Интересные новости и факты (биология, химия)

[ArefievPV]

В теме буду собирать интересные новости, любопытные факты, познавательный контент по биологии (в том числе, по эволюции и по возможной жизни во Вселенной), химии (в том числе, и по геологии) и пр. Само собой, комментарии ко всему этому - возможны (и приветствуются).

История дупликаций консервативных генов уточняет начальные этапы эволюции эукариот
https://elementy.ru/novosti_nauki/433728/Istoriya_duplikatsiy_konservativnykh_genov_utochnyaet_nachalnye_etapy_evolyutsii_eukariot

Становление эукариотической клетки представляется сейчас в виде модели, основанной на симбиогенезе. Одним из важных шагов в понимании этого процесса было открытие асгардархей (Asgardarchaeota, см. также новость Описан новый надтип архей, к которому относятся предки эукариот, «Элементы», 16.01.2017) — особой группы архей, обитающих в настоящее время в районах глубоководных черных и белых курильщиков. Предполагается, что именно эти организмы могли некогда «приручить» альфа-протеобактерий, превратив их сначала из добрых и полезных соседей в эндосимбионтов, а затем и в клеточные органеллы митохондрии, при этом встроив часть их генов в собственный ядерный геном.

Рис. 2. Схема становления эукариот, показывающая интервал от разделения прокариот с эукариотами и до последнего общего предка эукариот. Четыре различных процесса внесли вклад в формирование генома эукариот: наследование, инновации, дупликации и горизонтальный перенос (его на рисунке нет). Авторы обсуждаемого исследования сфокусировали свое внимание на этом интервале эволюции консервативных генов. Схема из статьи K. Makarova et al., 2005. Ancestral paralogs and pseudoparalogs and their role in the emergence of the eukaryotic cell

P.S. Сразу несколько дополнительных ссылок:

Описан новый надтип архей, к которому относятся предки эукариот
https://elementy.ru/novosti_nauki/432910/Opisan_novyy_nadtip_arkhey_k_kotoromu_o

Обнаружен живой представитель асгардархей
https://elementy.ru/novosti_nauki/433521/Obnaruzhen_zhivoy_predstavitel_asgardar

Подсчитан вклад архейных и бактериальных генов в эукариотные геномы
https://elementy.ru/novosti_nauki/433633/Podschitan_vklad_arkheynykh_i_bakterial

Предложена новая гипотеза происхождения эукариот
https://elementy.ru/novosti_nauki/433648/Predlozhena_novaya_gipoteza_proiskhozhdeniya_eukariot

[ArefievPV]

В маленьком прудике. Новейшие подтверждения теории Дарвина
https://ria.ru/20201119/kletki-1585239503.html

Химики в лабораторных условиях получили из небиологических веществ структуры, способные самостоятельно питаться и размножаться. А физики доказали: первые клетки, возникшие таким образом, скорее всего, появились в периодически пересыхающих водоемах. Таким образом, теория Чарльза Дарвина о самозарождении жизни в маленьком прудике подтвердилась.

Элементарные ячейки жизни

Все организмы на Земле состоят из клеток — элементарных ячеек жизни. Главные функции, отличающие живое от неживого — метаболизм, рост, реакции на раздражители, адаптация, воспроизводство и передача генетической информации, — реализуются благодаря протекающим в клетках физическим и химическим процессам.

Но чтобы все это заработало, должна была появиться сама клетка. По мнению ученых, этому предшествовало накопление в окружающей среде органических веществ и возникновение в процессе их синтеза пребиотических форм — протоклеток, которые стали связующим звеном между живой и неживой материей.

Их следов нет в геологической летописи. Хотя бы потому, что не сохранились горные породы возрастом три с половиной — четыре миллиарда лет. А именно в тот период зарождалась жизнь на Земле.

Протоклетки должны были содержать как минимум два обязательных элемента: способную к саморепликации молекулу с наследственной информацией и оболочку, ограждающую ее от окружающей среды. Генетическая структура протоклеток была очень примитивной — ученые считают, что до определенного момента они только питались и размножались, никак не видоизменяясь.

В 2011 году биологи из Токийского университета создали в лаборатории из набора органических веществ синтетические аналоги протоклеток. В результате полимеразной цепной реакции (ПЦР) удалось добиться их полноценного самопроизвольного деления — аналогичного тому, что происходит в естественных условиях.

