Category Archives: Biofizika

Biofizika, Biologija, Filozofija, Medicina, Medicinska fizika, Pojavni fenomeni, Psihologija, Špekulativne teorije, Zanimljivost

Šta je to teorija evolucije svijesti?

Leave a comment

Prema ovoj teoriji, svijest je evoluirala s vremenom, te su ljudi u prošlosti bili manje svjesni od ljudi danas. Ova teorija se temelji na nekoliko argumenata, uključujući:

  • Razvoj jezika: S razvojem jezika, ljudi su postali sposobni komunicirati na složeniji način, što je dovelo do razvoja kompleksnijih oblika svijesti.
  • Razvoj tehnologije: Razvoj tehnologije je također doprinio razvoju svijesti, jer je omogućio ljudima da istražuju svijet oko sebe na načine koji nisu bili mogući u prošlosti.
  • Razvoj društva: Razvoj društva je također doprinio razvoju svijesti, jer je omogućio ljudima da razmjenjuju ideje i iskustva na načine koji nisu bili mogući u prošlosti.

Teorija evolucije svijesti se često koristi za objašnjenje porijekla religijskih knjiga. Prema ovoj teoriji, religijske knjige su nastale u vrijeme kada su ljudi bili manje svjesni od ljudi danas. U to vrijeme, ljudi su bili skloniji vjerovanju u nadnaravne događaje i pojave.

Međutim, ova teorija je kontroverzna. Neki ljudi smatraju da je to prejednostavno objašnjenje porijekla religijskih knjiga. Oni tvrde da religijske knjige sadrže mudrost i uvide koji su univerzalni i koji nisu ograničeni na određeni stupanj svijesti.

U svakom slučaju, teorija evolucije svijesti je zanimljiva i izazovna. Ona pruža novi pogled na porijeklo religijskih knjiga i na razvoj svijesti.

Arheologija, Astrobiologija, Biofizika, Biologija, Fizika i teologija, Kvantna biologija

Kada su se prvi ljudi pojavili na planeti Zemlji?

Leave a comment

Kada je naša planeta bila stara četiri milijarde godina, uspon velikih biljaka i životinja tek je počeo. Složenost je eksplodirala otprilike u to vrijeme, jer je kombinacija višećelijske, seksualne reprodukcije i drugih genetskih napretka dovela do kambrijske eksplozije. Mnoge evolucijske promjene dogodile su se u narednih 500 miliona godina, s izumiranjem i pritiscima selekcije koji su utrli put za nastanak i razvoj novih oblika života.

Prije 65 miliona godina, katastrofalni udar asteroida zbrisao je ne samo dinosauruse, već i gotovo svaku životinju tešku preko 25 kg (osim kožnih morskih kornjača i nekih krokodila). Ovo je bilo posljednje veliko masovno izumiranje Zemlje i ostavilo je veliki broj neispunjenih niša za sobom. Sisavci su postali istaknuti nakon toga, a prvi ljudi su nastali prije manje od milion godina. Evo naše priče.

Prije 65 miliona godina, masivni asteroid prečnika između 5 i 10 kilometara udario je u našu planetu. Podigao je sloj prašine koji se taložio po cijelom svijetu, sloj koji se danas može naći u sedimentnim stijenama naše planete. Na starijoj strani tog sloja nalaze se fosili poput dinosaura, pterosaura, ihtiosaura i plesiosaura. Džinovski gmizavci, amoniti i velike klase biljaka i životinja postojale su prije tog događaja, zajedno s malim pticama koje lete i sićušnim sisavcima koji žive na kopnu.

Nakon tog događaja, sisari su preživjeli. Bez većih grabežljivaca koji bi ih zaustavili, rasli su, diverzificirali se i doživjeli populacijsku eksploziju. Primati, glodari, lagomorfi i drugi oblici sisara, uključujući placentne sisare, tobolčare, pa čak i sisare koji leže jaja, su brojni na početku kenezojske epohe.

Gotovo odmah, primati su počeli još više da se diverzificiraju. Prije 63 miliona godina — samo 2 miliona godina nakon smrti dinosaurusa — podijelili su se u dvije grupe.

Primati sa suhim nosom, formalno poznati kao haplorini, koji su se razvili u moderne majmune i stare majmune.
Primati s vlažnim nosom, poznati kao strepsirrine, koji su se razvili u moderne lemure i aye-ay.

Prije 58 miliona godina dogodila se još jedna velika promjena: haplorini su doživjeli zanimljiv genetski rascjep, jer se prva nova i jedinstvena evolucijska grana razlikovala od ostalih primata suhog nosa: tarsier. Sa svojim ogromnim očima, bio je jedinstveno dobro prilagođen da vidi noću.

Niša koju je sada zauzela bila je dovoljno različita od preostalih grupa naših predaka da su od ovog trenutka dalje evoluirali drugačije od ostalih svojih rođaka. Ova vrsta evolucijskog cijepanja događa se s vremena na vrijeme i nije jedinstvena za primate.

Iako obično ne razmišljamo mnogo o našim dalekim rođacima i kako se oni razvijaju nakon što se odvoje od nas, nisu samo haplorini poput nas (i naših direktnih predaka) prošli kroz zanimljive faze evolucije. U proteklih 65 miliona godina — baš kao što je bilo prije tog vremena — razni sisari, ptice, biljke i drugi živi organizmi evoluirali su zajedno. Evolucija je vođena promjenama okoliša, a to uključuje i sve cvjetne i faunističke promjene koje se dešavaju na našoj planeti.

Prije 55 miliona godina, nagli porast stakleničkih plinova doveo je do brzog porasta globalne prosječne temperature, izbrisavši mnoge životinje i biljke u dubokom okeanu. Ova transformacija ostavila je mnoge velike, nepopunjene niše u okeanu, utirući put za razvoj kitova (velikih okeanskih sisara).

Prije 50 miliona godina, neki od sisavaca s parnim prstima počeli su evoluirati u morska bića. Artiodaktili su možda svi evoluirali od jednog zajedničkog pretka ili su evoluirali nezavisno. Životinje kao što je Indohyus, koji datira prije 48 miliona godina, možda su dovele do protocetida: sisara u plitkim vodama koji su se vratili na kopno da bi rodili.

