Интересные новости и факты (биология, химия)

[ArefievPV]

Шимпанзе возвращаются к прерванному разговору
https://www.nkj.ru/news/40209/
Общаясь друг с другом, шимпанзе бонобо могут на что-то отвлечься, но потом возвращаются к общению с прежним «собеседником».

Когда в нашу беседу вторгается телефонный звонок, мы извиняемся перед собеседником, уделяем телефону минуту-другую, и возвращаемся к разговору. Это кажется настолько элементарным, что вряд ли кто-то отдаёт себе отчёт, насколько сложные когнитивные процедуры мы выполняем. Чтобы вернуться к прерванному общению, мы должны осознавать важность социального контакта – то есть мы должны понимать, что нам важно и нужно продолжить общаться именно с этим человеком. Более того, мы также осознаём, что и для собеседника наш разговор важен, потому и извиняемся, когда вынуждены ответить на звонок (ну или на сообщение в мессенджере). И дело даже не в том, о чём мы говорим – мы можем обсуждать сущие пустяки, но социальное взаимодействие само по себе остаётся крайне важным.

В общем, понятно, что тут должны быть очень хорошо развиты социальные навыки и нейронные структуры, которые их поддерживают. И до последнего времени считалось, что такое поведение свойственно только людям: только у нас есть такие навыки и соответствующий мозг. Но оказалось, что карликовые шимпанзе, или бонобо, тоже могут возвращаться к прерванному разговору. Только у них это не столько разговор, сколько груминг: форма социального поведения, когда животные чистят друг другу шерсть. Груминг не просто гигиеническая процедура, но и важнейший способ поддерживать социальную жизнь. Предлагая друг другу груминг, шимпанзе (и не только шимпанзе) напоминают о себе друзьям, гасят конфликты, ищут расположения более высокопоставленных особей и т. д. То есть груминг – это действительно что-то вроде светской беседы.

Исследователи из Невшательского университета поставили эксперимент с шимпанзе бонобо из крупного французского зоопарка, в котором приматы живут в условиях, максимально приближенных к естественным. Шимпанзе отвлекали от груминга либо громким звуком, от которого они разбегались, либо называя обезьян по имени. Через несколько минут те бонобо, которые отвлеклись от «разговора», то есть от груминга, возвращались к прерванному занятию, причём именно с тем же «собеседником», с которым они общались до этого. Более того, они подавали специальные сигналы, напоминая друг другу, чем они занимались, и выражая готовность продолжить.

Также по поведению обезьян было видно, как по-разному они возвращались к общению с разными «собеседниками»: если грумингом занимались бонобо близкого социального ранга, то они вели себя иначе, чем когда разница в общественном положении была более ощутимой. Этому опять же есть аналогия в том, как ведём себя мы. Если нас отвлёк важный телефонный звонок во время беседы с начальством, то мы почтительно извинимся за прерванный разговор; если же нас отвлекли во время приятельской беседы, то никаких церемонных извинений с нашей стороны не последует, да их от нас никто и не ждёт.

Род Шимпанзе вообще наиболее близок человеку с точки зрения эволюции, а шимпанзе бонобо известны большей миролюбивостью по сравнению с обыкновенными шимпанзе. Миролюбие предполагает более сложные механизмы общения и более развитую социальную жизнь. Например, мы как-то писали, что бонобо готовы помогать даже незнакомым обезьянам, что говорит о больших альтруистических задатках, и что их самки своеобразным образом врут окружающим, чтобы избежать брачных конфликтов.

Так что не стоит удивляться, что бонобо умеют ценить общение и готовы вернуться к прерванному разговору. Впрочем, не исключено, что такое умение есть не только у них, но и у других социальных животных.

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

Самки бонобо «врут» ради мирной жизни
https://www.nkj.ru/news/29062/
Чтобы не было брачных конфликтов, самки карликовых шимпанзе скрывают свою готовность к размножению.

Шимпанзе бонобо помогают незнакомцам
https://www.nkj.ru/news/32557/
Бонобо помогают совершенно незнакомым обезьянам достать еду, даже если их никто их об этом не просит.

[ArefievPV]

Как клетки едят вирусы
https://www.nkj.ru/news/40210/
Избавиться от вирусной инфекции клетка может с помощью альтернативного мусороуборочного механизма.

Почувствовав в себе вирус, клетка может дать знать о нём соседям и иммунной системе. Иммунитет заражённую клетку истребит вместе с заразой внутри неё; да и в самой клетке включаются программы самоуничтожения. Но может быть и иначе – клетка просто съедает вирус в ходе так называемой аутофагии.

