Автор Тема: Интересные новости и комментарии  (Прочитано 480644 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2220 : Март 24, 2021, 19:56:20 »
Найден организм, у которого нет белков для репликации ДНК
https://www.popmech.ru/science/news-683513-nayden-organizm-u-kotorogo-net-belkov-dlya-replikacii-dnk/?from=main_middle
Цитировать
Биологи обнаружили одноклеточный организм, который выживает без большей части молекул, необходимых для репликации ДНК. Исследователи пока не знают, как этому эукариоту удается выживать и размножаться.

У этого одноклеточного организма нет семи белков, необходимых для репликации ДНК. Но как он тогда делится? Ответ на этот вопрос биологи пока не нашли
 
Репликация ДНК имеет фундаментальное значение для размножения, поэтому считалось, что системы репликации ДНК присутствуют у всех непаразитических видов эукариот. Но новое открытие показывает, что это не так. Канадские исследователи из Университета Далхаузи обнаружили, что у микроорганизма вида Carpediemonas membranifera нет большей части молекул, необходимых для репликации ДНК.
 
Авторы работы считают, что это одноклеточное должно иметь пока неизвестный науке механизм, позволяющий ему копировать свою ДНК. В рамках своего исследования биологи решили изучить этого эукариота, живущего в донных отложениях в среде с низким содержанием кислорода. Для этого ученые секвенировали его геном. Они были удивлены, когда обнаружили, что у Carpediemonas membranifera отсутствуют несколько генов, в том числе те, что кодируют белки, запускающие репликацию ДНК.
 
Сначала исследователи подумали, что это ошибка оборудования или протокола исследования. Поэтому они целый год повторяли секвенирование и анализировали экспериментальные данные. Но всякий раз биологи не находили у одноклеточного нужных генов. Авторы работы показали, что у C. membranifera есть полимеразы — ферменты, которые копируют одну нить ДНК, чтобы создать новую генетическую молекулу. Но для дальнейших этапов репликации клетке требуются еще шесть белков, которые образуют пререпликационный комплекс (origin recognition complex/ORC), и фермент Cdc6. Все они отсутствуют у C. membranifera.
 
Наиболее вероятное объяснение существованию такого организма заключается в том, что у него есть еще один механизм для запуска репликации ДНК. Отсутствие стандартной системы репликации — не единственная странность микроорганизма. У C. membranifera также отсутствуют белки, которые помогают перемещать ДНК при делении клеток. Ученые пока не знают, как этот эукариот делится, но будущие исследования помогут пролить свет на механизм этого процесса.
 
Препринт работы опубликован на сервисе bioRxiv.org.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2221 : Март 25, 2021, 11:28:36 »
Эффективный полимеразный рибозим подкрепил гипотезу мира РНК
https://nplus1.ru/news/2021/03/25/clamp-your-rna
Цитировать

Промотор-зависимое копирование РНК рибозимом с зажимом

Канадские ученые методом эволюции в пробирке создали РНК-фермент (рибозим), способный уcтойчиво воспроизводить молекулы РНК после специфического распознавания их промотора. Это вносит существенный вклад в поддержку гипотезы зарождения современной жизни на Земле на основе РНК. Отчет об исследовании опубликован в журнале Science.

Концепцию мира РНК впервые сформулировал в 1962 году Александр Рич (Alexander Rich), термин ввел в 1986 году Уолтер Гилберт (Walter Gilbert). Суть этой гипотезы состоит в том, что на заре эволюции первой сложной биомолекулой, способной к самовоспроизведению и катализу, была рибонуклеиновая кислота (РНК). Ее мономеры — нуклеотиды — могли образовываться в ходе химических реакций без участия живых систем, в 2020 году Томонори Тотани (Tomonori Totani) предложил статистическую модель ее случайного возникновения во Вселенной. Позже РНК эволюционировала в дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), лучше подходящую для хранения генетической информации, а ее соединения с пептидами — рибонуклеопротеины — в белки, лучше выполняющие каталитические, транспортные, структурные и сенсорные функции. Наследниками мира РНК в современных организмах считаются рибосомы, чья рибозимная активность отвечает за процесс трансляции, а также универсальное производство и хранение энергии в виде аденозинтрифосфата (АТФ) и функционирование рибонуклеотидов в качестве коферментов и сигнальных молекул.

Предложены и альтернативные теории зарождения жизни на Земле. Также не исключено, что РНК-жизнь была не первой, но оказалась наиболее успешной. Тем не менее гипотеза мира РНК в настоящее время доминирует в науке, хотя и в ней есть немало пробелов. Один из них — объяснение возникновения полимеразных рибозимов (синтезирующих РНК на матрице РНК), которые обладают достаточной процессивностью (способностью присоединять последовательные мономеры без высвобождения получающегося полимера). Существующие попытки их создания in vitro особым успехом не увенчивались из-за низкой аффинности таких рибозимов к матрице.

Петер Унрау (Peter Unrau) и Разван Кожокару (Razvan Cojocaru) из Университета Саймона Фрейзера предположили, что РНК-полимеразный рибозим может частично гибридизироваться со специфичным праймером, который напоминает бактериальный сигма-фактор инициации транскрипции, обеспечивающий связывание РНК-полимеразы с промоторами определенных генов. Такой аналог скользящего зажима в открытой конфигурации мог бы находить матричную одноцепочечную РНК и после ее фиксации отделять праймер от сайта его связывания с рибозимом, переводя зажим в закрытую форму и обеспечивая процессивность. По схожему принципу работают бактериальные ДНК-зависимые РНК-полимеразы.

Чтобы проверить свою гипотезу, авторы работы оттолкнулись от известного РНК-полимеразного рибозима B6.61, состоящего из каталитического лигазного ядра и дополнительного домена, обеспечивающего присоединение нуклеозидтрифосфатов (мономеров нуклеиновых кислот). В исходную молекулу внесли изменения, добавив к ней праймер-связывающий сайт, вставляя случайные последовательности до получения 1013 вариантов биомолекулы и удалив лишнюю последовательность из дополнительного домена. Полученный пул молекул подвергли 30 циклам направленной селекции, отсеивающей неспецифичные к матрицам варианты и выделяющей работоспособные зажимы и высокую процессивность.

Путем дальнейшей эволюции в пробирке под действием различных мутагенов исследователи получили функциональный РНК-полимеразный рибозим с зажимом (clamping polymerase, CP). В ряде экспериментов он успешно определял промоторы заданных РНК-матриц, связывался с ними и эффективно производил их копии подобно тому, как работают ДНК-зависимые РНК-полимеразы прокариот.


Инициация транскрипции полимеразным рибозимом с зажимом (сверху) и бактериальной ДНК-зависимой РНК-полимеразой (в центре). Внизу — вторичная структура открытого и закрытого зажима

«Эта РНКовая полимераза обладает многими характеристиками современных белковых полимераз; она эволюционировала так, чтобы распознавать РНК-промотор и процессивно копировать РНК. Полученные результаты подразумевают, что схожие рибозимы на ранних стадиях развития жизни могли приобрести столь же сложные биологические свойства», — пояснил Унрау.


СР процессивно удлиняет множественные праймеры на одном типе промотора


Селективность промотора, обеспеченная синтезом специфичного праймера на основе последовательности праймер-связывающего домена СР

«Путем изучения фундаментальной сложности жизни в лабораторных условиях, мы можем начать оценку вероятности того, насколько другие планеты, такие как Марс, имели или до сих пор имеют потенциал для поддержания жизни», — добавил он.

Ранее исследователям уже удавалось использовать «эволюцию в пробирке» для синтеза РНК-полимеразных рибозимов, но не обладающих зажимом и ограниченных по точности синтеза. Также различные научные коллективы показали, что синтезу нуклеотидов при возникновении жизни способствовала цикличная смена влажности, а подходящей подложкой для синтеза из них РНК могла служить глина.
P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Возникновение глины связали с зарождением жизни
https://nplus1.ru/news/2017/04/11/claylife

Циклическая смена влажности помогла синтезу нуклеозидов в РНК-мире
https://nplus1.ru/news/2019/10/03/rnaworld

Рибозим справился с синтезом своего предка
https://nplus1.ru/news/2020/01/28/bravernaworld

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2222 : Март 27, 2021, 12:01:11 »
Биологи определили кроличий ген хождения на передних лапах
https://nplus1.ru/news/2021/03/26/rabbits-on-forelimbs
Цитировать


Одна из пород домашних кроликов известна нарушениями в координации движений: чтобы компенсировать недостаточную синхронизацию задних лапок, кролики при ходьбе полностью поднимают заднюю часть и передвигаются только на передних. Биологи нашли ген, соответствующий этому расстройству и показали, что он влияет на формирование вставочных нейронов в спинном мозге животных. Работа опубликована в PLOS Genetics.

