إسكات الخلايا العصبية بشكل انتقائي في شبكة معقدة من الخلايا العصبية ، وكلها تتحدث مع بعضها البعض ، يمكننا محاولة معرفة من يتحدث إلى من."

يمكن أيضًا جعل قنوات البوتاسيوم هذه حساسة للجزيئات بدلاً من الضوء ، بحيث يمكن تشغيل الخلية العصبية أو إيقاف تشغيلها بواسطة الحمض النووي أو المعادن الثقيلة ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، فإن كرامر وتراونر متحمسون للغاية بشأن إمكانية الرؤية الاصطناعية.

قال كرامر: "لقد ابتكرنا طريقة لإنشاء قنوات منظمة للضوء تكون حساسة للضوء بشكل ثابت ، وتستجيب بشكل سريع وموثوق لساعات". "الآن ، نحن نحاول ذلك في مقل العيون."

لتحقيق نفس الحيلة في عين حية ، سيستخدم كرامر فيروسًا ، مثل الفيروس المرتبط بالغدة والذي يشيع استخدامه في العلاج الجيني التجريبي ، لنقل جينات القناة المحورة إلى خلايا العقدة الشبكية. يتم حقن الفيروسات مباشرة في الجسم الزجاجي أو المركز السائل للعين ، حيث يسهل الوصول إلى الخلايا العقدية.

لاحظ كرامر العديد من المشكلات في هذا النهج ، ولكن الحلول الممكنة أيضًا. أولاً ، ليست كل الخلايا العقدية الشبكية متشابهة. بعضها "يعمل" في الخلايا التي تنشط عندما تصطدم العين بالضوء ، في حين أن البعض الآخر - "يطفئ" الخلايا - ينطفئ. هذا جزء من دائرة تحليل العين ، والتي تساعد في تحديد السمات المهمة للمجال البصري ، مثل الحواف والحركة ، حتى قبل أن تصل الإشارات إلى الدماغ. قد يؤدي إدخال نفس المفتاح في جميع الخلايا العقدية الشبكية إلى حدوث تشوش بصري.

قال: "سيكون عقلك مرتبكًا ، مثل الشعور بالحرارة والبرودة في نفس الوقت". "الأقطاب الكهربائية ستعاني من هذه المشكلة أيضًا ، حيث تحفز بشكل عشوائي داخل وخارج الخلايا."

قال كرامر إن أحد الحلول هو إعادة هندسة قناة الصوديوم لتعمل تمامًا عكس قناة البوتاسيوم المتحولة ، ثم استهداف قناة الصوديوم المهندسة "على" الخلايا وقناة البوتاسيوم المهندسة "لإيقاف" الخلايا ، باستخدام خلية محددة. المروجين.

وقال: "إذا كنت تستخدم التحفيز الكهربائي ، فلا توجد طريقة لتوصيل المعلومات بشكل انتقائي إلى قناتين مختلفتين". "ولكن مع علم الوراثة ، يمكننا أن نفعل شيئًا لا يستطيع التحفيز الكهربائي فعله أبدًا."

وأضاف كرامر: "لم نعالج العمى بعد ، لكن هذا هو الدافع الرئيسي في هذا العمل".

المؤلفون المشاركون مع كرامر وترينر هم طلاب الدراسات العليا ماثيو بانغارت وكاثرين بورغيس وإيهود إيزاكوف ، أستاذ البيولوجيا الجزيئية والخلوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي.

تم دعم العمل بمنحة من Fight-for-Sight وجائزة من مختبر لورانس بيركلي الوطني.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


ترى الخلايا "العمياء" الضوء ربما في يوم من الأيام سيرى البشر أيضًا

قام فريق بقيادة عالم الأحياء العصبية ريتشارد كرامر ، وأستاذ البيولوجيا الجزيئية والخلوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، وديرك تراونر ، الأستاذ المساعد في الكيمياء ، بإدخال مفتاح تنشيط بالضوء في خلايا الدماغ غير الحساسة عادةً للضوء ، مما يتيح للباحثين تشغيل الخلايا. مع الضوء الأخضر وإيقاف تشغيلها بالأشعة فوق البنفسجية.

يمكن أن تساعد هذه الحيلة أولئك الذين فقدوا العصي والمخاريط الحساسة للضوء في عيونهم بسبب تلف الأعصاب أو الأمراض مثل التهاب الشبكية الصباغي أو التنكس البقعي المرتبط بالعمر. في هذه الحالات ، تكون الخلايا المستقبلة للضوء ميتة ، لكن الخلايا العصبية الأخرى في اتجاه تيار المستقبلات الضوئية لا تزال على قيد الحياة. على وجه الخصوص ، يمكن لخلايا العقدة الشبكية ، وهي الخلية الثالثة في المسار من المستقبلات الضوئية إلى الدماغ ، أن تتولى بعض وظائف المستقبلات الضوئية إذا أمكن تعديلها وراثيًا للاستجابة للضوء.