Otprilike u to vrijeme, prije 47 miliona godina, postojao je primat Darwinius masillae, jer fosil Ida, sačuvan iz tog vremena, pruža spektakularan primjer. Iako je ovo prvobitno reklamirano kao poslovična „karika koja nedostaje“ u ljudskoj evoluciji, Ida nije haplorin kao mi, već strepsirena: primat vlažnog nosa.

Ali još 7 miliona godina kasnije — prije 40 miliona godina — dogodio se važan razvoj među primatima suhog nosa: majmuni Novog svijeta su se razgranali. Ljudi i naši preci majmuna potječu od majmuna Starog svijeta; Majmuni Novog svijeta su prvi majmuni (ili viši primati) koji su evolucijski odstupili od naše loze. Oni bi kolonizirali veći dio Južne Amerike, gdje ih i danas ima u izobilju.

Majmuni Starog svijeta nastavljaju napredovati i uspješno zauzimaju svoje niše, dok se diverzificiraju u veličini tijela i fizičkim karakteristikama. Prije 25 miliona godina evoluirali su prvi majmuni, odvojivši se od preostalih majmuna Starog svijeta u to vrijeme. Majmuni — definirani potpunim nedostatkom repa bilo koje vrste — bi potom dali povoda mnogim bliskim srodnicima ljudi koji prežive danas: i manjim i velikim majmunima.

Najraniji majmun koji se odvojio od majmuna Starog svijeta bio je Gibon, manji majmun koji se prvi put pojavio prije 18 miliona godina.

Prije negdje između 14 i 16 miliona godina pojavili su se prvi veliki čovjekoliki majmuni, a orangutani su se razgranali prije 14 miliona godina. Orangutani su se nakon toga proširili u južnu Aziju, dok su ostali veliki majmuni ostali u Africi. Najveći primat ikada, Gigantopithecus, prvi je put nastao prije nekih 9 miliona godina, a izumro je tek prije nekoliko stotina hiljada godina.

Prije 7 miliona godina, gorile su se odvojile od drugih velikih majmuna; oni ostaju najveći od svih preživjelih primata.

Veliki majmuni su se prije 6 miliona godina odvojili u dva smjera, pri čemu je jedan smjer doveo do ljudskih predaka, a drugi ogranak doveo do čimpanza i bonoba. Grana šimpanza/bonobo ostaje ujedinjena još 4 miliona godina, s našim najbližim preživjelim rođacima — čimpanzama i bonoboima — koji se razilaze jedni od drugih prije samo 2 miliona godina.

Ali na tragu naših direktnih predaka, razvoj je bio brz i dubok. Prije 5,6 miliona godina nastao je prvi istinski dvonožni majmun, Ardipithecus. Iako je to kontroverzna tvrdnja, kosti šake u Ardipithecusu pokazuju dokaze da je to prijelazni fosil između ranijih velikih majmuna i kasnijih australopiteka.

Prije otprilike 4 miliona godina evoluirao je prvi Australopithecus: prvi članovi podplemena Hominina (taksonomska klasifikacija specifičnija od porodice, ali manje specifična od roda). Ubrzo nakon toga, pojavljuju se prvi dokazi o korištenju kamenog oruđa: trenutno prije 3,4 do 3,7 miliona godina.

Ključni evolucijski korak dogodio se prije nešto više od 2 miliona godina, kada su se naši preci hominida suočili s nestašicom hrane. Jedan evolucijski uspješan pristup bio je razvoj jačih čeljusti, što nam je dalo mogućnost da jedemo hranu (poput orašastih plodova) koja je inače bila nedostupna. Ali drugi pristup je također bio uspješan: razviti slabije čeljusti i veći mozak, što nam je omogućilo pristup hrani.

Dok su obje grupe opstale neko vrijeme, grupa sa većim mozgom bila je prilagodljivija promjenama i nastavile su preživljavati. Ovo je evolucijski put za koji mislimo da je doveo do razvoja roda Homo, koji je prvi nastao prije oko 2,5 miliona godina. Homo habilis, kolokvijalno poznat kao “ručni čovjek”, imao je veći mozak od svojih kolega Australopithecusa i pokazao je daleko rasprostranjeniju upotrebu alata.

Prije otprilike 1,9 miliona godina evoluirao je Homo erectus. Ovaj ljudski predak ne samo da je hodao potpuno uspravno, već je imao mnogo veći mozak od Homo habilisa: u prosjeku gotovo dvostruko veći. Homo erectus je postao prvi direktni ljudski predak koji je napustio Afriku i prvi koji je pokazao dokaze o korištenju vatre. Homo habilis je vjerovatno bio doveden do izumiranja prije više od milion godina, kao i posljednji Australopithecus.

Širom svijeta pojavili su se novi primjeri roda Homo, uključujući Homo antecessor u Evropi (koji može biti evoluirani habilis ili erectus, ili rani oblik heidelbergensis) prije oko 1,2 miliona godina, a zatim Homo heidelbergensis prije nekih 600.000 godina. Prije otprilike 700.000 godina, pojavljuju se najraniji dokazi o kuhanju; prije oko 500.000 godina pojavljuju se prvi dokazi o odjeći.

Prije otprilike 300.000 godina, prvi Homo sapiens — anatomski moderni ljudi — nastali su zajedno s našim drugim rođacima hominida. Nepoznato je da li smo potekli direktno od Homo erectusa, heidelbergensisa ili prethodnika, iako su neandertalci, koji su došli nešto kasnije, prije 240.000 godina, sasvim sigurno došli od Homo heidelbergensisa. Smatra se da je moderni govor nastao skoro čim se pojavio Homo sapiens.

Bilo je potrebno 13,8 milijardi godina kosmičke istorije da stignu prva ljudska bića, a mi smo to učinili relativno nedavno: prije samo 300.000 godina. U 99,998% vremena koje je prošlo od Velikog praska uopšte nije bilo ljudskih bića; cijela naša vrsta postoji samo za posljednjih 0,002% svemira. Ipak, za to kratko vrijeme uspjeli smo odgonetnuti cijelu kosmičku priču koja je dovela do našeg postojanja. Na sreću, priča se neće završiti kod nas, jer se još piše.