Хорошо скоординированные движения конечностями для животных – вопрос жизни и смерти (и успешного размножения). Обработка получаемой информации (визуальной, слуховой, вестибулярной) и соответствующие двигательные команды, посылаемой нервной системой, формируют походку животного. Расположенная в спинном мозге нейронная сеть – центральный генератор упорядоченной активности – управляет ритмом движений, активностью мышц-сгибателей и разгибателей, а также координирует движения правых и левых конечностей. Многие млекопитающие могут менять свою походку в зависимости от необходимой скорости и рельефа, выбирая ходьбу, рысь или галоп. Походка различается у разных видов животных: кто-то передвигается на двух конечностях, кто-то на четырех; кто-то чередует правые и левые конечности, у кого-то их движения синхронизированы (например, во время прыжков у зайцев или кенгуру).

Исследователи часто интересуются биомеханикой, морфолофологическими и физиологическими адаптациями, которые характеризуют разные способы передвижения у животных. Однако генетические и молекулярные механизмы, которые объясняют различия между движениями отдельных особей и представителями разных видов, редко попадают в поле зрения ученых.

Среди млекопитающих кролики и зайцы особенно выделяются своим скачкообразным способом передвижения. Их передние лапы сгибаются и разгибаются поочередно, а задние – синхронно, вместе, с большей амплитудой, что и позволяет этим животным прыгать. Одна из пород одомашненных кроликов, альфорский прыгун (sauteur d'Alfort), известна своим странным способом передвижения. Когда таким кроликам требуется небольшая скорость, они слишком сильно поднимают свои задние лапы. На большой же скорости задние лапы не синхронизируются, и альфорские прыгуны так и не могут прыгать. Расстройство сильно снижает эффективность передвижения, и кролики по-особому адаптировались: ради длительной или более быстрой ходьбы животные стали поднимать свои задние лапы и ходить только на передних, как акробаты. К сожалению, это не единственная проблема, с которой сталкиваются представители породы. Кролики рождаются слепыми из-за дисплазии сетчатки. Фенотип альфорских прыгунов, который включает в себя особенности походки и поражения глаз, контролируется одной-единственной аутосомной рецессивной аллелью (sam).

Ученые из Университета Порту и Уппсальского университета под руководством Лейва Андерссона (Leif Andersson) изучили генетический механизм, лежащий в основе необычной походки альфорских прыгунов. Исследователи провели эксперимент, который позволяет определить генетические маркеры, связанные с тем или иным мутантным фенотипом. Альфорских прыгунов скрестили с особями другой породы и провели полногеномное секвенирование второго поколения потомства.

Внимание ученых привлек один участок, который был свойственен прыгунам, и который, предположительно, должен был содержать искомую мутацию. Участок размером 5,4 миллионов пар нуклеотидов подробно проанализировали на предмет единичных замен, вставок или удалений нукледотидов, а также более крупных структурных изменений. Оказалось, что мутация в гене RORB приводит к неправильному сплайсингу, то есть неправильному формированию зрелой матричной РНК, по которой синтезируется соответствующий белок. Этот же участок гена оказался консервативным: его нашли еще у 70 плацентарных животных, генетическая информация которых была доступна авторам работы. Также известно, что мыши с удаленным геном Rorb тоже испытывают проблемы с сетчаткой и координацией движений: у них проявляется «утиная» походка.

Дальнейшие эксперименты показали, что у кроликов с этой мутацией сильно снижено количество нейронов с белком RORB (по сравнению со здоровыми). У мышей с такой же мутацией RORB играет  роль в дифференциации клеток фоторецепторов в сетчатке и определенных слоев неокортекса. Авторы работы показали, что у кроликов RORB вовлечен в процесс дифференциации вставочных нейронов в спинном мозге. Вероятно, это нарушение и приводит к плохой координации движений животных.

Мутации в одном гене нередко приводят неожиданным изменениям в организме животных. Не всегда эти мутации вредны: так, замена одного нуклеотида помогла арктическим сапсанам увеличить дальность миграций, а мутация в единственном гене сделала мышей умными и смелыми.
P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Мутация единственного гена сделала мышей умными и смелыми
https://nplus1.ru/news/2015/08/17/brave-smart-mice

Замена единственного нуклеотида помогла арктическим сапсанам увеличить дальность миграций
https://nplus1.ru/news/2021/03/05/falco-peregrinus

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2223 : Март 28, 2021, 12:50:51 »
Насекомые позаимствовали гены у растений
https://www.nkj.ru/news/41067/
 
Цитировать
Белокрылки защищаются от растительных токсинов с помощью гена, который сами стащили у растений много миллионов лет назад.

Мы не можем поделиться с другим человеком собственными генами. Точнее, можем, но для этого нужно родить ребёнка, который их унаследует. Но вот так, чтобы встретиться на улице, пожать друг другу руку и с рукопожатием получить себе в геном один-два гена – такое у нас невозможно.

Зато возможно у бактерий. Они передают генетическую информацию не только по вертикали, то есть по линии предок–потомок, но и по горизонтали, то есть просто друг другу, вне процесса размножения. Это называется горизонтальным переносом генов (ГПГ). Бактерии могут передавать и принимать чужую ДНК в ходе особого процесса, который называется конъюгацией, или же когда одна клетка поглощает другую, или же просто подбирая из окружающей среды ДНК, оставшуюся от другой клетки. Ген «осваивается» на новом месте и начинает работать на благо нового хозяина. Также горизонтальный перенос генов распространён у архей, хотя  механизмы его у них другие.

Что до животных, растений, грибов, то ещё совсем недавно считалось, что у них горизонтальный перенос генов случается очень и очень редко, если вообще есть. Но со временем стали появляться данные, что на самом деле он у них не так уж и редок. Так, мы писали о том, что грибы неоднократно заимствовали гены бактерий, благодаря чему смогли наладить симбиоз с растениями, а некоторые виды грибов даже научились с помощью бактериальных генов чувствовать гравитацию. Есть множество примеров того, как бактериальные гены заимствовали растения, членистоногие и едва ли не человек.

Но у бактерий позаимствовать ген, может быть, не так уж трудно. А вот были ли случаи, когда один сложный многоклеточный организм заимствовал ген у другого сложного многоклеточного? Как раз такой случай описан в статье в Cell, посвящённой табачной белокрылке. Это насекомое распространено буквально повсеместно, и особенно хорошо знакомо тем, кто занимается сельским хозяйством – потому что табачная белокрылка считается одним из самых опасных вредителей. Её личинки кормятся более чем на 600 видах растений, и не просто высасывают их сок, но и заражают растения множеством вирусов. Бывали случаи, когда белокрылка с вирусами полностью уничтожала урожай.

Сотрудники Китайской сельскохозяйственной академии обнаружили в геноме табачной белокрылки ген BtPMaT1. Тот же ген нашли ещё у двух видов белокрылок. Самое странное было в том, что ген BtPMaT1 до сих пор считался сугубо растительным. Объяснить это можно было либо тем, что ген BtPMaT1 был у общего предка растений и насекомых, но потом за миллионы лет эволюции растения его сохранили, а животные потеряли, за исключением трёх белокрылок. Но между растениями и насекомыми лежит огромная эволюционная пропасть, и такое развитие событий – что ген со времён общего растительно-животного предка почему-то остался только у единичных насекомых, которые, кстати говоря, не самые примитивные животные на свете – такое развитие событий авторы работы сочли неправдоподобным.

Альтернативой оставался горизонтальный перенос генов. Белокрылки с растительным геном возникли около 35 млн лет назад. Но у них есть близкородственные виды, которые сформировались около 80 млн лет назад, и у этих родственников растительного гена нет. Очевидно, ген появился у них между 80 и 35 млн лет. Как именно насекомые сумели встроить растительный ген в свою ДНК, пока неясно. Возможно, свою роль тут сыграли какие-нибудь вирусы, которые могут встраиваться в клеточную ДНК – правда, тогда придётся предположить, что эти вирусы более-менее нормально чувствовали себя как в растительных, так и в животных клетках, а предположить такое довольно сложно.

Но, так или иначе, белокрылки позаимствовали у растений весьма полезный для себя ген. Дело в том, что у растений есть разные системы защиты от вредителей. В частности, они могут синтезировать токсичные для насекомых фенолгликозиды. Но чтобы токсины не повредили самому растению, в растительных клетках есть специальный фермент, который расщепляет токсичные молекулы. Ген BtPMaT1 как раз этот фермент и кодирует.

Чтобы проверить, действительно ли BtPMaT1 защищает белокрылок от яда, исследователи ввели в растения томатов специальную молекулу, которая отключала ген BtPMaT1 – отключающая молекула попадала в насекомых , когда они сосали сок из растения. Из 2500 белокрылок, которые кормились на таком томате, не выжила ни одна. А из тех, которые кормились на обычном томате, погибло только 20%.

