Kluby

Opowiem o tym, jak patrząc na sieć powiązań, wskazać najważniejszy element. Zagadnienie to nazywane jest "analizą centralności". Ma ono bardzo dużo zastosowań - od wyznaczanie najbardziej wpływowych osób w sieciach społecznych, przez kluczowe węzły w infrastrukturze drogowej czy informatycznej, aż po analizę istotności genów w sieciach biologicznych. W swojej prezentacji skupię się na sieciach terrorystycznych i pytaniu, jak znaleźć terrorystę, który jest "mózgiem" operacji. Czy jest to możliwe, analizując jedynie sieć znajomości i interakcji? Patrząc na siatkę terrorystyczną, która przeprowadziła zamach na World Trade Center 11 września 2001 roku, zobaczymy, jak działają podstawowe miary centralności. Zastanowimy się także, których terrorystów powinniśmy "wyeliminować" z sieci, aby zapobiec atakowi przez rozbicie siatki terrorystycznej na części. Z pomocą przyjdzie nam tu teoria gier, a konkretniej metody oparte na rozwiązaniach gier koalicyjnych.

Tomograf komputerowy jest jednym z ważniejszych narzędzi diagnostycznych w medycynie, umożliwiającym wgląd we wnętrze ludzkiego organizmu bez interwencji chirurgicznej. Aby mogło powstać tak zaawansowane urządzenie, niezbędne były liczne osiągnięcia z fizyki, inżynierii, informatyki i matematyki. Chcąc opisać działanie tomografu komputerowego, napotykamy kilka ciekawych problemów matematycznych związanych m. in. z przetwarzaniem obrazów i obliczeniami maszynowymi. Na wykładzie zostanie krótko przedstawiona historia powstania tomografu komputerowego i zasada jego działania. Główna część będzie jednak poświęcona problemom matematycznym związanym z działaniem tych urządzeń. Mimo że problemy te wymagają zaawansowanej wiedzy matematycznej, przybliżone one będą za pomocą elementarnych pojęć i analogii matematycznych.

Nasz genom składa się z około 6 miliardów pojedynczych nukleotydów i ta informacja (pochodząca od obojga rodziców) opisuje wszystkie nasze cechy dziedziczne. To wie dziś prawie każdy, ale nie każdy zastanawia się jak ta informacja jest przechowywana w naszych komórkach. Kiedy uświadomimy sobie, że te 6 miliardów znaków mieści się na małej pamięci USB, to myślimy, że to zminiaturyzowany zapis. Jednak biologicznie, te 2 metry DNA są upakowane w każdej z dziesiątek bilionów naszych komórek, podczas gdy bilion pamięci USB ważyłby ponad milion ton! Dodatkowo, chromosomy te nie mogą być powrzucane do jąder komórkowych losowo, bo mogłyby poplątać się podczas ich kopiowania przy podziale komórki. Co więcej, każda komórka podczas swojego życia musi „uruchamiać” produkcję RNA z tysięcy genów, a więc fizycznie „odszukać” te miejsca w odpowiednich momentach. Jak zrealizować strukturę 3D chromosomów, która zapewni te wszystkie cechy naraz? Zrozumienie i opisanie tych skomplikowanych struktur to ogromne zadanie badawcze stojące przed nauką, ale na tym wykładzie zajmiemy się obliczeniowymi aspektami tego problemu. Między innymi odpowiemy na pytania: Jak opisać strukturę chromosomów składających się z miliardów części. Czy możemy rozróżnić struktury od siebie? Czy każda komórka ma chromosomy ułożone tak samo? Czy możemy obliczyć postać struktury, której nie widać nawet pod mikroskopem elektronowym?

