paleoforum.ru

Цитата: npvol от апреля 21, 2023, 16:30:31биота создает среду под себя...

По каким признакам, в таком аспекте, будем отличать среду от системы? Лично для меня вопрос далеко не праздный и не риторический - нужны четкие критерии, что бы выделить граничные условия.
  Иерархичность систем и сред (системность) - это один из вариантов игнорирования среды, как претендента на фактор эволюции.

Гребневики живут без синапсов
https://www.nkj.ru/news/47996/
Нервная система гребневиков состоит из нейронов, которые слились друг с другом своими отростками в единое целое.

ЦитироватьУ всех животных нервная система состоит из специализированных клеток нейронов, соединённых друг с другом столь же специализированными межклеточными контактами-синапсами. Синапсы могут быть разные, в каких-то импульс перескакивает с клетки на клетку без посредников (так называемый электрический синапс), в каких-то импульс передаётся с помощью нейромедиаторов. Сами нейроны тоже могут отличаться и по строению, по функциям, по электрохимическим свойствам, а кроме нейронов в нервной системе часто появляются вспомогательные клетки, помогающие нейронам жить и работать и т. д. Эволюция животных шла долго, нервная система у разных животных подлаживалась под разные условия, но базовая схема оставалась неизменной — генерирующие импульс клетки, соединённые специальным контактом.

И тут оказывается, что из этого правила есть исключение. В статье в Science сотрудники Бергенского университета вместе с коллегами из Германии и Великобритании пишут, что у гребневиков есть нейроны, но нет синапсов. Гребневиками называют исключительно древних животных, отчасти похожих на медуз — это желеобразные прозрачные существа, плавающие в толще моря и питающиеся небольшими ракообразными, коловратками и другой планктонной мелочью. Плавают они, шевеля множеством ресничек, которые собраны в характерные гребни — откуда и название. Про их нервную систему говорят, что она децентрализованная, то есть выглядит просто как сеть нейронов. При этом более подробных сведений про их нервную систему не было, во многом потому, что их желеобразную и одновременно хрупкую анатомию довольно трудно изучать. Кое-кто полагал, что то, что мы видим, вообще не нервная система, и что её у них просто нет, потому что в их геноме нет некоторых важных генов, без которых её невозможно представить.

Сейчас исследователи сумели изучить личинку гребневика Mnemiopsis leidyi с помощью электронного микроскопа. Изображения огромного количества поперечных срезов объединили в трёхмерную карту тела личинки, на которой проявились пять нейронов, соединённые слившимися друг с другом отростками. Получалась единая непрерывная сеть без каких-либо контактов-переходов-синапсов. Нейроны гребневиков оказались объединены в синцитий — так называют тип ткани, когда клетки не разграничены или мало разграничены друг от друга. Притом нельзя сказать, что нейроны гребневиков не нейроны: у них есть ионные каналы, которые позволяют менять концентрацию ионов на мембране и создавать бегущий импульс, и у них есть специфические пептиды вроде тех, которые есть у животных с «нормальными» нервными системами.

Кроме слившихся в единую сеть нейронов, у личинок гребневиков есть сенсорные клетки и отдельные нейроны, которые в эту сеть не входят. Предполагается, что они управляют движениями ресничек, что они как-то общаются с «сетевыми» нейронами, но для чего на самом деле нужны отдельно сидящие нейроны и как они общаются с нейронной сетью, пока неясно.


Трёхмерная реконструкция личинки гребневика из электронных микрофотографий. Шар из сиреневых нитей — та самая система из непрерывно переходящих друг в друга нейронов. Синие участки с зелёными отростками — реснички, с помощью которых гребневики плавают. Жёлтые звёздчатые клетки — «внесистемные», отдельно сидящие в теле нейроны. Отдельные синие пятна с жёлтыми тонкими отростками — сенсорные клетки. Большой розовый «остров» внизу — щупальце, которым личинка хватает добычу. Иллюстрация: Pawel Burkhardt et al, Science (2023).

Почему вообще нервная система гребневиков так занимает исследователей? Мы сказали, что они исключительно древние. Но на самом деле гребневики не просто одни из древнейших животных, они оспаривают право вообще называться самыми древними и самыми первыми животными на земле. Оспаривают они его у губок, у которых нервной системы вообще нет. Но даже если гребневики были не первыми, а вторыми или третьими, то всё равно возникают сложные вопросы, касающиеся эволюции нервной системы. Она развивалась у них явно параллельно той нервной системе, которую можно увидеть в любых других животных. Приобрели ли гребневики свою бессинаптическую нервную систему независимо от других? И что означают добавочные внесетевые нейроны гребневиков — можно ли предположить, что у них есть какие-то элементы обычной нервной системы?

Синапсы дают мощный инструмент управления нейронными импульсами: они позволяют формировать новые нейронные цепочки, синаптические нейромедиаторы и рецепторы к ним помогают регулировать чувствительность нейронов к входящим сигналам и т. д. Гребневики как-то без этого обходятся, но чтобы понять, как именно, нужно увидеть их нервную систему в действии, то есть нужны весьма изощрённые эксперименты с гребневиками, в которых можно было бы вживую наблюдать за работой их нейронов. Вполне вероятно, что такие исследования будут проведены в ближайшее время, потому что благодаря нервной системе гребневиков наверняка удастся решить некоторые особенно трудные вопросы, касающиеся общей эволюции животных в целом.

Двигательного нейрогомункула перерисовали по-новому
https://www.nkj.ru/news/47995/
В функциональной карте двигательной коры нашли зоны, помогающие координировать движения в масштабах всего тела.

ЦитироватьУ всех частей тела есть представительство в мозге — то есть они сообщаются нервными импульсами с определённой мозговой зоной. Есть зона для языка, зона для глаз, рук, ног и т. д. О каких импульсах идёт речь? О сенсорных и о двигательных: мозгу нужно ощущать тепло, холод, прикосновения и боль, которые чувствуют наши руки-ноги, а от себя он должен посылать им двигательные команды. И очень давно было замечено, что разные части тела представлены в мозге неравномерно. Мы это можем понять по собственному опыту: какие-то части тела чувствительнее других, а наши пальцы и язык совершают более сложные движения, чем локти или бёдра. И вовсе необязательно, чтобы представительства частей тела в мозге соответствовали их реальному расположению, то есть область, управляющая большим пальцем, вполне может оказаться рядом с областью, управляющей шеей.


Если относительные размеры участков двигательных и сенсорных зон в коре мозга перенести на соответствующие им части тела, то получится такой трёхмерный портрет кортикального нейрогомункула. (Иллюстрация: Mpj29 / Wikipedia)

Если на рисунке сопоставить части тела с соответствующими зонами коры полушарий, получится странный человечек-гомункул с огромными руками и губами и маленькими ножками. Его называют гомункулом Пенфилда, в честь знаменитого нейрохирурга, который систематизировал собственные и чужие данные о функциональных связях коры с телом человека. Различают гомункула сенсорного и гомункула моторного, хотя они довольно сильно похожи друг на друга.