Izvor: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/first-humans-on-earth/

Biofizika, Fizika sistema, Fizikalizam, Kvantna biologija, Medicina, Medicinska fizika, Neuronauka/neuroznanost, Psihofizika, Psihologija

Tvoj mozak je mašina za predviđanja koja je uvijek aktivna

Leave a comment

Mozak stalno djeluje kao mašina za predviđanje, kontinuirano uspoređujući senzorne informacije sa unutrašnjim predviđanjima.

Za svaku riječ ili zvuk, mozak daje detaljna statistička očekivanja i ispostavlja se da je izuzetno osjetljiv na stepen nepredvidivosti: reakcija mozga je jača kad god je riječ neočekivana u kontekstu.

„Samo po sebi, ovo nije mnogo iznenađujuće: na kraju krajeva, svi znaju da ponekad možete predvidjeti nadolazeći jezik. Na primjer, vaš mozak ponekad automatski ‘popuni prazninu’ i mentalno dovršava tuđe rečenice, na primjer ako počne govoriti vrlo sporo, zamuckuje ili ne može smisliti nijednu riječ. Ali ono što smo ovdje pokazali je da se to dešava kontinuirano. Naš mozak neprestano pogađa riječi; mašinerija za predviđanje je uvek uključena.”

“U stvari, naš mozak radi nešto što se može uporediti sa softverom za prepoznavanje govora. Prepoznavači govora koji koriste vještačku inteligenciju također stalno predviđaju i dopuštaju sebi da budu vođeni svojim očekivanjima, baš kao i funkcija automatskog dovršavanja na vašem telefonu.

“Ipak, primijetili smo veliku razliku: mozak ne predviđa samo riječi, već i predviđa na mnogo različitih nivoa, od apstraktnog značenja i gramatike do specifičnih zvukova.”

Izvor: https://neurosciencenews.com/prediction-brain-21183/

Astrobiologija, Biofizika, Fizika "nemogućeg", fizika nemogućega, Fizika sistema, Medicinska fizika, Zanimljivost

Hoće li krionično smrznuta tijela ikada biti vraćena u život?

Leave a comment

Krioničari se nadaju da će ih moderna tehnologija jednog dana vratiti iz mrtvih. Ali koliko je realan drugi život nakon dubokog zamrzavanja?

Kaže se da je jedna od stvari koja nas čini ljudima naša svijest o vlastitoj smrtnosti, i skoro dokle god znamo da ćemo jednog dana umrijeti, pitali smo se o mogućnosti da se ponovo probudimo. Priče o uskrsnuću i besmrtnosti nalaze se u nebrojenim religijama i mitovima, a posljednjih godina mnoge od ovih priča su se temeljile na ideji krioničkog očuvanja: zamrzavanje tijela i zatim reanimiranje u budućnosti. Ako je upalilo za Hana Soloa, Kapetana Ameriku i Fraja iz Futurame, zašto ne bi uspjelo i za nas?

“[Za] većinu krioničara, postoje dvije stvari koje ćete pronaći. Mi smo ljubitelji naučne fantastike, očigledno. Takođe smo optimisti,” kaže Dennis Kowalski, predsjednik Instituta za krioniku, neprofitne organizacije sa sjedištem u Michiganu i jedne od nekolicine kompanija širom svijeta koje nude svoju liniju usluga.

Taj optimizam je važan, jer krionično očuvanje i reanimacija „danas 100 posto nije moguće“, kaže Kowalski. Ali, kaže on, „mi trenutno nismo u zenitu svog znanja i sigurno imamo još toga da naučimo i otkrijemo u budućnosti.” Kowalski, bivši bolničar, navodi moderne intervencije spašavanja života poput defibrilacije srca i CPR-a kao primjere kako se nauka može drastično promijeniti – tokom većeg dijela ljudske povijesti ljudi su se općenito slagali da ne postoji način da se spasi neko čije je srce stalo. „A sada je to prilično prokleta rutina“, kaže on.

Na osnovu te premise – da će nauka jednog dana pronaći rješenja za biološka oštećenja koja su nepopravljiva prema današnjim standardima – cilj krionike je održati tijela u stabilnom, očuvanom stanju dok ne stigne potrebna medicinska tehnologija. Čak i za njegove najodlučnije pristalice, krionika nije garancija; Kowalski to opisuje kao „vožnju hitnom pomoći u buduću bolnicu koja može, ali ne mora postojati“. Ali on na ovo polje gleda kao na neku Pascalovu opkladu – mi ćemo definitivno umrijeti, pa ako postoji čak i vanjska šansa da produžimo život kroz krioniku, nema se šta za izgubiti i ima potencijalno novi život da se dobije.

Kako funkcioniše krionički proces?


Kada se neko ko je napravio aranžmane da se njihovi ostaci krionski sačuvaju proglasi mrtvim, medicinski tim hladi tijelo ledenom vodom i održava tjelesna tkiva oksigeniranim pomoću CPR-a i maski za kisik. Ledeno hladno tijelo se stavlja u hermetički zatvorenu posudu i odvozi u postrojenje za krioniku. (Napomena o nomenklaturi – zamrzavanje leša je krionika, a ne kriogenika. Kriogenika je nauka i inženjering superniskih temperatura.)

U ustanovi za krioniku, tim stavlja tijelo na mašinu sličnu premosnici srce-pluća, koja cirkuliše krv i održava oksigenaciju. Oni pumpaju otopinu za vitrifikaciju koja djeluje kao antifriz kako bi spriječila da se tjelesna tkiva pretvore u kristale leda, u nadi da će minimizirati strukturna oštećenja. Zatim polako hlade tijelo na -195 C u komori s parom tečnog azota. Kada se dovoljno ohladi, tijelo se prenosi u rezervoar s tečnim azotom nalik termosici, gdje će ostati u doglednoj budućnosti. Naknade za pokrovitelje (oko 28.000 dolara po osobi) održavaju fondove instituta kako bi organizacija trajno radila.