Возникавшие при делении новообразованные клеточные структуры были полностью идентичны первичным: вместе с оболочкой они наследовали от материнских "клеток" весь набор генов, определяющий их функции. Такие "организмы" еще нельзя назвать живыми, ведь у них нет эволюционной составляющей. Но они очень похожи на простейшие формы, появившиеся миллиарды лет назад.

Для приготовления первичного субстрата протоклеточных структур, или, по-научному, коацервата, авторы взяли десятки органических компонентов, соотношение которых предварительно рассчитали на компьютере. Соединившись, эти вещества сформировали в субстрате коацерватные пузырьки с катионной оболочкой и элементами ДНК внутри.

Несмотря на прорывной характер исследования, его результаты не доказывают возможность абиогенеза — происхождения живого из неживого. Дело в том, что ферменты, пептиды и нуклеиновые кислоты, которые ученые использовали в качестве компонентов, были биологического происхождения — то есть образованы живыми организмами.

ДНК не способна к самовоспроизведению без участия определенных ферментов — специфических белков, которые катализируют все этапы ее репликации. Японским ученым удалось создать ее в лаборатории, но, опять же, с использованием биологических компонентов.

Материал для первых клеток

В новом исследовании ученые из Института наук о Земле и жизни при Токийском технологическом институте в сотрудничестве с коллегами из Малайзии, Чешской Республики, США и Индии решили найти потенциальные механизмы образования первых клеток "с нуля" — только в ходе химических процессов, без участия биологии.

Они изучили широкий спектр соединений, которые могли сформироваться в результате пребиотических реакций в условиях ранней Земли.

И обнаружили, что многие из этих веществ — эфиры, амины, азиды, имиды и другие — при определенных условиях полимеризуются легче, чем биологические соединения. А некоторые даже спонтанно создают клеточно-подобные структуры — компартменты. По мнению авторов, цепочки полимеров внутри таких компартментов, закручиваясь, могли образовать уникальные трехмерные формы — прообразы белков или РНК.

Как известно, белки, представляющие собой гибкие цепочки полимеризованных аминокислот, играют роль катализаторов химических реакций в клетках. В живых организмах они синтезируются с помощью заложенного в РНК универсального кода. Как и когда он появился, ученые пока не знают. Но результаты исследования указывают — многие полимеризованные молекулы могут образовывать похожие цепочки и аналогичные каталитические формы.

Пример самовоспроизводящегося цикла полимеризации небиологических химических веществ

Для получения полимерных цепочек в лаборатории авторы использовали периодическую смену сухих и влажных условий. При испарении разбавленного раствора, как правило, начинался процесс полимеризации, но не все образовавшиеся полимеры выдерживали сушку. Некоторые распадались. А другие при добавлении воды продолжали самовоспроизводящийся цикл синтеза. В этом авторы видят самое раннее, еще на уровне молекул, проявление эволюционного отбора, который впоследствии стал неотъемлемым признаком всех живых организмов.

Просмотрев такие "эволюционно сильные" полимеры под микроскопом, исследователи с удивлением обнаружили: в некоторых образовались компартменты размером с клетку, содержащие от десяти до двадцати атомов. По мнению ученых, со временем эти клеточно-подобные агрегаты после долгих химических преобразований могли стать полноценными клетками — самоорганизующимися структурами, состоящими уже из миллионов атомов.

Этапы возникновения первых клеточных структур из небиологических веществ в условиях ранней Земли: 1 - периодическая смена сухих и влажных условий в мелководном водоеме создала среду для полимеризации химических веществ; 2 - на каждом этапе пересыхания в субстрате формировались сгустки полимеров - компартменты; 3 - последующие самопроизвольное деление и самосборка компартментов привели к возникновению протоклеток

Нестабильность — условие для жизни

То, что циклическое чередование влажных и сухих периодов способствует появлению в химической системе сложных пребиотических соединений, подтверждают и физики.

Американские ученые из Университета штата Пенсильвания вместе с коллегами из Притцкеровской школы молекулярной инженерии Чикагского университета изучили на синхротроне APS Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, какие фазовые изменения претерпевают полимерные компартменты в циклах гидратации-дегидратации.

Авторы исследовали коацерваты полиэлектролитов в жидкой среде, имеющей такой же состав, как и вода в пруду. Они смоделировали условия, когда "пруд" то пересыхает, то снова наполняется дождевой водой. И выяснили: в первом случае концентрация нуклеиновых кислот и солей увеличивается, во втором — уменьшается. Внутри же полимерных компартментов она не меняется.