Кортикальный гомункул появился к 1937 году и долгое время пользовался, что называется, непререкаемым авторитетом среди нейробиологов. Однако как минимум с начала XXI в. стали появляться данные, что гомункул не вполне точен. Например, появилось предположение, что в первичной моторной коре, от которой идут двигательные импульсы к мышцам, на самом деле есть не одна, а две двигательные нейронные системы: одна — та, что посылает непосредственные двигательные импульсы в части тела, и вторая, которая заведует мышечной синергией и следит за тем, чтобы движения были скоординированными.

Сотрудники Вашингтонского университета в Сент-Луисе затеяли перепроверить двигательного нейрогомункула с помощью данных функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). В эксперименте участвовали несколько человек. Они выполняли простые движения (например, шевелили бровями или пальцами ног) и сложные движения (например, вращали кистью или стопой), пока активность их мозга фиксировали с помощью фМРТ; кроме того, активность мозга записывали в состоянии полного покоя — исследователей интересовало, как общаются разные участки коры, когда им не приходится управлять никакими движениями.

С одной стороны, новые данные отчасти подтвердили устройство двигательного гомункула: в двигательной коре действительно есть отдельные зоны, отвечающие за пальцы ног, пальцы рук, язык и т.д. Но при этом двигательные зоны сгруппированы в три части, соответствующие нижней части тела, торсу и рукам и голове. Внутри каждой «мегазоны» есть участки, которые соответствуют наиболее удалённым частям тела — например, пальцам. Такие участки будут находиться, условно говоря, посередине «мегазоны», то есть участок пальцев ног (прим. моё: наверное, «пальцев рук», опечатка, полагаю) будет сидеть между участками коры, отвечающими за локти и предплечья.


Схема старого двигательного гомункула Пенфилда (слева) и новый перерисованный гомункул (справа). Иллюстрация: Evan M. Gordon et al., Nature (2023)

Наконец, самое важное — большие зоны головы, торса и нижней части тела перемежались зонами без какой-либо специализации. Эти странные участки, во-первых, оказались тесно связаны друг с другом, во-вторых, оказались тесно связаны с другими частями мозга, которые отвечают за планирование действий, за болевые ощущения, за регуляцию кровяного давления. Они активировались тогда, когда какое-то движение — всё равно, какое — только задумывалось. Исследователи пишут в Nature, что участки без специализации координируют действия в масштабах всего тела с учётом данных из других зон мозга, которые не посылают напрямую двигательных импульсов к мышцам. Конечно, никто не думал, что мозг не умеет координировать движения, но сейчас соответствующие зоны удалось обнаружить в явном виде, причём они оказались в составе двигательного нейрогомункула.
Экспериментальные данные, полученные на горстке добровольцев, перепроверили на десятках тысяч снимков фМРТ других людей. Десятки тысяч снимков подтвердили, что всё так и есть — гомункул (или функциональная карта моторной коры) у людей устроен действительно несколько иначе, чем было принято считать, и надо бы его перерисовать в соответствии с новыми данными, с учётом зон общего согласования и пр. Кстати, у младенцев, которым ещё нет года, эти зоны общего контроля себя ещё не проявляют, что вполне соответствует тому, что младенцам сложная координация движений пока недоступна. В перспективе более точное изучение устройства двигательной коры нашего мозга поможет найти более эффективные методы терапии разнообразных двигательных расстройств.

  Не могу не оставить, хотя и пустой, но хвалебный коммент за приведенную статью. Очень поучительный материал.

У желтых сумасшедших муравьев самцы — химеры
https://elementy.ru/novosti_nauki/434094/U_zheltykh_sumasshedshikh_muravev_samtsy_khimery

ЦитироватьУ желтого сумасшедшего муравья (Anoplolepis gracilipes) не только поведение «сумасшедшее», но и генетика выходит за рамки нормы. Пол у A. gracilipes, как и у всех других муравьев, определяется генетически: самки — и рабочие, и королевы — имеют диплоидный набор хромосом, а самцы — гаплоидный. Самцы, таким образом, развиваются из неоплодотворенных яиц. Но самцы у A. gracilipes оказались химерными. Их тело (в том числе и сперматозоиды) построено из двух типов клеток: одни — с отцовским геномом, другие — с материнским. Такой крайне необычный вариант полового размножения — имитация самцовой диплоидности — им понадобился для генетической детерминации каст рабочих и королев. Другого подобного примера генетического предопределения каст у перепончатокрылых не известно, равно как и обязательного химеризма в жизненном цикле эукариот вообще.

ЦитироватьВариант объяснения этого феномена, который предложили ученые, поначалу кажется диким: все самцы этого вида являются генетическими химерами. Каждая клетка гаплоидна и несет либо гаплотип W, либо гаплотип R. Тогда при оплодотворении яйцеклетки, несущей гаплотип R, сперматозоидом W получаются рабочие, а при оплодотворении такой яйцеклетки сперматозоидом R получаются королевы. При этом в выборку при генотипировании каждого самца попадают клетки с обоими гаплотипами, создавая видимость гетерозиготности. Сколь невероятным ни кажется такое объяснение, его легко проверить. Для этого нужно выяснить, какой набор маркеров будет в разных клетках каждого самца.

Гипотеза генетических химер однозначно подтвердилась. У каждого самца клетки тела несут гаплоидный набор хромосом, но эти наборы разные: одни — строго с маркерами R, другие — строго с маркерами W. Причем сперма, как показало генотипирование тканей тела, состоит в основном из клеток W (рис. 3). При этом 43% самцов несут только сперму W, и 26% — только сперму R.

ЦитироватьТаким образом, после оплодотворения яйцеклетки возможны три варианта. Первый — с яйцеклеткой сливается сперматозоид W; в этом случае из яйцеклетки развивается рабочая особь. Второй вариант: яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом R. В этом случае вырастает королева. В третьем варианте сперматозоид проникает в клетку, но материнское и отцовское ядра в яйцеклетке не сливаются. Каждое делится своим чередом, формируя два типа гаплоидных клеток — отцовских и материнских. Из таких яиц вырастают самцы.

В химеризме самцов ученые видят оригинальный способ справиться с конфликтными требованиями отбора. То, что хорошо для королев, может плохо отражаться на рабочих и совсем не годится для самцов. В результате отбор должен действовать в разных направлениях, при этом сохраняя единство генома. Решение нашлось: образовались химерные самцы, несущие в одном случае набор генов, подходящих для королев, а в другом — для рабочих. Видимо, отбор в случае данного вида шел в весьма жестких условиях. 

Интересно, что гаплотип W сам не участвует в размножении, так как королевы не имеют яйцеклеток W. Зато ядра/клетки W эгоистичным образом занимают в ранних эмбрионах место (буквально), где разовьются гонады, успешно конкурируя с гаплотипом R. За счет этого потомки получают от самцов повышенную долю гаплотипа W. В конечном результате в данной системе сохраняются оба гаплотипа.

Без нейронов, но с нейромедиаторами: медленный танец трихоплакса
http://neuronovosti.ru/bez-nejronov-no-s-nejromediatorami-medlennyj-tanets-trihoplaksa/
Международная группа исследователей, в которую входит один из самых известных исследователей проблематики возникновения нервной системы, Леонид Мороз, изучила поведение простейших многоклеточных животных без нервной системы и влияние на него веществ, которые позже стали нейромедиаторами. Изучение «танца» представителя типа пластинчатых, Trichoplax adhaerens, и влияние на него некоторых веществ было опубликовано в журнале Frontiers in Neuroscience. Мы попросили первого автора этой статьи, Михаила Никитина, прокомментировать свое исследование, а комментарий разросся в полноценную нейроновость. Так что передаем слово автору.