يتصور كرامر جهازًا يذكرنا بالعدسة العينية التي يرتديها الكفيف جوردي لا فورج في "ستار تريك - الجيل القادم" ، من شأنه أن يوفر بعض مظاهر العالم الحقيقي.

وقال كرامر: "قد نكون قادرين على استخدام المسح بالليزر لتتبع الأنماط الموجودة على شبكية العين وإيقافها والسماح للأشخاص برؤية الأنماط المرئية". "في بعض الأحيان لست متأكدًا من أين ينتهي العلم ويبدأ الخيال ، لكنني أعتقد أنه يمكننا أن نجعله يعمل."

وقال ترونر: "باستخدام هذه التقنية ، يمكنك أيضًا إضفاء حساسية للضوء على الكائنات الحية التي لا تتمتع عادةً بالرؤية ، مثل دودة الديدان الخيطية C. elegans". "أخذ هذا من مادة كيميائية جديدة إلى إظهار أنها تعمل في نظام بيولوجي هو اختراق حقيقي."

سيقدم كرامر وتراونر وزملاؤهم نتائجهم يوم 21 نوفمبر في ورقة بحثية نُشرت على الإنترنت في مجلة Nature Neuroscience.

فكرة الهندسة الوراثية لخلايا الشبكية الباقية على قيد الحياة لتكون حساسة للضوء لها مزايا مختلفة مقارنة بالطريقة الأكثر شيوعًا لإنشاء عين إلكترونية - إدخال أقطاب كهربائية في العصب البصري لمحاكاة إطلاق الخلية في مشهد مرئي عادة ما يثيره. على الرغم من أن هذه التقنية تعمل بشكل جيد في الأذن - شاهد نجاح غرسات القوقعة - فإن العين مكان أكثر تعقيدًا ، كما قال كرامر.

قال كرامر: "هذا أسلوب عضوي أكثر ، وأقل تغلغلًا من الأقطاب الكهربائية" ، مشيرًا إلى أن إدخال الأقطاب الكهربائية يمكن أن يسبب مشاكل في التوافق الحيوي. الأقطاب الكهربائية كبيرة أيضًا وتميل إلى تحفيز مجموعة كاملة من الخلايا في وقت واحد ، مما يحد من الدقة.

وقال: "مدى جودة عمل الأقطاب الكهربائية يعتمد على كثافة مجموعة الأقطاب الكهربائية ومدى نجاحك في التزاوج بين الأقطاب الكهربائية والعناصر العصبية الموجودة تحتها". "نهجنا ليس مجرد شريحة على شبكية العين - فقد يسمح لنا بتغطية الشبكية بأكملها بخلايا حساسة للضوء. إذا استجاب كل عصب بشكل فردي ، يمكنك إجراء مسح دقيق جدًا لحقل الشبكية وإنشاء مكاني أفضل بكثير. الدقة."

وأشار كرامر إلى أن المحاولات الحالية والمبكرة لاستعادة البصر باستخدام الأقطاب الكهربائية في الخلايا العقدية للشبكية ، والتي تتجمع محاورها معًا لتشكيل العصب البصري الذي يدخل الدماغ ، تسمح للمريض برؤية أكثر بقليل من بقع الضوء والظلام.

كرامر ، الباحث في معهد هيلين ويلز لأبحاث العلوم العصبية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي وعضو في مبادرة العلوم الصحية بالحرم الجامعي ، يدرس القنوات الأيونية - صمامات البروتين التي تنظم تدفق الذرات المشحونة داخل وخارج الخلايا. إن امتداد أغشية الخلايا العصبية وقنوات الصوديوم والبوتاسيوم على وجه الخصوص ، يسهل نقل الإشارات الكهربائية على طول الخلية.

من ناحية أخرى ، يتخصص Trauner في تصنيع الجزيئات الكبيرة والمعقدة. توصل العالمان معًا إلى فكرة تعديل قناة أيونية لتحويلها إلى مفتاح يتم التحكم فيه عن بُعد يمكن استخدامه لتشغيل الخلايا العصبية وإيقافها.

قرروا التركيز على قناة البوتاسيوم ، التي تنفتح عندما يتطور فرق الجهد بين داخل وخارج الخلية العصبية. تسمح القناة المفتوحة بتدفق أيونات البوتاسيوم الموجبة خارج الخلية ، مما يؤدي إلى معادلة الجهد وإيقاف تشغيل الخلية.

