Интересные новости и комментарии

[АrefievPV]

Генетики уточнили возраст последнего общего предка современной жизни
https://naked-science.ru/article/biology/vozrast-luca
Все клеточные организмы ученые ведут от гипотетического предка — LUCA. Существует масса предположений и расчетов о том, как он был устроен, где и когда возник. В новой работе исследователи из Великобритании попытались ответить на эти вопросы.

Английская аббревиатура LUCA буквально означает «Последний универсальный общий предок». От него у нас общие механизмы кодирования информации, синтеза белков, хиральность аминокислот, снабжение энергией с помощью расщепления АТФ. 

Ископаемые остатки LUCA не сохранились, поэтому все, что мы знаем о нем, происходит из анализа геномов современных и вымерших организмов. Интерпретаций множество, и не все они согласуются между собой. Был ли предок просто или сложно устроен? В каких условиях обитал и когда?
 
В новой работе, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution, международный коллектив ученых во главе с генетиками из Университета Бристоля (Великобритания) использовал молекулярные часы и разные биохимические модели, чтобы определить возраст, размер генома, метаболизм LUCA и его влияние на раннюю Землю.

Ученые сравнили все гены всех ныне живущих организмов, подсчитали мутации, возникшие с тех пор, как они отделились от общего предка. Расчеты показали, что это произошло примерно 4,2 миллиарда лет назад (с доверительным интервалом 95 процентов).
 
«Мы не ожидали, что LUCA настолько древний и возник всего через несколько сотен миллионов лет после образования планеты. Все же наши результаты согласуются с современными представлениями об обитаемости ранней Земли», — рассказала в интервью пресс-службе соавтор работы Сандра Авьварес-Карретеро из Бристоля.

 Выяснилось, что геном LUCA размером 2,75 миллиона пар оснований. Это несколько больше, чем считалось, и укладывается в размеры генома современных прокариот — одноклеточных организмов с неоформленным ядром, к которым принадлежат археи и бактерии.

Вероятно, сделали вывод авторы статьи, предок был частью экосистемы и использовал цепь биохимических реакций для фиксации диоксида углерода и получения энергии (путь Вуда — Льюнгдаля). Филогенетика не позволяет узнать, как выглядели другие представители этой экосистемы. Об их физиологии можно судить по тому, каков метаболизм LUCA.
 
Какие эволюционные пути привели к появлению LUCA, тоже неизвестно, но, учитывая возраст образования Земли и Луны, этот процесс занял очень короткое время на геологическом масштабе.

P.S. В оригинальной статье (ссылка в тексте) подробнее (и корректнее), нежели в этой заметке.

Рисунок из оригинальной статьи:

Рис. 1: Timetree, выведенное с помощью байесовского метода датирования узлов с перекрестной привязкой с использованием разделенного набора данных из пяти паралогов до ЛУКИ.
 


Наши результаты показывают, что ЛУКА жил около 4,2 млрд лет назад, с 95% доверительным интервалом, охватывающим 4,09–4,33 млрд лет согласно модели расслабленных часов ILN (оранжевый) и 4,18–4,33 млрд лет согласно модели расслабленных часов GBM (бирюзовый). При перекрестном подходе узлы, соответствующие одним и тем же видовым расхождениям (то есть зеркальные узлы), имеют одинаковую заднюю временную плотность.

На этом рисунке показаны соответствующие временные плотности зеркальных узлов для последних универсальных, архейных, бактериальных и эукариотических общих предков (LUCA, LACA, LBCA и LECA соответственно); последнего общего предка митохондриальной линии (Mito-LECA); и последнего общего предка, несущего пластиды (LPCA). Фиолетовые звезды указывают на узлы, откалиброванные по окаменелостям. Arc - археи; Bac - бактерии; Euk - эукарии.

[АrefievPV]

Власти Китая запретили редактировать геном зародышевой линии
https://naked-science.ru/community/973225
Министерство науки и технологий Китая опубликовало новые руководящие принципы по научным исследованиям в области редактирования генома человека. Эти меры знаменуют собой последнюю попытку страны ужесточить надзор за этическими нормами после того, как молекулярный биолог Хэ Цзянькуя (He Jiankui) потряс мир сообщением о рождении генетически модифицированных девочек-близнецов.

КНР запретила все клинические исследования, включающие редактирование генома зародышевой линии.

«Любые клинические исследования, включающие редактирование генома зародышевой линии — безответственны и недопустимы», — говорится в этических принципах исследований по редактированию генома человека, опубликованных Министерством науки и технологий Китая.

Однако власти оставили лазейку: клинические исследования могут быть возможны только тогда, когда ожидаемый эффект, риски и альтернативные варианты полностью изучены и взвешены, вопросы безопасности и эффективности решены, а также при наличии широкого общественного консенсуса, тщательной оценки и строгого надзора.

Дело Хэ Цзянькуя, в котором фигурировали первые в мире дети с отредактированным геномом, вызвало бурную реакцию в Китае и за его пределами. Молекулярный биолог освободился из тюрьмы в апреле 2022 года после отбытия трехлетнего срока за незаконную медицинскую практику.

Этот случай подтолкнул КНР к ужесточению правил, касающихся исследований по редактированию генома, и созданию в 2019 году национального комитета по этике науки и технологий.

В 2022-м комитет выпустил первое комплексное руководство по усилению этического управления в сфере науки и технологий, включая мониторинг рисков и наказание за нарушения.

С тех пор Китай также издал национальный регламент этической экспертизы биологических и медицинских исследований с участием людей.

В Великобритании, Канаде, Австралии, ряде стран Западной Европы и Южной Корее действуют законы, запрещающие исследования в области редактирования генома человека.