ЦитироватьОдним из важнейших эволюционных прорывов животных стало возникновение нервной системы. Но как это произошло и что предшествовало нервной системе, никто не знает. Прояснить этот вопрос может изучение двух типов животных, не имеющих нервной системы — губок и пластинчатых. Причем пластинчатые, наиболее известен из которых вид Trichoplax adhaerens, более интересны, так как это подвижные животные, у которых есть поведение, тогда как губки сидят на одном месте и просто фильтруют воду. 

Trichoplax adhaerens — одно из самых скромных и невзрачных животных в мире. Невооруженным глазом он выглядит как серое пятнышко грязи на стекле морских аквариумов. Под микроскопом видно, что это плоская пластинка из трех слоев клеток, до 1-2 миллиметров в ширину и до 20-30 микрон в толщину. У него нет ни симметрии, ни постоянной формы, ни переда и зада, ни рта, ни желудка, ни мышц, ни нейронов. Trichoplax медленно ползает на ресничках, меняя форму подобно амебе, и переваривает пленки бактерий и водорослей всей своей нижней стороной. Trichoplax очень нетороплив — скорость полмиллиметра в минуту для него  — это очень быстро. Он никогда не спит, а всегда либо ест, либо ищет еду.

По одной из хорошо обоснованных гипотез, нервной системе в эволюции могла предшествовать «система объемной передачи» — разбросанные по телу первых животных железистые клетки без отростков и синапсов, которые выделяли сигнальные вещества и тем самым координировали физиологические процессы. Сигнальные вещества этой системы позже стали нейротрансмиттерами и гормонами. Эта гипотеза предсказывает, что системы синтеза и рецепторы к нейротрансмиттерам старше нервной системы. Изучение генома Trichoplax это подтверждает — у него уже есть рецепторы к глутамату, ГАМК, АТФ и ряду пептидных трансмиттеров. К примеру, мною in silico было предсказано существование пептидных трансмиттеров этого организма, что затем получило подтверждение; помимо этого нашим коллегам удалось обнаружить опиоидный пептид Trichoplax и провести поведенческие эксперименты с ним.

Мы решили поставить поведенческие эксперименты, чтобы найти и описать реакции Trichoplax на эти вещества — глутамат, ГАМК, АТФ и еще на глицин. Вскоре мы столкнулись с тем, что нигде в литературе нет подробного количественного описания нормального поведения Trichoplax, помимо питания. А как изучать реакции на вещества, если неизвестно нормальное поведение? 

Поэтому нам пришлось начать со съемок нормального поведения, и тут же обнаружились сюрпризы. Например, Trichoplax при ползании оставляет слизистый след, и эти следы влияют на его поведение. На чашке, где несколько часов ползали его сородичи, Trichoplax ползает в несколько раз быстрее, чем на чистой — и это важно, так как в эксперименте ученые стараются использовать чистую посуду, а в реальных морях все твердые поверхности покрыты чьими-то слизями. Получается, что опыты с Trichoplax на чистой чашке не отражают их природное поведение.
В опытах с аминокислотами мы быстро обнаружили, что глутамат действует на Trichoplax как пищевой сигнал. При добавлении глутамата они останавливаются и пытаются есть даже на чистом стекле. Глицин и ГАМК, напротив, подавляют его аппетит даже на вкусных водорослях. Кроме того, и ГАМК, и глицин побуждают Trichoplax ползать по более извилистому пути, вплоть до кручения на одном месте, что может иметь отношение к поискам пищи по ее запаху.

Мы продолжаем работы по анализу клеточных и молекулярных механизмов, лежащих в основе сигнальных ролей этих аминокислот у Trichoplax. Ранее мы показали микрохимическим анализом, что его клетки накапливают ГАМК и глицин, а в геноме закодированы везикулярные транспортеры для этих аминокислот. То есть они могут быть не только внешними стимулами, но и внутренними сигнальными молекулами системы объемной передачи, координирующей движения этого животного.

P.S. Размещал ранее:

Цитата: АrefievPV от июля 14, 2021, 05:05:19Могли ли нейротрансмиттеры создать нервную систему в качестве эволюционного ответа на повреждение?
https://elementy.ru/novosti_nauki/433837/Mogli_li_neyrotransmittery_sozdat_nervnuyu_sistemu_v_kachestve_evolyutsionnogo_otveta_na_povrezhdenie

Обезьяны оказались способны к вдумчивому принятию решений
http://neuronovosti.ru/obezyany-okazalis-sposobny-k-vdumchivomu-prinyatiyu-reshenij/
Американские ученые продемонстрировали, что обезьяны, как и люди, способны к сложным размышлениям. Например, они умеют учитывать комбинации факторов. При этом приматы не импульсивно гонятся за первым доступным вариантом, а находят оптимальное решение, исходя из ограничений, затрат и последствий. Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience, на русском об этом написал партнерский портал Inscience.News.

ЦитироватьИсследователи, изучающие высшую нервную деятельность, задаются фундаментальными вопросами: каким образом мы мыслим? Что происходит в нашем мозгу, когда мы размышляем над сложными вопросами: например, куда поехать отдыхать или какой университет выбрать? Могут ли другие животные, например обезьяны, так же глубоко подходить к анализу какой-либо проблемы?

В 1979 году психологи Даниэль Канеман и Амос Тверски предложили так называемую теорию перспектив, которая описывает, как люди выбирают между вариантами с известными рисками и ограничениями. Авторы выявили две системы мышления: быструю, которая происходит автоматически и бессознательно, и гораздо более медленную, когда сознание, используя логическую аргументацию, выбирает из предложенных вариантов оптимальный.

Такое «медленное» мышление долгое время считалось присущим исключительно человеку. Однако новое исследование ученых из Питтсбурского университета опровергает этот факт.

Исследователи предложили обезьянам решить «задачу о рюкзаке». Она звучит так: вор пробрался в ювелирный магазин. У него есть довольно вместительный рюкзак. А в ювелирном магазине дорогие вещи, которые можно в него положить. Однако лямки рюкзака выдерживают четыре килограмма, не больше. Из ювелирных товаров вора привлекли три вещи: колье стоимостью 4 тысячи долларов и весом четыре килограмма, кольцо за 2,5 тысячи долларов, весящее один килограмм, и подвеска за 2 тысячи долларов, которая весит три килограмма. Нужно выбрать вещи наибольшей общей стоимости и не забывать про ненадежные лямки рюкзака. Эта задача хорошо знакома программистам, изучавшим динамическое программирование. Компьютерные технологии позволяют решить эту задачу для разнообразного количества предметов и рюкзаков различной вместительности. Ведь задача кажется простой, потому что из трех вещей можно составить всего восемь комбинаций, но стоит добавить один предмет 一 и их станет 16, а для пяти вещей комбинаций будет уже 32.

В эксперименте участвовали два самца макак-резусов (Macaca mulatta). Исследователи адаптировали для них «задачу о рюкзаке». В качестве предметов они использовали 11 изображений, каждое из которых связывали с определенным количеством угощения 一 таким образом для обезьян создавали ценность объекта. Затем с помощью сенсорного планшета ученые им показывали случайную комбинацию пяти изображений. Когда макака сделала выбор, картинка подсвечивалась, а виртуальный рюкзак внизу экрана заполнялся. Животных награждали в зависимости от ценности предложенных решений.

