ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ
Σάββατο 13 Γενάρη 2018 - Κυριακή 14 Γενάρη 2018
Σελ. /40
ΕΠΙΣΤΗΜΗ
ΑΤΛΑΝΤΑΣ ΚΥΤΤΑΡΩΝ ΤΟΥ ΑΝΘΡΩΠΟΥ
Κολοσσιαίο έργο για την κατανόηση της λειτουργίας όλων των ανθρώπινων κυττάρων

Η χαρτογράφηση του ανθρώπινου γονιδιώματος, που ολοκληρώθηκε στο γύρισμα της χιλιετίας, χαρακτηρίστηκε και ήταν πράγματι μεγάλο επίτευγμα, ιδίως με τα τεχνικά μέσα της εποχής. Ομως, πέρα από τον εντοπισμό των γονιδίων και του τμήματος του γενετικού κώδικα, που δεν κωδικοποιεί πρωτεΐνες και δεν γνωρίζουμε την ακριβή λειτουργία και χρησιμότητά του, δεν μπόρεσε να απαντήσει στο βασικό και βαθύτερο πρόβλημα: Πώς ακριβώς λειτουργεί το ανθρώπινο σώμα και πώς εκδηλώνονται οι διάφορες ασθένειες. Για να δοθεί απάντηση σε αυτό, χρειάζεται να ξέρουμε την ταυτότητα κάθε τύπου κυττάρου σε κάθε ιστό, ποια γονίδια, πρωτεΐνες και άλλα μόρια είναι ενεργά σε κάθε τύπο, ποιες διεργασίες ελέγχουν αυτήν τη δραστηριότητα, πού ακριβώς βρίσκεται κάθε κύτταρο, πώς τα κύτταρα αλληλεπιδρούν το ένα με το άλλο και τι συμβαίνει στη λειτουργία του οργανισμού όταν αλλάξουν γενετικές ή άλλες πλευρές του κυττάρου. Αυτές και πολλές άλλες αναγκαίες πληροφορίες κάνουν το έργο της συλλογής τους, για την κατασκευή μιας σύνθετης βάσης δεδομένων, να μοιάζει αδύνατο. Ωστόσο, ένα διεθνές κονσόρτσιουμ έχει αναλάβει να επιτελέσει αυτό το έργο. Πρόκειται για τον «Ατλαντα Κυττάρων του Ανθρώπου» (Human Cell Atlas).

Οπως θα έπρεπε να περιμένει κανείς στον καπιταλισμό, «αγαθοεργοί» κεφαλαιοκράτες του χώρου της Πληροφορικής εμπλέκονται από την αρχή στην προσπάθεια αυτή, με πρώτο και καλύτερο τον Μαρκ Ζάκερμπεργκ του «Facebook». Παρά την υπόσχεση της διαφάνειας των αποτελεσμάτων σε όλους τους ερευνητές, η υποστήριξη με υπολογιστικά συστήματα και χρηματοδότηση της όλης προσπάθειας, πέρα από κίνηση σχετιζόμενη με τη λεγόμενη «εταιρική κοινωνική ευθύνη», δίνει και πλεονέκτημα στην αξιοποίηση των πληροφοριών που θα συγκεντρωθούν με προφανείς εφαρμογές στον ιατρικό - και όχι μόνο - τομέα.