P.S. Всё равно будут этим заниматься (или нелегально, или найдут лазейки в законодательстве), если финансирование будет. А финансирование (возможно, нелегальное или под покровом секретности в целях государственной безопасности) будет – очень уж перспективы заманчивые просматриваются. Тут как с созданием систем искусственного разума (ИР) или систем искусственного суперинтеллекта – при наличии серьёзных перспектив этика и мораль легко отодвигаются в сторону.

[АrefievPV]

Жестовое общение шимпанзе оказалось похоже на диалог людей
https://nplus1.ru/news/2024/07/23/chimpanzee-gestural-exchanges
Задержки между жестами были схожи с задержками между репликами в человеческом разговоре

Ученые из Великобритании, Германии и США обнаружили, что шимпанзе с помощью жестов могут вести диалог, а не только побуждать друг друга к тем или иным действиям. Кроме того, для такого взаимодействия оказалась характерна универсальная временная структура обмена репликами и реакциями. Средняя задержка между жестом одной особи и жестом или поведенческой реакций другой составляла около 200 миллисекунд — примерно как в человеческом разговоре. Результаты опубликованы в Current Biology.

Способность быстро чередовать реплики в диалоге — одна из основных черт человеческого языка. Животные тоже обмениваются сигналами: особи могут издавать различные крики на большом расстоянии друг от друга — чтобы оповестить сородичей об опасности или сообщить какую-то другую информацию, и также могут воспроизводить чередующиеся вокализации на близком расстоянии. Однако все это не слишком похоже на диалог, поскольку чаще всего не предусматривает личного взаимодействия особей. Исключение — жестовая коммуникация нечеловеческих приматов: обезьяны обычно используют жесты, обращаясь к конкретному сородичу, с целью побудить его к какому-либо действию — например, поиграть с ними. В ответ получатель совершает это действие (или не совершает, если не хочет). Задержки между жестом одной особи и реакцией другого иногда приближаются к задержкам между репликами в человеческих диалогах. Но жестовый диалог, похожий на человеческий разговор, у других приматов до сих пор не наблюдали.

Кэтрин Хобейтер (Catherine Hobaiter) из Сент-Эндрюсского университета с коллегами из Великобритании, Германии и США наблюдала за жестовой коммуникацией диких восточноафриканских шимпанзе (Pan troglodytes schweinfurthii) из пяти сообществ. В большинстве случаев взаимодействие обезьян происходило по классическому сценарию: за жестом следовала поведенческая реакция получателя. Однако 14 процентов всех зафиксированных взаимодействий (592 из 4223) включали обмен жестами — ситуации, когда в ответ на жест сородича шимпанзе демонстрировали другой жест. Такие переговоры обычно содержали лишь пару «реплик», но в некоторых случаях их количество достигало семи. То есть шимпанзе обменивались жестами так же, как люди обмениваются фразами во время разговора.

Ученые измерили задержки между окончанием жеста одного шимпанзе и началом жеста другого или началом его поведенческой реакции. Задержки между жестами составили около 200 миллисекунд (медианное значение — 120 миллисекунд, среднее — 663 миллисекунды) — примерно столько проходит между репликами в человеческих разговорах. Между жестом и поведенческой реакцией получателя проходило больше времени (медианное значение — 1200 миллисекунд, среднее — 1697 миллисекунд). Иногда шимпанзе реагировали на жест сородича ответным жестом еще до того, как тот завершал его демонстрацию (а в некоторых случаях жесты собеседников даже накладывались друг на друга). Подобное наблюдается и в человеческих разговорах, когда люди понимают, что хочет сказать собеседник, до того, как тот договорит, или перебивают друг друга в оживленной беседе. На разговоры обезьянье общение было похоже еще и тем, что жесты, произведенные в ответ, зависели от полученных перед этим жестов.


Распределение задержки жестовых (сверху) и поведенческих (снизу) реакций шимпанзе на жесты сородичей

Шимпанзе из всех пяти сообществ в основном реагировали на жесты сородичей с одинаковыми задержками. Однако были и различия: шимпанзе из сообщества Сонсо были более медлительными, чем шимпанзе из сообществ Каньявара и Вайбира, — задержки между репликами были длиннее. Эти различия во времени реакции, вероятно, культурные — подобное наблюдается в разных человеческих языках.

Авторы пришли к выводу, что быстрый и скоординированный обмен сигналами, характерный для человека, может быть не обусловлен языком. Также они предположили, что аналогичные временные коммуникативные структуры могут существовать и у других социальных видов, которые общаются на близких расстояниях, — например, у китообразных или летучих мышей. Будущие исследования с другими видами могут прояснить, развились ли такие особенности коммуникации у людей и шимпанзе независимо или были унаследованы от общего предка. Также в будущем можно будет изучить, как вероятность и динамика обмена жестами зависит от отношений между взаимодействующими особями и от их целей.

Ранее команда Хобейтер выяснила, что люди хорошо распознают жесты шимпанзе и бонобо, а маленькие дети и вовсе частично разделяют с шимпанзе и гориллами жестовый репертуар.

[Шаройко Лилия]

УЧЕНЫЕ ПЕРМСКОГО ПОЛИТЕХА СДЕЛАЛИ БИОНИЧЕСКИЕ ПРОТЕЗЫ РУК БОЛЕЕ ТОЧНЫМИ

Информация взята с портала «Научная Россия»

Линейные двигатели применяются в робототехнике, компрессорах, гидравлических системах, нефтедобыче и других отраслях. Они отличаются энергоэффективностью и высокой точностью. Все чаще линейные двигатели помещают в бионические протезы, они преобразуют энергию в движение по прямой, например, чтобы человек мог поднять вещь или открыть шкаф. Однако конструкция таких устройств сложна и требует серьезного подхода при создании. Ранее ученые ПНИПУ разработали собственный линейный двигатель для протезов, а теперь нашли способ улучшить его конструкцию, чтобы упростить производство и повысить характеристики готовых изделий.