Ученые обнаружили, что результативность и время размышления зависело от сложности задачи, а также что решения обезьян полностью совпадали с ответами, которые дал компьютерный алгоритм, созданный специально для подобных задач.

Цитировать«Результаты этой работы проливают свет на столетия дискуссий о теориях дуального мышления, структуре мыслей и нейробиологической основе интуиции и рассуждений», — рассказал Уильям Штауффер, ведущий автор исследования из Медицинской школы Университета Питтсбурга.

Владение тоновым языком облегчило распознавание мелодий
https://nplus1.ru/news/2023/04/28/tonal-language
При этом носители тоновых языков хуже различают ритм

ЦитироватьРодной язык влияет на восприятие музыки: владение тональным языком способствует лучшему различению похожих мелодий, а владение нетональным языком помогает лучше распознавать ритм. Результаты метаанализа 20 исследований и эксперимента с 459066 участниками опубликованы в Current Biology.

Тональные (тоновые) языки, распространенные в Юго-Восточной Азии (например, китайский или вьетнамский), отличаются использованием высоты звука для указания смысла слова. В таких языках как русский или английский могут использоваться интонации, но, в отличие от тональных языков, интонации распространяются на большой отрезок предложения, а не показывают значение одного конкретного слова. Прошлые исследования показывают, что язык имеет большое влияние на мышление и восприятие: от социальных норм и стереотипов до зрительного восприятия предметов. Однако изучение того, насколько родной язык связан со способностью воспринимать музыку, пока дает противоречивые результаты.

Исследователи из Новый Зеландии и США под руководством Цзинсюань Ли (Jingxuan Li) из бизнес-школы Колумбийского университета решили проверить, влияет ли владение тоновым языком на обработку и восприятие музыки. Для этого авторы провели метаанализ 20 прошлых исследований, а затем провели собственный эксперимент, в котором приняло участие 459066 человек.

На первом этапе авторы сгруппировали проведенные ранее исследования влияния языка на обработку музыки, выделив как категории мелодию, высоту голоса и ритм. Для каждой категории они провели метаанализ. Размер эффекта показал преимущество носителей тоновых языков в различении схожих мелодий. Других отличий авторы не обнаружили, однако отметили, что большинство людей в выборках владели самыми распространенными языками (китайский, английский), а значит результаты нельзя распространить на другие языки. Кроме того, выборки были достаточно маленькими, что не дает делать значимые выводы.

Во втором этапе исследователи провели эксперимент, собрав данные людей из 203 стран и получив информацию по 19 тональным языкам, 6 языкам с музыкальным ударением и 29 нетональным языкам. Участники проходили три задания, которые измеряли способность различать похожие мелодии, находить несоответствие вокала музыке и рассинхронизацию между клик-треком и песней.

Анализ выявил преимущество носителей тоновых языков в способности различать схожие мелодии (p < 0,001). Это подтвердило результаты метаанализа и показало, что разница сохраняется и при сравнении других языков, помимо китайского и английского. Различий же в восприятии вокала авторы не обнаружили. В свою очередь, носители нетональных языков лучше улавливали несоответствие клик-трека песне. Метаанализ таких различий не выявил.

Таким образом, учтя недостатки прошлых исследований, такие как маленькая выборка и малое количество языков для сравнения, авторы показали, что язык действительно влияет на восприятие музыки: носители тоновых языков лучше различают мелодии, но хуже распознают ритм.

Исследователи изучают и то, как иностранный язык влияет на мышление. Так, американские психологи обнаружили, что использование иностранного языка снижает эмоциональность при решении этических проблем. А другая группа психологов показала, что размышления на неродном языке заставляют людей фокусироваться на последствиях поступков окружающих, а не на их намерениях.

Вода на Земле могла появиться из первичной водородной атмосферы
https://elementy.ru/novosti_nauki/434096/Voda_na_Zemle_mogla_poyavitsya_iz_pervichnoy_vodorodnoy_atmosfery

ЦитироватьВодород — главный элемент космоса. Атмосферы многих экзопланет содержат молекулярный водород. Американские ученые разработали оригинальную модель, основанную на предположении, что первичная атмосфера Земли тоже была богата Н₂. Согласно этой модели, вода на Земле появилась в результате взаимодействия водорода атмосферы с океаном силикатной магмы.

Параллельно модель объясняет еще две геологические загадки — почему для земных недр характерна окислительная среда и как образовался дефицит плотности в ядре.

P.S. Статья большая, пояснения достаточно подробные.

В дополнение ссылка:

ЦитироватьИсточник: Edward D. Young, Anat Shahar, Hilke E. Schlichting. Earth shaped by primordial H₂ atmospheres // Nature. 2023. DOI: 10.1038/s41586-023-05823-0.

Дыхание предка
https://nplus1.ru/material/2023/05/02/very-ancient-eukaryota
Правда ли, что митохондрии сделали нас эукариотами

ЦитироватьНа протяжении двух миллиардов лет на нашей планете обитали лишь бактерии и археи — организмы, лишенные ядра, то есть прокариоты. Затем клетки стали обзаводиться более сложными структурами: ядром, отделенным мембранами от цитоплазмы, и митохондриями. Этот качественный переход во внутренней организации клетки и позволил появиться эукариотам, к которым относятся множество одноклеточных и все многоклеточные организмы — включая авторов этого текста и его читателей. Шведские биологи в статье в Science утверждают: ради этого предки эукариот дважды подружились с бактериями и только со второго раза научились дышать кислородом. Алексей Дукат и Анна Кузнецова объясняют, откуда взялась эта гипотеза и какие с ней могут возникнуть сложности.

Как появились эукариоты

Эволюцию эукариот принято отсчитывать от FECA (first eukaryotic common ancestor), гипотетического первого общего предка всех эукариот. Это древнейший организм, который только начал приобретать характерные для эукариот признаки. Со временем он превратился в LECA (last eukaryotic common ancestor), последнего общего предка. После него эволюционные ветви эукариот разошлись — поэтому LECA должен обладать всеми основными признаками эукариотической клетки.


Основные этапы развития эукариотической клетки
F. D. Mast et al. / Trends in Cell Biology, 2014

Что происходило с клетками по дороге от FECA к LECA, не совсем понятно. По имеющимся данным, FECA был очень близок к асгардархеям и не сильно от них отличался. А у LECA уже должны были присутствовать полноценное ядро и развитая система внутренних мембран. Получается, что между FECA и LECA лежит огромное эволюционное расстояние, и неясно, в каком порядке у них появлялись разные эукариотические признаки. Особенно много вопросов остается к митохондриям.

Митохондрии часто сравнивают с энергетическими станциями клетки. Внутри этих органелл происходит дыхание, то есть окисление органики кислородом, в результате чего выделяется энергия и синтезируется АТФ, универсальный переносчик энергии. Предполагается, что именно благодаря митохондриям у предковой клетки появились ресурсы на фагоцитоз — поглощение твердых частиц с помощью впячивания мембраны. Это критически важное для эукариот свойство: так можно не только захватывать внеклеточные молекулы, но и, например, образовывать транспортные пузырьки и сложные мембранные структуры. Разделение клетки на отсеки (компартменты) при помощи мембран решает множество проблем, и прокариоты на такое не способны — считается, что без митохондрий на такой процесс уходило бы слишком много энергии.