Tijela će čekati u ovim rezervoarima dok ih medicinska tehnologija (nadamo se) ne oživi. Kowalski kaže da postoje tri izazova za ovu buduću tehnologiju koja treba savladati: morat će popraviti štetu nastalu smrzavanjem, izliječiti bilo koju bolest koja je prvobitno ubila subjekta i preokrenuti proces starenja tako da subjekt ima mlado, zdravo tijelo u kojem može uživati u njihovom drugom krugu. Niko ne zna kako bi ta tehnologija mogla izgledati; Kowalskijeva najbolja pretpostavka je inženjering tkiva i molekularna nanotehnologija koja će moći popraviti i zamijeniti oštećena tkiva.

Kowalski i njegovi kolege zagovornici krionike prepoznaju da je to težak zadatak. Ali ako većinu kriobiologa – naučnika koji proučavaju efekte smrzavanja na živa tkiva za postupke kao što su vantelesna oplodnja, terapija matičnim ćelijama i transplantacija organa – pitate o krionici, oni će samo odmahnuti glavom.

Šta bi moglo poći po zlu?


„Apsolutno ne postoji trenutni način, niti jedan dokazan naučni način, da se cijeli čovjek zamrzne na tu temperaturu, a da se potpuno ne uništi – a mislim i obliterira – tkivo“, kaže Shannon Tessier, kriobiolog sa Univerziteta Harvard i Opšte bolnice Massachusetts. Kada naučnici pokušaju da zamrznu uzorak živog ljudskog tkiva, poput kriške jetre, „tkivo je potpuno uništeno, ćelijska membrana je potpuno uništena. Dakle, zapravo nema dokaza da išta čuvate, a to je zato što nauka jednostavno još nije tu.”

Postoje životinje koje mogu preživjeti smrzavanje i odmrzavanje, poput kanadskih drvenih žaba, ali ovi organizmi su evoluirali posebno da podnose pritiske niskih temperatura na način na koji naša tijela jednostavno nisu. Tessier kaže da je teško zamisliti kako bi naša tkiva uopće mogla izdržati proces ponovnog zagrijavanja, čak i uz korist nekoliko stoljeća naučnog napretka. “Napravili smo eksperiment u laboratoriji prije nekoliko godina. Pokušali smo ostaknuti svinjsko srce, cijelo svinjsko srce. I, naravno, trenutno ne postoji tehnologija koja bi dovoljno brzo zagrijala srce i, doslovno, cijelo srce je puklo na pola.”

Sposobnost naših tkiva da fizički izdrže smrzavanje i odmrzavanje je samo početak, kaže John Baust, kriobiolog sa Univerziteta Binghamton, SUNY. Kada se naša tkiva ohlade, dio koji se smrzava je uglavnom čista voda – ćelije, soli i organski materijali koji čine naše tekućine su isključeni. Ćelije lijevo iza su podvrgnute ozbiljnom molekularnom stresu. „Postoje genetske promjene koje se dešavaju“, kaže Baust, „koje ćeliji govore: ‘Umri’.“ Ove upute za ćelijsku smrt, koje se nazivaju apoptoza, počinju mnogo prije nego što se dostignu niske temperature.

„Za one od nas koji rade u oblasti zamrzavanja bioloških materijala — ćelija sisara, tkiva, probali smo organe i tako dalje — postoje samo nepremostivi problemi“, kaže Baust.

Krioničari poput Kowalskog dobro su svjesni ovih kritika. On tvrdi da iako su ovi problemi za nas danas nepremostivi, oni bi mogli biti rješivi u budućnosti. To je tačka koju je definitivno nemoguće isključiti – gotovo kao da se definitivno dokaže da ne postoji takva stvar kao što su jednorozi. „Mislim da niko zaista ne može poreći šta bi budućnost mogla da nosi“, kaže Baust. “Nemam sve odgovore. Ali mislim da je skepticizam vrlo razuman.”

‘Ništa za izgubiti’


Izvan argumenata o tome šta je moguće, ili bi moglo biti moguće u budućnosti, ostaje još jedno pitanje: čak i kada biste mogli da budete vraćeni, da li biste to uopšte želeli? Na kraju krajeva, bili biste nasukani u čudnom svijetu, odvojeni od svega što je vaš život uopće činilo vrijednim življenja.

Anders Sandberg, filozof sa Instituta za budućnost čovječanstva Univerziteta u Oksfordu, upoređuje izglede za preporod sa „privremenim izbjeglicama – ne možete preživjeti u sadašnjosti, jedina vam je šansa da na neki način izbjegnete u stranu zemlju“. Ali za Sandberga, zagovornika krionike koji svaki dan nosi medaljon na kojem su ispisane njegove krioničke upute: „Život je vrijedan življenja. Zaista uživam što sam živ. Sve dok je to istina, želim da pokušam da se zadržim. Ali to je naravno kockanje.”

„Nemate šta da izgubite, sve da dobijete. Osim nekog novca od životnog osiguranja. A za mene je vrijedno toga. To mi daje mir“, kaže Kowalski, koji je zajedno sa suprugom i sinovima prijavljen za krionsku konzervaciju. „Čak i ako ne radi, mi i dalje unapređujemo nauku, otkrivamo šta ne funkcioniše. A ako uspije, o moj Bože, upravo smo naišli na lijek za smrt, barem privremeno.”

Izvor: discovermagazine.com

Akustika, Biofizika, Biologija, Fizika sistema, Medicina, Medicinska fizika, Pojavni fenomeni, Primjenjena fizika, Zanimljivost

Kako radi proces pretvaranja zvuka u unutrašnjosti uha?

Leave a comment

U 19. stoljeću postojao je jedan zaista važan fiziološki uvid njemačkog naučnika Hermanna von Hemholtza koji traje i danas. Prepoznao je da je pužnica – prijemni organ uha – u suštini obrnuti klavir. U klaviru svaka žica predstavlja jedan ton, a izlaz se miješa u skladnu cjelinu.