Исследование опубликовано в журнале «Вестник ПНИПУ. Электротехника, информационные технологии, системы управления», № 3 за 2024 год. Разработка проведена в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Бионический протез с помощью чувствительных датчиков считывает электрический потенциал сохранившихся мышечных тканей руки, затем передает сигналы в микропроцессор. Это мощное устройство за доли секунды обрабатывает их и направляет нужную команду в двигатели, именно они приводят в движение части протеза.

Сейчас используют обычные двигатели вращения и передаточный механизм, чтобы преобразовать движение в линейное, то есть по прямой. А в случаях, когда требуется несколько степеней свободы, например, запястье человека наклоняется в двух направлениях и вращается, приходится встраивать три отдельных двигателя. Это усложняет конструкцию протеза, делает его тяжелым и шумным.

Ранее ученые ПНИПУ уже предложили заменять классические двигатели вращения на сферические и линейные, которые перекрывают эти недостатки. Следующий этап – оптимизировать конструкцию так, чтобы увеличить одну из основных характеристик протезов – тяговое усилие или по-другому вес, который способен выдержать протез.

Классические электродвигатели состоят из двух основных частей – статора и ротора. Первый – неподвижная часть, с внутренней стороны которой сделаны пазы, куда укладывается обмотка, питаемая током. Ротор отличается тем, что вращается. За счет их взаимодействия образуется магнитное поле, которое приводит в движение протез.

Сначала политехники усовершенствовали конструкцию пазов статора. Это позволило устранить проблемы в укладке обмотки, которые возникали при сборке. Новый паз состоит из двух частей, которые зажимают обмотку между собой и упрощают модульную сборку двигателя.

– Поcле изменения конструкции расчеты показали, что среднее тяговое усилие двигателя составило 10,3 Н, а размах колебания этого показателя – 21,05 Н. Последнее считается большим показателем, из-за него сложно определить, когда нужно начать тормозить или, наоборот, разгонять вторичный элемент, который является аналогом ротора в линейном двигателе. Применимо к протезам это выглядит, как лаг в системе управления. Будет сложно привести пальцы в желаемое положение, они будут перемещаться то слишком далеко, то недостаточно, – поясняет ведущий инженер кафедры электротехники и электромеханики ПНИПУ Александр Плюснин.

С помощью моделирования удалось выяснить, что сталь магнитопровода недоиспользуется, поскольку индукция (возбуждение электрического тока) в среднем составляет примерно 1,15 Тл при значении насыщения стали в 1,8 Тл. Возникает вопрос, что лучше сделать с будущим протезом: уменьшить количество стали и сделать его легче или увеличить напряжение питания и повысить его мощность. Ученые ПНИПУ рассмотрели оба варианта.

– В первом случае мы уменьшили толщину паза для обмотки в статоре, благодаря этому количество витков увеличилось с 63 до 75. В результате такой оптимизации колебание тягового усилия упало почти до 50% от изначального. А вот само тяговое усилие при этом уменьшись с 10,3Н до 10,03Н, но это считается допустимой потерей, – рассказывает Александр Плюснин.

В качестве второго варианта совершенствования двигателя политехники оставили части статора неизменными, но увеличили питающее напряжение c 3,7 В до 7,4 В. Так тяговое усилие увеличилось до 22,2 Н.

– В данном случае увеличением колебаний тягового усилия можно пренебречь, так как двигатель способен работать и на более низком напряжении за счет системы управления. Мы выяснили, что увеличение напряжения питания позволит увеличить диапазон развиваемого усилия. При этом уменьшение магнитопровода лишь незначительно снизит вес. Второй вариант оптимизации конструкции подходит лучше, – объясняет старший преподаватель кафедры электротехники и электромеханики ПНИПУ Денис Опарин.

Ученые ПНИПУ предложили новую конструкцию пазов статора линейного двигателя для бионических протезов и выяснили, что увеличение напряжения питания увеличит диапазон развиваемого усилия. Применение на практике результатов исследования сделает бионический протез более точным и удобным в использовании, а также упростит его производство с технологической точки зрения.

БАКТЕРИИ ОРХИДЕЙ ЗАСТАВЯТ ПШЕНИЦУ РАСТИ БЫСТРЕЕ

Заметно ускорить рост и развитие пшеницы сможет новый фитостимулятор, обнаруженный российскими учеными. В основе препарата лежит один из штаммов бактерий, живущих на корнях безлистных орхидей.

Как выяснили в Московском государственном университете имени М. В. Ломоносова, бактерии вырабатывают фитогормоны, а те, в свою очередь, стимулируют формирование и рост корней. В результате пшеница начинает активно расти.

Использование бактерий станет экологичной альтернативой химическим удобрениям, уверены исследователи. Кроме того, фитостимулятор поспособствует оздоровлению почвы и нормализует сообщества живущих в ней микроорганизмов. Исследователям химического и биологического факультетов МГУ с помощью сочетания высокоэффективных методов полногеномного секвенирования удалось собрать полный геном штамма бактерий из рода Microbacterium, выделенного ранее из корней эпифитных орхидей.