Митохондрии сильно отличаются от других органелл: у них есть собственная ДНК и рибосомы, они могут делиться независимо от самой клетки. Еще они обладают двойной мембраной, причем внутренняя имеет сложную структуру со складками (кристами), для того чтобы увеличить площадь поверхности, на которой протекают биохимические реакции. Все это говорит о том, что митохондрии когда-то были отдельно живущими организмами — а именно α-протеобактериями.

Считается, что предок эукариот (архея) вступил в симбиоз с предком митохондрий (α-протеобактерией), в результате чего появился принципиально новый организм, давший начало полноценным эукариотам. Есть несколько гипотез о том, как именно произошел такой эндосимбиоз, но все они сходятся в одном: к моменту появления LECA бактерия должна была прочно поселиться в будущей эукариотической клетке. А значит, самые первые эукариоты должны были обладать полноценными митохондриями. Но некоторые ученые продолжают ставить эту идею под сомнение. В их числе Цезарь Аль Джевари (Caesar Al Jewari) и Сандра Балдауф (Sandra Baldauf) из Уппсальского университета: они предположили, что первые эукариоты могли выглядеть совсем по-другому.

Кто был первым

Современные эукариоты — разнообразная группа, систематика которой постоянно меняется. На данный момент выделяют три мегагруппы эукариот:

• Amorphea — гетеротрофы, которые умеют образовывать ложноножки. Сюда, к примеру, входят заднежгутиковые, к которым относятся грибы и животные,
• Diaphoretickes — среди них много фотосинтетиков, хотя в этой группе встречаются и организмы, которые никогда фотосинтезировать не умели. Сюда входят архепластиды, к которым относятся растения,
• Excavata— одноклеточные жгутиконосцы. Среди них множество свободноживущих и симбиотических форм, а также некоторые паразиты человека, такие как лямблии и трихомонады. Именно на них обратили свое внимание шведские биологи.

Среди экскават есть такие, у которых митохондрий в привычном понимании нет. Зато есть кое-что похожее — гидрогеносомы. Гидрогеносомы точно так же окружены двойными мембранами и тоже выделяют углекислый газ и производят АТФ. Но в процессе их бескислородного дыхания попутно выделяется еще ацетат и молекулярный водород. По сути, функционально гидрогеносомы заменяют митохондрии в анаэробных (бескислородных) условиях.

Выяснить, откуда появились гидрогеносомы, довольно сложно — чаще всего они лишены генома, поскольку необходимые для их функционирования гены мигрировали в ядро клетки. Общепринятой является гипотеза, согласно которой гидрогеносомы это деградировавшие митохондрии, и в ее пользу есть немало аргументов. Однако у Аль Джевари и Балдауф возникли сомнения.

Они задались вопросом: какая из групп эукариот самая древняя? Чтобы на него ответить, потребовалось проанализировать гены архейного и бактериального происхождения у современных эукариот.

Ученые отобрали 456 белков, общих для архей и эукариот, затем из них выбрали наиболее близкие к эукариотам последовательности. Предпочтение отдавалось белкам, которые встречались во всех ветвях, происходящих от общего предка эукариот. Именно по тому, насколько эти белки отличаются от архейных, можно судить об эволюционном расстоянии между археями и различными ветвями эукариот. Например: ветвь Archaeplastida, к которой относятся большинство современных растений. У этой ветви есть белки, общие с археями, но многие из них отличаются по отдельным последовательностям — значит, ветвь Archaeplastida лежит далеко от архей на эволюционном дереве.

Получилось филогенетическое древо, на котором ближе всего к первым ветвям эукариот лежали четыре анаэробные линии экскават. А если одни из самых древних эукариот жили в анаэробных условиях, то — предположили исследователи — их последнему общему предку LECA митохондрии были не нужны. Зато у него, вероятно, были гидрогеносомы — как у современных анаэробных экскават, и появились они независимо от митохондрий.

Это предположение идет вразрез с современными представлениями о происхождении эукариот. Общепринятая на данный момент гипотеза утверждает, что у LECA уже были полноценные митохондрии, которые появились в результате эндосимбиоза с α-протеобактерией. А потом они независимо деградировали до гидрогеносом у разных групп эукариот, населяющих анаэробные среды.

Шведские биологи рисуют совсем другую картину. По их мнению, первые эукариоты митохондрий не имели, а симбиозов на их эволюционном пути было два. Сначала произошел γ- или δ-протеобактериальный эндосимбиоз, давший начало гидрогеносомам. Потом некоторые эукариоты вступили в симбиоз с α-протеобактериями, давшими начало митохондриям. А гидрогеносомы большинство эукариот со временем утратили.


Предлагаемый поэтапный сценарий происхождения митохондрий и митохондриеподобных органелл (гидрогеносом)
C. Al Jewari, S. Baldauf / Science Advances, 2023

Это возможно?

Авторы проделали большую работу, чтобы прийти к выводу о том, что экскаваты — одна из самых древних групп эукариот. Однако из этого вовсе не следует, что гидрогеносомы появились раньше митохондрий, а эндосимбиоз происходил дважды. Можно представить себе и другой вариант развития событий, согласно которому первые экскаваты все-таки были носителями митохондрий, а позже некоторые представители смогли адаптироваться к жизни без кислорода и обзавелись гидрогеносомами. Чтобы убедить научное сообщество в том, что верна именно их модель, шведским ученым придется отразить сразу несколько контраргументов.

Во-первых, два эндосимбиоза подряд менее вероятны, чем один. Это выглядит как усложнение уже имеющейся гипотезы, и кажется маловероятным, что такой сложный процесс, как эндосимбиоз, мог произойти дважды. Правда, в природе есть примеры вторичного и даже третичного (у некоторых красных водорослей) эндосимбиоза — это пластиды, предками которых тоже являются бактерии. Но чтобы доказать сложную последовательность симбиозов, хорошо бы найти следы промежуточных стадий в этом процессе. И пока не известно ни одного организма, который одновременно имел бы и гидрогеносомы, и митохондрии.

Во-вторых, уже накопилось немало подтверждений того, что гидрогеносомы произошли от митохондрий. Например, в 2010 году была найдена гидрогеносома с митохондриальными генами. Кроме того, в гидрогеносомах есть белки, уникальные для митохондрий. Не стоит забывать и о том, что гидрогеносомы присутствуют также у некоторых грибов, которые являются значительно более поздней группой эукариот. Чтобы доказать, что гидрогеносомы появились независимо, нужно будет предложить новое объяснение для всех этих находок.

Наконец, придется что-то сделать с более обоснованной гипотезой inside-out, которая предполагает, что митохондрии помогли будущим эукариотам не только освоить фагоцитоз, но и сформировать само ядро. Согласно этой гипотезе, архея постепенно окружала предка митохондрии своими выростами, а затем образовала вокруг них целую систему из мембран. Впоследствии эта система стала мембранными органеллами, а первичная мембрана археи — оболочкой ядра.

ЦитироватьПочему именно γ- или δ-протеобактерии?