صمم Trauner و Kramer وفريقهم طريقة لإعادة هندسة قناة البوتاسيوم للاستجابة للضوء بدلاً من الجهد. لإنشاء هذه القناة من صنع الإنسان وإدخالها في الخلايا الحية ، اتخذوا نهجًا من خطوتين. أولاً ، قاموا بتحور الجين الخاص بالقناة الأيونية - باستخدام قناة البوتاسيوم الموجودة في ذباب الفاكهة كمواد أولية - بحيث تنكسر القناة وتظل مفتوحة دائمًا عند التعبير عنها في الخلية. أضافوا أيضًا جزيءًا إضافيًا - وهو الحمض الأميني السيستين - إلى بروتين القناة بحيث يتدلى هذا الجزيء بعيدًا عن السطح الخارجي للخلية مثل خطاف السمك بمجرد أن يدخل البروتين في مكانه في غشاء الخلية.

ثم قاموا بإدخال جين قناة البوتاسيوم المتحول إلى خلايا من حصين الجرذ - وهي خلايا توجد داخل الدماغ ولا ترى ضوء النهار أبدًا. لتحقيق ذلك في تجربة زراعة الخلايا ، قاموا بإغراق المزرعة بالجين المتحور داخل قطعة دائرية من الحمض النووي تسمى البلازميد ، والتي تمتصها الخلايا بسهولة. قاموا بفحص عدد خلايا الحصين التي تناولت الجين عن طريق غسل الخلايا أيضًا ببلازميد يحتوي على جين للبروتين الفلوري الأخضر ، والذي يتوهج باللون الأخضر عندما يصطدم بضوء الأشعة فوق البنفسجية. عادة ما تمتص الخلايا التي تتناول بلازميدًا بلازميدات أخرى ، وتتوهج جميع الخلايا تقريبًا باللون الأخضر.

كانت الخطوة الثانية هي غسل الخلايا بمفتاح توليف كيميائيًا يتلألأ على خطاف السيستين. تم بناء المحول الضوئي - مركب آزوبنزين - مثل سدادة تصريف على حبل صلب ، بحيث عندما ترتبط نهاية الحبل بالسيستين ، فإن القابس يلائم قناة البوتاسيوم بإحكام.

تم تصميم المادة الكيميائية أيضًا لتكون حساسة للضوء - عند اصطدامها بضوء فوق بنفسجي طويل الموجة (390 نانومترًا من الطول الموجي) ، ينعكس الحبل ويقصر ، ويسحب القابس ويترك البوتاسيوم خارج الخلية. من ناحية أخرى ، يجعل الضوء الأخضر (الطول الموجي 500 نانومتر) الحبل الكيميائي مستقيمًا مرة أخرى ، مما يعيد سد مسام القناة. يشيرون إلى القناة المعدلة على أنها قناة K (SPARK) منظمة ضوئيًا قابلة للتقسيم الضوئي للأزوبنزين ، حيث K هي الإشارة الكيميائية للبوتاسيوم.

بصرف النظر عن التطبيقات العلاجية المحتملة ، أو الحيل مثل إعطاء البصر للكائنات غير المرئية ، فإن هذه التقنية تسمح لعلماء الأعصاب بطرح المزيد من الأسئلة الأساسية ، على حد قول تراونر.

قال ترونر: "بمجرد إدخال هذه القناة الاصطناعية الحساسة للضوء في خلية عصبية ، فإنها تفتح قناة بوتاسيوم إضافية يمكننا معالجتها عن بعد لزيادة استقطاب الخلية وإسكاتها". "من خلال إسكات الخلايا العصبية بشكل انتقائي في شبكة معقدة من الخلايا العصبية ، وكلها تتحدث مع بعضها البعض ، يمكننا محاولة معرفة من يتحدث إلى من."

يمكن أيضًا جعل قنوات البوتاسيوم هذه حساسة للجزيئات بدلاً من الضوء ، بحيث يمكن تشغيل الخلية العصبية أو إيقاف تشغيلها بواسطة الحمض النووي أو المعادن الثقيلة ، على سبيل المثال. ومع ذلك ، فإن كرامر وتراونر متحمسون للغاية بشأن إمكانية الرؤية الاصطناعية.

قال كرامر: "لقد ابتكرنا طريقة لصنع قنوات خاضعة للرقابة تكون حساسة للضوء بشكل ثابت ، وتستجيب بشكل سريع وموثوق لساعات". "الآن ، نحن نحاول ذلك في مقل العيون."