Uho u osnovi poništava taj rad. Ona zauzima skladnu cjelinu, odvaja pojedine tonove i predstavlja svaki od njih na različitom položaju duž spiralne pužnice. Svaka od 16.000 ćelija dlake koje oblažu pužnicu je receptor koji reagira na određenu frekvenciju. I te ćelije za kosu su u sistematičnom redoslijedu, baš kao i žice za klavir.

Zajednička valuta nervnog sistema je električna. To su akcijski potencijali – tokovi 1 i 0, zapravo – slično onima u računaru. Ali valuta vanjskog osjetilnog svijeta je vrlo različita. Imamo fotone – to je vid. Imamo pritisak – to je dodir. Imamo molekule – to je miris ili okus. I na kraju imamo vibracije u zraku – to je suština zvuka. Svaka od tih različitih vrsta fizičkog podražaja mora se na neki način pretvoriti u električne signale koje mozak tada može interpretirati. To je proces transdukcije.

Sistem nije samo pasivni pretvarač. Zvuk koji ulazi u uho ne izaziva jednostavno odgovor. Umjesto toga, uho ima takozvani aktivni proces. Uho ima ugrađeno pojačalo, a to pojačalo nije poput bilo kojeg drugog našeg čula. Bilo bi kao da svjetlost koja ulazi u oko proizvodi više svjetla unutar oka, ili miris koji ulazi u nos proizvodi više molekula mirisa. U slučaju naših ušiju, zvuk koji ulazi u uho zapravo mehanički pojačava uho, a pojačanje je između 100 i 1.000 puta. To je prilično duboko. Aktivan proces također izoštrava podešavanje sluha, tako da možemo razlikovati frekvencije koje su udaljene samo oko 0,1 posto. Za usporedbu, dva ključa na klaviru međusobno su udaljena 6 posto.

Biofizika, Digitalna fizika, Eksperimentalna fizika, Filozofija fizike, Fizika sistema, Kompjutaciona fizika, Koncepti u fizici, Konceptualno razumijevanje fizike, Teorijska fizika, Termodinamika

Šta su to satovi?

Leave a comment

Prvo što treba primijetiti je da je gotovo sve sat. Smeće najavljuje dane sa sve lošijim mirisom. Bore označavaju godine. “Mogli biste odrediti vrijeme mjerenjem koliko se vaša kava ohladila na vašem stoliću”, rekao je Huber, koji je sada na Tehničkom univerzitetu u Beču i Institutu za kvantnu optiku i kvantne informacije Beč.

Rano u razgovorima u Barceloni Huber, Erker i njihove kolege shvatili su da je sat sve što podliježe nepovratnim promjenama: promjene u kojima se energija širi među više čestica ili u šire područje. Energija teži disipaciji – a entropija, mjera njenog rasipanja, ima tendenciju povećanja – jednostavno zato što postoji daleko, daleko više načina za raspodjelu energije nego za njenu visoku koncentraciju. Ova numerička asimetrija i znatiželjna činjenica da je energija započela ultrakoncentrirano na početku svemira, razlog su zašto se energija sada kreće prema sve raštrkanijim aranžmanima, jednu po jednu šalicu kave koja se hladi.

Čini se da ne samo da snažna tendencija širenja energije i nepovratni porast entropije uzrokuju strelicu vremena, već prema Huberu i kompaniji, također računaju satove. “Ireverzibilnost je zaista fundamentalna”, rekao je Huber. “Ovaj pomak u perspektivi smo htjeli istražiti.”

Kafa ne čini odličan sat. Kao i kod većine nepovratnih procesa, njegove interakcije s okolnim zrakom događaju se stohastički. To znači da morate izračunavati prosjek tokom dugog vremenskog razdoblja, obuhvaćajući mnoge slučajne sudare između molekula kave i zraka, kako biste precizno procijenili vremenski interval. Zato kafu, smeće ili bore ne nazivamo satovima.

To ime zadržavamo, shvatili su termodinamičari satova, za objekte čija je sposobnost mjerenja vremena poboljšana periodičnošću: neki mehanizam koji raspoređuje intervale između trenutaka u kojima se događaju nepovratni procesi. Dobar sat se ne menja samo. Otkucava.

Što su tikovi pravilniji, sat je tačniji. U svom prvom članku, objavljenom u Physical Review X 2017., Erker, Huber i koautori pokazali su da bolje mjerenje vremena ima svoju cijenu: što je veća točnost sata, to se više energije rasipa i više entropije proizvodi tokom otkucavanja.

Sat je mjerač protoka za entropiju ”, rekao je Milburn.

Otkrili su da bi idealan sat – koji otkucava savršenom periodičnošću – sagorio beskonačnu količinu energije i proizveo beskonačnu entropiju, što nije moguće. Stoga je tačnost satova u osnovi ograničena.

Zaista, u svom radu Erker i kompanija proučavali su tačnost najjednostavnijeg sata kojeg su se mogli sjetiti: kvantnog sistema koji se sastoji od tri atoma. “Vrući” atom povezuje se s izvorom topline, “hladan” atom se spaja s okolnom okolinom, a treći atom koji je povezan s oba druga “krpelja” podliježući pobudama i raspadima. Energija ulazi u sistem iz izvora topline, pokrećući krpelje, a entropija nastaje kada se otpadna energija ispušta u okoliš.

Istraživači su izračunali da otkucaji ovog troatomskog sata postaju pravilniji što sat proizvodi više entropije. Ovaj odnos između tačnosti sata i entropije “za nas je intuitivno imao smisla”, rekao je Huber, u svjetlu poznate veze između entropije i informacije.

“Postoji duboka veza između entropije i informacija”, rekao je Huber, pa bi svako ograničenje proizvodnje entropije sata trebalo prirodno odgovarati ograničenju informacija – uključujući, rekao je, “informaciju o vremenu koje je proteklo”.

U drugom radu objavljenom u Physical Review X ranije ove godine, teoretičari su proširili svoj model sata sa tri atoma dodavanjem složenosti-u suštini ekstra topli i hladni atomi povezani sa atomom koji otkucava. Pokazali su da ova dodatna složenost omogućava satu da koncentriše vjerovatnoću da se otkucaj dogodi u sve uže vremenske prozore, čime se povećava pravilnost i tačnost sata.