Это второй случай горизонтального переноса генов от растения к насекомым. Первый был описан в сентябре прошлого года в Scientific Reports, и тоже на примере белокрылок. Однако насчёт того растительного гена осталось много неясного – не очень понятно, зачем он понадобился насекомым. С новыми белокрылками и геном BtPMaT1 как раз всё намного яснее – он действительно им полезен. Возможно, борьба с белокрылками теперь станет успешнее: можно либо целенаправленно отключить у них этот ген, либо вывести новые сорта растений с модифицированным токсином, против которого защита белокрылок окажется бессильной.
P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Грибы поселились на растениях благодаря бактериальным генам
https://www.nkj.ru/news/24664/
Горизонтальный перенос гена от бактерий к грибам на корнях растений происходил не менее пятнадцати раз.

Сколько бактериальных генов уместится в одном человеке?
https://www.nkj.ru/news/26035/
В геноме людей и высших животных можно найти много генов, которые пришли к ним от низших организмов и продолжают работать на благо своих новых хозяев.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2224 : Март 29, 2021, 15:33:20 »
Бактерии помогают растениям выдержать жару
https://www.nkj.ru/news/41061/
Цитировать
Корневые микробы от жароустойчивых растений помогают пшенице справиться с температурным стрессом.

Растения относятся к жаре по-разному: у одних устойчивость к высоким температурам врождённая, у других её можно пробудить специальными методами. Если мы хотим сеять сельскохозяйственные злаки там, где бывает очень жарко, то мы должны выбрать специальный сорт, или же подождать, пока его выведут. Но выведение новых сортов занимает время, к тому же они могут оказаться очень капризными в других отношениях.

Впрочем, есть ещё одна уловка, которая позволяет растениям переносить жару – они налаживают сотрудничество с почвенными бактериями. Известно, что микрофлора вокруг корней часто оказывается для растений очень благоприятной в том смысле, что позволяет им переносить сложные обстоятельства: засуху, повышенное содержание солей в почве, или, например, высокую температуру.

Но если какие-то бактерии привыкли защищать от жары одни растения, будут ли они также защищать какой-нибудь другой вид? Это решили проверить сотрудники Научно-технологического университета имени короля Абдаллы и Венского университета. Они взяли бактерии SA187 из рода Enterobacter, которые живут прямо внутри корней индигоферы серебристой, небольшого кустарника, растущего в довольно жарких странах, от Египта до Индии. Бактериями от индигоферы покрыли семена пшеницы, дождались, когда из них вырастут растения, и прогрели эти растения два часа при 44 °С. Пшеница с бактериями осталась неповреждённой и продолжала цвести. А вот пшеница без бактерий после такого теплового удара перестала расти, и листья её начали желтеть.

Следующий эксперимент продолжался уже несколько лет, пока пшеницу выращивали на поле рядом с Дубаем, где воздух может прогреваться до 45 °С (хотя пшеницу здесь обычно выращивает зимой, когда температура пониже). Пшеница с бактериями оказалась на 20–50% более урожайной, чем обычная.

Наконец, исследователям удалось расшифровать молекулярный механизм, с помощью которого бактерии защищают растения от жары. Оказалось, что вещества, выделяемые микробами, превращаются в растительных тканях в этилен. А этилен работает в растениях как гормон, помогающий противостоять температурному стрессу. То есть бактерии помогали пшенице включить собственные антистрессовые гены. Результаты экспериментов опубликованы в EMBO reports.

Бактериальный способ защиты от стресса достаточно прост и, очевидно вполне эффективен. Кроме того, бактерий ведь можно использовать не только против температурных стрессов, но и в других экстремальных условиях. Например, три года назад мы писали о других бактериях, которые защищают растения от засухи, помогая им качать воду из почвы.
P.S. Ссылка в дополнение:

Бактерии помогают растениям качать воду
https://www.nkj.ru/news/34250/
Микробы-симбионты заставляют активнее работать ионные насосы в корнях.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2225 : Март 30, 2021, 12:50:49 »
Дегазация глубинных магм разогрела климат перед вымиранием динозавров
https://nplus1.ru/news/2021/03/30/decan
Цитировать
Выбросы CO2 из магм в нижней части земной коры запустили позднее маастрихтское потепление, предшествовавшее мел-палеогеновому вымиранию. К такому выводу пришли ученые из Нью-Йоркского университета, измерив концентрации диоксида углерода в расплавных включениях в ранних базальтах Деканских траппов. Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.

На протяжении истории Земли длительная вулканическая дегазация часто приводила к глобальным климатическим сдвигам и экологическим катастрофам. В геологической летописи это иллюстрируют эпизоды формирования крупных магматических провинций, внутриплитных областей внедрения огромных объемов магмы (до миллиона кубических километров) за короткий отрезок времени (первые миллионы лет). Излияние лав из таких провинций происходило синхронно с массовыми вымираниями фанерозоя. Извержение Сибирских траппов 252 миллиона лет назад считают триггером пермского вымирания, а образование Центрально-Атлантической магматической провинции 201 миллион лет назад — триасово-юрского.

Потепление, охватывающее 300 тысяч лет перед мел-палеогеновым вымиранием 66,05 ± 0,08 миллиона лет назад, известно как позднее маастрихтское потепление. В это время температура Мирового океана выросла на 3-4 градуса, что отражено в палеотемпературных записях в морских отложениях. Потепление совпадает с началом излияния Деканских траппов на полуострове Индостан. Это крупная магматическая провинция сложена базальтовыми покровами общей мощностью до двух километров. За пять миллионов лет из трещин вытекло по разным оценкам от 0,6 до 1,3 × 106 кубических километров лавы. Свежеобразованные траппы покрывали территорию в 1,5 миллиона квадратных километров, но за десятки миллионов лет эрозионные процессы урезали площадь провинции до размера Ханты-Мансийского автономного округа.

Группа геологов под руководством Андреса Наваа (Andres Navaa) из Нью-Йоркского университета решила проверить гипотезу «спускового крючка»: мог ли ранний деканский магматизм вызвать позднее маастрихтское потепление. Для ответа на поставленный вопрос исследователи измерили концентрации CO2 в расплавных включениях в кристаллах оливина и количественно оценили выбросы диоксида углерода во время раннего деканского магматизма. Под ранним магматизмом исследователи подразумевают изверженные до мел-палеогеновой границы лавы, которые составляют 25 процентов всего объёма Деканских траппов.

Углекислый газ — один из главных летучих компонентов магматических расплавов. Но оценка объемов его выброса из базальтовых магм затруднена, поскольку насыщение CO2 и дегазация начинаются на глубинах, близких к границе Мохоровичича. Единственный источник информации о летучих компонентах в родоначальных магмах это включения расплавов. Запертые внутри кристаллов карманы магмы могут сохранять исходные объемы углекислого газа благодаря низкой скорости диффузии CO2.

Для определения концентрации углекислого газа в деканских магмах исследователи отобрали 43 образца базальтовой лавы в Западных Гатах. Включения расплавов в магнезиальных оливинах имели средний размер 20 микрон, одну десятую объема которых занимали пузырьки газа. Концентрации CO2 в стеклообразной застывшей части включения были измерены методом масс-спектрометрии вторичных ионов, а в пузырьках — конфокальной рамановской спектроскопии.

Газовые пузыри в расплавных включениях содержат CO2 на порядок больше (60-11740 ppm), чем стекло (19-404 ppm). Исходя из содержаний H2O и CO2 во включениях, было определено минимальное давление захвата расплавов, от 0,1 до 8 килобар. Это означает, что кристаллы оливина запирали в себе карманы магмы на глубинах до 30 километров. Однако начальные концентрации CO2 в магме, посчитанные с помощью микроэлементов Ba и Nb, указывают на более глубинную дегазацию. По мнению авторов, обогащенные CO2 магмы, вероятно, достигали насыщения углеродом у нижней границы земной коры.


Эволюция геологической структуры Деканских траппов объясняет изменения в объеме выброшенного СО2.

Во время ранних стадий излияний Деканских траппов магматический бюджет CO2 не был постоянным. Концентрации CO2 в 1 процент по массе в ранних расплавах упали до 0,3 процента в лавах, излившихся перед мел-палеогеновой границей. Предполагая, что объем Деканских траппов составляет 600 тысяч кубических километров, исследователи оценили общее количество выброшенного в атмосферу CO2 в 1000-6000 гигатонн. Эти цифры значительно ниже аналогичных оценок для Центрально-Атлантической магматической провинции (100 000 гигатонн) и Сибирских траппов из-за меньшего объема провинции на Индостане.

Рассчитанные объемы CO2 позволили пересмотреть взаимосвязь между деканским магматизмом и поздним маастрихтским потеплением. Результаты моделирования в LOSCAR (Long-term Ocean Sediment CArbon Reservoir) показали, что эмиссии CO2 во время излияний лавы недостаточно для объяснения масштабов потепления: максимальный нагрев при таком сценарии составляет 1 градус Цельсия. Однако если учесть выбросы диоксида углерода из интрузивных магм, модель хорошо описывает климатические сдвиги в 2-4 градуса в конце мелового периода.