Полная геномная последовательность микроорганизма определена сочетанием методов нанопорового секвенирования и технологий на платформе Illumina. Штамм показал высокую фитостимуляционную активность в отношении роста и развития семян пшеницы. Использование такого фитостимулятора представляет собой экологичную альтернативу химическим удобрениям и способствует оздоровлению почвы и нормализации ее микробиома.

Новый бактериальный штамм, выделенный сотрудниками биологического факультета МГУ из воздушных корней безлистной орхидеи Chiloschista parishii Seidenf., культивируемой в Фондовой оранжерее Главного ботанического сада им. Н.В. Цицина РАН, может быть использован для получения биопрепарата – фитостимулятора прорастания семян пшеницы. Этот штамм относится к группе PGPB (plant growth-promoting bacteria – бактерии, стимулирующие рост растений) и за счет выделения фитогормонов помогает ускорить рост пшеницы и увеличить прирост биомассы растений, сообщили в пресс-службе университета.

Геном нового выделенного бактериального штамма был определен преимущественно с помощью нанопорового секвенирования, относящегося к методам секвенирования новейшего поколения.

«Преимущество данного метода прежде всего в возможности считывать очень длинные последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах, – рассказала один из авторов работы, профессор химического факультета МГУ Мария Зверева. – При этом метод постоянно совершенствуется, при использовании его самых новых вариантов в сочетании с усовершенствованными реагентами количество ошибок определения оснований в последовательности ДНК постоянно снижается и на сегодня уже достигло приемлемых значений. Этот метод также максимально портативный, его используют даже в полевых условиях. Ранее для расшифровки последовательностей ДНК метод нанопорового секвенирования использовали как дополнительный в комбинации с методами предыдущих поколений для гибридной сборки полного генома. В результате усовершенствования технологии и используемых реагентов в настоящий момент полный геном можно собрать, используя исключительно метод нанопорового секвенирования».

Сотрудники биологического факультета МГУ изучили особенности биологической активности, культуральные и физиолого-биохимические свойства нового бактериального штамма, оказавшегося представителем нового вида микробактерий, а также оценили его влияние на прорастание и рост злаковых растений.

«Ценным практическим свойством является способность штамма переносить высушивание и быть устойчивым к протравителям зерна, – объяснила старший научный сотрудник биологического факультета МГУ Елена Цавкелова. – Для изготовления на основе данного штамма биопрепарата-фитостимулятора роста растений штамм выращивают в среде с добавлением индукторов биосинтеза фитогормонов и обрабатывают растения жидкой культурой или культурой на носителе (аморфный диоксид кремния) после высушивания. Увеличение биомассы растений наблюдается за счет способности изученного штамма к образованию фитогормонов, стимулирующих процессы формирования и роста корней, что наиболее эффективно отражается на ускорении роста пшеницы на ранних этапах ее развития».

Работа выполнена по гранту Минобрнауки «Анализ микробиомов растений и беспозвоночных животных экстремальных мест обитания с целью разработки штаммов-продуцентов новых метаболитов и ферментов» по национальному проекту «Наука и университеты».

Результаты опубликованы в журнале Microbiology resource announcements и защищены патентом Российской Федерации, бактериальный штамм депонирован во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов.

Подробнее:
https://наука.рф/news/bakterii-orkhidey-zastavyat-pshenitsu-rasti-bystree/

[Шаройко Лилия]

ХИМИКИ РАЗРАБОТАЛИ СЕНСОРЫ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ МЕМБРАННОГО ПОТЕНЦИАЛА КЛЕТОК

Ученые Санкт‑Петербургского государственного университета в сотрудничестве с коллегами из СПбПУ и СПбАУ РАН имени Ж. И. Алферова создали метод усиления свечения белков‑сенсоров, позволяющих отслеживать мембранный потенциал клеток. Разработка поможет при создании лекарственных препаратов, а также для медицинских исследований мозга и сердца



Клеточная мембрана —  структура, состоящая из белков и липидов, которая отделяет содержимое клетки живого организма от внешней среды и позволяет сохранить ее целостность. В биологии и медицине особое внимание уделяют изучению изменений мембранного потенциала, то есть разницы в электрическом потенциале между внутренней и внешней сторонами клеточной мембраны. Эта разница возникает из‑за неравномерного распределения ионов внутри и снаружи клетки.
Как объясняют ученые, изменение мембранного потенциала играет ключевую роль в передаче нервных импульсов, мышечном сокращении и других физиологических процессах, необходимых для функционирования организма. Эта характеристика изменяется при возникновении патологий: например, у раковых клеток этот показатель значительно ниже, чем у здоровых. Один из способов изучения изменений мембранного потенциала клеток — использование специальных флуоресцентных белков. С помощью методов генной инженерии такие белки вводят в клетку, и они начинают светиться под воздействием света, причем интенсивность свечения определяется величиной мембранного потенциала. Такой подход позволяет наблюдать происходящие в клетке процессы в режиме реального времени, однако из‑за слабого сигнала возможности применения флуоресцентных белков‑сенсоров ограничены.

Сотрудники Санкт‑Петербургского государственного университета совместно с коллегами из других научно‑образовательных организаций нашли способ значительного усиления свечения белков. Они объединили несколько подходов и использовали методы направленной эволюции и компьютерного дизайна.

Химики исследовали фоточувствительный мембранный белок археородопсин‑3, однако используемый подход может применяться и при разработке других белков.

«В предыдущих исследованиях более яркие варианты сенсоров мембранного потенциала на основе археородопсина‑3 находили, используя метод направленной эволюции, то есть имитируя процесс эволюции ,,в пробирке". Мы использовали набор относительно ярких мутантных форм этого белка, полученный ранее, и построили их ,,цифровые двойники" с помощью методов квантовой химии и биоинформатики», — рассказал руководитель гранта, доцент кафедры медицинской химии СПбГУ доктор химических наук Михаил Рязанцев.