Про аутофагию мы подробно рассказывали в связи с Нобелевской премией, которую дали за неё. Аутофагия – это в буквальном смысле самопоедание: клетка уничтожает крупные молекулярные комплексы и органеллы, ставшие ненужными или вышедшие из строя, а материалы, из которого они сделаны, использует повторно. В двух словах всё происходит так: в клетке образуется мембранный пузырёк, в котором заключён клеточный мусор, и потом с этим пузырьком сливается другой, содержащий ферменты, которые мусор переваривают. Но собственными молекулами и органеллами дело не ограничивается: механизм аутофагии можно направить против бактерий и вирусов.

О том, что аутофагия работает против вирусной инфекции, было известно давно, однако не было ясно, отличается ли поедание вирусов от поедания обычного мусора. В целом процесс, очевидно, тот же, но детали могут отличаться, соответственно, могут отличаться гены, которые нужны в том или в другом случае.

Сотрудники Юго-западного медицинского центра Техасского университета в Далласе показали, что у противовирусной аутофагии действительно есть свои особенности. Исследователи экспериментировали с человеческими клетками, у которых поочерёдно выключали гены, наблюдая, как они поведут себя с вирусами. В результате удалось найти 216 генов, которые имели отношение к противовирусной аутофагии. Среди этих двухсот шестнадцати наибольшее внимание привлёк ген SNX5, который кодирует белок под названием сортирующий нексин 5.

Все сортирующие нексины плавают в цитоплазме и взаимодействуют с другими белками, которые сидят во внутренних клеточных мембранах. Сортирующий нексин 5 работает с белками, которые сидят в мембранах эндосом. Так называют мембранные пузырьки, в которые клетка захватила какой-то материал из внешней среды. Вирусы обычно так в клетку и попадают: они садятся на наружную мембрану, которая начинает впячиваться внутрь клетки и образует пузырёк-эндосому.

SNX5 нужен, чтобы вирус не выбрался из такого пузырька в клетку. Исследователи экспериментировали с вирусом простого герпеса первого типа, вирусом Синдбис и некоторыми другими: если у клетки не было нексина, противовирусная аутофагия не срабатывала и вирусы свободно размножались. При этом аутофагия, направленная против бактерий, и аутофагия для уборки мусора работали как обычно, то есть сортирующий нексин 5 был нужен именно для того, чтобы с помощью аутофагии уничтожать вирусы. Эксперименты показали, что ген SNX5 и его белок помогают аутофагически избавляться от самых разных вирусов, от вируса гриппа до вируса полиомиелита. Те же результаты получались и с животными: если ген SNX5 у них отключали, вирусы заражали их намного легче.

Как именно сортирующий нексин 5 направляет аутофагию против вирусов, ещё предстоит выяснить. Если мы сумеем узнать все молекулярные особенности этого механизма, то, возможно, найдём способ управлять им с помощью каких-нибудь лекарств. Нынешние противовирусные средства создают против конкретных вирусов. Но если научиться управлять клеточной аутофагией, то у нас в руках появится универсальное противовирусное средство.

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

Нобелевскую премию по медицине дали за механизм клеточного самопоедания
https://www.nkj.ru/news/29643/
Приз получил профессор Токийского технологического института Ёсинори Осуми, чьи работы не только позволили разобраться в механизме клеточной аутофагии, но и помогли осознать, какую большую роль она играет в нашей жизни.

Нобелевские премии 2016 года. Аутофагия на страже здоровья клетки
https://www.nkj.ru/archive/articles/29868/
По этой ссылке (рисунок и любопытная цитата):

Известно, что ежедневно в теле человека требуется заменить 200—300 граммов белка, в то время как с едой мы получаем в среднем только 70 граммов. Так что наши клетки вынуждены постоянно что-то в себе разбирать, — и не будет преувеличением сказать, что клетка почти постоянно занимается самопоеданием. Этот процесс называется аутофагией...

[ArefievPV]

Жук-жираф
https://elementy.ru/kartinka_dnya/1283/Zhuk_zhiraf

Самец жука-жирафа, «шея» — это удлиненная головотрубка и переднеспинка. Фото © Eugenijus Kavaliauskas с сайта flickr.com, национальный парк Ранумафана, Мадагаскар, август 2018 года

Жизнь жуков-жирафов. Два самца дерутся, схлестнувшись длинными шеями. В разгар битвы появляется самка и спаривается с победителем. После этого она начинает заворачивать лист, надкусывая его по краям, чтобы они лучше скреплялись. Наконец, самка отрезает лист от основания, и он падает на землю, где в дальнейшем и вылупится гусеница

[ArefievPV]

ПОЧЕМУ РАДИАЦИЯ ЛЕЧИТ | Дмитрий Побединский

Когда-то в радиации видели философский камень. Она должна была дать блага, о которых люди мечтали веками, но вскоре стало ясно, как в старой английской сказке, что за чудеса приходится расплачиваться здоровьем и жизнями. И вот сегодня мы делаем парадоксальные вещи с помощью радиации. Например, лечим. Как такое возможно? Смотрите в новом ролике с Димой Побединским. Это продолжение нашего спецпроекта совместно с ФИОП Роснано и образовательным проектом еНано.