Это указывает на то, что в первичных клеточно-подобных структурах среда была постоянной, что способствовало поддержанию циклов химических реакций. По мнению исследователей, это стало ключевым фактором постепенного формирования внутри протоклеток сложных самовоспроизводящихся полимерных соединений, таких как РНК.

Сегодня химикам известно: в природе повторяющиеся циклы гидратации-дегидратации облегчают сборку молекулярных строительных блоков — аминокислот и нуклеотидов — в пептиды и белки за счет снижения термодинамического барьера, который в обычных условиях препятствует полимеризации.

Примеры таких природных систем — неглубокие водоемы в регионах, где дожди периодически сменяются засухами, или эпизодически действующие термальные источники типа гейзеров.

Но удивительно, что первым идею о зарождении жизни в "мелком, прогретом солнцем пруду" высказал Чарльз Дарвин еще в середине XIX века.

Три составляющих и необходимые условия для зарождения жизни

P.S.

в некоторых образовались компартменты размером с клетку, содержащие от десяти до двадцати атомов

Может, не атомов, а молекул?

[ArefievPV]

Ретроны — важная часть врожденного иммунитета бактерий
https://elementy.ru/novosti_nauki/433730/Retrony_vazhnaya_chast_vrozhdennogo_immuniteta_bakteriy

Израильские ученые в ходе многоступенчатых экспериментов расшифровали функции и механизм работы ретронов — загадочных генетических элементов у бактерий. Ретроны кодируют химерную молекулу, состоящую из РНК и одноцепочечной ДНК, и вместе с ними — ген обратной транскриптазы. Оставалось загадкой, зачем бактерии такие странные химеры. Как выяснилось, они осуществляют широкую противовирусную защиту бактерий. В отличие от системы приобретенного иммунитета, связанного с системой CRISPR, ретроны являются одной из частей врожденного иммунитета у бактерий. В состав ретронов помимо предшественника комплекса из РНК и ДНК, а также обратной транскриптазы, входит ген эффекторного белка. При инфицировании бактериальной клетки этот эффектор активируется и очень быстро убивает клетку, так что вирусы не успевают размножиться и заразить соседей. Данное исследование показывает широчайшие перспективы возможного использования ретронной системы для решения как медицинских задач, так и для понимания эволюции живого мира.

[ArefievPV]

Возможно, точка начала старения лежит в первом месяце эмбрионального развития
https://elementy.ru/novosti_nauki/433732/Vozmozhno_tochka_nachala_stareniya_lezhit_v_pervom_mesyatse_embrionalnogo_razvitiya

Вопрос о том, является ли старение неотъемлемым свойством жизни, до сих пор остается открытым. Искать на него ответ можно, например, пытаясь найти универсальные для всего живого механизмы старения. А можно зайти с другой стороны — попробовать найти точку начала старения и проверить, совпадает ли она с началом жизни организма. Гарвардский биолог Вадим Гладышев выдвинул гипотезу «нулевой точки старения», которая, по его мнению, у человека находится где-то на второй неделе эмбрионального развития. Из этого предположения можно вывести немало следствий — как о принципах старения всего живого, так и о новых способах продления человеческой жизни.

P.S. В тексте статьи есть ссылка:
Предложена универсальная модель старения одноклеточных организмов
https://elementy.ru/novosti_nauki/433656/Predlozhena_universalnaya_model_stareniya_odnokletochnykh_organizmov

[ArefievPV]

Привожу сразу две ссылки на одну и ту же новость - подача материала немного разная (даже, чуток взаимодополняющая).

Кислородная терапия под давлением удлинила теломеры клеток крови пожилых людей
https://nplus1.ru/news/2020/11/20/aging-telomere

Кислород останавливает старение
https://www.nkj.ru/news/39881/

[ArefievPV]

Алгоритм DeepMind предсказал структуру белка по аминокислотной последовательности
https://nplus1.ru/news/2020/12/01/alpha-fold

Предсказанная алгоритмом и экспериментально полученная структура белков

Разработчики из DeepMind представили вторую версию алгоритма для предсказания трехмерной структуры белка по последовательности аминокислот — AlphaFold 2. Алгоритм определяет структуру белка со средней точностью в 92,4 балла из 100, то есть может правильно определить расположение в цепочке 92,4 процента аминокислотных остатков — больше, чем любой другой подобный алгоритм. Подробнее о разработке рассказывается в блоге DeepMind.