لتحقيق نفس الحيلة في العين الحية ، سيستخدم كرامر فيروسًا ، مثل الفيروس المرتبط بالغدة والذي يشيع استخدامه في العلاج الجيني التجريبي ، لنقل جينات القناة المحورة إلى خلايا العقدة الشبكية. يتم حقن الفيروسات مباشرة في الجسم الزجاجي أو المركز السائل للعين ، حيث يسهل الوصول إلى الخلايا العقدية.

لاحظ كرامر العديد من المشكلات في هذا النهج ، ولكن الحلول الممكنة أيضًا. أولاً ، ليست كل الخلايا العقدية الشبكية متشابهة. بعضها "يعمل" في الخلايا التي تنشط عندما تصطدم العين بالضوء ، في حين أن البعض الآخر - "يطفئ" الخلايا - ينطفئ. هذا جزء من دائرة تحليل العين ، والتي تساعد في تحديد السمات المهمة للمجال البصري ، مثل الحواف والحركة ، حتى قبل أن تصل الإشارات إلى الدماغ. قد يؤدي إدخال نفس المفتاح في جميع الخلايا العقدية الشبكية إلى حدوث تشوش بصري.

قال: "سيكون عقلك مرتبكًا ، مثل الشعور بالحرارة والبرودة في نفس الوقت". "الأقطاب الكهربائية ستعاني من هذه المشكلة أيضًا ، حيث تحفز بشكل عشوائي داخل وخارج الخلايا."

قال كرامر إن أحد الحلول هو إعادة هندسة قناة الصوديوم لتعمل تمامًا عكس قناة البوتاسيوم المتحولة ، ثم استهداف قناة الصوديوم المهندسة "على" الخلايا وقناة البوتاسيوم المهندسة "لإيقاف" الخلايا ، باستخدام خلية محددة. المروجين.

وقال: "إذا كنت تستخدم التحفيز الكهربائي ، فلا توجد طريقة لتوصيل المعلومات بشكل انتقائي إلى قناتين مختلفتين". "ولكن مع علم الوراثة ، يمكننا أن نفعل شيئًا لا يستطيع التحفيز الكهربائي فعله أبدًا."

وأضاف كرامر: "لم نعالج العمى بعد ، لكن هذا هو الدافع الرئيسي في هذا العمل".

المؤلفون المشاركون مع كرامر وترينر هم طلاب الدراسات العليا ماثيو بانغارت وكاثرين بورغيس وإيهود إيزاكوف ، أستاذ البيولوجيا الجزيئية والخلوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي.

تم دعم العمل بمنحة من Fight-for-Sight وجائزة من مختبر لورانس بيركلي الوطني.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


الدليل على التطور البيولوجي على الأرض

أنا مندهش باستمرار من عدد الأشخاص في الولايات المتحدة الذين يرفضون فكرة التطور البيولوجي أو لديهم تحفظات جدية. على النقيض من ذلك ، في أوروبا والبلدان الأخرى ذات الاقتصادات المتقدمة ، لا يوجد سوى جزء صغير نسبيًا. وتقبل الطوائف المسيحية السائدة التي ينتمي إليها معظم الأمريكيين صراحة حقيقة التطور البيولوجي. يشمل ذلك الكنائس الكاثوليكية ، والأسقفية ، والمشيخية ، والميثودية ، واللوثرية ، والإنجيلية

الحقيقة البسيطة هي أن هناك أدلة دامغة على التطور البيولوجي. كما قال عالم الأحياء ثيودوسيوس دوبزانسكي (Theodosius Dobzhansky) في القرن العشرين (عندما لم يكن الدليل على التطور البيولوجي قوياً كما هو عليه اليوم) ، "لا شيء في علم الأحياء منطقي إلا في ضوء التطور." إذا اضطررنا إلى رفض فكرة التطور البيولوجي ، فسيكون هناك حرفيًا الآلاف من الظواهر البيولوجية غير المبررة والتي تبدو حاليًا منطقية تمامًا كعواقب للتاريخ التطوري للحياة على الأرض.

لا يوجد عالم أحياء موثوق يرفض حقيقة التطور البيولوجي. حتى عدد قليل جدًا من علماء الأحياء الذين وقعوا على حركة التصميم الذكي ، مثل مايكل بيهي ، يقبلون حقيقة الغالبية العظمى من الفكر التطوري ، مجادلين فقط أن بعض الظواهر البيولوجية لا يمكن تفسيرها من خلال عملية ميكانيكية بحتة.