Co da się obliczyć, a czego nie? Dziś informatycy pytają o to rutynowo w kontekście przeróżnych problemów, jednak pierwsza odpowiedź na to pytanie na dobrą sprawę pojawiła się zanim ktokolwiek zdążył je zadać i wprawiła środowisko naukowe w zakłopotanie. Na początku XX wieku matematycy wierzyli, że każdy problem matematyczny da się rozstrzygnąć za pomocą obliczeń. U szczytu tego optymizmu, w 1928 roku, Dawid Hilbert postulował opracowanie uniwersalnej metody pozwalającego na obliczenie prawdziwości dowolnego stwierdzenia sformułowanego w języku logiki pierwszego rzędu – czyli za pomocą spójników logicznych I, LUB, NIE oraz kwantyfikatorów ISTNIEJE i DLA KAŻDEGO. Niecałe 10 lat później Alan Turing udowodnił, że taki algorytm nie istnieje. A więc są rzeczy, których obliczyć się nie da! Ale co to właściwie znaczy? Wydaje się, że wiemy, co to znaczy obliczyć. Jednak aby pokazać, że czegoś obliczyć się nie da, potrzebujemy więcej niż tylko nieformalnej intuicji. Potrzebujemy definicji obliczenia. W czasie wykładu poznamy trzy co raz ogólniejsze definicje obliczenia i zastanowimy się nad ich wzajemnymi związkami. Dowiemy się również, na czym polega najsłynniejszy problem otwarty teoretycznej informatyki, tj. czy P=NP.

W czasie wykładu zaprezentuję przykłady tzw. dowodów bez słów - przekonujących ilustracji, które pozwalają ,,zobaczyć twierdzenie". Dowody takie, wbrew pozorom, nie ograniczają się jedynie do geometrii. Pojawią się liczne równości, nierówności, skończone i nieskończone sumy liczb, pewne ciekawe ciągi, znane tożsamości trygonometryczne, rozmaite średnie... A wszystko to udowodnimy właściwie wyłącznie na obrazkach, praktycznie bez słów, wzorów czy innych napisów.    

Niedawno odkryty bozon Higgsa wymagał konstrukcji skomplikowanych urządzeń badawczych: akceleratora, w którym zderzane są wiązki protonów oraz detektorów, w których rejestrowane są zdarzenia wiązek. Urządzenia te działają w laboratorium CERN w Szwajcarii. Przy akceleratorze LHC, czyli przy Wielkim Zderzaczu Hadronów umieszczony jest miedzy innymi eksperyment CMS. Ten „Kompaktowy Solenoid Mionowy” jest ogromnym mikroskopem, dzięki któremu można oglądać cząstki elementarne. Podczas wykładu opowiem, jak on działa, jakie rekordy ustanowiono, konstruując detektor oraz jak wybierano przypadki, w których pojawił się sygnał nieznanej dotychczas cząstki.

Nowoczesne technologie informatyczne pozwalają nam na tworzenie różnych modeli w oparciu o rozbudowane bazy danych. Jedną z nich jest GIS, który między innymi pozwala nam na stworzenie modelu powierzchni terenu. Dla geologa jest to wielkie ułatwienie zarówno w pracach kartograficznych jak i poszukiwania różnego typu złóż. Na warsztatach uczestnicy samodzielnie, przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania, wykonają model powierzchni terenu.

Sprawdzimy, z jakiej substancji i dlaczego powstała Ziemia, jak rozwijała się od „dzieciństwa”, co spowodowało ukształtowanie się kontynentów i oceanów, czy w przeszłości były „kryzysy klimatyczne”. Prześledzimy, jak powstało i rozwijało życie się, kiedy wyszło na lądy.

Jakie tajemnice kryje w sobie popularny miód. Czego możemy dowiedzieć się oglądając ukryte w nim mikroskopijne pyłki. W jaki sposób spowodowac, żeby stały się dla nas widoczne i co z tym wszystkim wspólnego ma geologia. Na warsztatch przeprowadzona będzie maceracja miodu, barwienie pyłków, własnoręczne wykonywanie preparatów i oglądanie ich pod mikroskopem. Odkryjemy słodką tajemnicę plastra miodu.

Odległe od Ziemi obiekty gwiezdne są niedostępne dla bezpośrednich badań  mineralogicznych i chemicznych. Jednakże dzięki zachowanym w najbardziej prymitywnych odmianach meteorytów cząstkom materii uważanej bona fide za starszą niż Układ Słoneczny, możliwe jest odczytywanie procesów zachodzących w czerwonych olbrzymach i nadolbrzymach, czy też w trakcie spektakularnych zjawisk eksplozji supernowych.

W wykładzie zaprezentowano historię odkrycia tych niezwykłych i najstarszych nam znanych minerałów. Przedstawiono także aktualne interpretacje ich składu chemicznego, form krystalicznych oraz pokazane zostały powiązania genetyczne pierwotnej materii Układu Słonecznego z rozwojem i schyłkowymi etapami aktywności obecnie już nieistniejących gwiazd.