[ArefievPV]

В мозге нашли «включатель» сознания
https://nplus1.ru/news/2020/12/30/turn-it-on
Финские, американские и шведские исследователи выявили мозговые отделы, с высокой вероятностью отвечающие за нахождение человека в сознании или без сознания. Ими оказались некоторые ключевые структуры мозга, активность которых, как выяснилось, играет фундаментальную роль в регуляции сознания вне зависимости от методов воздействия на него. Результаты работы опубликованы в Journal of Neuroscience.

Понимание биологической основы человеческого сознания представляет собой один из главных вопросов нейронаук. Как правило, для поиска ответа используют общую анестезию (наркоз) и естественный сон, сравнивая активность различных отделов мозга во время бодрствования и предполагаемого отсутствия сознания. Подобный подход имеет два фундаментальных недостатка. Во-первых, бессознательное состояние обычно определяют поведенчески, то есть как отсутствие осмысленного ответа на внешние стимулы. Последнее, однако, не обязательно подразумевает отсутствие внутренних субъективных переживаний и, таким образом, не соответствует полной потере сознания. Второй недостаток заключается в том, что картину активности мозга при наркозе напрямую трактуют как обнаружение структур, контролирующих сознание. При этом спектр действия соответствующих препаратов на мозг значительно шире, как и изменения мозговой активности во время сна.

Чтобы избежать указанных недостатков, группа ученых под руководством Гарри Шейнина (Harry Scheinin) поставила два эксперимента с участием одних и тех же добровольцев. Перед их проведением всем участникам выполнили магнитно-резонансную томографию мозга, чтобы уточнить расположение различных структур и индивидуальные особенности. В самих экспериментах картину мозговой активности получали с помощью позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

В ходе первого эксперимента 39 участникам вводили нарастающие дозы одного из препаратов для общей анестезии (пропофола или дексмедетомидина) до достижения плато, при котором участники не реагировали на внешние стимулы. В этом состоянии их будили и немедленно подробно опрашивали о возможных субъективных переживаниях непосредственно перед этим (наличие подобных переживаний свидетельствовало о пребывании в сознании без контакта с внешним миром). Во время бодрствования, наркоза и интервью после принудительного пробуждения подопытным выполняли ПЭТ.

Во втором из экспериментов 37 человек из той же группы подвергали депривации сна в течение 30 часов, после чего регистрировали ПЭТ и позволяли заснуть в томографе, регистрируя фазы сна путем электроэнцефалографии и повторяя ПЭТ во время медленного сна. В разные его фазы участников будили и опрашивали так же, как в первом эксперименте, снова выполняя ПЭТ. В обоих экспериментах большинство участников смогли поделиться переживаниями, то есть находились в сознании, «отключенном» от внешнего мира.

Сопоставляя все полученные данные, исследователи выявили отделы мозга, активность которых была четко связана с сознанием вне зависимости от типа и дозы препарата для наркоза, фазы сна и «направления» изменения состояния (от бессознательного к сознательному или наоборот). Ими оказались взаимосвязанные мозговые структуры — таламус, поясная кора и угловые извилины, отвечающие за некоторые когнитивные и другие функции. Большинство предыдущих исследований связывали сознание с активностью различных зон коры мозга и/или их связей с таламусом. По мнению авторов работы, выявленные ими мозговые структуры формируют сеть, играющую ключевую роль во «включении» сознания.

Перечисленные структуры не следует путать с отделами мозга, отвечающими за «содержание» сознания. Относительно последнего существует несколько конкурирующих теорий, связывающих его с определенными зонами коры. Так, в модели глобального рабочего пространства (Neural Global Workspace) это «дальнобойные» любно-теменные связи, в теории возвратной обработки информации (Recurrent Processing) — локальная повторяющаяся активность в вентральной затылочно-височной коре, в модели задней горячей зоны (Posterior Hot Zone) — теменные, затылочные и височные области задней части коры.

P.S. Прокомментирую. Полагаю, что во фразе: "выявленные ими мозговые структуры формируют сеть, играющую ключевую роль во «включении» сознания", следует трактовать, что «включается» именно высший уровень/уровни сознания, а не весь механизм сознания. Механизм сознания, в норме, никогда не отключается полностью - средние (и, тем более, нижние) уровни свою работу не прекращают, пока сохраняется целостность/связанность нейрофизиологических процессов на этих уровнях.

И ещё информация, связанная с фразой: "находились в сознании, «отключенном» от внешнего мира.".
Больные в коме помогли ученым раскрыть фундаментальную загадку мозга
https://ria.ru/20190917/1558744836.html

По оценкам ученых, примерно сорок процентов пребывающих в коме пациентов на самом деле могут быть в сознании.