Ukratko, nepovratan porast entropije omogućuje mjerenje vremena, dok periodičnost i složenost poboljšavaju performanse sata. Ali do 2019. nije bilo jasno kako provjeriti timske jednadžbe ili kakve su veze, ako ništa drugo, jednostavni kvantni satovi s onima na našim zidovima.

Fizičari su se trudili razumjeti kako se vrijeme kvantne mehanike može pomiriti s pojmom vremena kao četvrte dimenzije u Einsteinovoj općoj teoriji relativnosti, trenutnom opisu gravitacije. Savremeni pokušaji pomirenja kvantne mehanike i opće relativnosti često tretiraju četverodimenzionalno prostor-vremensko tkivo Einsteinove teorije kao pojavljivanje, neku vrstu holograma skuhanog apstraktnijim kvantnim informacijama. Ako je tako, i vrijeme i prostor trebali bi biti približni pojmovi.

Izvor: quantamagazine.org

Biofizika, Biologija, Medicina, Medicinska fizika

Šta su to autoantitijela?

Leave a comment

Neka od najnovijih istraživanja ukazuju na to da su autoantitijela jedan od glavnih uzroka smrtnosti zbog covida 19. Međutim, šta su to uopšte autoantitijela?

Autoantitijela su antitijela (imunološki proteini) koja greškom ciljaju i reagiraju sa vlastitim tkivima ili organima osobe. Imunološki sistem osobe može proizvesti jedno ili više autoantitijela kada ne uspije napraviti razliku između “sebe” i “ne-sebe”.

Obično imunološki sistem može razlikovati strane tvari (“ne-ja”) i tjelesne ćelije (“sebe”). Proizvodi antitijela samo kada primijeti da je bila izložena prijetnji (“ne-ja”), poput bakterija ili virusa. Međutim, kada imunološki sistem prestane prepoznavati jedan ili više normalnih sastojaka tijela kao “sebe”, može stvoriti autoantitijela koja reagiraju sa vlastitim stanicama, tkivima i/ili organima. To može uzrokovati upalu, oštećenje i/ili disfunkciju organa ili sustava, što dovodi do znakova i simptoma autoimunih poremećaja.

Neka autoantitijela ne uzrokuju direktno oštećenje tkiva, ali se smatra da su dio ukupnog imunološkog odgovora koji može uzrokovati upalu i oštećenje. Njihovo prisustvo u krvi može ukazivati ​​na to da je autoimuni proces u toku. Primjeri uključuju antitijela povezana sa celijakijom i dijabetesom tipa 1.

Uzroci autoimunosti su različiti i nisu dobro razumljivi. Iako ne postoji izravna veza, smatra se da su mnogi slučajevi stvaranja autoantitijela posljedica genetske predispozicije u kombinaciji s okidačem iz okoliša, poput virusne bolesti ili produžene izloženosti određenim otrovnim kemikalijama. Neke porodice imaju visoku prevalenciju autoimunih stanja; međutim, pojedini članovi porodice mogu imati različite autoimune poremećaje ili ih nikada neće razviti. Istraživači vjeruju da može postojati i hormonska komponenta, jer su mnoga autoimuna stanja češća kod žena u reproduktivnoj dobi.

Biofizika, Medicina, Medicinska fizika, Neuronauka/neuroznanost, Psihofizika

Kako neuroni rade?

Leave a comment

Većina onoga što znamo o funkcioniranju neurona dolazi iz eksperimenata na džinovskom aksonu lignje. Ovaj džinovski akson proteže se od glave do repa lignje i koristi se za pomicanje repa lignje. Koliko je ovaj akson ogroman? Može biti promjera do 1 mm – lako se vidi golim okom.

Neuroni elektrohemijski šalju poruke. To znači da kemikalije uzrokuju električni signal. Hemikalije u tijelu su “električno nabijene”-kada imaju električni naboj, nazivaju se ioni. Važni ioni u nervnom sistemu su natrijum i kalijum (oba imaju 1 pozitivan naboj, +), kalcijum (ima 2 pozitivna naboja, ++) i hlorid (ima negativan naboj, -). Postoje i neki negativno nabijeni proteinski molekuli. Također je važno zapamtiti da su živčane stanice okružene membranom koja propušta neke ione i blokira prolaz drugih iona. Ova vrsta membrane naziva se polupropusna.

Potencijal membrane za mirovanje


Kada neuron ne šalje signal, on je “u mirovanju”. Kada neuron miruje, unutrašnjost neurona je negativna u odnosu na vanjsku stranu. Iako se koncentracije različitih iona pokušavaju uravnotežiti s obje strane membrane, ne mogu jer stanična membrana propušta samo neke ione kroz kanale (ionske kanale). U mirovanju, kalijevi ioni (K+) mogu lako proći kroz membranu. Također u mirovanju, kloridni ioni (Cl-) i natrijevi ioni (Na+) teže prolaze. Negativno nabijeni proteinski molekuli (A-) unutar neurona ne mogu prijeći membranu. Osim ovih selektivnih ionskih kanala, postoji pumpa koja koristi energiju za pomicanje tri iona natrija iz neurona za svaka dva iona kalija koje unese. Konačno, kada se sve te sile uravnoteže i razlika u naponu između mjeri se unutar i izvan neurona, imate potencijal za mirovanje. Membranski potencijal neurona u mirovanju je oko -70 mV (mV = milivolt) – to znači da je unutrašnjost neurona 70 mV manja od vanjske. U mirovanju postoji relativno više natrijevih iona izvan neurona i više kalijevih iona unutar tog neurona.