Nowoczesne technologie informatyczne pozwalają nam na tworzenie różnych modeli w oparciu o rozbudowane bazy danych. Jedną z nich jest GIS, który między innymi pozwala nam na stworzenie modelu powierzchni terenu. Dla geologa jest to wielkie ułatwienie zarówno w pracach kartograficznych jak i poszukiwania różnego typu złóż. Na warsztatach uczestnicy samodzielnie, przy wykorzystaniu specjalistycznego oprogramowania, wykonają model powierzchni terenu.

Muzea są ważnymi centrami naukowymi, wystawienniczymi i edukacyjnymi. Szczególnie w ostatnich 20-tu latach muzea historii naturalnej nabrały dużego rozmachu, stosując nowe technologie, w tym i komputerowe, w organizacji wystaw i w prowadzonej przez siebie edukacji.

Życie na naszej planecie istnieje od co najmniej 3,4 miliarda lat. W tym czasie przechodziło ono zarówno okresy intensywnego rozwoju, kiedy to w krótkim czasie powstawało wiele różnorodnych nowych form, jak okresy, gdy - często w wyniku nałożenia się na siebie kilku czynników środowiska - dochodziło do masowej zagłady.

Wykład przybliży historię badań nad masowymi wymieraniami, przedstawi przyczyny, skutki i ofiary największych z nich oraz jak zmieniły one późniejsze losy życia na Ziemi.

Rozwój cywilizacyjny człowieka jest możliwy tylko z wykorzystaniem zasobów naturalnych Ziemi. Eksploatacja surowców była prowadzona od tysięcy lat, o czym świadczą liczne znaleziska archeologiczne. Przechodzenie na coraz wyższe poziomy rozwoju powodowało lawinowy wzrost zapotrzebowania na surowce. Z kolei pojawienie się potrzeb estetycznych u człowieka spowodowało, że zaczęto wykorzystywać surowce również do produkcji ozdób (biżuteria), zdobienia ciała i wykonywania malowideł naskalnych (farby mineralne). Czy możemy sobie wyobrazić nasze funkcjonowanie bez surowców mineralnych. Rozglądnijmy się dookoła: wszystko co nas otacza, a jest wytworem człowieka jest zbudowane z przetworzonych surowców mineralnych. Paradoksem natomiast jest to, że o wiele większą wagę przywiązujemy do ochrony odnawialnych elementów przyrody niż jej elementów nieodnawialnych, jakimi są złoża surowców mineralnych.

Na spotkaniu zostaną zaprezentowane aplikacje webGIS umożliwiające wirtualne zwiedzanie ciekawych miejsc nad Wisłą.  Uczestnicy spotkania wezmą udział w quizie polegającym na odgadnięciu miejsca pokazanego na fotografiach, mapach i zdjeciach lotniczych.

Niebagatelną rolę w odkrywaniu naukowym świata odegrali wysyłani przez ogrody botaniczne, muzea przyrodnicze, a także stowarzyszenia ogrodników czy prywatne firmy ogrodnicze profesjonalni kolekcjonerzy. Ich zadaniem było odnajdywanie nowych gatunków roślin ozdobnych do ogrodów i oranżerii, gatunków o znaczeniu gospodarczym czy nowych ziół i leków. Poznamy historię kilku fascynujących postaci botaników i jeszcze ciekawsze, często zawiłe drogi dotarcia do naszych ogrodów kilku gatunków ozdobnych roślin.

W trakcie wykładu zostaną omówione podstawy działania układów elektrochemicznych umożliwiających redukcję dwutlenku węgla do prostych związków organicznych, w tym paliw. Procesy takie w pewnym stopniu przypominają naturalnie zachodzącą fotosyntezę, ale z wykorzystaniem innych materiałów. Zostaną zaprezentowane współczesne koncepcje badawcze w tej dziedzinie oraz możliwe osiągnięcia praktyczne, istotne też z punktu widzenia ekologii.

Jesteśmy przyzwyczajeni do czterowartościowego atomu węgla, wyjątkiem są tlenek węgla i izonitryle. Ale nie tylko - ważną grupą użytecznych w syntezie organicznej cząstek aktywnych są karbeny, nietrwałe pochodne węgla dwuwartościowego. Zostaną przedstawione: historia odkrycia tych cząstek, najważniejsze sposoby ich generowania oraz charakterystyczne reakcje.