В геномах эукариот, помимо генов альфа-протеобактерий, встречаются также в куда меньшем количестве гены гамма- и дельта-протеобактерий. Авторы предполагают, что те или другие — результат переноса в ядро в ходе эндосимбиоза. Хотя это не единственная возможность: на самом деле эти гены могли попасть туда в результате горизонтального переноса генов.

Последовательные этапы эволюции первого общего предка эукариот (FECA) согласно гипотезе inside-out
D. A. Baum, B. Baum / BMC Biology, 2014

У гипотезы inside-out есть и косвенные экспериментальные подтверждения. Недавние наблюдения за современными археями позволили заметить аналогичные выросты, которые тесно прилегают к бактериальным клеткам. Если же считать, что в момент образования ядра никаких митохондрий в предковой клетке еще не появилось, а были только гидрогеносомы, то придется придумать альтернативную гипотезу — или же объяснить, откуда клетка без митохондрий получила достаточно энергии, чтобы отрастить так много мембран.

В самой статье Аль Джевари и Балдауф таких объяснений не приводят. А значит, им еще придется подтвердить свою точку зрения. Если окажется, что она верна, это прольет свет на то, как выглядел и в каких условиях жил LECA и в конечном итоге позволит узнать что-то новое о нашем общем предке. Но если это не так и гидрогеносомы — это действительно деградировавшие митохондрии, то древние экскаваты уже не помогут нам дорисовать образ LECA полностью. И останутся попросту любопытной, но побочной ветвью эволюции эукариот.

К сообщению:

Цитата: АrefievPV от апреля 25, 2023, 06:41:46Гребневики живут без синапсов
https://www.nkj.ru/news/47996/
Нервная система гребневиков состоит из нейронов, которые слились друг с другом своими отростками в единое целое.

В статье с другого ресурса немного смещён смысловой акцент при подаче материала:

Нейронауки в Science и Nature. Выпуск 261: непрерывная нервная система гребневиков
http://neuronovosti.ru/nejronauki-v-science-i-nature-vypusk-261-nepreryvnaya-nervnaya-sistema-grebnevikov/
Один из основных постулатов нейробиологии состоит в том, что нервная система животных состоит из дискретных клеток. Однако, похоже, беспозночные из типа гребневиков готовы бросить вызов этой догме. Как сообщается в новом исследовании, опубликованном в Science, нервная система гребневиков имеет синцитиальное строение, и нейроны не разграничены синапсами, а переходят друг в друга.

ЦитироватьНа заре нейробиологии существовали две альтернативные версии строения нервной ткани. Согласно одной из них, которую отстаивал Сантьяго Рамон-и-Кахаль, нервная ткань состоит из отдельных клеток. Его оппонент, Камилло Гольджи, утверждал, что нервная ткань есть синцитий, то есть сеть не отграниченных друг от друга клеток. Окончательная правота Рамон-и-Кахаля была подтверждена, когда с помощью электронной микроскопии удалось получить изображение синапса – контакта между двумя нейронами. Однако, похоже, дискретность нервной системы характерна не для всех животных. Как сообщается в новой работе, нервная система гребневиков имеет синцитиальное строение.

Гребневики – двуслойные животные, внешне чем-то напоминающие медуз, но не имеющие стрекательных клеток. Все больше свидетельств указывает, что гребневики в ходе эволюции животного царства стали одной из первых отделившихся групп. Раннее отделение гребневиков может говорить о том, что нервная система, а, может быть, и сами нейроны в ходе эволюции появились по меньшей мере дважды: у гребневиков и у всех остальных животных.

Нервная система гребневиков представлена субэпителиальной нервной сетью (SNN), нейронами мезоглеи (средний желеобразный слой тела гребневика) и нейронами, иннервирующими отдельные органы. Как показали исследования, выполненные на гребневике Mnemiopsis leidyi, SNN как раз и представляет собой синцитий! Столь смелые выводы были получены с помощью серийной блочной сканирующей электронной микроскопии (serial block face scanning electron microscopy (SBFSEM), благодаря которой исследователи выполнили 3D реконструкцию SNN.

Также показано, что нейроны мезоглеи формируют прямые контакты с синцитием SNN, а сенсорные нейроны формируют между собой простые системы связей, которые сообщаются с SNN. Важно подчеркнуть: настоящие синапсы в нервной системе гребневиков все-таки есть. Например, именно посредством синапсов некоторые сенсорные нейроны связаны с нейритами SNN. Есть в нервной системе гребневиков и щелевые контакты (а именно, в гребных пластинках), однако в SNN найти их не удалось.

Авторы работы отмечают, что синцитиальная нервная система ранее описывалась и у других животных, в частности, колониального гидроидного полипа парусницы (Velella). Однако лишь сейчас ученые смогли разобраться в том, как синцитиальная нервная система устроена на ультраструктурном уровне. Вполне вероятно, что изучение других животных, у которых в нервной системе присутствуют кольцевые структуры, принесет нам немало сюрпризов.

P.S. Интересно, как может согласоваться утверждение об «окончательной правоте» теории, что нервная ткань состоит из отдельных клеток (то есть, что нервная система дискретна) с фразой «однако, похоже, дискретность нервной системы характерна не для всех животных» (то есть, у некоторых животных нервная система непрерывна)?

Мало того, в последнем абзаце написано: «нервная система ранее описывалась и у других животных, в частности, колониального гидроидного полипа парусницы (Velella)».

О какой такой «окончательной правоте» тогда может идти речь? Разве  «окончательной»? Ведь, по сути, правота оказалась временной.

Само собой, мои претензии не к работе учёных, а к работе журналистов.

Если по существу, то очень интересно, насколько по-разному организована реализация функционала управления многоклеточным организмом, начиная от «систем объемной передачи»:

Цитата: АrefievPV от июля 14, 2021, 05:05:19Могли ли нейротрансмиттеры создать нервную систему в качестве эволюционного ответа на повреждение?
https://elementy.ru/novosti_nauki/433837/Mogli_li_neyrotransmittery_sozdat_nervnuyu_sistemu_v_kachestve_evolyutsionnogo_otveta_na_povrezhdenie

Цитата: АrefievPV от апреля 26, 2023, 12:46:45Без нейронов, но с нейромедиаторами: медленный танец трихоплакса
http://neuronovosti.ru/bez-nejronov-no-s-nejromediatorami-medlennyj-tanets-trihoplaksa/
Международная группа исследователей, в которую входит один из самых известных исследователей проблематики возникновения нервной системы, Леонид Мороз, изучила поведение простейших многоклеточных животных без нервной системы и влияние на него веществ, которые позже стали нейромедиаторами. Изучение «танца» представителя типа пластинчатых, Trichoplax adhaerens, и влияние на него некоторых веществ было опубликовано в журнале Frontiers in Neuroscience. Мы попросили первого автора этой статьи, Михаила Никитина, прокомментировать свое исследование, а комментарий разросся в полноценную нейроновость. Так что передаем слово автору.

до полноценных нервных систем (централизованных и децентрализованных, дискретных и непрерывных).