[ArefievPV]

Более подробно (к предыдущему сообщению).

Больные в коме помогли ученым раскрыть фундаментальную загадку мозга
https://ria.ru/20190917/1558744836.html
По оценкам ученых, примерно сорок процентов пребывающих в коме пациентов на самом деле могут быть в сознании. Это показывают новейшие методы диагностики, позволяющие оценить активность нейронов в режиме реального времени. Как люди с тяжелейшими повреждениями мозга возвращаются к жизни — в материале РИА Новости.

Упорство близких вывело мать из комы

Мунира Абдула попала в автомобильную аварию в 1991 году. Из-за серьезного повреждения мозга она пребывала в вегетативном состоянии, но семья продолжала ее лечить.

В 2017 году больную привезли в специализированную клинику в Германии, и однажды она вдруг издала странный звук, а спустя несколько дней позвала сына по имени. После 27 лет комы пациентка пришла в сознание. Как сообщает BBC, она может общаться с родственниками на элементарном уровне и даже немного говорить.

Это редчайший случай. Однако полноценная жизнь, как правило, уже невозможна: слишком сильны повреждения мозга.

Треугольник сознания

Кома — это полная потеря сознания. Человек не реагирует на внешние стимулы, не может двигаться, заторможена вся активность мозга. Вместе с тем жизнь еще теплится. Обычно такое состояние — результат сильного механического повреждения мозга: из-за аварии, падения с большой высоты или нарушения мозгового кровообращения (инсульта).

Еще в середине прошлого века ученые выяснили, что все дело в повреждении ствола мозга — продолговатого отдела в нижней части черепной коробки, связанного со спинным мозгом. Предположили, что в разных частях мозга есть некие центры бодрствования, которые обмениваются сигналами с корой и активируют сознание.

В 2016 году ученые Гарвардской медицинской школы обнаружили в стволе мозга крошечный участок объемом два кубических миллиметра, взаимодействующий с нейронами коры. Российский биолог Владимир Ковальзон назвал его "местом локализации души".


Больные, у которых поврежден центр в левой покрышке моста, впадают в кому. Этот участок связан с двумя регионами коры мозга — передней частью островка и передней поясной корой

Авторы работы обследовали 36 пациентов с сильными повреждениями ствола мозга, из которых 12 были в коме. При казалось бы одинаковых масштабах поражения у одних было сознание, а у других — нет. Картирование с помощью фМРТ указало на участок ствола мозга в левой покрышке моста: именно его повреждение ведет к коме.

Этот участок взаимодействует с двумя регионами коры головного мозга: передней частью островной доли и прегенуальным отделом передней поясной коры. Там находятся крупные нейроны, проникающие отростками во все слои коры. Такие есть только у животных с крупным мозгом — человекообразных приматов, слонов, дельфинов.

Если "место локализации души" в стволе разрушено, связь между этими участками в коре разрывается, и мозг отключается. Пропадают бодрствование и понимание окружающего — два ключевых состояния, определяющих сознание.

Ученые из клиники Университета штата Айова (США) полагают, что сознание опирается также на один из глубоких отделов мозга, например гипоталамус или базальный передний мозг. От их сохранности зависит состояние бодрствования.

У 33 пациентов после инсульта был затронут таламус. Четверо впали в кому. Выяснилось, что их мозг разрушен гораздо сильнее, чем у других: помимо таламуса, повреждены гипоталамус и ствол.

Реакция на воспоминания из прошлой жизни

Ученые из России и Казахстана наблюдали 87 больных, находившихся в коме. Со временем почти половина пришла в сознание, некоторые частично восстановили когнитивные функции.

В целом это выглядит следующим образом. После комы наступает вегетативное состояние, то есть организм жив, но не реагирует ни на что. Затем возвращается малое сознание, когда человек может, например, фиксировать взгляд или следовать глазами за предметом.

И только потом восстанавливаются функции более высокого уровня, скажем, способность двигать рукой по команде, отвечать на элементарные вопросы — хотя бы глазами. Авторы работы отмечают, что больной может не проявлять никакой двигательной активности и тем не менее быть в сознании. Вот почему важно оценивать состояние пациентов в коме с помощью новых методов диагностики.

Об этом же говорят ученые из США и Великобритании. Они исследовали 21 человека с сильными повреждениями мозга, в том числе в вегетативном состоянии. Сравнивали с 13-ю здоровыми. Члены семьи читали пациентам истории из их жизни до болезни, а исследователи картировали мозг и снимали электроэнцефалограмму. Оказалось, что у некоторых больных задержка электрической активности мозга в ответ на речь такая же, как у здоровых. Причем фМРТ показала активность нейронов в ответ на голосовые команды, хотя внешне пациенты пребывали в вегетативном состоянии.