Na wykładzie zostanie przedstawiony ogólny sposób prowadzenia reakcji z udziałem anionów organicznych, znany pod nazwą kataliza międzyfazowa. Ta metodologia została odkryta na Wydziale Chemicznym Politechniki Warszawskiej i jest szeroko stosowana zarówno w przemyśle, jak i praktyce laboratoryjnej. Wyjaśnimy też o co chodzi ze strip-teasem.

Dowiemy się, jak wygląda praca laboratoryjna z drożdżami, które są intentywnie wykorzystywane w procesach biotechnologicznych. Wyizolujemy własnoręcznie z drożdży DNA i "obejrzymy" go za pomocą wybranych metod laboratoryjnych.

Inwazje biologiczne obcych gatunków stanowią jeden z najbardziej złożonych problemów w ekologii i ochronie przyrody. Wykład będzie dotyczył bardzo aktualnego i głośnego ostatnio tematu inwazji barszczu Sosnowskiego (Heracleum sosnowskyi) i barszczu olbrzymiego (Heracleum mantegazzianum) na terenie Polski. Oba gatunki są szkodliwe dla człowieka, zwierząt a nawet innych roślin. Słuchacze dowiedzą się, jak odróżnić te groźne rośliny od innych, podobnych a nieszkodliwych, poznają historię i uwarunkowania szybkiego rozprzestrzenienia się barszczy kaukaskich w Polsce oraz metody walki z tymi niebezpiecznymi gatunkami. Nakreślony zostanie również ogólny problem inwazji roślinnych.

Do niedawna większość badań nad biologicznym podłożem uzależnień prowadzonych na zwierzętach, skupiała się na jednym, wybranym aspekcie zachowania związanego z zażywaniem substancji uzależniającej. W ostatnich latach pojawiły się kompleksowe, tzn. uwzględniające różne aspekty choroby, zwierzęce modele uzależnienia. W czasie wykładu zostanie wyjaśnione, z czego wynika konieczność stosowania modeli zwierzęcych w badaniach nad biologicznymi przyczynami chorób psychicznych.  Zostaną także omówione kompleksowe modele uzależnień, w tym model stosowany w naszym laboratorium. Na koniec zostaną przedstawione wyniki badań eksperymentalnych, prowadzonych przy użyciu tego modelu, nad biologicznym podłożem uzależnienia od alkoholu

Białka fluorescencyjne, po uprzednim wzbudzeniu, są zdolne do emisji światła o różnych długościach fali, czyli do świecenia w różnych kolorach. Ich wielka kariera rozpoczęła się niepozornie od wyizolowania na początku lat sześćdziesiątych XX w. zielonego białka fluorescencyjnego  (GFP) z komórek stułbiopława Aequorea victoria. Od tego czasu została skonstruowana cała paleta różnokolorowych białek fluorescencyjnych, które stały się potężnym narzędziem w badaniach biologicznych, pozwalając zobaczyć to, co wcześniej pozostawało niewidoczne. Dziś jednym z podstawowych zastosowań białek fluorescencyjnych jest używanie ich jako świecących znaczników. Dzięki dołączeniu takiego znacznika można analizować inne (nieświecące) białka bezpośrednio w komórkach, czyli tam, gdzie normalnie funkcjonują. W 2008 r. badania nad białkami fluorescencyjnymi zostały uhonorowane Nagrodą Nobla, którą otrzymali Osamu Shimomura, Martin Chalfie i Roger Y. Tsien. Na wykładzie będzie można usłyszeć o historii tych badań, o niezwykłej budowie GFP, która warunkuje jego szczególne właściwości oraz o zastosowaniu białek fluorescencyjnych w badaniach biologicznych na poziomie komórkowym.

Już od ponad 20 lat prowadzi się badania nad skonstruowaniem tzw. komputera DNA, czyli "urządzenia", które rozwiązywałoby problemy, a nie byłoby oparte o układy scalone, znane z konwencjonalnych komputerów czy smartfonów. Na wykładzie krótko zostanie omówiona historia badań nad komputerami DNA, ale co istotniejsze, zostaną przedstawione także najświeższe wyniki badań dotyczące tych fascynujących i bardzo wydajnych maszyn molekularnych. Czy przyszłość informatyki do komputery DNA?