عندما طُلب مني تقديم حالة سريعة لواقع التطور البيولوجي ، أود التركيز على الدليل على الأصل المشترك - أن جميع الحيوانات بما في ذلك البشر قد انحدرت من سلف مشترك عاش منذ مئات الملايين من السنين ، وأن الحيوانات أيضًا هي نفسها. تتعلق بمجموعات أخرى من الكائنات الحية ، مع سلف مشترك عاش منذ مليارات السنين. تشمل الأدلة على هذه الاستنتاجات ما يلي:

تستخدم جميع الكائنات الحية الحمض النووي كمادة وراثية.

الشفرة الجينية ، التي تحدد أي شفرة تسلسل الحمض النووي المكون من ثلاثة نيوكليوتيدات ، لأي من الأحماض الأمينية العشرين المستخدمة في صنع البروتينات ، هي نفسها بشكل أساسي في جميع الكائنات الحية.

تستخدم جميع الكائنات الحية بشكل أساسي نفس الآلية الجزيئية (التي تتضمن أكثر من 100 بروتين وجزيئات أخرى) لتجميع البروتينات بناءً على تسلسل الحمض النووي.

تستخدم جميع الكائنات الحية ATP وبعض الجزيئات الأخرى نفسها التي تستخدمها ناقلات الطاقة.

يتم تقاسم العديد من مسارات التمثيل الغذائي بين جميع الكائنات الحية أو جزء كبير منها. العديد من الإنزيمات لها نفس الشكل وتحفز نفس التفاعلات الكيميائية في تلك المسارات في الحيوانات والنباتات والفطريات والكائنات الحية الأخرى.

تتكون خلايا جميع الحيوانات (بما في ذلك البشر) من العديد من المكونات نفسها ، بما في ذلك الأغشية والعضيات الداخلية والهيكل الخلوي وما إلى ذلك. يوجد العديد من نفس البروتينات في هذه الهياكل المختلفة ، في الحيوانات المتنوعة مثل البشر والثدييات الأخرى والأسماك والطيور والديدان والذباب. وتتفاعل هذه البروتينات مع بعضها البعض بالعديد من الطرق نفسها في هذه الحيوانات المختلفة.

Mammals exist in a wide variety of shapes and sizes, but they all share substantial similarities in their bony structure, internal organs, cell types, and the organization of cells in different tissues.

In other words, though we may be accustomed to thinking of humans as distinct from other animals, on the levels of molecules, organelles, cells, tissues, and organs, there are literally thousands of ways in which our bodies function in essentially the same ways as the bodies of other animals.

Over ¾ of the approximately 22,000 genes in the human genome have specific, one-to-one equivalents in the mouse genome. Also, 90% of the mouse and human genomes can be lined up based on the occurrence of equivalent genes in more or less the same order.

96% of the over 3 billion nucleotides in the DNA sequences of the human and chimpanzee genomes are identical. This includes both functional and non-functional (“junk”) nucleotide sequences, the latter having no identifiable genetic influence on either organism. Similarities in functional DNA might be explained based on similarities in the structure and functioning of the two species, but similarities in “junk” DNA only make sense if the two species share a recent common ancestor.

The fossil record presents a succession of forms of living things over time that is entirely consistent with evolution of life on Earth over the past 3.5 billion years or so. There are some gaps in this record, but it is far more complete and detailed than one would think after reading creationist literature. Given the thousands of fossil species that have been identified in rocks dating from just a few million years ago to billions of years ago, the chance that a succession of forms consistent with biological evolution would occur by chance is infinitesimally small. For example, even one fossil rabbit or bird in rocks from 500 million, or 1, 2, or 3 billion years ago would be completely inconsistent with an evolutionary process and yet such inconsistencies are strikingly absent.

There are also many demonstrated cases of natural selection causing evolution among present-day living things. These include the evolution of antibiotic resistant bacteria, experiments in which model organisms like fruit flies and yeast have evolved when placed in new environments, and studies in which populations of organisms are compared in two different environments where different characteristics should be selected for. Creationists, however, discount all of this evidence by supposing that small evolutionary changes do occur as a result of natural selection, but there are limits to how much any given species can change. There is no evidence for such limits—evolutionary changes observed in the present are relatively small only because such small time periods are involved. More dramatic changes in living things typically involve millions to hundreds of millions of years.


Related Story

Just as many aspects of human behavior are impossible to explain in detail, perhaps it won’t be possible for AI to explain everything it does. “Even if somebody can give you a reasonable-sounding explanation [for his or her actions], it probably is incomplete, and the same could very well be true for AI,” says Clune, of the University of Wyoming. “It might just be part of the nature of intelligence that only part of it is exposed to rational explanation. Some of it is just instinctual, or subconscious, or inscrutable.”