Авторы статьи подчеркивают: необходимо заново изучить коматозных больных, чтобы выявить тех, кто в сознании, но заперт в своем теле и не может сообщить об этом. Таких пациентов нужно лечить совершенно иначе, проводить реабилитацию, которая вернет им какие-либо физические и когнитивные способности.

Ранее исследователи из Гарвардской медицинской школы и университетской клиники Льежа (Бельгия) с помощью те же средств показали, что кома и вегетативное состояние пациентов, поступивших в отделение интенсивной терапии после сильного повреждения мозга, не должны служить основой для окончательного диагноза. Больной способен прийти в себя, хотя внешне это никак не определить.

Медики из Льежа описали случай пострадавшего в аварии в 1992 году. В реанимации его подключили к аппарату искусственной вентиляции легких. Медсестра сообщила, что пациент двинул рукой по ее команде, но диагноз это не изменило — больного поместили в клинику для коматозных, где он и находился, не получая никакой терапии.

Спустя двадцать лет родственники больного, находясь с ним в одной комнате, почувствовали, что он в сознании, хотя никаких внешних признаков этого не было. Пациента перевезли в университетскую клинику, провели курс лечения и несколько уровней тестов.

Сначала больной спонтанно открывал глаза, жевал ртом, двигал левой рукой и ногой, затем стал фиксировать взгляд на предмете и следить за ним. Через какое-то время уже выполнял простейшие команды: закрывал глаза, мимикой отвечал на вопросы. Так удалось выяснить, что он помнил свое имя и имена родственников.

Работы последних лет не только помогли в общих чертах установить, как возникает сознание, но и дали надежду на то, что пациентов, запертых в коме, удастся вернуть к жизни.

P.S. Не понравилось словосочетание: "место локализации души". Хоть оно и взято в кавычки, но... 

Это может быть просто одним из наиболее важных (типа, ключевых) звеньев физиологической основы (нейрофизиологических коррелятов, так сказать), на которой (грубо говоря, как на "железе" в компьютере) и функционируют наши высшие уровни механизма сознания (как софт высокого уровня)...

[ArefievPV]

В ходе эволюции мозжечок развивался путем удвоения базовых модулей
https://elementy.ru/novosti_nauki/433750/V_khode_evolyutsii_mozzhechok_razvivalsya_putem_udvoeniya_bazovykh_moduley
Мозжечок — часть головного мозга позвоночных животных, занимающая всего 10% его объема, но при этом содержащая половину всех его нейронов. Так что мозжечок представляет очевидный интерес для нейробиологов, хотя информации о его структуре, функциях и эволюции на удивление мало. Этот пробел был в некоторой степени восполнен новым исследованием, выполненным командой из Стэнфордского университета. Разобравшись в экспрессии генов отдельных нейронов мозжечка, они выявили структурно-функциональную единицу его строения — унифицированный модуль. Этот модуль снабжен стандартным набором из трех классов тормозящих нейронов и двух классов возбуждающих нейронов. Эволюция мозжечка шла, по-видимому, за счет удвоения таких модулей и дальнейшей их специализации. У человека один из модулей — зубчатое ядро — оказался весьма специализированным, утратив один из классов возбуждающих нейронов за счет увеличения числа нейронов другого класса.

Рис. 1. Схема строения мозжечка человека. В исследованиях эволюции и роли мозжечка в когнитивных функциях в первую очередь обращают внимание на его кору. Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Science, стоит получше присмотреться к ядрам мозжечка — парным образованиям из серого вещества, расположенным в его центральной области. Они, как выясняется, не менее важны для понимания функционирования и эволюции этой части мозга. Цифрами помечены ядра мозжечка: 1 — зубчатое ядро, 2 — пробковидное ядро, 3 — ядро шатра, 4 — шаровидное ядро (у плацентарных млекопитающих пробковидное и шаровидное ядра объединены в так называемое промежуточное или слитое ядро, так что обычно говорят не о четырех, а о трех ядрах у млекопитающих). Рисунок с сайта vmede.org

Рис. 4. Модель эволюции ядер мозжечка. Квадратиками обозначены структурно-функциональные модули строения ядра с нейронами пяти классов — трех тормозящих (i1, i2, i3) и двух возбуждающих (A, B). Цветными стрелками изображены проекции возбуждающих нейронов в другие зоны мозга. В ходе эволюции модуль удвоился, возбуждающие нейроны специализировались, их проекции находятся рядом, но несколько сдвинуты относительно друг друга. На следующем этапе происходило расширение одного из модулей, при этом утратились возбуждающие нейроны одного класса, по-видимому, в силу необходимости усиленной работы нейронов другого класса. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Рис. 5. Зоны мозга, в которые идут проекции из зубчатого ядра мозжечка. Рисунок из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Отсюда следует два вывода.

Первый: эволюционирующей единицей мозжечка является подразделение ядра, имеющее унифицированный набор исходящих нейронов — ингибиторные, принадлежащие к трем классам, и возбуждающие, принадлежащие к двум классам.