Он добавил, что это позволило определить отличия между разными формами белков и предложить новые, более яркие варианты сенсоров для изучения мембранного потенциала.

В процессе направленной эволюции последовательно генерируются «поколения» мутантных форм белков со стохастическим (то есть случайным) распределением аминокислотных замен. На каждом этапе отбираются наиболее «приспособленные» белки, в данном случае белки с наибольшей яркостью свечения. Именно они используются для создания нового поколения. Такой подход позволяет ученым получить «улучшенные» белки даже при отсутствии данных об их структуре и механизмах, которые контролируют те или иные свойства. Однако при таком подходе не всегда удается получить самый оптимальный набор аминокислотных замен — как и в процессе эволюции не всегда формируется оптимальный набор характеристик организма.

В работе авторы использовали инфраструктуру уникального центра коллективного пользования — Научного парка СПбГУ: ресурсные центры «Развитие молекулярных и клеточных технологий», «Оптические и лазерные методы исследования вещества», а также оборудование МГУ имени М. В. Ломоносова и Санкт‑Петербургского политехнического университета Петра Великого.

Опираясь на результаты компьютерного моделирования, химики СПбГУ определили, какие модификации — аминокислотные замены в белке — позволят усилить яркость свечения. Оказалось, что основное отличие ярких вариантов сенсоров от тусклых заключается в состоянии протонирования двух аминокислотных остатков. Один из них протонирован в ярком состоянии, а другой в тусклом, а переключение происходит за счет переноса протона по «проводу» из молекул воды, которые ученые СПбГУ нашли с помощью методов компьютерного моделирования.

«Полученные нами белки‑сенсоры — мутантные формы археоропсина‑3 — имеют ряд преимуществ по сравнению с уже известными вариантами. Они обладают значительно более яркой флуоресценцией, для их активации можно использовать ,,красный" лазер, поскольку нам удалось сдвинуть спектр их поглощения в длинноволновую область. Такое излучение лучше проникает в биологические ткани, что более перспективно для последующего применения этих белков в медицине», — объяснил научный сотрудник кафедры медицинской химии СПбГУ Дмитрий Николаев.

Усовершенствованные варианты сенсоров могут пригодиться в биомедицинских исследованиях — в частности, при изучении работы мозга и сердца с помощью флуоресцентного микроскопа. Белки с увеличенным свечением позволяют с помощью специального микроскопа отслеживать даже самые быстрые изменения потенциала отдельных нейронов. Кроме того, разработанные белки‑сенсоры могут быть полезны при разработке лекарств для лечения заболеваний мозга, таких как болезнь Паркинсона и эпилепсия, при создании препаратов для терапии сердечно‑сосудистых заболеваний, а также для диагностики различных патологий.

Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ и посвященного празднованию 300‑летия СПбГУ, опубликованы в научном журнале ACS Physical Chemistry Au, а статья размещена на обложке печатной версии издания.

[АrefievPV]

Сложная жизнь возникла на полтора миллиарда лет раньше, чем считалось, но тут же вымерла
https://naked-science.ru/article/biology/slozhnaya-zhizn-voznikla
Со времен Чарлза Дарвина биологов крайне беспокоил кембрийский взрыв биоразнообразия: получалось, что множество сложных организмов почти одномоментно возникли из очень простых. Это казалось противоречащим естественному отбору. В новой научной работе ученые показали сходные события за полтора миллиарда лет до кембрийского взрыва.

[АrefievPV]

У латимерии найдены легочные артерии
https://elementy.ru/novosti_nauki/434250/U_latimerii_naydeny_legochnye_arterii

Латимерия — один из немногих современных представителей группы мясистолопастных рыб, среди которой были предки наземных позвоночных. Кроме нее, к мясистолопастным относятся двоякодышащие рыбы, у которых, как и у наземных позвоночных, есть настоящие легкие. А что есть у латимерии — легкие, плавательный пузырь или ни то, ни другое? Как ни удивительно, на протяжении нескольких десятилетий на этот вопрос не было ясного ответа. Судя по недавно полученным данным, у латимерии есть маленькое рудиментарное (утратившее дыхательную функцию) непарное легкое, которое снабжается кровью через легочные артерии — так же, как и у других обладателей легких.

P.S. Рассматриваются различные гипотезы происхождения лёгких, плавательного пузыря, системы кровообращения рыб.

[АrefievPV]

LUCA стал древнее и при этом сложнее
https://elementy.ru/novosti_nauki/434254/LUCA_stal_drevnee_i_pri_etom_slozhnee

Новая реконструкция LUCA (последнего общего предка всех клеточных организмов), выполненная на основе биоинформатического анализа геномов многих ныне живущих видов бактерий и архей, может изменить прежние представления о нем. Предыдущие реконструкции указывали на то, что LUCA был просто организован и зависел от геохимических процессов. В новом исследовании авторы нашли признаки того, что LUCA уже был довольно сложным палочковидным прокариотом, который даже умел бороться с вирусами. Более того, его метаболические особенности позволяют предположить, что он жил не один, а в компании других микробных видов. И эта вся экосистема могла существовать еще до поздней тяжелой бомбардировки — более 4 млрд лет назад.