P.S. Интересно, доберутся ли до прогнозирования трёхмерных структур нуклеиновых кислот?
Или, даже шире - доберутся ли в прогнозировании, по составу смеси химических элементов и алгоритму изменения физических параметров этой смеси, до структуры живой системы (хоть в самом простом варианте)?

[ArefievPV]

Репрограммирование вернуло остроту зрения пожилым и травмированным мышам
https://nplus1.ru/news/2020/12/02/osk-vision-restored

Поврежденные глаукомой нейроны сетчатки впервые заставили регенерировать. Этого результата добились американские биологи с помощью технологии частичного репрограммирования: они ввели в глаза мышей вирусные векторы с генами факторов Яманаки, которые не перевели нейроны в зародышевое состояние, но восстановили их работоспособность. То же самое удалось провернуть и со стареющими животными — факторы Яманаки вернули им прежнюю остроту зрения. Это исследование опубликовано в журнале Nature. Судя по всему, за омолаживающий эффект здесь отвечает деметилирование: под действием факторов Яманаки в клетках восстанавливается «молодой» набор эпигенетических меток на ДНК. А вот каким образом клетка «помнит» о том, какой набор меток соответствует ее молодости — пока совершенно неясно.

[ArefievPV]

Терпение нашли в орбитофронтальной и префронтальной коре головного мозга
https://nplus1.ru/news/2020/12/02/brain-patience

Японские ученые провели эксперимент на мышах и выяснили, что за принятие решения о том, стоит ли ждать награду (то есть терпение), в головном мозге, помимо ядер шва, отвечают еще два участка, связанных с ними серотонинергической системой: орбитофронтальная и медиальная часть префронтальной коры. При этом информацию о возможной награде эти участки обрабатывают по-разному: орбитофронтальная кора оценивает потраченное на ожидание время, а префронтальная — оценивает ситуацию в целом. Итоги исследования опубликованы в журнале Science Advances.

[ArefievPV]

Сингапур первым в мире одобрил продажу мяса из пробирки
https://nplus1.ru/news/2020/12/02/singapore-chicken

Власти Сингапура выдали компании Eat Just первое в мире разрешение на продажу мяса, выращенного в лаборатории из отдельных клеток. Речь об искусственной курятине, которая выпускается под брендом Good Meat. Пока ее будут подавать лишь в одном сингапурском ресторане, однако по мере расширения производства курятина из пробирки появится и в других ресторанах и магазинах, а ее стоимость снизится. Как сообщается в пресс-релизе компании, решение властей Сингапура стимулирует развитие всей индустрии и ускорит отказ от традиционного мяса.

[ArefievPV]

Многозубки зимуют за счёт мозга
https://www.nkj.ru/news/39985/
Мозг, который умеет то съёживаться, то увеличиваться, помогает многозубкам экономить энергию во время бескормицы.

Карликовые многозубки – крошечные насекомоядные с длиной тела 3–4,5 см и массой в среднем 1–1,5 грамма. Это одни из самых маленьких млекопитающих в мире, если вообще не самые маленькие. Как и все маленькие теплокровные животные, карликовые многозубки едят очень много, и притом зимой они не впадают в спячку. Многозубки живут на юге Европы, в Средней Азии, в Японии, Южном Китае; суровых зим там не бывает, но разница между временами года всё же есть, и в зимний период еды становится меньше. Как многозубкам, с их прожорливостью и неумением впадать в спячку, удаётся не умереть с голоду?

Как можно догадаться по нашему заголовку, чтобы выжить, они уменьшают собственный мозг. Сотрудники Берлинского университета Гумбольдта, клиники «Шарите» и Института перспективных технологий в Шэньчжэне в течение года наблюдали за изменениями мозга многозубок с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Зимой мозг животных уменьшался, несмотря на то, что их содержали весь год при постоянной температуре и зимой давали столько же еды, сколько летом. С другой стороны, если летом многозубок ограничивали в еде, их мозг уменьшался тоже. То есть уменьшение мозга подчиняется, с одной стороны, биологическим ритмам, а, с другой стороны, окружающим условиям.

Когда зима заканчивалась, мозг отрастал обратно, причём все изменения касались только одной зоны – соматосенсорной коры, которая обрабатывает осязательные сигналы. В статье в PNAS говорится, что один из нейронных слоёв соматосенсорной коры зимой съёживался на 28%, а к следующему лету увеличивался на 29%; количество нейронов увеличивалось после зимы на 42%

Соматосенсорная кора обрабатывает сигналы, которые в том числе приходят и от вибриссов. Вибриссы помогают многозубкам охотиться. Зимой добычи мало, и нет нужды сохранять большой объём соматосенсорной коры. Мозг, как известно, потребляет слишком много энергии. Уменьшая его, многозубки сокращают энергетические расходы во время бескормицы. Изменения касаются и работы нейронов соматосенсорной коры: зимой их активность падает, весной и летом – усиливается.