Второй вывод касается эволюции мозжечка: она шла за счет удвоения базовой единицы и ее дальнейшей специализации.

И наконец, в человеческой линии эволюции мозга наибольшее развитие получило одно из ядер мозжечка, зубчатое, и только один из классов возбуждающих нейронов, класс B. Это пример резкой специализации функций мозжечка. А обсуждаемое исследование сильно меняет наши представления о мозжечке и его эволюции.

[ArefievPV]

«Фантастические твари»: животные, которые нас удивили в 2020 году
https://www.nkj.ru/news/40326/

Очень холодные колибри, альтруистичные попугаи, дружелюбные змеи, рыбы, лишившиеся иммунитета ради брака – плюс ещё десяток «тварей», которые удивляли нас весь прошлый год.

Еда – 2020
https://www.nkj.ru/news/40340/

Львиная доля рекомендаций к диете сводится к тому, что нужно есть больше овощей и фруктов и поменьше сладкого и жирного. Но есть и другие исследования, которые рассматривают привычную еду с необычного ракурса, опровергают устоявшиеся представления о диетах или же по-новому уточняют пользу или вред той или иной пищи. Вот несколько таких исследований из прошлого года мы сейчас и вспомним.

[ArefievPV]

У дрозофил обнаружили состояние, похожее на парадоксальный сон млекопитающих
https://elementy.ru/novosti_nauki/433751/U_drozofil_obnaruzhili_sostoyanie_pokhozhee_na_paradoksalnyy_son_mlekopitayushchikh

У многих животных с развитой нервной системой бодрствованию противопоставлен сон. Это целый комплекс процессов, который у млекопитающих и птиц можно разделить на фазы, основываясь на электрической активности головного мозга и реакциях организма на внешние стимулы. В последние годы накапливаются данные о том, что сон других животных тоже неоднороден. Недавно это показали и на классическом модельном объекте — плодовой мушке дрозофиле. Оказалось, что у этого насекомого есть состояние, напоминающее фазу парадоксального сна. Во время него дрозофила, как и млекопитающие, практически не реагирует на внешние стимулы и не двигается, однако клетки в составе ее мозга почти так же активны, как при бодрствовании.

Вплоть до середины XX века исследователи считали, что сон — это отдых нервной системы, торможение ее работы. Так, кстати, думал и Иван Павлов. Конечно, были те, кто сомневался в столь простой нейробиологической трактовке сна, но они долгое время оставались в меньшинстве. Так, биолог Мария Михайловна Манасеина, проводившая в конце XIX века опыты по лишению сна на собаках, писала: «ученые, признающие сон за остановку или диастолу мозговой деятельности, ошибаются, так как во время сна мозг вовсе не спит, не бездействует весь целиком, а засыпанию подпадают только те части его, которые составляют анатомическую основу, анатомический субстрат сознания» (см.: В. М. Ковальзон, 2012. Забытый основатель биохимии и сомнологии). Но данных, позволяющих подтвердить эту мысль, у Манасеиной не было.

Оказалось, что в целом во время сна активность мозга мухи снижается, но при этом есть буквально два десятка клеток, которые при бодрствовании «молчат», а во время сна, наоборот, посылают множество сигналов. «Сонные» сигналы идут по длинным отросткам этих нейронов, аксонам, в дорсальную часть вееровидного тела (далее дорсальное вееровидное тело) — одно из скоплений нервных клеток в голове мухи (см., например, J. M. Donlea et al., 2014. Neuronal Machinery of Sleep Homeostasis in Drosophila). Вееровидное тело входит в так называемый центральный комплекс ганглиев (рис. 3), по функциям похожий на базальные ядра человеческого мозга. В центральный комплекс приходят сигналы от множества источников, а он интегрирует их в общую картину мира и обеспечивает насекомому сознание — конечно, более примитивное, чем человеческое.

Независимо от того, правильно ли называть заново открытое состояние дрозофилы парадоксальным сном или нет, из нового исследования понятно одно: сон этого насекомого неоднороден. В сложности строения сна дрозофила не одинока среди беспозвоночных: не так давно подтвердили, что у признанных интеллектуалов мира животных без хорды, лекарственных каракатиц, сон тоже делится на фазы, и одна из них похожа на БДГ-сон (см. T. L. Iglesias et al., 2019. Cyclic nature of the REM sleep-like state in the cuttlefish Sepia officinalis). Вполне вероятно, что и другие беспозвоночные скоро присоединятся к этому списку.