Биоинформатические исследования на тему «когда жил LUCA» и «что он из себя представлял» проводятся регулярно. Предыдущее такое исследование, где у LUCA были идентифицированы 355 семейств белков, вышло в журнале Nature Microbiology в 2016 году (M. Weiss et al., 2016. The physiology and habitat of the last universal common ancestor). В нем, в частности, отмечалось, что LUCA обладал путем Вуда — Льюнгдаля для фиксации углерода, то есть был ацетогеном, а наличие обратной гиразы явно выдавало в нем обитателя горячих источников. Но в этой работе он характеризовался как «полуживой» и сильно зависимый от протонных градиентов абиотического происхождения в минеральных протоклетках горячих источников: «Reconstructed from genomic data, LUCA emerges as an anaerobic autotroph that used a Wood–Ljungdahl pathway and existed in a hydrothermal setting, but that was only half-alive and was dependent upon geochemistry».

Ацетогены — бактерии, фиксирующие углекислый газ и выделяющие ацетон.
Обратная гираза — фермент, создающий избыточное механическое напряжение ДНК (как бы скручивающий пружину, в противоположность обычной ДНК-гиразе, ослабляющей ее). Такая манипуляция повышает стабильность ДНК при высоких температурах. Обратная гираза присутствует у термофильных бактерий и термофильных архей, эволюционные пути которых разошлись именно на стадии LUCA, при этом архейные и бактериальные последовательности этого фермента гомологичны. А значит, логично предположить, что он был и у LUCA.

Такой взгляд на LUCA тесно согласуется с поддерживаемой британским биохимиком Ником Лейном гипотезой, что первыми клетками были не привычные нам мешочки из фосфолипидов и терпеноидов, а минеральные протоклетки черных курильщиков, где протонный градиент создавался самопроизвольно за счет выбросов подводных вулканов. Мембраны таких клеток, скорее всего, состояли из пирита, то есть были железо-серные. В общем, в упомянутой выше статье 2016 года скорее получился «железо-серный» LUCA — наполовину живой, наполовину минеральный. Такой «протоорганизм» соответствовал доминировавшему до настоящего времени взгляду на LUCA.

Недавно появилась новая статья, посвященная реконструкции «облика» LUCA. В ней, в отличие от предыдущей, авторы в первую очередь повторно оценили его возраст. Для этого использовались пары консервативных генов, которые произошли в результате дупликации одного предкового гена у LUCA или его предка. Это, например, гены каталитической и некаталитической субъединицы мембранной АТФ-синтазы и гены аминоацил-тРНК-синтетаз для структурно сходных аминокислот. Фермент, соединяющий тирозин с его тРНК, и фермент, соединяющий триптофан и его тРНК, когда-то давным-давно, до LUCA, были одним белком, что видно при сравнении их последовательностей. Аналогично дело обстоит с ферментами, соединяющими лейцин и валин с их тРНК. Как тогда осуществлялась трансляция и насколько она была эффективна — неясно, и эта история непосредственно связана с историей генетического кода как такового. Но в прикладном смысле важно то, что раз эти белки образуют дерево с еще более глубоким корнем, чем LUCA, то по нему можно довольно точно прикинуть время существования LUCA.

LUCA часто ошибочно считают первым организмом на Земле. На самом деле, конечно, это не так. Косвенные данные (лингвисты назвали бы это «внутренней реконструкцией») показывают, что часть ферментов, обособленных на стадии LUCA, имела общего предка когда-то еще раньше. Кроме того, есть косвенные свидетельства в пользу РНК-мира — а LUCA, скорее всего, был уже организмом на основе ДНК, как мы. То есть история жизни на Земле началась задолго до LUCA — просто он стал единственным организмом, потомки которого выжили и заселили планету.

Доверительный интервал (95%) времени существования LUCA, найденный исследователями, покрывает период от 4,09 млрд лет назад до 4,33 млрд лет назад. И это во многом сюрприз, потому что в период от 4,1 млрд лет назад до 3,8 млрд лет назад случилась массивная астероидная бомбардировка Земли, получившая название поздней тяжелой бомбардировки. Ранее считалось, что земная жизнь возникла только после нее и саму бомбардировку пережить просто не могла. В последние годы как сам факт бомбардировки, так и его мощный стерилизующий эффект подвергаются сомнениям — и новые данные по филогении LUCA согласуются со скептическими взглядами на это событие. Была бомбардировка или нет, но LUCA ее пережил — так считают авторы обсуждаемой статьи.

Рис. 2. Схема известных в биохимии метаболических путей. Серым выделены пути, которые скорее всего присутствовали у LUCA, черным — которые практически точно были у него. Обратите внимание на «разорванный» цикл Кребса в центре — пока неизвестно, был ли он замкнутым и в какую сторону крутился. В правой части можно заметить цикл мочевины, который у LUCA если и был, то не полностью. В этом нет ничего удивительного — даже рыбы не испытывают в нем необходимости. Метаболизм углеводов, нуклеотидов и аминокислот у LUCA был уже сформирован, а вот по части терпеноидов и поликетидов он еще ничего не умел: это все было впереди. Рисунок из обсуждаемой статьи.

Рис. 3. а — графическое представление присутствовавших у LUCA структур клетки и метаболических путей. b — так могло бы выглядеть филогенетическое дерево для LUCA, если бы у нас были данные по его вымершим современникам. c — LUCA предположительно фиксировал углекислый газ и выделял ацетат, что характерно для ацетогенов. d — это косвенно может указывать, что он был частью экосистемы, состоящей из синтрофных прокариот, ацетогенов и метаногенов. e — эта экосистема, в свою очередь, могла быть частью древней биосферы земного океана, представленной хемоавтотрофными и хемогетеротрофными прокариотами. Рисунок из обсуждаемой статьи.