Potencijal za mirovanje govori o tome šta se dešava kada neuron miruje. Akcijski potencijal nastaje kada neuron šalje informacije niz akson, daleko od tijela ćelije. Neuroznanstvenici koriste druge riječi, poput “šiljaka” ili “impulsa” za akcijski potencijal. Akcijski potencijal je eksplozija električne aktivnosti koja nastaje depolarizirajućom strujom. To znači da neki događaj (stimulus) uzrokuje pomicanje potencijala mirovanja prema 0 mV. Kada depolarizacija dosegne oko -55 mV, neuron će aktivirati akcijski potencijal. Ovo je prag. Ako neuron ne dosegne ovaj kritični prag, tada se neće aktivirati nikakav akcijski potencijal. Također, kada se dosegne prag, uvijek će se aktivirati akcijski potencijal fiksne veličine … za bilo koji neuron veličina akcijskog potencijala je uvijek ista. Ne postoje veliki ili mali akcijski potencijali u jednoj živčanoj ćeliji – svi akcijski potencijali su iste veličine. Stoga neuron ili ne dostiže prag ili se aktivira pun akcijski potencijal – ovo je princip “SVE ILI NIŠTA”.

Akcijski potencijali nastaju pri prelasku različitih iona kroz membranu neurona. Podražaj prvo uzrokuje otvaranje natrijevih kanala. Budući da ima mnogo više natrijevih iona izvana, a unutrašnjost neurona je negativna u odnosu na vanjsku stranu, ioni natrija jure u neuron. Upamtite, natrij ima pozitivan naboj, pa neuron postaje pozitivniji i postaje depolariziran. Otvaranje kalijevih kanala traje duže. Kad se ipak otvore, kalij izlazi iz ćelije, poništavajući depolarizaciju. Otprilike u to vrijeme, natrijevi kanali počinju se zatvarati. To uzrokuje da se akcijski potencijal vrati prema -70 mV (repolarizacija). Akcijski potencijal zapravo prelazi -70 mV (hiperpolarizacija) jer kalijevi kanali ostaju otvoreni malo predugo. Postupno se koncentracije iona vraćaju na nivoe mirovanja, a ćelija se vraća na -70 mV.

I evo ga … Akcijski potencijal

Biofizika, Medicina, Medicinska fizika

Ovo su 52 zanimljive činjenice o ljudskom tijelu

Leave a comment

LJUDSKO TIJELO:

1: Broj kostiju: 206
2: Broj mišića: 639
3: Broj bubrega: 2
4: Broj mliječnih zuba: 20
5: Broj rebara: 24 (12 para)
6: Broj srčane komore: 4
7: Najveća arterija: Aorta
8: Normalni krvni pritisak: 120/80 Mmhg
9: Ph krvi: 7.4
10: Broj pršljenova u kičmenom stupu: 33
11: Broj pršljenova na vratu: 7
12: Broj kostiju u srednjem uhu: 6
13: Broj kostiju na licu: 14
14: Broj kostiju u lubanji: 22
15: Broj kostiju u prsima: 25
16: Broj kostiju na rukama: 6
17: Broj mišića na ljudskoj ruci: 72
18: Broj pumpi u srcu: 2
19: Najveći organ: Koža
20: Najveća žlijezda: jetra
21: Najveća ćelija: ženska jajna ćelija
22: Najmanja ćelija: sperma
23: Najmanja kost: Srednje uho
24: Prvi transplantirani organ: Bubreg
25: Prosječna dužina tankog crijeva: 7m
26: Prosječna dužina debelog crijeva: 1,5 m
27: Prosečna težina novorođene bebe: 3 kg
28: Puls u jednom minutu: 72 puta
29: Normalna tjelesna temperatura: 37 ° C (98,4 ° F)
30: Prosječna količina krvi: 4 do 5 LITRA
31: ŽIVOTNO VRIJEME Crvena krvna zrnca: 120 dana
32: ŽIVOTNO VRIJEME Bijela krvna zrnca: 10 do 15 dana
33: Period trudnoće: 280 dana (40 tjedana)
34: Broj kostiju u ljudskom stopalu: 26
35: Broj kostiju u svakom zglobu: 8
36: Broj kostiju u ruci: 27
37: Najveća endokrina žlijezda: štitnjača
38: Najveći limfni organ: Slezina
40: Najveća i najjača kost: Femur
41: Najmanji mišić: Stapedius (srednje uho)
41: Broj kromosoma: 46 (23 para)
42: Broj kostiju novorođene djece: 306
43: Viskoznost krvi: 4,5 do 5,5
44: Univerzalna donatorska krvna grupa: O
45: Univerzalna krvna grupa primaoca: AB
46: Najveća bijela krvna zrnca: Monociti
47: Najmanja bijela krvna zrnca: limfociti
48: Povećani broj crvenih krvnih zrnaca naziva se: Policitemija
49: Banka krvi u tijelu je: Slezina
50: Rijeka života zove se: Krv
51: Normalni nivo holesterola u krvi: 100 mg / dl
52: Tečni dio krvi je: plazma

Savršeno dizajnirana mašina koja vam omogućava da uživate u ovoj avanturi zvanoj život.
Pobrini se za to.
Nemojte ga oštetiti porocima i ekscesima.

Astrobiologija, Biofizika, Fizika "nemogućeg", fizika nemogućega, Fizika okoliša, Fizika sistema, Fizikalizam, Kvantna biologija, Misterije u fizici, Zanimljivost

Kako je život nastao na Zemlji?

Leave a comment

Čovjek se oduvijek pitao kako je nastao, tko ga je stvorio i zašto je stvoren. Pitanja takve prirode postavljana su kroz čitavu ljudsku povijest. Svaki drevni mislilac, filozof ili prorok pokušao je dati odgovor na ovo pitanje i predložiti neki mehanizam za rađanje života.

Čovjek je samo mali dio života. U stvarnosti postoji ogromna raznolikost stvorenja koja se zadržavaju oko nas. Kako su nastali? Jesmo li u bilo kakvom srodstvu s njima? Ovaj članak predlaže vam povratak u daleku prošlost kada na našoj planeti nije bilo života i pomaže vam da zamislite kako je život mogao nastati na njoj.

Panspermija

Prema starogrčkoj ideji, život postoji u cijelom svemiru. Distribuira se na različitim planetima u malim jedinicama kroz svemirsku prašinu, meteoroide, asteroide ili komete. Pretpostavljalo se da će pod povoljnim uvjetima temperature i vlage ove jedinice života oživjeti i roditi početna živa bića.