Ранее мы рассказывали о противоречащих датировках Деканских траппов и резком похолодании на границе мел-палеогена из-за удара астероида.
P.S. Дополнительно ещё несколько ссылок:

Динозавры начали превентивное вымирание за десятки миллионов лет до астероида
https://nplus1.ru/news/2016/04/19/decline

Сажа в небе вызвала 18-месячную «ночь» и стала причиной вымирания динозавров
https://nplus1.ru/news/2017/08/23/kpg-climate-change

Геологи подтвердили причастность деканских извержений к вымиранию динозавров
https://nplus1.ru/news/2019/02/22/extinction

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2226 : Март 31, 2021, 05:21:15 »
Земля получила стабильную кислородную атмосферу позже, чем считалось
https://www.popmech.ru/science/news-685103-zemlya-poluchila-stabilnuyu-kislorodnuyu-atmosferu-pozzhe-chem-schitalos/?from=main_3
Цитировать
Стабильный рост содержания кислорода в атмосфере Земли позволил многим формам жизни на планете эволюционировать. Теперь оказалось, что этот процесс начался на 100 миллионов лет позже, чем считали исследователи.

Концентрация кислорода в атмосфере нашей планеты повышалась скачками. Оказалось, что самый первый и самый масштабный из них произошел на 100 миллионов лет позже, чем считалось
 
Впервые заметное повышение количества кислорода в атмосфере Земли началось около 2,43 миллиарда лет назад — этот поворотный период в истории Земли получил название кислородной катастрофы. Несмотря на то, что в результате этого события в атмосферу Земли попало гигантское количество O2, уровень этого газа все еще был намного ниже, чем сегодня. Но это событие резко изменило химический состав поверхности планеты и подготовило почву для последующего развития жизни.
 
Анализируя породы из Южной Африки, которые образовались в океане во время кислородной катастрофы, исследователи обнаружили, что ранняя оксигенация атмосферы была недолговечной, и после этого события уровни кислорода в атмосфере Земли были нестабильны. Новая работа показала, что на самом деле насыщение атмосферы кислородом, после которого его концентрация была стабильно высокой, произошло на 100 миллионов лет позже, чем считалось ранее.
 
Новые результаты также предполагают прямую связь между колебаниями концентрации кислорода в атмосфере и концентрации парниковых газов. Новые данные показывают, что стабилизация уровня кислорода на самом деле произошла после последнего крупного ледникового периода, а не до него. Ранее это было главной загадкой, мешающей ученым понять связь количеством O2 в атмосфере ранней Земли и климатической нестабильностью.

Исследовательская группа дала периоду с 2,43 по 2,33 миллиарда лет назад название Великого эпизода окисления. Он положил начало 1,5-миллиардному периоду последующей климатической и экологической стабильности. После этого случился второй эпизод роста концентрации кислорода и нестабильности климата в конце докембрийского периода, когда установилась нынешняя концентрация O2 в атмосфере.

Исследование опубликовано в журнале Nature.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2227 : Март 31, 2021, 19:22:06 »
Как зубы чувствуют холод
https://www.nkj.ru/news/41076/
Цитировать
Зубные клетки реагируют на резкий холод с помощью собственного температурного рецептора.

Зубы болят от холода потому, что у них повреждена эмаль – из-за бактерий ли, или из-за пищевых кислот. В эмали образуются впадины, полости, выемки, которые делают зубы сверхчувствительными к низкой температуре. Связь между повреждениями эмали и повышенной чувствительностью к холоду была известна давно, но как именно зубы его чувствуют, долгое время оставалось загадкой.

Предполагалось, что здесь всё дело в крохотных каналах с жидкостью, которые пронизывают зуб: от перепада температуры жидкость двигается, и вот это движение жидкости воспринимается как холодовая боль. Но всё упирается в то, где у зубов холодовые рецепторы. Всё-таки зубы – не кожа, обычных терморецепторов на эмали у них нет, и в дентине, который лежит под эмалью, тоже нет. Но где-то они должны быть.

Любой рецептор – это белок (или комплекс белков), который встроен в мембрану сенсорной клетки и который работает как ионный канал. Рецептор реагирует на определённые воздействия – например, на понижение температуры. Когда становится холодно, белок-рецептор открывает поток ионов между наружной и внутренней стороной мембраны. Электрические параметры мембраны из-за этого мгновенно меняются, и возникает электрохимический импульс, который бежит к мозгу.

Около пятнадцати лет назад сотрудники Медицинского института Говарда Хьюза обнаружили ионный канал TRPC5, который оказался сверхчувствителен к холоду. Но обнаружили его как ген и соответствующий ему белок. Где в теле находится TRPC5, было неясно. Точно не в коже: мыши, у которых выключали ген TRPC5, продолжали чувствовать холод. Но тут кто-то вспомнил, что есть ещё один орган, который чувствует холод – это зубы.

Дальнейшие эксперименты на мышах показали, что TRPC5 действительно находится в зубах: у животных с отключённым геном TRPC5 никаких болевых сигналов в ответ на холод от зубов не передавалось. Точно также не было болевых сигналов, если ионный канал TRPC5 блокировали химически, чтобы он не работал. Кстати, вещества, что блокируют канал TRPC5, содержатся в гвоздичном масле – в старые (да и не в очень старые) времена его широко использовали, чтобы снять зубную боль.

Вместе с коллегами из Университета Эрлангена – Нюрнберга и других научных центров исследователи опубликовали статью в Science Advances, в которой говорится, что рецептор TRPC5 несут на себе клетки одонтобласты. Они сидят не границе между пульпой зуба и дентином; собственно, одонтобласты дентин и производят. У них есть длинные отростки, которые заполняет канальцы внутри дентина – те самые канальцы, о которых шла речь выше. Канальцы вместе с отростками одонтобластов могут достигать эмали. И если эмаль повреждена, отросток клетки легко почувствует резкий холод с помощью рецептора TRPC5. Одонтобласты соединены с нейронами, и потому сразу отправляют болевой импульс в мозг.

Конечно, лучше всего, когда сам следишь за зубами и не допускаешь, чтобы бактерии и кислота разрушали их эмаль. Но зубы у всех разные, и у кого-то они всю жизнь остаются плохими, несмотря на все усилия. Может быть, с новыми данными об одонтобластах и их рецепторах у нас появятся эффективные средства, которые позволят людям с холодочувствительными зубами спокойно есть мороженое.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2228 : Март 31, 2021, 20:01:29 »
Искусственные клетки с минимальным геномом смогли нормально поделиться
https://nplus1.ru/news/2021/03/31/JCVI-syn30126
Цитировать
Биологи определили гены, которых не хватало бактериальным клеткам с минимальным искусственным геномом JCVI-syn3.0, чтобы нормально делиться. Недостающие семь генов добавили в геном одноклеточных организмов, которые назвали JCVI-syn+126. Клетки смогли нормально поделиться, сохраняя морфологические характеристики в поколениях. Открытие набора генов, необходимого для деления бактерий, позволит подробнее изучить этот процесс на молекулярном уровне и может оказаться полезным для создания других искусственных штаммов. Исследование опубликовано в журнале Cell.

Первый одноклеточный организм с полностью искусственным геномом создали в 2010 году. Для этого в клетках бактерии микоплазма разрушили всю ДНК и заменили на геном, который полностью синтезировали искусственно. Новый организм назвали JCVI-syn1.0 — в честь института Дж. Крейга Вентера (J. Craig Venter Institute), где создали клетки. Геном JCVI-syn1.0 имел длину около миллиона пар оснований и 901 ген.

Позже исследователи попытались определить, сколько и каких генов будет достаточно для существования клеток с искусственным геномом. Постепенно уменьшая количество ДНК, исследователи создали клетки с минимальным геномом — JCVI-syn3.0. В самом простом синтетическом геноме содержалось уже 473 гена, которые тоже позволяли клеткам нормально существовать. Однако новые клетки не могли правильно делиться — дочерние клетки оказались разных форм и размеров, тогда как их предшественники JCVI-syn1.0 оставались одинаковыми и шарообразными.

Биологи из технологического института Массачусетса под руководством Джеймса Пеллетье (James F. Pelletier) определили, каких генов недоставало JCVI-syn3.0, чтобы правильно делиться. Для этого они перепроверили каждый сегмент генома JCVI-syn1.0, которые сокращали для получения JCVI-syn3.0. Оказалось, что удаление одного из сегментов (шестого) вызывало у JCVI-syn1.0 такие же нарушения деления, как и у JCVI-syn3.0, в то время как сокращение других сегментов не влияло на форму и размер дочерних клеток.

В этом сегменте содержалось 76 генов, и биологи последовательно проверили, как на клетки влияет последовательное удаление их кластеров. Так им удалось определить один из кластеров, роль которого в делении уже была показана. Его добавление в геном JCVI-syn3.0 восстанавливало ее способность к делению. В этом кластере содержалось 19 генов, из которых 3 кодировали рибосомную РНК, а еще 16 — белки, которые разделили по схожести на 8 групп.