В итоге вместо полуживого скопления белков и нуклеиновых кислот в железо-серных минеральных клетках мы имеем совершенно другой образ общего предка человека и кишечной палочки (как и вообще всей клеточной жизни на Земле). Сами авторы новой статьи в заключении охарактеризовали его так: «В результате получился образ клеточного организма, по уровню сложности скорее соответствующего прокариотам, нежели прогеноте. Он предположительно был компонентом экосистемы и использовал путь Вуда — Льюнгдаля для ацетогенного роста и фиксации углерода» («The result is a picture of a cellular organism that was prokaryote grade rather than progenotic and that probably existed as a component of an ecosystem, using the WLP for acetogenic growth and carbon fixation»).

[АrefievPV]

Спинномозговую жидкость впервые обнаружили за пределами мозга
https://naked-science.ru/article/medicine/cns-pns-united
Как следует из названия, спинномозговая жидкость циркулирует в головном и спинном мозге. Похоже, теперь в учебники по физиологии придется внести поправки: согласно новому исследованию, спинномозговая жидкость (ликвор) в норме также омывает нервы по всему телу. Важное открытие не только заставляет иначе взглянуть на роль этой жидкой среды организма, но и открывает новые перспективы лечения болезней.

На вопрос «что такое спинномозговая жидкость?» любой врач или биолог ответит, что это жидкая среда, которая заполняет желудочки головного мозга, область между его оболочками и канал спинного мозга. Спинномозговая жидкость, она же ликвор, вырабатывается в выстилке желудочков мозга, в так называемом сосудистом сплетении, и выполняет важные функции в центральной нервной системе, механически защищая ее и обеспечивая метаболизм. При этом ликвор всегда считали изолированным внутри связанных между собой полостей центральной нервной системы (ЦНС) и в норме никогда ее не покидающим.

Однако, согласно новой статье в журнале Science Advances, это определение не вполне правильное. Точнее, оно не полное, так что наши взгляды на ликвор и его роль в норме и при патологии могут вскоре измениться.
История открытия началась пару лет назад с очень необычного эксперимента. Его выполнили пластические хирурги, которые искали способ проводить операции без повреждения содержащих ликвор структур. Объектом исследования был... труп, в желудочек мозга которого ввели физиологический раствор. Совершенно неожиданно нерв на запястье тела распух, что явно намекало на его связь с главным «хранилищем» спинномозговой жидкости.

Всем известно, что ЦНС и периферические нервы связаны передачей нервного импульса, но существование в них «сообщающихся сосудов» показалось совершенно невероятным. Поэтому авторы провели новые эксперименты, на сей раз на лабораторных мышах. В их желудочки мозга вводили флуоресцентную краску, и та каким-то образом добралась через весь организм до седалищного нерва у основания задней конечности.

Далее в опытах на грызунах использовали более избирательную метку — наночастицы золота двух размеров: 1,9 нанометра в диаметре и 15-нанометровые. Первые сопоставимы по размеру с молекулами глюкозы, которые циркулируют в крови, вторые близки к очень крупным белкам иммунной системы — антителам.

Спустя четыре часа после введения более мелких наночастиц они успешно перебрались из центральной в периферическую нервную систему, достигнув просвета аксонов самых дальних нейронов. Наночастицы размером с крупный белок «застряли» у основания нервов, на границе со спинным мозгом. Локализацию золотых меток точно отслеживали с помощью электронного микроскопа.

Ранее уже было известно, что нервы погружены в особую защитную среду, так называемую эндоневральную жидкость. Но то, что она на деле напрямую связана со спинномозговой жидкостью, — настоящая сенсация. Публикация может перевернуть наши представления о важном аспекте работы нервной системы и развитии многих болезней, а также лечь в основу новых методов лечения. Авторы исследования считают, что лекарственные средства вполне можно доставлять к нервам по всему телу с пульсирующим током ликвора.

[АrefievPV]

Продублирую новость сюда:

Бактерия позаимствовала гены моллюска, чтобы паразитировать в ядрах его клеток
https://elementy.ru/novosti_nauki/434260/Bakteriya_pozaimstvovala_geny_mollyuska_chtoby_parazitirovat_v_yadrakh_ego_kletok

Ряд бактерий приспособлен к внутриклеточному паразитизму, но такой «высший пилотаж» как жизнь внутри ядра клетки, — большая редкость. Обычно ядерным паразитизмом промышляют бактерии-патогены протистов, однако в новой публикации в журнале Nature Microbiology описан такой случай у глубоководных морских моллюсков. Бактерии 'Ca. Endonucleobacter' живут в жабрах двустворок Bathymodiolus puteoserpentis и Gigantidas childressi, делятся в клеточном ядре, где достигают численности до 80 тысяч. Они вызывают «раздувание» органеллы — размеры ядра увеличиваются до 50 раз.

Биологи выяснили, что в основе уникальных адаптаций эндонуклеобактера лежит горизонтальный перенос генов факторов-ингибиторов апоптоза (IAP) из генома моллюска-хозяина (возможно, опосредованный вирусами). Горизонтальный перенос генов от эукариот к бактериям считают редкостью, однако новая работа пополнила растущий список его примеров.

[АrefievPV]

Возникновение животных. Интервью Бориса Штерна с Михаилом Никитиным
https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/437212/Vozniknovenie_zhivotnykh_Intervyu_Borisa_Shterna_s_Mikhailom_Nikitinym

[АrefievPV]

Муравьи занялись грибоводством 66 миллионов лет назад во время катастрофы, вызванной ударом астероида
https://naked-science.ru/article/biology/muravi-zanyalis
Муравьи выращивают множество линий грибов для пропитания. Их коэволюция началась 66 миллионов лет назад, на границе мелового и палеогенового периодов, которую связывают с падением астероида. Но многие детали неизвестны, в том числе когда произошло одомашнивание. В новой работе ученые проанализировали эволюционные деревья сотен видов грибов и муравьев и уточнили время и место появления высшей агрикультуры.