Одна из самых интригующих загадок – как весной и летом увеличивается число нейронов. Уже давно известно, что у зверей новые нейроны появляются и в довольно зрелом возрасте тоже. Но нейрогенез у взрослых животных происходит всё-таки очень медленно, и только в двух зонах – в гиппокампе и в обонятельной луковице. Многозубки выглядят тут замечательным исключением: новых нейронов у них появляется очень много, и притом не в тех местах, где взрослый нейрогенез идёт у других млекопитающих. Впрочем, как пишет портал The Scientist, новые нейроны у многозубок могут появляться не только из стволовых предшественников, но и в результате превращения других клеток. Так или иначе, здесь следует ждать новых экспериментов.

У карликовых многозубок худеет не только мозг (точнее, одна его часть), но и всё остальные органы, так что зимой эти и без того мелкие существа становятся ещё меньше. Нечто похожее происходит у их родственников, обыкновенных бурозубок, которые тоже не умеют впадать в спячку – мы как-то писали, что бурозубки зимой худеют буквально всем телом, и что даже их череп теряет за зиму 15–20% своей массы. 

А вот и сама крохотуля:



Прошу любить и жаловать.

P.S. Ссылка на информацию, о которой упоминается в заметке:

Очень худые землеройки
https://www.nkj.ru/facts/32401/
Землеройки худеют головой

[ArefievPV]

Глубинную биосферу поделили на два «этажа»
https://elementy.ru/novosti_nauki/433737/Glubinnuyu_biosferu_podelili_na_dva_etazha

Глубинная биосфера — это зона жизни ниже первого десятка метров под поверхностью суши и океанического дна. Как жизнь там устроена– пока не слишком понятно. Анализ образцов из скважины, пробуренной до глубины 1180 м ниже морского дна, помогает составить представление об обилии жизни в глубинной биосфере и факторах, ее организующих. Ученые выделили две зоны: верхнюю (до глубины примерно 600 м) населяют мезофилы (выдерживающие температуры до 60 °C), а нижнюю — гипертермофилы (выдерживающие температуры до 120 °C). В этих зонах заметно отличается влияние факторов среды, контролирующих состав микроорганизмов. Если в зоне мезофилов классическим образом работают температура и давление (чем они выше, тем беднее жизнь), то в зоне гипертермофилов становятся важнее свойства вмещающих пород, предопределяющие чередование относительно населенных и стерильных слоев.

По современным оценкам глубинная биосфера составляет около 15% биомассы наземных жителей и примерно на порядок превышает общую биомассу океанических вод. Обитатели глубинной биосферы объединяют большую часть (90%) всего мира прокариот на планете.

Оценки обилия жизни в разных биотопах планеты. Большую часть живой биомассы — 470 Гт — составляют наземные обитатели всех сортов (из которых на растения приходится 450 Гт), вторая по величине часть — это население глубинной биосферы (70 Гт), а меньшая часть приходится на жителей океана. График из статьи Y. Bar-On et al., 2018. The biomass distribution on Earth

В верхних 600 метрах с увеличением глубины и температуры количество микроорганизмов действительно постепенно снижается, достигая минимума на 500 метрах, где температура повышается до 60 °C. Это зона мезофилов, среди которых преобладают сульфатредукторы. Для них температурная граница жизни как раз и составляет 50–60 °C. Ниже могут выживать лишь их споры, количество которых действительно растет до глубин 800 м. При должных условиях споры могут вернуться к жизни, обеспечивая таким образом микробной популяции страховку на случай непредвиденных обстоятельств. Но ниже отметки 800 метров спор уже нет.

Зато ниже глубины 650 м, где среда разогрета до 75–120 °C, жизнь снова набирает обороты. Это зона обитания гипертермофилов. Причем больше всего гипертермофилов насчитали в образцах из самых нижних слоев — с глубины 1000–1180 м, где температура выше 100 °C. Среди гипертермофилов преобладают метаногены, использующие ацетат в качестве субстрата для получения энергии. Их активность здесь примерно такая, как на глубинах 300–500 м. В результате их активности изотопный состав метана заметно облегчен и на глубине 300–500 м, и на самых больших глубинах. Сульфатредукторов в зоне гипертермофилов уже не остается, судя по накоплению сульфатов.

