S3++ 2010 (18.-27. srpnja): PROGRAM

PROJEKTI

RADIONICA

PREDAVANJA

Downloadajte dnevni raspored (en).

PROJEKTI

Evolucija u računalnom programu Core – putovanje kroz osnove umjetnog života

Umjetni život je područje računalne znanosti koje koristi računala za stvaranje različitih modela prirodnih procesa. Ciljevi ove grane su dvojaki - dobiti bolji uvid u to kako priroda funkcionira, ali i pokušati stvoriti život u računalnom okolišu. Tijekom projekta proučavat će se CoreWar, Tierra i Avida. Sva tri programa su modeli umjetnog života u kojima se kompjutorski programi pisani u posebno dizajniranim jezicima natječu u simuliranom okolišu za memoriju i CPU vrijeme. Kako bi se to postiglo, oni se razmožavaju, mutiraju, evoluiraju i bore se za opstanak. CoreWar će biti naše "igralište" u ostatku projekta, s naglaskom na metodama inspiriranima evolucijom poput genetičkog programiranja i genetičkih algoritama općenito. Sudionici će naučiti osnove umjetne inteligencije (AI)i te vidjeti kako je moguće stvoriti inteligentne sustave. Tijekom preostalog vremena, proučit će se osnove matematičkog modeliranja i staničnih automata.

Tijekom praktičnog dijela, polaznici će upotrijebiti CoreWar modele za testiranje i primjenu znanja koje su dobili tijekom predavanja. Koristit će genetičko programiranje kako bi stvorili nove populacije CoreWar programa i analizirali njihova svojstva. Polaznici će naučiti i različite strategije preživljavanja koje se koriste u umjetnim formama životate te ih korelirati sa svakodnevnim životom.


Nenad Tomašev
Jožef Stefan Institut, Ljubljana, Slovenija

Nenad je doktorand na poslijediplomskom studiju instituta Jožef Stefan u Ljubljani i dodiplomski student matematike na Sveučilištu u Novom Sadu. Njegov istraživački interes leži u područjima inteligentne analize podataka i otkrivanaja znanja, umjetne inteligencije, stohastičke optimizacije, matematičkog modeliranja i dinamičnih sistema. Njegovi hobiji su šah i planinarenje.

 


Nuklearna magnetska rezonancija – izrada i primjena

Od njenog otkrića 1946. nuklearna magnetska rezonancija (NMR) postala je jedna od najvažnijih ekspermentalnih tehnika u fizici, kemiji, biokemiji i medicini. NMR omogućava precizno određivanje kemijske strukture (naročito velikih biomolekula) i identifikaciju kemijskih spojeva, što je od velike važnosti kemičarima i biokemičarima. Za proučavanje atomske dinamike i okolina u kristalima, staklima i složenim otopinama također se koristi NMR ('fizikalni NMR'). U novije vrijeme nuklearna magnetska rezonancija primjenjuje se i u medicini, kroz MRI (Magnetic Resonance Imaging), gdje se efekt nuklearne magnetske rezonancije vodikovih jezgara koristi za dobivanje raspodjele vode u ljudskom tijelu. MRI daje vrlo detaljne trodimenzionalne slike tijela i postao je jedan od najvažnijih dijagnostičkih aparata u poslijednje vrijeme.

Cilj ovog projekta je konstrukcija potpuno funkcionalnog NMR spektrometra za vodik (protone) i iskoristiti ga za jedan fizikalni i jedan kemijski eksperiment. Za su potrebne osnove teorije NMRa (uključujući malo kvantne mehanike), nešto visokofrekventne elektronike i osnovnog programiranja. Tijekom dva predviđena eksperimenta sudionici će se baviti i nekim aspektima fizike kondenzirane materije te fizikalne kemije. Fizikalni eksperiment će biti istraživanje feroelektričnog faznog prijelaza triglicin - sulfata do kojeg dolazi radi pomicanja vodikovih atoma u kristalnoj strukturi, dok će se u kemijskom eksperimentu pokušati identificirati nepoznati spoj pomoću njegovog NMR spektra.


Damjan Pelc
PMF, Sveučilište u Zagrebu

Damjan je student četvrte godine fizike na Prirodoslovno-matematičkom fakultetu u Zagrebu. Glavni interesi su mu fizika čvrstog stanja, posebno neuređeni sustavi i fazni prijelazi. Ovo mu je treća godina kao mentoru na Ljetnoj školi znanosti. Kad se ne bavi fizikom, voli glazbu (skoro) svih vrsta i povremeno stolni tenis.

 


Traženje gena za otpornost na antibiotike putem filogenetskog profiliranja

U poslijednjem desetljeću, sekvenciranje DNA postalo je pristupačno i pouzdano, što je omogućilo dovršenje projekta "Ljudski genom", ali također i genomskih sekvenci za preko 1000 različitih bakterijskih vrsta. Neke od njih su opasne za ljude, neke mogu izdržati mnogo zračenja i preživjeti unutar nuklearnog reaktora, dok neke sretno žive u skoro kipućoj ili skoro smrznutoj vodi, ili čak u vrlo slanom Mrtvom moru. Kako bakterije uspijevaju postići sve ovo, uglavnom se ne zna. Nadalje, za 30% gena u bakterijama ne znamo koja im je funkcija. Ova grupa koristit će bioinformatičku metodu pod imenom "filogenetsko profiliranje" kako bi pogodila funkciju nekih od tih gena, i zatim je provjerila eksperimentima u mikrobiološkom laboratoriju.