If that’s so, then at some stage we may have to simply trust AI’s judgment or do without using it. Likewise, that judgment will have to incorporate social intelligence. Just as society is built upon a contract of expected behavior, we will need to design AI systems to respect and fit with our social norms. If we are to create robot tanks and other killing machines, it is important that their decision-making be consistent with our ethical judgments.

To probe these metaphysical concepts, I went to Tufts University to meet with Daniel Dennett, a renowned philosopher and cognitive scientist who studies consciousness and the mind. A chapter of Dennett’s latest book, From Bacteria to Bach and Back, an encyclopedic treatise on consciousness, suggests that a natural part of the evolution of intelligence itself is the creation of systems capable of performing tasks their creators do not know how to do. “The question is, what accommodations do we have to make to do this wisely—what standards do we demand of them, and of ourselves?” he tells me in his cluttered office on the university’s idyllic campus.

He also has a word of warning about the quest for explainability. “I think by all means if we’re going to use these things and rely on them, then let’s get as firm a grip on how and why they’re giving us the answers as possible,” he says. But since there may be no perfect answer, we should be as cautious of AI explanations as we are of each other’s—no matter how clever a machine seems. “If it can’t do better than us at explaining what it’s doing,” he says, “then don’t trust it.”


محتويات

True color Edit

The concept behind true color can help in understanding false color. An image is called a true-color image when it offers a natural color rendition, or when it comes close to it. This means that the colors of an object in an image appear to a human observer the same way as if this observer were to directly view the object: A green tree appears green in the image, a red apple red, a blue sky blue, and so on. [1] When applied to black-and-white images, true-color means that the perceived lightness of a subject is preserved in its depiction.

Absolute true-color rendering is impossible. [3] There are three major sources of color error (metameric failure):

  • Different spectral sensitivities of the human eye and of an image capture device (e.g. a camera).
  • Different spectral emissions / reflections of the object and of the image render process (e.g. a printer or monitor).
  • Differences in spectral irradiance in the case of reflective images (e.g. photo prints) or reflective objects – see color rendering index (CRI) for details.

The result of a metameric failure would be for example an image of a green tree which shows a different shade of green than the tree itself, a different shade of red for a red apple, a different shade of blue for the blue sky, and so on. Color management (e.g. with ICC profiles) can be used to mitigate this problem within the physical constraints.

Approximate true-color images gathered by spacecraft are an example where images have a certain amount of metameric failure, as the spectral bands of a spacecraft's camera are chosen to gather information on the physical properties of the object under investigation, and are not chosen to capture true-color images. [3]

False color Edit

In contrast to a true-color image, a false-color image sacrifices natural color rendition in order to ease the detection of features that are not readily discernible otherwise – for example the use of near infrared for the detection of vegetation in satellite images. [1] While a false-color image can be created using solely the visual spectrum (e.g. to accentuate color differences), typically some or all data used is from electromagnetic radiation (EM) outside the visual spectrum (e.g. infrared, ultraviolet or X-ray). The choice of spectral bands is governed by the physical properties of the object under investigation.

As the human eye uses three spectral bands (see trichromacy for details), three spectral bands are commonly combined into a false-color image. At least two spectral bands are needed for a false-color encoding, [4] and it is possible to combine more bands into the three visual RGB bands – with the eye's ability to discern three channels being the limiting factor. [5] In contrast, a "color" image made from one spectral band, or an image made from data consisting of non-EM data (e.g. elevation, temperature, tissue type) is a pseudocolor image (see below).

For true color, the RGB channels (red "R", green "G" and blue "B") from the camera are mapped to the corresponding RGB channels of the image, yielding a "RGB→RGB" mapping. For false color this relationship is changed. The simplest false-color encoding is to take an RGB image in the visible spectrum, but map it differently, e.g. "GBR→RGB". For traditional false-color satellite images of Earth a "NRG→RGB" mapping is used, with "N" being the near-infrared spectral band (and the blue spectral band being unused) – this yields the typical "vegetation in red" false-color images. [1] [6]

False color is used (among others) for satellite and space images: Examples are remote sensing satellites (e.g. Landsat, see example above), space telescopes (e.g. the Hubble Space Telescope) or space probes (e.g. Cassini-Huygens). Some spacecraft, with rovers (e.g. the Mars Science Laboratory فضول) being the most prominent examples, have the ability to capture approximate true-color images as well. [3] Weather satellites produce, in contrast to the spacecraft mentioned previously, grayscale images from the visible or infrared spectrum.