Распределение гипертермофилов мало связано с глубиной и температурой. Так, на этом интервале имеются две полосы стерильности, где нет ни вегетативных клеток, ни спор, ни признаков фракционирования изотопов. Ученые предполагают, что отсутствие жизни связано не с дефицитом субстратов для роста (ацетат для метаногенеза, по крайней мере, там имеется), а со свойствами вмещающих пород.

В этих зонах преобладают относительно рыхлые породы с высокой проницаемостью. Кроме того, в минеральной составляющей зарегистрированы следы кратковременных воздействий высоких температур и давлений. Вместе это указывает на периодические события проникновения в данные слои сильно перегретых вод. По-видимому, такие события губительны для гипертермофилов, адаптированных к узкому температурному диапазону. Им для жизни требуется стабильность. Как показало изучение геномов глубинных обитателей, они не эволюционируют или эволюционируют очень медленно, поэтому приспособиться к изменчивым условиям они не могут (P. Starnawski et al., 2017. Microbial community assembly and evolution in subseafloor sediment).

P.S. И ещё немного информации:

Вот ссылка на статью из Википедии:
https://en.wikipedia.org/wiki/Deep_biosphere
Можно сделать перевод (Яндекс Переводчиком).

Я просмотрел перевод – там много информации (и список использованной литературы огромный).

Или по этой ссылке можно посмотреть:
https://wikichi.ru/wiki/Deep_biosphere#External_links
Но по ней нет списка использованной литературы (хотя текст статьи, вроде, похож).

[ArefievPV]

Микростимуляция зрительной коры помогла макакам увидеть буквы на пустом экране
https://nplus1.ru/news/2020/12/07/monkey-see

Нидерландские ученые протестировали микростимуляцию мозга для восстановления зрения на макаках. С помощью вживленных в область зрительной коры пластин из 1024 электродов ученые смогли заставить животных видеть буквы на пустом экране, а точность их распознавания оказалась сравнима со стандартной внешней зрительной стимуляцией. В будущем это может помочь повысить разрешение восстановленного с помощью стимуляции зрения, пишут ученые в журнале Science.

В эксперименте ученых приняли участие две макаки, в зрительную кору которых вживили 16 пластин из 1024 микроэлектродов (по 64 на каждую). 14 пластинок поместили по площади первичной зрительной коры, а еще две — в область V4, отвечающую за восприятие цветов: при этом пластины в V4 использовали не для стимуляции, а для регистрации активности под действием стимуляции первичной зрительной коры.

Еще до начала эксперимента макак научили распознавать 16 разных букв и узнавать их на экране — движения глаз в этот момент регистрировали с помощью айтрекера.

Далее ученые перешли к распознаванию букв: для этого микроэлектроды стимулировали в форме тех букв, образ которых необходимо было вызвать в зрительном поле. Первая макака распознала 81 процент букв, воссозданных с помощью стимуляции, а вторая макака — 71 процент: для сравнения, в зрительной версии задания, когда животным необходимо было распознать буквы на экране, макаки правильно распознавали 93 и 88 процентов букв соответственно.

[ArefievPV]

Собаки учат слова, как дети
https://www.nkj.ru/news/40045/
Собачий мозг не чувствует разницу между похожими словами.

Собаки отзываются на свои клички и понимают, когда им говорят «сидеть!» или просят дать лапу. Они различают не только интонацию, но и сами слова, хотя это кажется невероятным. Несколько лет назад мы писали об экспериментах сотрудников Будапештского университета, которые сумели приучить собак к томографу – и с помощью магнитно-резонансной томографии удалось показать, что собачий мозг по-разному анализирует интонацию голоса и звучание отдельных слов.

Но каким бы умным пёс ни был, много слов он не запомнит. В новой статье в Royal Society Open Science те же исследователи из Будапештского университета объясняют, почему слова плохо укладываются в собачью память. На этот раз активность мозга собак наблюдали с помощью электроэнцефалографии (ЭЭГ): хозяева приходили со своими пёсиками в лабораторию, пёсики постепенно привыкали к новой обстановке, и когда они окончательно успокаивались, им на голову надевали электроды для записи ЭЭГ и включали аудиозапись с разными словами.