Последовательное добавление групп в геном JCVI-syn3.0 показало, что для нормального деления нужны семь генов. Штамм с ними назвали JCVI-syn3.0+126 — по номерам групп, к которым принадлежали гены. Из них всего два уже изучены (их функция связана как раз с делением), а остальные пять — пока функционально не охарактеризованы. Авторы считают, что это открытие позволит подробнее изучить деление бактерий на молекулярном уровне и может оказаться полезным для создания других искусственных штаммов.

Искусственные клетки создают не только на основе бактериальных, но и из простых мембранных шариков с ДНК, порами и ферментным аппаратом для синтеза белка. В них гораздо меньше генов и воспроизводиться они не умеют. Недавно такие клетки даже научили химически общаться с клетками млекопитающих, что может помочь для доставки лекарств по организму.

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2229 : Апрель 02, 2021, 16:33:21 »
Биологи составили метаболический портрет последнего общего бактериального предка
https://nplus1.ru/news/2021/04/02/lbca
Цитировать
Ученые восстановили метаболический портрет последнего общего бактериального предка – группы бактерий, от которой, предположительно, позже произошли все бактерии на Земле. Древняя бактерия была автотрофом и обладала формой бациллы (палочки). Среди современных бактерий самым близким родственником предковой формы исследователи назвали класс Clostridia. Результаты анализа опубликованы в Communications Biology.

Среди всех клеток на Земле бактерии не только самые распространенные, но и самые разнообразные с точки зрения физиологии и метаболизма. Бактерии считаются самыми древними клеточными существами. Изотопные следы позволяют отследить автотрофов до 3,9 миллиарда лет назад. Основываясь на универсальности генетического кода, хиральности аминокислот и общих свойства метаболизма, ученые предполагают, что когда-то существовал последний универсальный общий предок – популяция организмов, которая затем разделилась на археи и бактерии. В свою очередь, у всех архей и всех бактерий было по своему общему предку.

Благодаря филогенетическим реконструкциям известно, что универсальный общий предок был термофильным анаэробом. И филогеномика, и геологические исследования указывают, что последний общий предок архей, в свою очередь, был метаногеном (организмом, который образует метан как побочный продукт метаболизма) или подобным ему анаэробным автотрофом. Предок архей фиксировал углерод через путь Вуда-Льюнгдаля (восстановительный Ацетил-Коа путь). Однако про общего бактериального предка почти ничего не известно. Скорее всего, он был анаэробом, потому что кислород появился позже него в земной атмосфере как продукт метаболизма цианобактерий. Однако горизонтальный перенос генов, который позволяет бактериям обмениваться наследственной информацией друг с другом, сильно затрудняет подробную реконструкцию образа бактериального предка: его потомки обменивались генами на протяжении четырех миллиардов лет.

Команда биологов из Университета Генриха Гейне под руководством Вильяма Мартина (William F. Martin) предложила для реконструкции предковой бактерии сравнивать метаболические пути организмов.

Ученые проанализировали 5443 референсных бактериальных генома и выбрали те 1089 из них, которые принадлежали анаэробным организмам. Оставшиеся геномы кодировали почти 2,5 миллиона белковых последовательностей. Эти последовательности ученые разделили на 114 тысяч семейств, 146 из которых привлекли особенное внимание исследователей: как минимум в 90 процентах всех проанализированных геномов присутствовали 122 семейства из 146. Почти половина этих генов была задействована в обработке информации, синтезе белка или имела другие структурные функции, остальные же соответствовали как минимум одной реакции метаболизма, представленной в киотской энциклопедии генов и геномов.

Данные анализа показали, что предковая бактериальная клетка обладала почти полным метаболическим путем глюконеогенеза. Реакция, катализируемая ферментом пируваткиназой, обратима у эукариотов и бактерий, и скорее всего, пируваткиназа снабжала клетку фосфоенолпируватом для дальнейшего синтеза аминокислот и пептидогликанов. Также с бактериальным предком связали еще несколько киназ и ферментов, задействованных в процессе деления клетки, сортировке и деградации белков.

Полученный учеными предположительный список белковых семейств бактериального предка составил тесно связанную метаболическую сеть из 243 веществ. Из 130 возможных реакций, только одна оказалась не связана с остальными. Такая метаболическая сеть позволила бы произвести 48 из 57 необходимых для жизни прокариотов метаболита: 20 аминокислот, по четыре основания ДНК и РНК, восемь универсальных кофактора, глицерол-3-фосфат как прекурсор жиров и 20 аминоацилированных транспортных РНК. Для полного комплекта не хватает «заряженных» тРНК для нескольких аминокислот и двух кофакторов. При помощи компьютерного алгоритма ученые сначала добавили все реакции, не кодируемые геномом предполагаемого бактериального предка, а затем убрали все лишние, до тех пор, пока не стал возможен синтез всех необходимых метаболитов при минимальном наборе реакций. Для этого понадобилось только девять дополнительных генов, и семь из них кодируют аминоацил-тРНК-синтетазы. Возможно, в бактериальной предковой клетке аминоацил-тРНК-синтетазы действовали несколько случайным образом, с невысокой специфичностью присоединяя к тРНК аминокислоты.

Получившаяся система не самодостаточна, но и бактериальный предок, в свою очередь, должен был получить определенный набор генов от общего универсального предка. Метаболизм такой бактериальной клетки основан на трех важных узлах: превращении аденозинтрифосфата (АТФ) и аденозиндифосфата (АДФ) и соответствующего энергетического обмена; переносе водорода при помощи НАДФ; и осуществляемой при помощи ацилпереносящего белка реакции, как важного центра углеродного обмена – синтеза жирных кислот.

Также биоинформатические анализ позволил исследователям определить самых близких современных родственников древней бактерии. Ими оказались бактерии класса Clostridia. Это противоречит результатам некоторых предыдущих работ, основанным на методах белковой филогении. Проведенное исследование также поддерживает гипотезу о том, что грамотрицательные бактерии произошли от грамположительных.

Восстановление картины метаболизма по геномам помогает ученым не только реконструировать портреты не дошедших до наших дней одноклеточных организмов, но и изучать современные, но не поддающиеся культивированию в лабораторных условиях бактерии. Так, секвенирование позволило биологам описать необычное микробное сообщество, обитающее на дне соленого озера.
P.S. Ссылка в дополнение:

Микробы на дне соленого озера рассказали о древних биогеохимических циклах
https://nplus1.ru/news/2017/11/17/life-on-la-brava

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2230 : Апрель 04, 2021, 09:13:39 »
У обезьян нет культуры
https://www.nkj.ru/news/41092/
Цитировать
В поведении горилл, шимпанзе и орангутанов нет особенностей, которые отличали бы одну популяцию от другой.

Под культурой мы понимаем традиции и обычаи, песни и пляски, симфонии и романы, живопись и керамику, тракторы и синхрофазотроны, умение пользоваться ножом и вилкой, умение носить одежду и так далее. Конечно, специалисты, профессионально изучающие культуру, дадут более строгое определение. Но если ты не специалист, и если ответить на вопрос «что такое культура» надо сходу, то волей-неволей начнёшь перечислять разнообразные «объекты культуры». Но «объекты культуры» откуда-то появились. То есть их, конечно, сделали люди, но ведь они не возникли в человеческой голове в готовом виде. Даже инновация должна от чего-то отталкиваться. Чтобы выучить родной язык, нужно слышать, как на нём говорят другие люди, чтобы сконструировать двигатель внутреннего сгорания, нужно знать физику.

Иными словами, культура возникает тогда, когда знания и умения передаются от одного к другому, от поколения в поколение. Повторяя за другими, люди время от времени делают ошибки – невольно или, наоборот, специально. И затем изменённая традиция снова начинает передаваться из поколения в поколение. Можно представить два племени: оба произошли от одних предков, от которых переняли, например, способ изготовления охотничьих стрел, но теперь оба племени делают свои стрелы немного по-разному. Кто-то в каждом племени специально и неспециально изменил технологию – так возникли культурные особенности, которые сохраняются на протяжении поколений.

Но когда именно у нас возникла способность передавать знания друг другу? Многие возводят нашу «культурность» прямо к человекообразным обезьянам. Чтобы знания и умения передавались от одного к другому, нужно уметь учиться друг у друга, наблюдать за действиями товарища и повторять их самому, сравнивая с увиденным. Есть исследования, согласно которым человекообразные (и не только человекообразные) обезьяны вполне способны учиться друг у друга. Однако сотрудники Тюбингенского университета пришли к выводу, что культурность человекообразных обезьян сильно преувеличена.

Если шимпанзе, гориллы и орангутаны действительно передают знания и умения из поколения в поколение, то тогда между разными популяциями обезьян должны появиться культурные отличия. Допустим, какую-нибудь палочку для добывания термитов в одной популяции шимпанзе держат одним манером, а другой популяции ту же палочку держат иначе. Исследователи проанализировали множество научных работ по поведению человекообразных обезьян и опросили множество экспертов. Оказалось, что уникальное поведение, отличающее одну популяцию от другой, среди них почти не встречается. На несколько сотен примеров нашлось только три, когда можно было говорить, что в популяции есть поведенческие особенности, не встречающиеся у других.