[ArefievPV]

Редактирование генома позволило мышам с прогерией дожить до старости
https://nplus1.ru/news/2021/01/11/progeria-edited
Редактор оснований на основе системы CRISPR/Cas использовали для терапии прогерии Хатчинсона-Гилфорда — это самая известная из болезней ускоренного старения. В результате экспериментальные мыши прожили в два с лишним раза больше, чем их сородичи без лечения, а их аорта — которая сильнее многих других органов страдает от этой болезни — стала по некоторым показателям неотличима от аорты здоровых мышей. Побочным эффектом от терапии у нескольких животных стала опухоль печени, однако пока нет причин считать, что этот эффект будет воспроизводиться у людей, говорится в работе, опубликованной в Nature.

Несмотря на то, что авторы работы пока не предлагают переходить к испытаниям своего метода на людях, они отмечают, что у него есть несколько плюсов. Во-первых, он не требует редактирования генома на эмбриональной стадии — эти технологии пока остаются спорными (об этом мы писали в тексте «В будущее возьмут не всех»). Во-вторых, он позволяет вводить редакторы оснований через несколько лет после рождения (по словам исследователей, 14 дней для мыши соответствуют 5-6 годам у человека), а значит, ребенок успеет получить окончательный диагноз. В-третьих, эффект от такой терапии иногда оказывается непропорционально большим — как, например, в аорте, где 25 процентов отредактированных клеток позволяют полностью компенсировать дефекты в стенке сосуда. Это значит, что можно не гнаться за стопроцентной эффективностью. Наконец, Лю и коллеги полагают, что их технология может дать еще более выраженный результат, если его совмещать с другими методами лечения прогерии — например, с первым лекарством от прогерии, которое совсем недавно одобрили в США.

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

Терапия зла
https://nplus1.ru/material/2020/07/16/mtdna-editing
Как технологии лечения митохондриальных болезней 24 года идут к легализации

В будущее возьмут не всех
https://nplus1.ru/material/2020/09/23/whoedits
Кому и как разрешат генетическую редактуру детей

[ArefievPV]

Растения обмениваются генетическими посылками
https://www.nkj.ru/news/40503/
Растительные клетки в месте прививки передают друг другу ДНК из ядер и хлоропластов.

Когда садоводы делают прививку, это значит, что часть одного растения пересаживают на другое. То растение, которое прививают, называют привой; то, к которому прививают – подвой. У прививок есть много разных вариантов, но в любом случае их делают, чтобы получить растение, которое объединяло бы полезные свойства привоя и подвоя. Например, побег культурного сорта прививают к дикой разновидности: от культурного растения будут вкусные плоды, а от дикого – устойчивость к заболеваниям, холодам и пр.

Но как так получается, что после прививки появляются новые свойства? Очевидно, растения – то есть, привой и подвой – обмениваются какими-то сигналами, какими-то молекулами. Ещё в 2009 году сотрудники Института молекулярной физиологии растений Общества Макса Планка обнаружили, что прививаемые растения табака обмениваются ДНК. Однако до сих пор не было понятно, что это за ДНК.

Обычно мы говорим о той ДНК, которая хранится в клеточном ядре. Но у клетки есть органеллы со своей собственной ДНК – хлоропласты и митохондрии. Хлоропласты – клеточные органеллы, отвечающие за фотосинтез, митохондрии – органеллы, дающие клетке энергию. Их ДНК кодирует некоторые белки, необходимые для фотосинтетических и энергетических реакций. В статье в Science Advances говорится, что растения могут обмениваться друг с другом и той ДНК, которая содержится в хлоропластах, и той, которая хранится в ядре.

В экспериментах использовали модифицированные растения табака, которым в геном вводили разные флуоресцентные белки, включавшиеся при воздействии разных антибиотиков. Одно растение получало ген белка в ядерную ДНК. Когда в клетки приходил антибиотик, ген флуоресцентного белка активировался, и клетка начинала светиться. Другое растение получало ген другого флуоресцентного белка в ДНК хлоропластов – этот ген включался от другого антибиотика.

Когда оба модифицированных табака прививали друг к другу, их клетки начинали светиться, причём в ответ на оба антибиотика. Это значит, что привой и подвой обменивались как хлоропластной ДНК, так и ядерной. В клетках появлялись органеллы, похожие на обычные хлоропласты, только заметно мельче. Двигаясь, как амёбы, уменьшенные хлоропласты подползали к порам в клеточных стенках и переходили из одной клетки в другую.

Исследователи полагают, что повреждения растительных тканей, неизбежные при прививках, заставляют клетки формировать специальные межклеточные контакты и специальные хлоропластоподобные органеллы, которые служат генетическими посылками. Правда, остаётся непонятным, как именно клетки обмениваются ядерной ДНК. Возможно, её увлекают с собой эти мелкие органеллы, которые переползают из клетки в клетку. Но что именно там происходит, ещё предстоит выяснить. Возможно, в перспективе мы сможем научиться управлять переносом генов при прививках, чтобы усиливать или ослаблять те или иные свойства растений.

[ArefievPV]

Пластик спасет человечество?