Кроме знакомых слов, вроде команды «сидеть», собаки слушали бессмысленные слова, которые по звучанию были либо похожи на знакомые, либо не похожи. (Если бы исследование проводили на русском языке, то для слова «сидеть» можно было бы придумать бессмысленное слово «судеть» – похожее на «сидеть», и что-нибудь вроде «детус», которое уже сильно отличается от «сидеть».) Бессмысленные слова придумывали для того, чтобы быть уверенными, что собаки их точно до этого нигде не слышали.

Собачий мозг хорошо отличал слова, которые были непохожи друг на друга. Но вот похожие слова для собак сливались в одно, то есть на «сидеть» и «судеть» собачий мозг реагировал одинаково. Точно так же, кстати говоря, работает мозг у младенцев до 14 месяцев – для них небольшие отличия в словах несущественны. Но потом детский мозг начинает обращать внимание на каждый звук, который слышится в речи, и начинает различать даже очень похожие слова. Авторы работы подчёркивают, что дело именно во внимании. Отдельные звуки собаки слышат и хорошо различают, но их когнитивных умений не хватает на то, чтобы сосредоточиться на всех звуках в слове.

Было бы любопытно провести такое же исследование с кошками: как мы знаем, многие котики запоминают свои клички и отличают их среди кличек других котов, и, возможно, кличками дело не ограничивается. Однако вряд ли мы скоро узнаем здесь хоть что-нибудь – трудно представить кошку, у которой на голове хоть сколько-нибудь долго удержатся электроды для ЭЭГ. 

P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Понимают ли собаки нашу речь?
https://www.nkj.ru/news/29457/
Мозг собак по-разному воспринимает интонацию человеческого голоса и звучание слов.

Некоторые котики знают свои клички
https://www.nkj.ru/news/35936/
Коты и кошки узнают своё имя даже среди имён других кошек, но не все и не всегда на это способны.

[ArefievPV]

Стволовые клетки превратили в яйца
https://www.nkj.ru/news/40175/
Восемь белков нужно для того, чтобы превратить эмбриональную стволовую клетку в предшественника яйцеклетки.

Мы знаем, что стволовые клетки могут превращаться в любой другой тип клеток. Строго говоря, сами стволовые клетки делятся на разные типы, и среди них есть те, у которых уже появилась какая-то специализация: например, стволовые костного мозга могут превратиться в клетки крови, но не в нейроны и не в костные клетки. Однако эмбриональные стволовые клетки в этом смысле действительно всемогущи: они могут превратиться во что угодно.

Со стволовыми клетками связано много медицинских надежд, ведь легко представить, как вместо больных, испорченных тканей мы пересаживаем здоровые ткани, выращенные из стволовых клеток. Нужно только знать, какие молекулярные рычаги направляют развитие стволовых клеток в ту или иную сторону. Однако выяснить это не всегда просто. Например, превратить эмбриональную стволовую клетку в яйцеклетку (точнее, в ооцит) удалось только сейчас.

Зрелая яйцеклетка получается после сложного деления так называемого ооцита первого порядка. С другой стороны, сам ооцит появляется из стволовых клеток-предшественниц – они не дают ничего другого, кроме ооцитов. Каждое клеточное превращение происходит под управлением особых белков, которые называются факторам транскрипции: они связываются с теми или иными участками в ДНК, стимулируя или подавляя активность генов, закодированных в этих участках. У разных факторов транскрипции есть свои зоны ответственности. До недавнего времени было известно лишь то, какие гены меняют активность при переходе от непосредственного стволового предшественника ооцита к самому ооциту. Но клетки-предшественники тоже откуда-то берутся, точнее, не откуда-то, а от других стволовых клеток, менее специализированных, чем они. И каждый этап сопровождается изменениями в генетической активности под управлением факторов транскрипции.

Исследователи из Университета Кюсю попробовали определить все факторы транскрипции, которые ведут всемогущую эмбриональную стволовую клетку мыши к ооциту. Из двадцати семи белков-кандидатов наиболее существенными оказались восемь. Иными словами, чтобы из эмбриональной стволовой клетки получить в лабораторных условиях ооцит, достаточно использовать всего восемь транскрипционных факторов, которые должны сработать в определённой последовательности.