По мнению исследователей, обезьяны не столько копируют друг друга, сколько заново придумывают то поведение, которое подсмотрели у товарища. То есть если шимпанзе видит, как кто-то рядом орудует палкой, то не повторяет его движения, а просто берёт палку и думает, что с ней можно сделать. Все ноу-хау, которые наблюдали у обезьян, достаточно просты, и нет ничего невероятного в том, что каждый раз обезьяны осваивают новое поведение с нуля. Грубо говоря, они каждый раз изобретают велосипед.

Отсюда следует, что обучение у людей и у шимпанзе-горилл-орангутанов происходит по-разному. И понятие культуры как передачи знаний от одного к другому применять по отношению к человекообразным обезьянам не стоит. При этом исследователи говорят, что их результаты (опубликованные в Biological Reviews) могут показаться неожиданными, однако они тоже не на пустом месте возникли. Есть ряд исследований, которые говорят о том же – обезьяны могут научиться копировать чужое поведение, но только если их специально на это натренирует человек. В естественной среде их тренировать некому.

Впрочем, можно предположить, что за обезьян будет кому вступиться. Мы неоднократно писали о разных экспериментах и наблюдениях, касающихся культуры у шимпанзе, и вряд ли авторы тех работ так легко признают, что ошиблись.
P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Низкоранговые инноваторы
https://www.nkj.ru/news/30785/
Шимпанзе охотнее берут новые технологии от тех, кто стоит невысоко на социальной лестнице, нежели от своих лидеров.

Обезьянья культура не выдерживает человеческого присутствия
https://www.nkj.ru/news/35749/
Шимпанзе, живущие рядом с людьми, реже пользуются в своей повседневной жизни какими-то культурными трюками.

Когда шимпанзе учат друг друга
https://www.nkj.ru/news/37755/
Шимпанзе готовы поделиться с товарищем обучающим орудием труда, если они это орудие используют очень сложным образом. 

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2231 : Апрель 13, 2021, 06:34:09 »
Культура у животных — не редкий курьез, а вездесущее явление
https://elementy.ru/novosti_nauki/433801/Kultura_u_zhivotnykh_ne_redkiy_kurez_a_vezdesushchee_yavlenie
Цитировать

Рис. 1. Разнообразие проявлений культуры у животных. A — у горбатых китов обнаружены культурные традиции, связанные со звуковой коммуникацией и маршрутами сезонных миграций (см.: Острова Кермадек — место культурного обмена у горбатых китов, «Элементы», 09.10.2019). B — произвольные традиции в социальном поведении. В одном сообществе шимпанзе на глазах у исследователей родилась забавная традиция засовывать в ухо травинку (см.: Шимпанзе учатся друг у друга, «Элементы», 15.10.2014). У капуцинов наблюдали появление обычая засовывать друг другу пальцы в рот или нос при общении. C — юные капуцины наблюдают, как взрослые колют орехи камнями. Наибольшее внимание уделяется самым искусным мастерам. D — у десятков видов птиц обнаружены песенные диалекты, которые могут быть весьма устойчивыми, но при этом всё же меняются со временем, что может способствовать видообразованию (см.: Конформизм на страже традиции: песни болотной зонотрихии могут не меняться столетиями, «Элементы», 25.07.2018). E — выбор добычи у бонобо. В соседних сообществах бонобо различаются охотничьи традиции: разные группы охотятся на разную дичь. Различия не удается объяснить экологической целесообразностью, потому что всё это происходит на одной и той же территории (групповые участки пересекаются). F — на нескольких видах рыб было показано, что неопытные особи учатся узнавать хищников и избегать их, наблюдая за поведением сородичей. G — плодовые мушки учатся друг у друга выбирать тот или иной субстрат для откладки яиц. У птиц подобное поведение ведет к появлению «традиционно предпочитаемых» мест гнездования. H — шмели, которых экспериментаторы научили добывать угощение необычным способом (вытягивая кормушку за веревочку), становятся образцами для подражания, создавая традицию (см.: Шмели перенимают новые знания от товарищей, «Элементы», 31.10.2016). У приматов и птиц такое тоже наблюдалось. Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Цитировать
Культура, понимаемая как устойчивое наследование поведенческих признаков путем социального обучения, уже лет 70 как не считается уникальной особенностью человека. В последние два десятилетия в изучении культуры животных наблюдается быстрый прогресс, связанный с разработкой новых экспериментальных методов и масштабными проектами по наблюдению за дикими животными в природе. Выяснилось, что культурные явления чрезвычайно широко распространены у млекопитающих, птиц, рыб и даже некоторых беспозвоночных. Культурные традиции животных охватывают разные виды поведения от сезонных миграций и добычи пропитания до звуковой коммуникации и выбора брачных партнеров. Растущее понимание роли культуры в жизни животных требует пересмотра некоторых положений эволюционной теории и поведенческой экологии. Становится ясно, что при планировании природоохранных мер нужно заботиться о сохранении не только генетического, но и культурного разнообразия животных.
Цитировать
Слово «культура» в зависимости от контекста может нести разный смысл, порой довольно расплывчатый. Биологи, однако, называют культурой нечто вполне конкретное: совокупность неврожденных способов поведения (поведенческих традиций), которые передаются путем социального обучения от одних особей к другим, в том числе от старших к молодым, и благодаря этому сохраняются в ряду поколений (см.: Ж. И. Резникова, 2009. Социальное обучение у животных; Дрозофилы учатся друг у друга и хранят культурные традиции, «Элементы», 03.12.2018).
Цитировать
Например, культурными традициями обычно признаются лишь те способы поведения, которые есть в одних сообществах, но отсутствуют в других. При этом заведомо упускаются из виду «культурные универсалии», а ведь они тоже могут быть у обезьян.

Кроме того, если у традиции есть очевидное экологическое объяснение, приматологи обычно не решаются вслух назвать ее традицией. В итоге остаются незамеченными культурные адаптации к местным условиям. А ведь это один из самых интересных и важных аспектов культуры. В общем, не исключено, что, изучая культуру животных, мы пока видим лишь верхушку айсберга (C. Schuppli, C. P. van Schaik, 2019. Animal cultures: How we’ve only seen the tip of the iceberg).
Цитировать
Разработать удобную и всех устраивающую классификацию форм социального обучения оказалось нелегко, так что эта тема остается запутанной. Дело усложняется тем, что, кроме самих этих форм, есть еще множество дополнительных средств или «стратегий» социального обучения, позволяющих повысить его адаптивную ценность. Их стали всерьез изучать лишь недавно. Одна из таких стратегий — конформизм (склонность копировать не всякое поведение, а лишь практикуемое большинством особей в группе). В общем случае это неплохая идея. Ведь поведение, используемое большинством, очевидно, уже много раз проверено на практике. Склонность к конформизму замечена у приматов, птиц (см.: Культурные традиции у птиц основаны на социальном обучении и конформизме, «Элементы», 08.12.2014) и вроде бы даже у насекомых (Дрозофилы учатся друг у друга и хранят культурные традиции, «Элементы», 03.12.2018).
Цитировать
Кроме конформизма, есть и другие потенциально выигрышные стратегии социального обучения (R. L. Kendal et al., 2018. Social learning strategies: Bridge-building between fields). Например, можно учитывать собственное состояние («копируй чужие действия, если сам не знаешь, как поступить»), характеристики модели для подражания («повторяй действия высокоранговых особей»; «подражай старшим, но не младшим») или результативность чужих поступков («имитируй чужое поведение, если видишь, что оно принесло успех»).
Цитировать
Эволюционным биологам еще предстоит осознать все следствия, вытекающие из признания важности социального обучения и культурных традиций в животном мире. Ведь социальное обучение — это фактически новая форма наследственности (см.: Теория двойной наследственности), а культурная эволюция — новая форма эволюции, которая «выросла» из биологической (генетической), но не сводится к ней.

Предполагается, что культурно наследуемые поведенческие признаки могут эволюционировать подобно признакам, обусловленным генетически: на основе случайной изменчивости (неточного копирования), наследственности (социального обучения) и естественного отбора, то есть избирательного выживания и размножения тех вариантов поведения, которые, в силу своих культурно наследуемых особенностей, обладают лучшими шансами на выживание и размножение (рис. 2). Уайтен воздерживается от употребления слова «мем» (как и многие работающие в этой области специалисты), хотя ссылку на «Эгоистичный ген» Докинза он всё-таки в свою статью вставил. Уловить, чем отличаются «поведенческие признаки» на рисунке 2 от мемов, нелегко. Хотя при желании, конечно, можно.
Цитировать

Рис. 2. Формы культурной эволюции. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Цитировать
Уайтен не забывает упомянуть и про два важнейших отличия культурной эволюции от генетической. Во-первых, культурно наследуемая информация передается не только вертикально (от родителей к потомкам), но и горизонтально (между сверстниками), и «наклонно» (от старших, но не родственных особей). У одного индивида может быть много «культурных родителей». Такая независимость передачи культурно наследуемых поведенческих признаков (раз уж автор не хочет называть их просто мемами) от генетического наследования открывает широкий простор для «эгоистической» эволюции этих признаков. Иначе говоря, поведение может распространиться не потому, что оно полезно индивидам (или их генам), а просто потому, что оно привлекает внимание, легко запоминается и, допустим, вызывает положительные эмоции, никак не связанные с пользой для организма. Впрочем, об этом аспекте культурной эволюции автор не упоминает.