Ο άτλαντας, που θα συγκεντρώνει πληροφορίες από πραγματοποιημένες και μελλοντικές ερευνητικές εργασίες, μπορεί να γίνει εφικτός χάρη σε πλειάδα τεχνολογικών επιτευγμάτων. Μεταξύ τους η πρόοδος στα εργαλεία απομόνωσης μεμονωμένων κυττάρων, ελέγχου των πρωτεϊνών ενός κυττάρου οποιαδήποτε στιγμή (οι πρωτεΐνες είναι θεμελιώδες συστατικό του οργανισμού), η γρήγορη και φτηνή αποκωδικοποίηση του DNA και του RNA. Θα ενσωματώσει το ανθρώπινο γονιδίωμα (τα γονίδια), τη δομή του RNA που φτιάχνεται από τα γονίδια, όλες τις πρωτεΐνες που υπάρχουν στον ανθρώπινο οργανισμό, όλα τα μικρότερα μόρια (σάκχαρα, λιπαρά οξέα και αμινοξέα), που σχετίζονται ή παράγονται από τις κυτταρικές διεργασίες και όλες τις μεταβολικές χημικές αντιδράσεις, των οποίων οι ταχύτητες είναι διαφορετικές ανάλογα με τις συνθήκες. Στη συνέχεια, αυτά τα ευρήματα θα χαρτογραφηθούν σε διαφορετικές υποπεριοχές των κυττάρων. Τα ολοκληρωμένα αποτελέσματα αναμένεται να οδηγήσουν σε ένα εργαλείο που θα προσομοιώνει όλους τους τύπους και τις καταστάσεις των κυττάρων στο σώμα και θα προσφέρει βαθύτερη κατανόηση στις διεργασίες που σχετίζονται με τις ασθένειες και τους δυνατούς τρόπους παρέμβασης σε αυτές.

Ενα από τα πιο προχωρημένα τμήματα του «Ατλαντα Κυττάρων του Ανθρώπου» είναι ο συνεχώς ενημερωνόμενος «Ατλαντας των ανθρώπινων πρωτεϊνών», που ξεκίνησε το 2003 και ήδη περιέχει την πλειοψηφία των πρωτεϊνών. Ενσωματώνει εργασία 100 ανθρωποετών στην ανάπτυξη λογισμικού για την παρακολούθηση και οργάνωση των δεδομένων, 10 εκατομμύρια εικόνες χαρακτηρισμένες από παθολόγους και ένα χάρτη υψηλής ανάλυσης για τις θέσεις περισσότερων των 12.000 πρωτεϊνών σε 30 διαφορετικά κυτταρικά υποδιαμερίσματα ή οργανέλλες.


Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»

ΚΒΑΝΤΙΚΟΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ
Νέοι αλγόριθμοι και τεχνικές ανοίγουν το δρόμο για καινοτόμες εφαρμογές

Οι κβαντικοί υπολογιστές εδώ και 50 χρόνια δίνουν τροφή στη φαντασία των επιστημόνων, που ελπίζουν με αυτούς να λύσουν προβλήματα, αδύνατο να απαντηθούν με τους συμβατικούς ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Παραδείγματα είναι η προσομοίωση χημικών αντιδράσεων με ακρίβεια (όχι προσεγγιστικά, όπως γίνεται τώρα), για την ανάπτυξη νέων χημικών ενώσεων και υλικών και η επίλυση σύνθετων προβλημάτων βελτιστοποίησης, που αναζητούν την καλύτερη λύση ανάμεσα σε πολλές. Ειδικά το ζήτημα της βελτιστοποίησης στις βιομηχανικές διαδικασίες, που έχει εφαρμογή ουσιαστικά σε όλους τους βιομηχανικούς κλάδους, είναι η βασική κινητήρια δύναμη πίσω από το ενδιαφέρον ειδικών και επιχειρηματιών για τους κβαντικούς υπολογιστές, καθώς όσοι τους διαθέτουν ή μπορούν να νοικιάσουν χρόνο χρήσης τους, θα οδηγηθούν σε τροποποιήσεις στην παραγωγή, που θα τους δώσουν μεγαλύτερο κέρδος και έστω προσωρινό συγκριτικό πλεονέκτημα απέναντι στους ανταγωνιστές τους, ιδιαίτερα τους μικρότερους.

Οι κβαντικοί υπολογιστές αξιοποιούν τη γνώση που έχει συσσωρεύσει η κβαντομηχανική. Αντί να υπολογίζουν κάθε δυνατή λύση διαδοχικά, όπως κάνουν οι συμβατικοί υπολογιστές (ακόμη και η παράλληλη επεξεργασία απλώς πολλαπλασιάζει αυτό τον τρόπο λειτουργίας), οι κβαντικοί υπολογιστές λειτουργούν με τρόπο δύσκολο να εξηγηθεί με κλασικές αναλογίες. Αρχίζουν από μια κβαντική υπέρθεση όλων των δυνατών λύσεων και στη συνέχεια χρησιμοποιούν την κβαντική εμπλοκή και την κβαντική παρεμβολή για να επικεντρώσουν στη σωστή απάντηση, διαδικασίες που πραγματοποιούνται μόνο στον μικρόκοσμο, τον κόσμο των υποατομικών σωματιδίων και όχι στην καθημερινή ζωή, στο μακρόκοσμο.