Vrlo je poznata činjenica da je kozmička prašina prisutna u svemiru. Hoyle i Wickramasinghe 1974. godine predložili su hipotezu da većina prašine u međuzvijezdanom prostoru mora biti uglavnom organska, da bi se život širio, što je Wickramasinghe kasnije pokazao tačnim.

Ali Panspermia pretpostavlja da u univerzumu postoji univerzalno spremište života i na taj način doista izbjegava odgovoriti na pitanje kako je život uopće nastao.

Božansko stvaranje

Jedno vjerovanje, uobičajeno među ljudima svih kultura, jest da su svi različiti oblici života, uključujući i ljudska bića, iznenada stvoreni božanskim djelovanjem prije otprilike 10 000 godina. Taj veliki broj stvorenja uvijek je bio isti i trajat će bez promjene od generacije do generacije, sve do svršetka svijeta.

Takva teorija stvaranja je neuvjerljiva jer fosili biljaka i životinja sugeriraju da je život mnogo starijeg podrijetla. Zapravo, neka istraživanja pokazuju da je život na Zemlji postojao i prije 3,5 milijarde godina.

Spontana generacija

Teorija poznata kao spontano generiranje držala je da složeni živi organizmi mogu nastati iz neživih predmeta. Miševi se mogu spontano pojaviti u uskladištenom zrnu ili se crvi mogu spontano pojaviti u mesu. Sintetizirao ju je grčki filozof i biolog Aristotel.

Prema Aristotelu, životinje i biljke nastaju u zemlji i u tekućini jer u zemlji postoji voda, a zrak u vodi, a u cijelom je zraku vitalna toplina tako da su u određenom smislu sve stvari pune duše. Stoga se živa bića brzo stvaraju kad god su ovaj zrak i vitalna toplina u bilo čemu zatvoreni.

Aristotelov utjecaj bio je tako velik i snažan da je njegov konstrukt spontane generacije ostao neupitan više od dvije hiljade godina. Prema Aristotelu to je bila lako uočljiva istina. No, talijanski je biolog Franceso Redi 1668. godine dokazao da se u mesu nisu pojavili crvi kad muhe nisu mogle položiti jaja.

Slika 1: Kada je tegla zatvorena i nema muha, nema ni crva u mesu.

Spontano stvaranje više nije diskutabilno među biolozima. Do sredine 19. stoljeća eksperimenti Louisa Pasteura i drugih pobijali su tradicionalnu teoriju spontanog stvaranja i podržavali biogenezu, ideju da samo život rađa život.

Hemijska evolucija

Život kakav poznajemo temelji se na molekulama koje sadrže ugljik. Stoga su sovjetski biohemičar, Oparin i britanski biolog Haldane, sugerirali da je život mogao nastati iz jednostavnih organskih molekula. Drugim riječima, da bi se razumjelo podrijetlo života, mora se znati o organskim molekulama na Zemlji.

Rana Zemlja bila je vruća vatrena kugla. Izvori energije poput kozmičkih zraka, UV zračenja, električnog pražnjenja munja i topline vulkana bili su lako dostupni. Stoga je zemlja djelovala poput velike tvornice koja dnevno proizvodi hiljade spojeva. Ovo je bilo stanje uznemirenosti.

U tim teškim uvjetima kisik nije mogao ostati slobodan kisik. Kombiniran je s drugim elementima u spojevima poput vode i vapnenca. Također su nastali spojevi ugljika i vodika, poput metana. Dušik i vodik kombinirani u amonijak. Ti se spojevi danas nazivaju organskim spojevima.

S vremenom je Zemlja počela da se hladi. Kako se dovoljno hladilo, uslijed kondenzacije pare nastale su dugotrajne kiše. Kiše su se počele nakupljati u udubljenjima na Zemlji i tako su nastali oceani. Voda je bila topla i nalik juhi, a sadržavala je razne vrste organskih molekula.

Interakcija između ovih spojeva u toplim vodama rezultirala je stvaranjem još više spojeva, koji su između ostalog sadržavali i aminokiseline u sastavu ugljika, vodika, dušika i kisika. Te se aminokiseline u velikom broju kombiniraju jedna s drugom i tvore proteine koji su građevni blokovi života.

Miller-Ureyev eksperiment

U raspravi o događajima koji su se morali dogoditi prije milijarde godina, postoji određena količina nagađanja i nesigurnosti. Ali obrazloženje mora biti u skladu s velikim brojem dostupnih dokaza, kao i s osnovnim zakonima fizikalnih znanosti.

Gornja ideja mogla bi se testirati ponovnim stvaranjem predloženih uvjeta rane Zemlje u laboratoriju.

Godine 1952. američki biohemičari Stanley Miller i Harold Urey učinili su potpuno istu stvar, ali u vrlo malom opsegu. Plinovitu smjesu metana, amonijaka, vodene pare i vodika u zatvorenoj tikvici na 80 Celzijevih stepeni podvrgavali su električnom iskrenju sedam dana.

Kada su pregledali 7 dana kasnije, utvrdili su da su se na dnu stvorile jednostavne aminokiseline, koje su neophodne za stvaranje proteina. Miller i Urey su pokazali da se nekoliko organskih jedinjenja može spontano formirati simuliranjem uslova rane Zemljine atmosfere, kako pretpostavljaju Oparin i Haldane.

Elementi života, koje čovjek proizvodi u laboratoriju.

Naučna zajednica širom svijeta bila je impresionirana ovim postignućem. Zapravo, tri godine nakon uspjeha Milerovog eksperimenta, američki fizičar Richard Feynman napisao je pjesmu pod naslovom atom u svemiru, slaveći čovjekovo znanje o porijeklu života na Zemlji.

Miller je nastavio svoja istraživanja sve do svoje smrti 2007. Ne samo da je uspio sintetizirati sve više i više vrsta aminokiselina, već je također proizveo širok spektar anorganskih i organskih spojeva vitalnih za ćelijsku izgradnju i metabolizam. Pozdravljamo napore takvog naučnika koji je svoj život posvetio proučavanju najvažnijeg pitanja poznatog čovjeku.

Izvor: https://www.wondersofphysics.com/2019/01/origin-of-life.html?m=1