U ovom projektu, studenti će naučiti kako nam bioinformatika može pomoći u otkrivanju funkcija za prethodno slabo opisane gene. Studenti će napisati računalni program koji 'sravnjuje' sekvence gena ili proteina (engl: sequence alignment) kako bi odredio da li su dvije sekvence slične ili ne. Koristit ćemo programski jezik Python. Ovaj program ćemo zatim primjeniti da pronađemo homologe (slične sekvence) gena Escherichije coli u drugim bakterijskim genomima. Ove rezultate obradit ćemo metodama strojnog učenja (engl. data mining, machine learning) koje će nam pomoći u određivanju funkcija za nepoznate gene. Na kraju ćemo testirati naša predviđanja u laboratoriju uzgajajući (u prisustvu antibiotika) mutante E. coli kojima nedostaje jedan gen. Ukoliko taj gen pomaže u otpornosti na antibiotike, mutant bez gena bit će osjetljiviji na prisutnost antibiotika u mediju.


Fran Supek
Institut Ruđer Bošković, Zagreb

Fran je trenutno znanstveni novak u Laboratoriju za informacijske sustave na Institutu "Ruđer Bošković" u Zagrebu. Njegovi znanstveni interesu uključuju primjenu novih tehnika umjetne inteligencije na razne biološke probleme, npr. u genomici, analizi sekvenci proteina i računalnom dizajnu antitumorskih lijekova. Fran je bio voditelj projekta na S3++ 2007, i jedan od organizatora S3++ 2009.

 

Jelena Repar
Institut Ruđer Bošković, Zagreb

Jelena je doktorski student u Laboratoriju za molekularnu mikrobioologiju na Institutu "Ruđer Bošković" u Zagrebu. Ona radi u polju rekombinacije i popravka DNA u bakteriji Deinococcus radiodurans, otpornoj na zračenje - nekad je zovu i "Konan Bakterija". Prvi put je došla na Ljetnu školu znanosti 2009. godine kao predavač.

 

 

Holografija – čudesno hvatanje svjetla

U svojim nastojanjima da razumiju svojsta svjetlosti znanstvenici su došli do brojnih novih saznanja i tehnologija. Jedno od posebno iznenađujućih svojstava svjetlosti je činjenica da više-manje normalan fotografski film može pohraniti i prikazati naizgled trodimenzionalne slike objekta - proces nazvan holografija. Ona ne samo da omogućuje stvaranje fascinantnih holografskih slika (koje uljepšavaju naše kreditne kartice), već ima i brojne druge primjene. Od vizualizacije istezanja materijala, do dizajniranja revolucionarnih novih generacija naprava za elektroničku pohranu informacija, holografija nudi više nego što se čini na prvi pogled. No, kako je to moguće? Osnovna ideja iza holograma je miješanje laserske svjetlosti koja se raspršuje s objekta (i time nosi informaciju o njemu) s neraspršenom 'referentnom' laserskom svjetlošću. Ta se mješavina zatim snima pomoću fotografskog filma koji - nakon razvijanja i ponovnog osvjetljavanja - čudesno rekreira snimljeni objekt.

Ovaj projekt će se baviti teorijskim i eksperimentalnim aspektima holografije. Sudionici će pomoću matematičkih računa i simulacija u računalu proučiti svojstva laserske svjetlosti i osnove linearne optike (manipulacija svjetlosti pomoću leća i zrcala). Zatim će vidjeti kako intrigantna svojstva interferencije i difrakcije svjetlosti mogu biti upotrijebljena za pohranjivanje trodimenzionalnih informacija o objektima. Sudionici će potom, zahvaljujući ovim saznanjima, izraditi eksperimentalno sučelje za izradu svojih vlastitih jednostavnih holografskih slika.


Nicholas Harrigan
Imperial College London, Velika Britanija

Nicholas radi na Odsjeku za fiziku na Imperial College u Londonu. Napravio je doktorat na kvantnom računarstvu, proučavajuću kako se neobična svojstva malih atoma mogu upotrijebiti za izgradnju vrlo moćnih računala. On također ima veliki interes u znanstvenoj edukaciji te je proveo godinu dana predavajući srednjoškolskim učenicima. U slobodno vrijeme Nicholas voli igrati Super Mario Bros.

 


Biomolekularne interakcije – kompleks jezgrine pore

 

Razumijevanje životnih procesa na molekularnoj razini zahtijeva posebno znanje o tome kako komponente untar žive stanice interreagiraju: kako se udružuju i odvajaju, te kada se i gdje u stanici to zbiva. Srećom, biolozi na raspolaganju imaju brojne alate pomoću kojih dobivaju informacije o biomolekularnim interakcijama. Usredotočit ćemo se na proučavanje proteina koji je dio kompleksa jezgrine pore (nuclear pore complex – NPC) u kvascu. Koristit ćemo nekoliko osnovnih analitičkih metoda da razlučimo molekularne interakcije našeg proteina od interesa unutar nuklearnih pora.