Кстати, реализация функционала сознания, который является частью функционала управления, тоже может быть организована по-разному. Упоминал об этом недавно (в контексте эволюции сознания):

Цитата: АrefievPV от сентября 06, 2021, 18:21:40Если рассматривать только сознание (разумеется, в контексте «жизнь – интеллект – разум») и его эволюцию, то необходимо сначала выяснить, о чём речь – о механизме сознания и его эволюции или о функционале сознания и его эволюции.
 
Механизм сознания – это реализация функционала сознания.

Функционал сознания – это совокупность функций, работающих по алгоритму сознания (сравнение/сопоставление) на всех уровнях реализации.
...
Само собой, у разных систем будут разные механизмы сознания (в том числе и по количеству уровней, и по способу реализации) и разные функционалы сознания.
...
Механизм сознания вполне себе эволюционировал в разных эволюционных линиях даже без особых изменений функционала сознания. Тут можно провести аналогию с «железом» компьютеров и софтом – на разном «железе» (в том числе, и на гораздо более продвинутом «железе») может работать один и тот же софт.
 
В то же время, и функционал вполне себе эволюционировал без особых изменений механизма сознания (у человека это особенно наглядно проявляется). Опять-таки, можно привести аналогию с «железом» компьютеров и софтом – на одном и том же «железе» может работать разный софт (в том числе, и гораздо более продвинутый софт).

Вдобавок к этому на разных уровнях всё могло быть по-разному:
– на каком-то уровне эволюционировало «железо» (например, изменился способ реализации в плане использования иных материалов/конструктов/химии);
– на каком-то уровне только софт эволюционировал (например, стали использоваться более сложные алгоритмы, хоть и сводимые к базовому алгоритму сравнения/сопоставления);
– на каком-то уровне эволюционировало и «железо», и софт;
– на каком-то уровне ничего не эволюционировало.

Ученые обнаружили бактерии, способные расти на радиоактивных металлах
https://naked-science.ru/article/biology/radioactive-bacteria?nowprocket=1
Международная группа исследователей выяснила, что бактерии, питающиеся метанолом, способны расти на некоторых редкоземельных и даже радиоактивных металлах.

ЦитироватьЛантаноиды относятся к редкоземельным элементам, широко используемым в электронике и энергетике. За одним исключением (прометий) они не радиоактивны, их много в земной коре, а некоторые из этих металлов, например лантан и неодим, даже играют решающую роль в бактериальном метаболизме. 

Другая группа таких металлов — актиноиды, к которым относятся уран и плутоний. В земной коре они почти не встречаются, и долгое время ученые полагали, что их радиоактивное излучение смертельно опасно для всех живых организмов, включая бактерии.

Однако международной группе химиков из Германии, Нидерландов и США удалось доказать, что некоторые актиноиды могут заменять незаменимые лантаноиды в метаболизме метилотрофных бактерий Methylacidiphilum fumariolicum и Methylobacterium extorquens. Эти бактерии, использующие в качестве субстрата для роста метанол, включают лантаноиды в молекулу фермента, окисляющего спирт, и ученые заметили, что они вполне могут «перепутать» ионы разных металлов, особенно если они примерно одного размера и степени окисления.

Более того, если бактериям предоставляли в качестве субстрата смесь лантаноидов и актиноидов, они в некоторых случаях предпочитали привычным металлам актиноиды америций и кюрий, включая их в свои молекулы ферментов. При этом «радиоактивные» ферменты не менее эффективно окисляли метанол, снабжая бактерии питательными веществами, и колонии таких микроорганизмов бурно росли.

И америций, и кюрий демонстрируют стабильную степень окисления +3, что оказалось решающе важным. К примеру, если ученые предоставляли бактериям в качестве единственного металла плутоний, у которого степени окисления более высокие, микроорганизмы прекращали расти, а их ферменты не окисляли метанол.

Таким образом, бактерии спокойно росли даже на радиоактивных металлах (и америций, и кюрий относятся к ним), что может быть полезно при извлечении определенных металлов из смесей или ликвидации радиоактивного заражения — например, в сточных водах.

Исследование опубликовано в журнале Angewandte Chemie International Edition.

К сообщению:

Цитата: АrefievPV от апреля 11, 2023, 10:24:38Бактериальный белок подарил позвоночным чувствительное зрение
https://nplus1.ru/news/2023/04/11/i-see-men-as-trees-walking
Он был приобретен путем горизонтального переноса генов более 500 миллионов лет назад

Позвоночные получили от бактерий белок, необходимый для работы сетчатки
https://elementy.ru/novosti_nauki/434100/Pozvonochnye_poluchili_ot_bakteriy_belok_neobkhodimyy_dlya_raboty_setchatki

P.S. В статье много рисунков (хорошее подспорье для понимания контекста).

Сумчатые оказались самыми продвинутыми млекопитающими
https://naked-science.ru/article/biology/marsupials-are-the-best?nowprocket=1
Новое исследование международной группы ученых перевернуло устоявшиеся представления об эволюционной истории млекопитающих и отношениях сумчатых и плацентарных.

ЦитироватьСумчатые долгое время считались промежуточным этапом эволюции между яйцекладущими и плацентарными млекопитающими, поскольку они производят на свет недоразвитых детенышей, напоминающих эмбрионы плацентарных. Однако в новом исследовании, опубликованном в журнале Current Biology, группа ученых из Великобритании, Франции и США заявила, что все с точностью до наоборот: общие предки сумчатых и плацентарных были больше похожи на последних, а значит, плацентарные, такие как слоны, летучие мыши и приматы, эволюционно примитивнее сумчатых.

Исследователи проанализировали 165 черепов 22 существующих видов млекопитающих на разных стадиях развития, что позволило создать динамические модели изменений их структуры в процессе как эмбрионального, так и эволюционного развития. Используя эти данные, авторы работы оценили, как мог бы развиваться последний общий предок сумчатых и плацентарных, живший около 100 миллионов лет назад.

Это позволило в буквальном смысле перевернуть устоявшиеся представления об эволюции млекопитающих: согласно выводам исследователей, сумчатые в процессе эволюции дальше ушли от своих предков по сравнению с плацентарными. Значит, именно они — самые продвинутые представители этого класса, а вовсе не плацентарные, к которым относится в том числе человек.

Но почему же у сумчатых такой странный способ размножения, когда всего через несколько недель после зачатия самка производит на свет недоразвитого детеныша, которого потом в течение нескольких месяцев носит в сумке? Возможно, эта стратегия — не «неудачный вариант» плацентарного размножения, а, напротив, более гибкий подход к продолжению рода, позволяющий матери активно контролировать развитие детеныша с самых ранних этапов и в случае непредвиденных тягот (например, затянувшейся засухи) избавиться от нежелательного потомства до лучших времен.

Как представители плацентарных млекопитающих, люди часто излишне превозносят эволюционный успех своей группы, однако эволюция работает не так. И хотя в течение столетий сумчатых считали «эволюционными неудачниками», загнанными в Австралию из-за своего несовершенства, теперь у кенгуру, вомбатов и коал появился шанс посмеяться над нами в ответ.

Гены приматов сравнили оптом
https://www.nkj.ru/news/48201/
...и оказалось, что в геноме современных людей от древних обезьян осталось больше, чем принято считать.