Ομως, είναι πολύ δύσκολη η κατασκευή κβαντικών υπολογιστών. Ενα από τα δημοφιλή σήμερα σχέδια κβαντικών υπολογιστών απαιτεί υπεραγώγιμα υλικά, που πρέπει να διατηρούνται σε θερμοκρασία 100 φορές χαμηλότερη από τη θερμοκρασία του απώτερου Διαστήματος, πρακτικά στο απόλυτο μηδέν. Επιπλέον, χρειάζεται εξαιρετικής λεπτότητας και ακρίβειας έλεγχος των κβαντικών καταστάσεων, κατάλληλη προφύλαξη ώστε ούτε μια αχτίδα φωτός ούτε ένα φωτόνιο να μη φτάσει έως τον κβαντικό επεξεργαστή. Μέχρι πρόσφατα, η πρόσβαση στα πρωτότυπα κβαντικών υπολογιστών περιοριζόταν μόνο στους ειδικούς, σε λίγες τοποθεσίες στον κόσμο. Αλλά η πρόοδος που συντελέστηκε τα τελευταία χρόνια επέτρεψε την κατασκευή πρωτοτύπων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρύτερα, για τη δοκιμή στην πράξη ιδεών, αλγορίθμων και άλλων τεχνικών, που μέχρι τώρα εξετάζονταν μόνο θεωρητικά.

Οι σημερινοί κβαντικοί υπολογιστές είναι ακόμη πολύ μικρής δυναμικότητας για να λύσουν προβλήματα πιο σύνθετα από εκείνα που λύνουν οι υπερυπολογιστές. Παρ' όλ' αυτά, η πρόοδος είναι τεράστια. Αναπτύχθηκαν αλγόριθμοι που επιτρέπουν την πιο γρήγορη εκτέλεση των προγραμμάτων και τεχνικές επιμήκυνσης κατά 100 φορές σε σχέση με πριν από μια δεκαετία του χρόνου συνοχής (διατήρησης της κβαντικής πληροφορίας) στα υπεραγώγιμα κβαντικά δυαδικά ψηφία (bit). Το μονοπώλιο IBM ήδη από το 2016 δίνει πρόσβαση στον κβαντικό υπολογιστή «IBM Q Experience», μέσω του υπολογιστικού νέφους (cloud), προσφέροντας γραφικό περιβάλλον εργασίας και διασύνδεση μέσω της δημοφιλούς γλώσσας προγραμματισμού Python. Επιστήμονες έχουν ήδη δημοσιεύσει 20 εργασίες χρησιμοποιώντας αυτό το σύστημα. Στον τομέα έχουν αρχίσει να δραστηριοποιούνται έντονα και άλλα μονοπώλια, καθώς και μικρές νεοφυείς επιχειρήσεις.

Οι ειδικοί εκτιμούν ότι ακόμη πρέπει να ξεπεραστούν πολλά εμπόδια: Να αυξηθεί ο χρόνος συνοχής, να μειωθούν τα κβαντικά λάθη κατά τους υπολογισμούς και να μπορούν να αντιμετωπιστούν εκείνα που θα παραμένουν αναπόφευκτα. Γεγονός είναι, πάντως, ότι οι κβαντικοί υπολογιστές δεν είναι πια θεωρητικά κατασκευάσματα ούτε εργαλείο για πολύ λίγους.


Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»

Γεωργική καλλιέργεια ακριβείας!