NPC-ovi su esencijalni za život eukariotskih organizama, oni reguliraju kako molekule prolaze između jezgrinih i citoplazmatskih odjeljaka unutar stanice. Mogu se smatrati efikasnim sistemima regulacije molekularnog transporta ili kompleksnim uređajima za sortiranje koji u pravo vrijeme propuštaju pravu molekulu u pravi stanični odjeljak. Naravno, neuspjesi i oštećenja u ovom procesu, kao i u svakom bitnom staničnom sustavu, mogu dovesti do bolesti.

U ovom projektu proučavat ćemo koji sve drugi proteini interreagiraju s našim ciljanim proteinom u različitim eksperimentalnim uvjetima. To bi nam trebalo pomoći da odredimo neke osnovne principe organizacije kao i molekularne interakcije unutar kompleksa jezgrine pore i/ili cijele stanice. Na temelju rezultata koje ćemo dobiti, postavit ćemo hipotezu kako se te interakcije međusobno odnose. To će pokazati kako otkriće olakšava hipotezu i razmotrit ćemo koji bi dodatni eksperimetni bili korisni da dokažemo našu hipotezu.

 

John LaCava
Sveučilište Rockefeller, New York, SAD

John je postdoktorski istraživač u Laboratoriju za staničnu i strukturnu biologiju na sveučilištu Rockefeller u New Yorku, SAD. Doktorat iz molekularne genetike napravio je na Sveučilištu Edinburgh u Škotskoj. Trenutno se bavi istraživanjima koja uključuju molekularnu biologiju, biokemiju i proteomiku s ciljem dobivanja strukturnih modela dinamičnih biomolekularnih sustava. John se također bavi edukacijom i mentorstvom studenata te podupire nekoliko programa koji studentima pružaju praktična laboratorijska iskustva. Osim toga, John je pokretač projekta kojim se praktična znanost uvodi u pop kulturu preko umjetnosti i glazbe: www.soundsofscience.net

 

 

RADIONICA

Multidisciplinarni Znanstveni Izazov

Osnovni cilj Multidisciplinarnog znanstvenog izazova (MZI) je riješiti znanstveni problem koristeći multidisciplinarni pristup. Radionica MZI sastoji se od kratkog uvodnog dijela, praktičnog rada u grupama i završne rasprave. Iz praktičnih razloga, sama tema radionce ostat će tajna do uvodnog dijela. Polaznici će biti podijeljeni u jednu od tri grupe: računalnu grupu, grupu za biologiju i grupu za kemiju. Nakon četiri sata praktičnog rada svaka će grupa tijekom završne rasprave prezentirati ostalima svoje rezultate. Do konačnog rješenja zadanog problema može se doći pomoću podataka dobivenih radom svih triju grupa.

Voditelji radionice: Nino Antulov-Fantulin, Marko Košiček, Anamarija Štafa

 

Znanost i društvo

Ove godine su Sjedinjene Američke Države bile suočene s najvećim izlijevanjem nafte u more u svojoj povijesti kada je bušotina "Deepwater Horizon" eksplodirala u Meksičkom zaljevu u travnju. Od tada svjedočimo ekološkoj katastrofi epskih razmjera, izlijevanju koje prijeti mnogim životinjskim vrstama i njihovim staništima. Uz to, izlijevanje prijeti ekonomiji južnih država SAD-a, ponajviše ribarstvu i turizmu. Tko je odgovoran? Dionice BP-a su pale kada je postalo jasno da će tvrtka morati platiti veliki račun za čišćenje, što je prodrmalo svjetsku ekonomiju. Na primjer, mirovinski fondovi u Velikoj Britaniji posjeduju velik broj dionica BP-a i time su odgovorne za ekonomsku stabilnost umirovljenika.

Katastrofa je pokazala koliko su naš okoliš i ekonomija međusobno povezani. Također je izložila i ulogu državnih agencija i podigla svijest među građanima o mogućim posljedicama prevelikog oslanjanja na naftu za zadovoljavanje naših energetskih potreba. U ovoj radionici, simulirat ćemo javno donošenje odluka proučavanjem projekta Družba-Adria, naftovoda između Rusije i hrvatske obale. Istražit ćemo problem kroz nekoliko gledišta, od građana, ekologa, političara i naftne industrije.

Voditelj radionice: Branimir Lukić

PREDAVANJA

"Od matičnih stanica do inženjeringa tkiva: suočavanje s izazovima"
Alan Ivković, Klinički bolnički centar, Zagreb

“Prezentacija znanstvenih rezultata”
Fran Supek, Institut Ruđer Bošković, Zagreb

“Samoorganizacija na mekim površinama”
Anđela Šarić, Columbia University, New York

"Tunguska eksplozija ... nakon 102 godine više nije misterija"
Korado Korlević, Zvjezdarnica Višnjan