ЦитироватьПроект «Геном человека» начался в 1990 году, а закончился в 2003. Хотя, если быть точным, то совсем полностью геном человека прочли только к прошлому году — мы писали о том, что после 2003 года в человеческом геноме оставались белые пятна, и вот к 2022 их удалось закрыть. И если уж быть совсем точным, то нужно сказать, что в геном человека до сих пор добавляют кое-какие подробности и будут добавлять, вероятно, ещё долго. Дело в том (и мы опять же об этом рассказывали), что «прочитанный человеческий геном», на самом деле, некоторая условность, потому что люди-то разные. Они разного роста, а у тех, кто одинакового роста, разный цвет глаз, а у тех, у кого глаза одинаковые, будет разный нос, и т. д. и т. п.

У каждого человека то тут, то там в геноме будут свои особенности; некоторые из них вполне допустимы, некоторые же могут спровоцировать болезнь. Если мы в медицинских целях читаем свой геном и видим в одном из генов какую-то нестандартную замену одной генетической буквы на другую, то как к этому следует относиться? Считать ли замену буквы чем-то опасным, или же перед нами просто обычная безобидная изменчивость? Если замена случилась в той области ДНК, которая кодирует белок, то ещё можно оценить её по строению самого белка: мутация или никак не повлияет на функцию белка, или как-то её нарушит.

Но часто индивидуальные особенности попадают в такие зоны генома, где оценить их влияние довольно сложно. В таком случае остаётся только прочесть ещё сколько-то человеческих геномов здоровых людей, чтобы понять, насколько безобидны те или иные генетические варианты. Методы чтения (секвенирования) ДНК с 90-х годов изрядно улучшились и удешевились (под методами стоит понимать как собственно физико-химические манипуляции с молекулами ДНК, так и компьютерные алгоритмы, которые из прочитанных фрагментов нуклеиновых кислот собирают полные геномы).

Сейчас масштабные геномные проекты занимают гораздо меньше времени и денег, чем во времена «Генома человека», хотя это всё равно требует усилий большого числа исследователей со всего мира. Вот и сейчас в Science и Science Advances вышло сразу несколько статей, посвящённых геномам приматов. Человек тоже относится к приматам, поэтому, когда мы видим в человеческом геноме какую-то особенность, то может возникнуть мысль, как эта особенность соотносится с обезьянами? Есть ли она у шимпанзе? а у мартышек? а у лори?

С одной стороны, сравнивая оптом геномы разных приматов, мы имеем возможность увидеть детали их эволюции и эволюции человека в том числе. С другой стороны, присутствует и практический смысл: если некая генетическая особенность свободно встречается у обезьян и они от неё никак не страдают, то, очевидно, от неё не будут страдать и люди, у которых такая особенность вдруг возникнет. Иными словами, если мы вдруг видим у человека некую мутацию, которая есть, скажем, у горилл и с которой гориллы благополучно живут, то, скорее всего, и человеку в этом случае не стоит слишком беспокоиться.

Но для надёжных геномно-эволюционных выводов нужно много приматовых геномов. Приматов сейчас насчитывается более 500 видов, и до недавнего времени мы знали геномы лишь менее 10% из них. В новых статьях Science и Science Advances описаны более 800 геномов, принадлежащих 233 видам приматов — понятно, что у многих видов геномы читались от нескольких особей. Далеко не все образцы для чтения ДНК были взяты у животных в зоопарках, и во многих случаях исследователям пришлось преодолевать трудности, связанные с отловом обезьян и бюрократическим согласованием необходимых процедур.

В итоге удалось выявить 4,3 млн генетических вариантов, которые есть у приматов и которые попадаются в геномах людей. Сразу нужно уточнить, что у одного и того же гена может быть много вариантов, поэтому не стоит удивляться такому большому их числу. Речь идёт именно о генах, то есть о последовательностях ДНК, кодирующих белки. Примерно 98,7% этих вариантов никаких неудобств приматам не доставляют. Скорее всего, не доставляют они неудобств и людям, а если у человека с обезьяньей вариацией в геноме что-то не в порядке, то причиной тому что-то другое.

Что до эволюции, то удалось определить некоторые особенности в геноме, которые имеют отношение к развитию мозга и которые возникли ещё у общего предка людей, человекообразных обезьян и широконосых обезьян (или обезьян Нового света — к ним относятся, например, игрунки, капуцины и ряд других). То есть какие-то генетические свойства, которые в дальнейшем дали человеку преимущество, возникли у приматов довольно давно, ещё до появления собственно рода Homo. Но следует учитывать, что преимущества эти, может быть, и необходимы, но недостаточны, чтобы сделать человека человеком.

Кроме того, «человеческие» генетические особенности, хотя и возникли очень давно, не обязательно работали у предков-обезьян так, как у человека. Попутно оказалось, что у неандертальцев и денисовских людей исчезли многие генетические черты, которые сохранились у современных обезьян и у человека разумного. То есть, когда мы видим, что у Homo sapiens в геноме есть нечто, чего нет у Homo neanderthalensis, то это необязательно какое-то сугубо сапиенсное новаторское приобретение — может быть, это что-то «старо-приматовое», что неандертальцы по какой-то причине утратили.

С особым вниманием исследователи искали генетические свойства, которые могли бы объяснить появление социальности у приматов. Социальность развивалась у них постепенно, и лишь у немногих видов возникла по-настоящему сложная, многоуровневая социальная жизнь, когда в пределах одной большой группы есть группы поменьше, и когда есть свои правила общения в маленькой группе и в группе большой. Так живут, в частности, ринопитеки — азиатские мартышки, чей ареал охватывает территории Китая, Вьетнама и Мьянмы; некоторые из них обитают в горных районах, где бывает довольно холодно. Одна большая группа ринопитеков может насчитывать сотни особей, которые распределяются по более мелким семейным кланам.

Сравнивая их гены с генами более или менее близких эволюционных родственников, исследователи пришли к выводу, что ринопитеки произошли от неких предков, чья социальная жизнь была намного проще — они жили небольшими семейными группами, в которых верховодит главный самец или главная пара самца с самкой; собственно, так сейчас живут очень многие современные приматы. Усиление же социальности случилось вместе с изменениями в нейрохимии мозга, точнее, в генах, отвечающих за синтез дофамина и окситоцина. Оба нейромедиатора имеют отношение к обработке социальных сигналов (окситоцин вообще часто называют «гормоном любви», хотя нужно специально уточнять, что окситоциновая любовь не распространяется абы на кого).

Генетические изменения, которые, по-видимому, сделали ринопитеков сложносоциальными, случились около 6 млн лет назад, во время очередных климатических изменений. Можно представить, что общее похолодание благоприятствовало тем обезьянам, которые, что называется, могли переступить через гаремно-семейные интересы и умели наладить нормальные отношения с соседней семьёй.

Некоторые современные ринопитеки, как было сказано, по сей день живут в довольно непростом горном климате, занимая большими группами большие территории. Если ты умеешь сотрудничать с разными другими семьями, то вам будет проще искать еду и предупреждать нападения хищников, которые, допустим, тоже сильно звереют от холода — соответственно, у вас у всех больше вероятности выжить. То есть социальность приматов вполне могла усложняться из-за похолодания. Но тут неизбежно возникают вопросы, у всех ли приматов она так развивалась, и какие ещё факторы могли способствовать усложнению социальной жизни. Возможно, дальнейшие геномные изыскания добавят новые данные — в конце концов, ещё далеко не все геномы приматов прочитаны.