Σε πολλούς αγρούς στην Ασία και την Αφρική οργώνουν ακόμη με τα βόδια. Η άλλη όψη της ανισόμετρης καπιταλιστικής ανάπτυξης είναι η νέα τάση στις κορυφαίες στην ιμπεριαλιστική πυραμίδα χώρες (εκεί που γενικά η γη έχει συγκεντρωθεί στα χέρια λίγων και ο κλήρος είναι μεγάλος), για γεωργική καλλιέργεια ακριβείας, ώστε να αυξηθεί η σοδειά, να μειωθούν οι απώλειες και να αντιμετωπιστούν καλύτερα οι οικονομικοί κίνδυνοι λόγω καιρικών και άλλων συνθηκών, που είναι εγγενείς στη γεωργική καλλιέργεια.

Η συμβατική γεωργική καλλιέργεια διαχειρίζεται ολόκληρους αγρούς σαν ένα πράγμα. Οι αποφάσεις για το φύτεμα, το θερισμό, την άρδευση, την εφαρμογή ζιζανιοκτόνων και λιπασμάτων παίρνονται για ολόκληρο τον αγρό, στηριγμένες στις τοπικές συνθήκες και τα ιστορικά δεδομένα των προηγούμενων ετών. Αντίθετα, η καλλιέργεια ακριβείας συνδυάζει αισθητήρες, ρομπότ, συστήματα εντοπισμού θέσης (GPS), εργαλεία χαρτογράφησης και λογισμικό ανάλυσης δεδομένων, ώστε να εξειδικεύσει τη φροντίδα που λαμβάνει κάθε φυτό, χωρίς να αυξηθεί το εργατικό κόστος. Σταθεροί αισθητήρες ή αισθητήρες και κάμερες πάνω σε ρομποτικά επίγεια και εναέρια οχήματα (drones) στέλνουν σε έναν κεντρικό υπολογιστή μέσω ασύρματου δικτύου εικόνες και δεδομένα για μεμονωμένα φυτά, π.χ. το μήκος του βλαστού, το σχήμα των φύλλων, την υγρασία του εδάφους. Το λογισμικό στον υπολογιστή ελέγχει για σημάδια υγείας του φυτού ή προβλημάτων στην ανάπτυξή του. Οι καλλιεργητές έχουν εικόνα σε πραγματικό χρόνο και μπορούν να κατανείμουν κατάλληλα νερό, ζιζανιοκτόνο και λίπασμα στις απαραίτητες δόσεις, στα σημεία του αγρού που έχουν ιδιαίτερη ανάγκη. Ετσι και το παραγόμενο προϊόν είναι και περισσότερο και πιο ποιοτικό, αλλά γίνεται και μείωση της κατανάλωσης του νερού και των χημικών καλλιεργητικών υλικών.

Γύρω από τη γεωργική καλλιέργεια ακριβείας αναπτύσσεται μια ολόκληρη βιομηχανία νεοφυών επιχειρήσεων πληροφορικής, στην ουσία τμήμα του κλάδου που σχετίζεται με το Διαδίκτυο των Πραγμάτων (Internet of Things ή IoT), αλλά - όπως ήταν αναμενόμενο - και μονοπωλίων όπως η «Monsanto» (των γενετικά τροποποιημένων οργανισμών), η «John Deere» (τρακτέρ και αγροτικός εξοπλισμός), η «Dow και η DuPont» (χημικά).

Η γεωργία ακριβείας επιτρέπει και τη βελτίωση της απόδοσης των φυτών, επιλέγοντας το σπόρο από τα καλύτερα με βάση το φαινότυπό τους (εδώ μπαίνει η «Monsanto»). Το εμπόδιο που συναντά η εξάπλωσή της είναι κυρίως το αρχικό κόστος για την αγορά και εγκατάσταση του εξοπλισμού, που βέβαια είναι τόσο πιο μεγάλο όσο μεγαλύτερος είναι ο αγρός. Η έλλειψη υποστήριξης ευρυζωνικών δικτύων σε πολλές αγροτικές περιοχές και η όχι καλή σχέση πολλών αγροτών με τους υπολογιστές είναι επιπρόσθετα προβλήματα.




Διαβάστε στο «Ρ»
Ο καιρός
Weather data from openweathermap.org