Pseudocolor Edit

أ pseudocolor image (sometimes styled pseudo-color أو pseudo color) is derived from a grayscale image by mapping each intensity value to a color according to a table or function. [7] Pseudo color is typically used when a single channel of data is available (e.g. temperature, elevation, soil composition, tissue type, and so on), in contrast to false color which is commonly used to display three channels of data. [4]

Pseudocoloring can make some details more visible, as the perceived difference in color space is bigger than between successive gray levels alone. On the other hand, the color mapping function should be chosen to make sure the lightness of the color is still monotonic, or the uneven change would make it hard to interpret levels, for both normal and colorblind viewers. One offender is the commonly-used "rainbow" palette, with a back-and-forth change in lightness. (See also Choropleth map § Color progression.) [8]

A typical example for the use of pseudo color is thermography (thermal imaging), where infrared cameras feature only one spectral band and show their grayscale images in pseudo color.

Another familiar example of pseudo color is the encoding of elevation using hypsometric tints in physical relief maps, where negative values (below sea level) are usually represented by shades of blue, and positive values by greens and browns.

Depending on the table or function used and the choice of data sources, pseudocoloring may increase the information contents of the original image, for example adding geographic information, combining information obtained from infrared or ultra-violet light, or other sources like MRI scans. [9]

A further application of pseudocoloring is to store the results of image elaboration that is, changing the colors in order to ease understanding an image. [10]

Density slicing Edit

Density slicing, a variation of pseudo color, divides an image into a few colored bands and is (among others) used in the analysis of remote sensing images. [11] For density slicing the range of grayscale levels is divided into intervals, with each interval assigned to one of a few discrete colors – this is in contrast to pseudo color, which uses a continuous color scale. [12] For example, in a grayscale thermal image the temperature values in the image can be split into bands of 2 °C, and each band represented by one color – as a result the temperature of one spot in the thermograph can be easier acquired by the user, because the discernible differences between the discrete colors are greater than those of images with continuous grayscale or continuous pseudo color.

Choropleth Edit

أ choropleth is an image or map in which areas are colored or patterned proportionally to the category or value of one or more variables being represented. The variables are mapped to a few colors each area contributes one data point and receives one color from these selected colors. Basically it is density slicing applied to a pseudocolor overlay. A choropleth map of a geographic area is thus an extreme form of false color.

While artistic rendition lends to subjective expression of color, Andy Warhol (1928–1987) has become a culturally significant figure of the modern art movement by creating false color paintings with screen printing techniques. Some of Warhol's most recognizable prints include a replication of Marilyn Monroe, her image based on a film frame from the movie Niagara. The subject was a sex symbol and film noir starlet whose death in 1962 influenced the artist. A series of prints were made with endearment but expose her persona as an illusion through his assembly line style of art production which are non-erotic and slightly grotesque. [13] Using various ink color palettes, Warhol immersed himself in a process of repetition that serves to compare personas and everyday objects to the qualities of mass production and consumerism. [14] The colors of ink were selected through experimentation of aesthetics and do not correlate to false color rendering of the electromagnetic spectrum employed in remote sensing image processing. For years the artist continued screen printing false color images of Marilyn Monroe, perhaps his most referenced work being Turquoise Marilyn [15] which was bought in May 2007 by a private collector for 80 million US dollars. [16]


Researchers Give Green Light To Protein Folding

LOS ALAMOS, N.M., July 1, 1999 -- Scientists at the Department of Energy's Los Alamos National Laboratory have discovered a new method for rapidly analyzing proteins. The discovery has the potential for revolutionizing the way proteins are assayed in medical, commercial and scientific laboratories which, in turn, could lead to the development of drugs to treat currently incurable diseases.

In the July issue of Nature Biotechnology magazine, Geoffrey Waldo and his colleagues describe their method for Rapid Protein Folding Assay (RPFA). The process, which uses readily available assay materials and techniques, allows for the rapid analyses of large numbers of proteins and gives a visible test result proportionate to the percentage of soluble protein in the sample.

According to Waldo, "the principal application for our protein folding assay is the rapid identification of soluble proteins. This assay will be particularly useful to medical researchers doing drug development and also to scientists working in the emerging field of proteomics -- the study of the structures and functions of all the proteins encoded by the genome."

As the basic building blocks of cells, soluble proteins act as catalysts and controllers for numerous chemical reactions, in addition to helping give cells, organs and tissues their shape and structure. Individual protein molecules can assemble themselves in a variety of different three-dimensional structures with intricate origami-like folds. The range of shapes is governed by interactions among the atoms that make up the protein and the folding process influences functionality. If the protein folds correctly during formation, it will function correctly as a soluble protein. Misfolded proteins are usually insoluble and useless to a cell.