Люди далеко не единственные, занимающеюся земледелием и фермерством. Эти способы добыть себе пропитание изобрели миллионы лет назад насекомые. Известно, что среди муравьев агрикультура возникла один раз, дав толчок к появлению 247 современных видов, обитающих, главным образом, в тропиках Центральной и Южной Америки, на Карибах. 

В зависимости от стратегии культивирования муравьев делят на четыре группы. Самые развитые — листорезы. Они обитают в больших подземных гнездах, где устраивают грибные плантации. Основывая новое гнездо, матка переносит во рту грибную культуру. Ее выращивают на субстрате измельченных листьев, пополняемом рабочими особями.

Большая международная группа ученых во главе с Тедом Шульцем из Смитсоновского национального музея естественной истории взялась прояснить этапы коэволюции муравьев и грибов. Работа вышла в журнале Science.

За 35 лет, что Шульц занимается эволюционными отношениями муравьев и грибов, он совершил более 30 экспедиций. Ученый наблюдал колонии в естественной среде и выращивал их в лаборатории. За год он с коллегами собрал тысячи генетических проб в тропиках. Всего отсеквенировали геномы 475 видов грибов-симбионтов (из которых 288 окультурены муравьями) и 276 видов муравьев (из которых 208 занимаются грибоводством), построили и сравнили эволюционные деревья. Это позволило создать временную шкалу совместной эволюции двух групп.

Эволюционные пути муравьев и грибов пересеклись 66 миллионов лет назад. Примерно тогда же Земля столкнулась с большим астероидом, что вызвало изменение климата и способствовало массовому вымиранию. Для грибов настало благоприятное время. Они процветали, питаясь во множестве разлагавшимися растениями. Там они близко контактировали с муравьями, для которых стали служить пищей. Так появилась примитивная агрикультура.

Прошло еще 40 миллионов лет, прежде чем муравьи усовершенствовали способ хозяйствования. Как показало исследование, высшая агрикультура возникла примерно 27 миллионов лет назад. Тогда Земля быстро входила в период похолодания, в Южной Америке установились более сухие ландшафты — залесенные саванны, прерии с вкраплениями влажных тропических лесов. Муравьи перенесли грибы из влажных лесов в сухие области, изолировав их от дикой популяции. В итоге появились новые линии, полностью зависимые от своих хозяев и аридного климата.

[василий андреевич]

Основывая новое гнездо, матка переносит во рту грибную культуру.

Замечательно. Как мама передает митохондрии.

[АrefievPV]

Два в одном
https://www.nkj.ru/news/51162/
Гребневики срастаются телами.

Как-то раз биолог Кей Дзокура (Kei Jokura), работавший с гребневиками в Лаборатории морской биологии в Вудс-Холе, обнаружил в аквариуме среди подопечных гребневиков странный экземпляр – вдвое больше, чем прочие, с двумя ртами и двумя глотками. Эти желеобразные, медузоподобные существа очень хорошо регенерируют, будучи способны отрастить половину тела взамен утраченной. Само собой возникало предположение, что у странного гребневика регенерация пошла куда-то не туда, и вместо восстановления тела получился второй гребневик, сросшийся с первым, как сиамский близнец.

Но у Дзокуры с коллегами возникла ещё одна гипотеза – что это два изначально разных гребневика срослись по месту травмы. Чтобы проверить, могло ли такое произойти, исследователи взяли несколько гребневиков, отрезали от них небольшие кусочки, и соединили их попарно, срез к срезу. Из десяти пар девять за сутки срослись. Причём они не просто срослись: пища, которая попадала в один из двух ртов, распространялась по всему общему телу, а когда в сросшуюся пару чем-то тыкали, отзывалось всё тело – то есть пищеварительная и нервная система у них объединялись. Синхронизация движений начиналась через час после соединения, а через два двойной гребневик реагировал на раздражители как единое целое.

Эксперименты ставили с гребневиком морским грецким орехом. Похожее срастание наблюдали у гребневиков другого вида, черноморской плевробрахии, но у той было срастание без объединения – реакции двух плевробрахий оставались нескоординированными, каждая отчасти сохраняла свою отдельность. Возможно, способность к полному слиянию есть не у всех гребневиков.

На самом деле это довольно странные существа. Мы как-то писали, что они живут без синапсов и что тот же морской грецкий орех от стресса превращается в личинку. Способность сливаться телами говорит о том, что у гребневиков нет молекулярных, клеточных, физиологических механизмов, которые позволяли бы отличать своё тело от чужого – то, что есть у всех остальных животных. Кстати, умение распознавать чужие молекулы и клетки лежит ведь в основе иммунной защиты, так что было бы интересно узнать, как гребневики защищаются от вирусов, бактерий и паразитов – если на них вообще претендуют какие-либо вирусы, бактерии и паразиты. Про гребневиков часто говорят, что они похожи на общего предка всех современных животных; возможно, изучая их, мы поймём, как наши тела научились отличать себя от не-себя.

Результаты исследований опубликованы в Current Biology

[василий андреевич]

Способность сливаться телами говорит о том, что у гребневиков нет молекулярных, клеточных, физиологических механизмов, которые позволяли бы отличать своё тело от чужого – то, что есть у всех остальных животных.

"Сиамские близнецы". Какие сбои в трансляции приводят к тем выживающим крайностям, что с двумя головами и туловищами, но с одним тазой и одной парой ног?