Правда, такой ооцит не может поделиться и дать зрелую яйцеклетку. Но, с другой стороны, искусственный ооцит способен принять сперматозоид и начать делиться, пытаясь сформировать эмбрион – такой «эмбрион» дорастает до восьми клеток и гибнет. Возможно, вскоре удастся найти ещё какие-то молекулярные регуляторы, с помощью которых искусственный ооцит, полученный в лаборатории из стволовых клеток, станет окончательно неотличим от настоящего – он сможет давать нормальную яйцеклетку, способную к оплодотворению. Подробно результаты экспериментов описаны в Nature.

Известно, что «всемогущие» стволовые клетки можно получать методами молекулярной биологии из обычных, специализированных клеток – например, из клеток кожи. Такие стволовые клетки называют индуцированными плюрипотентными, и по свойствам они почти неотличимы от эмбриональных стволовых клеток. Используя с индуцированными стволовыми клетками белковую программу, которая превращает их в ооциты, можно намного больше узнать о том, как работают молекулярно-генетические механизмы, управляющие размножением, отчего в них бывают поломки и как эти поломки можно исправить.

Несколько лет назад мы рассказывали об экспериментах тех же исследователей из Университета Кюсю: тогда у них в Science вышла статья, в которой говорилось, что мышиные стволовые клетки удалось буквально в пробирке превратить в яйцеклетки, из которых после оплодотворения получились нормальные мыши. Однако в той работе стволовые клетки превращались в яйцеклетки не с помощью всего лишь восьми белков в питательной среде, но в окружении клеток яичников, которые в организме как раз помогают созреванию яйцеклеток.

P.S. Ссылки на информацию, о которой упоминается в заметке:

Искусственные и эмбриональные стволовые клетки похожи друг на друга
https://www.nkj.ru/news/28987/
При одинаковом генетическом наборе отличия между эмбриональными и индуцированными стволовыми клетками оказываются весьма невелики.

Искусственную яйцеклетку превратили в мышь
https://www.nkj.ru/news/29774/
Яйцеклетки, выращенные в пробирке из мышиных стволовых клеток, после оплодотворения превратились в здоровых животных.

[ArefievPV]

Динозавры переходили к активному полету минимум трижды
https://elementy.ru/novosti_nauki/433745/Dinozavry_perekhodili_k_aktivnomu_poletu_minimum_trizhdy

Авторитетная международная группа палеонтологов произвела тщательную (в том числе количественную) обработку огромного массива данных о древнейших птицах и их родственниках — хищных динозаврах. Дело это необходимое: палеонтология сейчас развивается стремительно, каждый год появляются новые данные, которые надо интегрировать в целое, корректируя имеющиеся гипотезы или предлагая новые. Авторы попытались определить физический порог, после которого животное становится способным к активному полету, и показали, что хищные динозавры пересекали этот порог минимум трижды, в разных (хотя и довольно близких) эволюционных ветвях, лишь одна из которых дала настоящих птиц.

В конце XX века положение резко изменилось. Прежде всего, в 1981 году была открыта совершенно новая группа мезозойских птиц, которая получила название Enantiornithes (C. A. Walker, 1981. New subclass of birds from the Cretaceous of South America). Внешне они похожи на обычных птиц, но отличаются от них деталями строения скелета.
.....
Само название «энанциорнисы» буквально означает «противоптицы». Энанциорнисы хорошо летали, они были большой и разнообразной группой, но в конце мезозоя они вымерли вместе с динозаврами.

Порог активного полета — это типичная града, эволюционный уровень, который может достигаться независимо разными эволюционными ветвями (как правило, более-менее родственными).

Как обычно и бывает в подобных случаях, динозавры приближались к порогу активного полета широким фронтом, экспериментируя в разных направлениях. Эта тенденция охватила не только группу Paraves. Авторы отмечают, что и у тех оперенных динозавров, которые в нее не входят (таковы, например, орнитомимиды и компсогнатиды), подъемная сила крыльев бывает не меньше, чем у современных нелетающих птиц, таких, как галапагосский баклан и попугай какапо. Кстати говоря, первые найденные пернатые динозавры — те самые, которые поразили Джона Острома — относились именно к компсогнатидам, а не к паравесам. Так что претендентов на активный полет, физически способных достичь его при небольшой «доработке», было очень много — гораздо больше, чем тех, кто сумел по-настоящему полететь. И, конечно, летающие и нелетающие динозавры длительное время — никак не меньше 80 миллионов лет — жили вместе, в составе единой фауны: выход той или иной группы на новый эволюционный уровень не отменяет успешности предыдущих уровней. Конец этого сосуществования наступил только в конце мелового периода, когда вымерли все динозавры и их потомки, кроме единственной ветви эуорнисов.