"We believe," said Waldo, "that some currently incurable diseases, such as Alzheimer's and Huntington's, are associated with protein misfolding. Since our assay allows researchers to rapidly check proteins for misfolding, this should speed up the development of new assays and drugs to prevent or reverse protein misfolding. Of course, it's not as simple as it sounds, but it's certainly a step in the right direction."

The RPFA method works by linking or fusing the DNA of the protein being assayed to the DNA for green fluorescent proteins (GFP). The hybrid protein created by this linking has the characteristics of both the GFP and the protein being assayed. If the protein being produced, or expressed, folds correctly then the attached GFP will also fold correctly as it is expressed. If the protein being expressed does not fold correctly, then the GFP will not fold correctly. Because correctly folded GFP fluoresces, or glows, green when exposed to blue or ultraviolet light the presence of the green glow in a sample is an indicator that the protein being assayed is not misfolded and therefore likely soluble.

"An important attribute of RPFA," said Waldo, "is its ability to separate protein function from protein folding. Since the assay only measures the successful folding of a protein, it neatly bypasses the need to know a protein's function. This allows the analysis of proteins whose function might be difficult, or even impossible, to measure. This ability gives RPFA universality."

Universality is just what an assay needs to meet the challenges facing proteomics. With about 80,000 human genes now identified by the Human Genome Project, the task ahead is to try to understand the structure and function of all the proteins encoded by those genes. The goal is a better understanding of the way proteins carry out their work, the relationship of proteins to different diseases and the mechanisms by which therapeutic proteins, such as insulin, prevent or counter disease. This enormous research effort requires tools like RAPF to accomplish its goal.

The method joins a battery of techniques being developed at Los Alamos to obtain structures of the proteins encoded by the human genome. SOLVE, a computer program developed by Los Alamos researchers Tom Terwilliger and Joel Berendzen, lets scientists get three-dimensional maps of proteins from x-ray pictures of protein crystals with unprecedented speed and simplicity. RPFA provides the needed soluble protein for growing the protein crystals.

Waldo stresses the merits of the assay. "Not only is the Rapid Protein Folding Assay relatively quick and accurate, but because it uses the folding of GFP to report on the folding of the test protein, it is a self-contained technology. It eliminates the time-consuming, one-at-a-time development of functional assays that are reliant on external reagents. That saves laboratories both time and money."

Los Alamos National Laboratory is operated by the University of California for the Department of Energy.

مصدر القصة:

المواد المقدمة من Los Alamos National Laboratory. ملاحظة: يمكن تعديل المحتوى حسب النمط والطول.


الناس

  • Steering Board
    Anne Broadbent
    Harry Buhrman
    Jens Eisert
    Debbie Leung
    Chaoyang Lu
    Ana Maria Rey
    Anna Sanpera
    Urbasi Sinha
    Robert W. Spekkens
    Reinhard Werner
    Birgitta Whaley
    Andreas Winter
  • المحررين
    António Acín
    Srinivasan Arunachalam
    Carlo Beenakker
    Dan Browne
    Nicolas Brunner
    Daniel Burgarth
    ايرل كامبل
    Eric Cavalcanti
    Andrea Coladangelo
    Frédéric Dupuis
    Raúl García-Patrón
    Fred Jendrzejewski
    Omar Fawzi
    Steven Flammia
    Sevag Gharibian
    Géza Giedke
    Christopher Granade
    Alex Grilo
    Khabat Heshami
    Chris Heunen
    Philipp Höhn
    Isaac Kim
    Richard Küng
    Matthew Leifer
    Anthony Leverrier
    Tongyang Li
    Chiara Macchiavello
    Laura Mančinska
    Kavan Modi
    Tomoyuki Morimae
    Milan Mosonyi
    Ahsan Nazir
    Ion Nechita
    Roman Orus
    Anna Pappa
    Saverio Pascazio
    Matthew Pusey
    Joseph Renes
    Mohan Sarovar
    Jörg Schmiedmayer
    Ujjwal Sen
    Jens Siewert
    Paul Skrzypczyk
    John A. Smolin
    André Stefanov
    Aephraim Steinberg
    Luca Tagliacozzo
    Francesca Vidotto
    Michael Walter
    Xin Wang
    Witlef Wieczorek
    Alexander Wilce
    Ronald de Wolf
    Magdalena Zych
    Karol Życzkowski
    Christian Gogolin
    Marcus Huber
    Lídia del Rio


شاهد الفيديو: green light song wwe:wrestlmania33 الضوء الأخضر الأغنية الرسمية لريسلمينيا33 (كانون الثاني 2022).