Во-вторых, культурно наследуемые признаки, в отличие от врожденных, могут приобретаться и модифицироваться в течение всей жизни. При этом способы, сроки и стратегии их приобретения сами могут эволюционировать (генетически и культурно). Это открывает массу интересных теоретических возможностей, пока еще мало разработанных.
Цитировать
Возможно, самый важный для эволюционной теории вывод состоит в том, что классические модели в принципе не могут дать полного и адекватного описания эволюционных процессов у многих видов животных. Если социальное обучение и культурные традиции действительно так широко распространены в животном мире, то это придется учитывать в эволюционных моделях. Рассматривать две эволюции, генетическую и культурную, в отрыве друг от друга — плохая идея, потому что они влияют друг на друга множеством способов. Уайтен выделяет шесть аспектов генно-культурной коэволюции (подробнее см. в обзоре H. Whitehead et al., 2019. The reach of gene-culture coevolution in animals):
P.S. Статья большая, не стал всё сюда тащить (итак много получилось).

Парочка замечаний в сторону.

Генетическая информация тоже может распространяться горизонтально (например, ГПГ в микробно-вирусных сообществах).

Жду, когда же придут к мысли, что любой вид существует в форме социума. Давно эту идею "педалирую" (можно глянуть, например, здесь:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg212244.html#msg212244).

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2232 : Апрель 14, 2021, 04:57:09 »
Ученые обнаружили почти полное отсутствие эволюции у одной из бактерий
https://nplus1.ru/news/2021/04/13/bacteria-denied-evolution
Цитировать
Ученые проанализировали геномы глубинных бактерий Candidatus Desulforudis audaxviator из образцов, собранных в разные годы в разных точках планеты: в Азии, Южной Африке и Северной Америке. К удивлению исследователей, представители разных популяций очень мало отличались друг друга. Маловероятно, что Candidatus Desulforudis audaxviator смогли преодолеть такие большие пространства по воздуху или по воде, а значит, их геном оставался стабильным на протяжении многих миллионов лет. Работа опубликована в The ISME Journal.
Цитировать
Современные представления об эволюции бактерий в большинстве основаны на изучении геномов небольшого количества быстро изменяющихся видов, в основном – патогенов и симбионтов человека. Микроорганизмы, выращиваемые в лабораторных условиях, не обделены питательными веществами, смена поколений у них происходит в считанные дни или даже минуты, и для накопления нуклеотидных замен или приобретения генов им достаточно нескольких лет.
Цитировать
Почти неизученные до недавнего времени, глубинные микроорганизмы занимают около 10 процентов всей биомассы на планете. Среди них есть много еще не охарактеризованных видов. Многие из них выживают на небогатых энергией ресурсах, и смена поколений происходит раз в несколько месяцев, а порой и десятков лет. Бактерии Candidatus Desulforudis audaxviator, которые были обнаружены глубоко под землей, стали одними из модельных микроорганизмов для изучения жизни в таких условиях.
Цитировать
Исследователи ожидали обнаружить генетические различия между геномами бактерий из разных популяций, признаки приспособления к местным условиям окружающей среды. К их удивлению, геномные последовательности оказались практически идентичными между собой. Средняя идентичность нуклеотидов в попарных сравнениях превышала 99,5 процентов.
Цитировать
Места обитания популяций Candidatus Desulforudis audaxviator, участвовавших в исследовании, разделены уже как минимум 55 миллионов лет: тогда Северная Америка отделилась от Евразии. Африка же отделилась от суперконтинента Лаврентии 165 миллионов лет. Разделение популяций Candidatus Desulforudis audaxviator могло произойти во времена расколов суперконтинентов, и получается, что эти бактерии демонстрируют выдающуюся стабильность своего генома.
Цитировать
Ученые попытались выяснить, в чем же причина почти отсутствия эволюции у этих бактерий. Candidatus Desulforudis audaxviator редко формируют споры (то есть почти постоянно метаболически активны), и период удвоения у них – не больше десяти лет. Авторы также не увидели в геномах бактерий признаков сильного селективного отбора. Вероятное объяснение – хорошо развитые механизмы репарации ДНК. Геном Candidatus Desulforudis audaxviator кодирует как минимум семь таких систем. Кроме того, у этих бактерий есть белки, которые связываются с ДНК: возможно, они тоже снижают темпы мутирования. И напоследок, две из трех полимераз (ферментов, осуществляющих синтез ДНК) бактерии не удалось проанализировать в лабораторных условиях – вероятно, они обладают высокой точностью.

Candidatus Desulforudis audaxviator – хемоавтотрофы, которые питаются продуктами радиолиза (процесса разложения воды под действием ионизирующего излучения). Ранее ученые показали, что морской грунт катализирует радиолиз и помогает прокормиться морским бактериям.
P.S. Ссылка в дополнение:

Разложение воды под действием ионизирующего излучения накормило морские бактерии
https://nplus1.ru/news/2021/03/03/radiolysis-feeds-bacteria

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2233 : Апрель 15, 2021, 07:46:18 »
К сообщению:
Зачем китам большой мозг
https://www.nkj.ru/news/40968/

Вышла статья на "Элементах..." с более подробным раскладом.

Большой мозг нужен китам для обогрева?
https://elementy.ru/novosti_nauki/433802/Bolshoy_mozg_nuzhen_kitam_dlya_obogreva
Цитировать
Китообразные — уникальная группа млекопитающих, выделяющаяся, среди прочего, необычно крупным мозгом. К ней относятся киты, дельфины и морские свиньи. Ученые выяснили, что в митохондриях клеток мозга этих животных присутствуют белки-разобщители, которые обеспечивают превращение энергии окисления органических веществ непосредственно в тепло — вместо того, чтобы использовать эту энергию на синтез АТФ.

Особенно много клеток с белками-разобщителями оказалось в сером веществе коры головного мозга. Эти же белки работают в бурой жировой ткани у многих животных, особенно у обитающих в холодных регионах. Известно, что выделение тепла активируется в буром жире под действием норадреналина. И опять-таки в коре головного мозга китов (а особенно — в сером веществе коры) обнаружилось повышенное количество норадренергических синапсов.

Эти данные авторы используют в качестве аргумента в защиту любопытной гипотезы: возможно, большой мозг развился у этих животных не для того, чтобы решать сложные задачи, а для того, чтобы генерировать тепло и сохранять постоянство собственной температуры.
Цитировать
Следует понимать, что большой мозг — это роскошь, которую не все могут себе позволить. Нейроны головного мозга — самые дорогостоящие клетки в смысле энергетических потребностей. Так что эволюционный рост мозга должен быть оправдан какими-то серьезными адаптивными преимуществами, которые бы перекрывали собой ущерб, связанный с необходимостью кормить эту прожорливую клеточную массу.
Цитировать
Принято связывать увеличение мозга с совершенствованием интеллекта и способностей эффективно решать более сложные и разнообразные задачи в контексте взаимодействия животных с внешней средой и друг с другом. Предполагается, что в эволюции размера мозга действует положительная обратная связь: рост мозга способствует усложнению поведения, в том числе социального и орудийного, возникновению «культуры» (формированию и распространению новых выученных форм поведения в социальной группе), что, в свою очередь, создает предпосылку для отбора на дальнейшее увеличение размеров мозга.

Именно так интерпретируется ход эволюции человека и это же объяснение вполне может быть применимо к другим группам животных, выделяющихся необычно высокими размерами мозга — таким как киты и дельфины. И как раз такую позицию последовательно отстаивает Лори Марино — авторитетная исследовательница в области эволюции, мозга, поведения и когнитивных способностей китообразных.
Цитировать
Пол Мейнджер, специалист по анатомии мозга, руководитель лаборатории в Витватерсрандском университете (Йоханнесбург, ЮАР), еще в 2006 году предложил рассмотреть альтернативную гипотезу, предположив, что рост мозга в эволюции китообразных был связан с потребностями терморегуляции, необходимой для адаптации к жизни в холодной воде, а вовсе не в связи с развитием когнитивных способностей (P. Manger, 2006. An examination of cetacean brain structure with a novel hypothesis correlating thermogenesis to the evolution of a big brain).
Далее идут аргументы анатомического и поведенческого характера (они важны, но я их не буду цитировать - сообщение и так перегружено цитатами).
Цитировать
В новом исследовании авторы изучали биохимические характеристики тканей мозга китов, добавив, как они считают, новые аргументы в пользу «температурной» гипотезы Мейнджера.

Мозг млекопитающих очень чувствителен к охлаждению. К примеру, эксперименты на морских свинках показали, что при охлаждении мозга до 25–26°C с оптимальной для этих животных температуры 37°C нейроны почти полностью теряли способность генерировать нервные импульсы (Y. Mednikova et al., 2004. Effects of temperature on the spike activity of cortical neurons in guinea pigs). Так что наличие механизмов, препятствующих переохлаждению мозга при обитании в холодной воде, действительно критически необходимо.
Цитировать
Однако, когда в мембране митохондрии присутствуют белки UCP, транспортировка протонов не сопровождается синтезом АТФ, — вот потому-то их и называют разобщителями. Но выделяемая энергия должна перейти в какую-то форму. Раз не в синтез АТФ, то, очевидно, в тепло. В этом и состоит функция белков-разобщителей. Клеткам нужны молекулы АТФ — они расходуются во многих важных внутриклеточных процессах. Поэтому в большинстве митохондрий белков UCP нет. В наибольшем количестве эти белки обнаруживаются в митохондриях особой разновидности жировой ткани — буром жире. Эта ткань есть у млекопитающих, которые обитают в холодном климате, у млекопитающих, которые легко теряют тепло из-за мелких размеров тела, а, к примеру, у человека немного бурого жира можно найти у младенцев, с возрастом же эта ткань атрофируется полностью или почти полностью. У взрослых тепло в основном генерируют мышцы. Но в черепной коробке нет мышц, а поддерживать температуру все же надо — значит должен быть какой-то автономный механизм. И действительно, в мозге человека, как выяснилось, тоже присутствуют белки UCP.

Кодируются эти белки у млекопитающих пятью паралогичными генами. Продукты по крайней мере трех из них (UCP1, UCP4 и UCP5) были выявлены в тканях мозга. Ученые решили проверить, как обстоит дело с экспрессией этих генов в тканях мозга китообразных и у их ближайших родственников — парнокопытных.
Цитировать
В клетках глии (но не в нейронах) обнаружились белки UCP4 и UCP5. Причем, иммуноокрашивание на эти белки (более яркое для UCP4) наблюдалось исключительно в тканях китообразных. В сером веществе коры головного мозга окрашивалось в среднем 36% клеток глии, а в белом веществе мозга — 56% глиальных клеток. У парнокопытных, несмотря на то, что присутствие мРНК и самих белков UCP в тканях их мозга было показано другими методами, количество этих молекул оказалось настолько низким, что при иммуноокрашивании их совсем не было видно.
Цитировать
Так кто же из ученых прав: защитники гипотезы эволюции социального интеллекта китов или Пол Мейнджер с его гипотезой о гомеостатической функции как фактора, определившего вектор эволюции большого мозга?

Попробую высказать предположение, что Мейнджер может быть прав одновременно с Лори Марино. Мне кажется логичным и весьма вероятным, что, действительно, первоначальным пусковым фактором для увеличения размера мозга стало именно то, что при большем размере этот орган мог лучше сохранять постоянство температуры. И что оптимизация именно этой функции сохранения температуры действительно стимулировала формирование множества особенностей биохимии, физиологии (в том числе особенностей сна) и анатомии (включая большие размеры) мозга китов. Но вполне укладывается в современное понимание хода эволюции и предположение, что эти же особенности могли, в свою очередь, стать преадаптациями для развития — как ни крути — действительно незаурядных интеллектуальных способностей китообразных (вполне доказанных по крайней мере для некоторых из них).

Подобным же образом перья птиц, которые традиционно рассматриваются с точки зрения их функции для полета, первоначально возникли еще у нелетающих динозавров и, кстати, все с тем же назначением — поддержание температурного гомеостаза. То есть перья стали преадаптацией, сделавшей возможным последующее развитие полета у некоторых потомков оперенных динозавров.
Цитировать
После всего сказанного хочется сделать одну маленькую, но важную ремарку. На сегодняшний день, в сущности, нет данных о том, какую именно функцию выполняют белки UCP в мозге. Эта функция может вовсе не иметь отношения к генерированию тепла, а участвовать, к примеру, в каких-то метаболических процессах (M. J. Gaudry, M. Jastroch, 2019. Molecular evolution of uncoupling proteins and implications for brain function). Так что при всей своей занятности и привлекательности, тезисы авторов пока остаются в значительной мере гипотетическими и требуют дальнейшей работы по сбору доказательств.
Здесь (в последней цитате) автор статьи почему-то не использует прежнюю логику... Можно ведь, точно так же, предположить, что изначально белки выполняли другую функцию, а выделение тепла было "побочкой". Но в изменившихся условиях "побочка" оказалась той самой преадаптацией, прекрасно вписавшейся в метаболитический механизм поддержания температурного постоянства.

Подобных примеров, когда изменяется функция, много:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg230225.html#msg230225
https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg232284.html#msg232284

Оффлайн АrefievPV

  • Участник форума
  • Сообщений: 474
Re: Интересные новости и комментарии
« Ответ #2234 : Апрель 16, 2021, 14:42:14 »
Отказ от размножения помог муравьям восстановить утраченный объем мозга
https://nplus1.ru/news/2021/04/16/harpegnathos-saltator
Цитировать
Рабочие особи индийских прыгающих муравьев Harpegnathos saltator способны превращаться в размножающихся самок — так называемых гамэргат. Они живут дольше простых рабочих, однако мозг у них при этом уменьшается. Американские энтомологи установили, что при обратном переходе муравьи восстанавливают утраченный объем мозга. Это позволяет бывшей гамэргате успешно добывать пищу в качестве рабочего-фуражира. Кроме того, они возвращают и ряд других характеристик рабочих особей. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Proceedings of the Royal Society B.

Муравьиная колония — сложно устроенное сообщество, у каждого члена которого есть определенные обязанности. В большинстве случаев матка отвечает за производство яиц, а бесплодные рабочие самки снабжают ее пищей и защищают. Однако у некоторых видов муравьев, в первую очередь примитивных, взрослые рабочие могут превращаться в размножающихся самок и производить потомство. Таких особей называют гамэргатами.

Энтомологи давно заинтересовались гамэргатами как редким и наиболее ярким примером межкастового перехода у эусоциальных насекомых. За годы исследований им удалось выяснить, например, что, превращение бесплодной самки в размножающуюся связано с эпигенетическими изменениями и начинается с активации яичников. Кроме того, оказалось, что гамэргаты живут дольше обычных рабочих, зато их мозг после начала размножения уменьшается.

Команда специалистов во главе с Клинтом Пеником (Clint A. Penick) из Школы медицины Нью-Йоркского университета решила выяснить, может ли гамэргата вернуть прежний объем мозга, если вновь станет обычной рабочей особью. У других эусоциальных насекомых подобные изменения, сопровождающие переход из одной касты в другую, обычно необратимы. Например, у медоносных пчел (Apis mellifera), которые меняет профессию с няньки на фуражира, мозг становится крупнее — но при обратном переходе не уменьшается.
Цитировать
Согласно предыдущим исследованиям, объем мозга гамэргат H. saltator на 26 процентов ниже, чем у обычных рабочих особей. В эксперименте Пеник цифры оказались похожими: у особей из контрольной группы общий объем мозга был на 19 процентов меньше, чем у рабочих-фуражиров. В то же время гамэргаты, вновь ставшие рабочими, почти не отличались по этому параметру от фуражиров. Объем центральной части мозга (с учетом грибовидных тел) в контрольной группе также оказался на 15 процентов ниже, чем у фуражиров, и на 20 процентов меньше, чем у гамэргат, вновь ставших бесплодными. Иными словами, отказавшись от способности размножаться, бывшие гамэргаты смогли вернуть себе прежний объем мозга (впрочем, не полностью: объем зрительных долей у них остался промежуточным между гамэргатами и фуражирами).
Цитировать
По словам Пеника и его коллег, изменения объема мозга, наблюдавшиеся у гамэргат H. saltator, напоминают те, что известны для некоторых позвоночных — например, обыкновенных бурозубок (Sorex araneus). Мозг этих насекомоядных уменьшается в преддверии зимы и вновь увеличивается весной, что позволяет им экономить энергию в трудные времена. Авторы соглашаются с высказывавшейся ранее гипотезой, согласно которой благодаря сокращению объема мозга гамэргаты могут перенаправлять освободившиеся ресурсы на производство яиц. Однако муравьи, вернувшиеся в статус рабочих-фуражиров, вынуждены участвовать в сборе корма за пределами гнезда — и для этого им жизненно необходим крупный мозг. К счастью, у них есть способ увеличить его. Это же относится к изменениям в объеме ядовитых желез (фуражирам требуется более мощное химическое оружие, чем сидящим в гнезде гамэргатам) и поведении.
P.S. Ссылка в дополнение:

Бурозубки со сжатым на зиму мозгом пошли против известных правил метаболизма
https://nplus1.ru/news/2020/04/29/shrinking-shrews