«Мир тонет в пластике! На свалках царит его величество полиэтилен! Планета задыхается от пластиковых отходов!»

И не такие лихие лозунги можно услышать против пластика. Но неужели это и правда такое жуткое зло? В этом выпуске мы разберемся, насколько пластик экологичен, чем именно он опасен и может ли не погубить, а сберечь природу Земли?

ТАЙМКОДЫ
0:00 Введение
1:02 Как пластик угрожает человечеству?
3:21 Запреты и альтернативы
5:50 Пластиковые пакеты VS бумажные пакеты
8:33 Пластиковые бутылки. Лучше всех?
10:13 Статистика, больше статистики!
14:47 Проблемы и сложности
16:58 На заводе по переработке пластика
19:48 Перед чем бессильна переработка пластика?
21:36 Что производят из переработанного пластика?
23:52 Переработка отходов - это шахматы
24:23 Сортировка отходов

[ArefievPV]

Змея-лассо
https://www.nkj.ru/news/40509/
Коричневые бойги придумали новый способ карабкаться на деревья.

Многие змеи умеют лазить по деревьям – там можно найти яйца, птенцов, мелких зверей и прочих животных, которые редко спускаются на землю. И обычно змеи забираются на дерево, обернувшись спиралью вокруг ствола. Змея двигается верх подобно сжимающейся и растягивающейся пружине. Но чтобы удержаться на дереве, ствол нужно обернуть собой как минимум в два-три оборота. Если змея невелика или если дерево слишком толстое, то забраться на него не выйдет.

Сотрудники Университета штата Колорадо и Университета Цинциннати наблюдали за коричневыми бойгами на острове Гуам архипелага Марианские острова. Вообще-то, бойги на острове Гуам жить не должны, это не их ареал. Но сюда их случайно завезли после Второй мировой войны, и, как часто случается с инвазивными видами, бойги стали настоящим бедствием. Для человека они почти не опасны, но для других видов – очень даже: многие из местных животных полностью исчезли, съеденные подчистую бойгами. И сейчас экологи ломают голову над тем, как обезопасить от бойг оставшуюся фауну.

Бойги обитают на деревьях и кустарниках, охотясь на ящериц, птиц и мелких зверей. Чтобы защитить птиц от древесной змеи, можно сделать ствол дерева толще – например, обернув его во что-нибудь. Стволы обернули экранами и поставили напротив видеокамеры, чтобы заснять тщетные попытки змей забраться на дерево. И видеокамера засняла бойг, которые вполне справились с задачей, обернувшись вокруг толстого ствола всего один раз.



Змеи изобрели ноу-хау: они не просто оборачиваются вокруг ствола, они делают из себя лассо. Петля лассо позволяет им достаточно крепко сжимать дерево, чтобы удерживаться на нём. Лабораторные опыты показали, что это не изобретение одной-единственной змеи. Несколько бойг длиной 1,1–1,7 м сворачивали себя в лассо и карабкались вверх по толстому шесту за мёртвой мышью, которую для них наверху повесили экспериментаторы. Правда, такой способ передвижения достаточно труден: змея поднимется в среднем на один миллиметр в секунду, тяжело дышит и часто останавливается передохнуть.

Как пишет портал ScienceNews, от бойг можно было ожидать чего-то подобного. Они спокойно перебрасывают себя, подобно мосту, между далёкими ветками, они забираются по очень крутым склонам, не срываясь с них, они легко ползают по тонкой проволоке – стоит ли удивляться, что они умеют завязывать себя в лассо и лезть в таком виде по дереву? Возможно, способности бойг подскажут какие-нибудь идеи инженерам-робототехникам: змееподобный робот, владеющий своим «телом» так же, как бойга, мог бы забираться в очень и очень труднодоступные места. Ну а чтобы защитить птиц и древесных зверей от коричневых бойг, придётся придумывать какую-то другую уловку.

[ArefievPV]

Электрические угри охотятся сообща
https://www.nkj.ru/news/40549/
Собравшись для совместной охоты, электрические угри могут добыть себе на обед целый косяк рыб за раз.

Один электрический угорь вида Electrophorus voltai генерирует электрический разряд напряжением 860 вольт. Теперь представим, что будет, если таких угрей соберётся сотня. Это не сцена из фильма ужасов – коллективную охоту электрических угрей описывают в Ecology and Evolution сотрудники Национального института изучения Амазонии и Смитсоновского института.

До сих пор считалось, что электрические угри – одиночные охотники, которые днём отдыхают, а ночью ищут добычу. Почуяв рыбу, угорь приближается к ней и даёт разряд, парализующий жертву. Но ещё в 2012 году исследователи увидели в одном из озёр Амазонского бассейна, как около сотни угрей охотились на рыб, сообща загоняя их к мелководью. Было решено изучить получше такое странное поведение угрей. И спустя несколько лет на реке Ирири удалось сделать видео, не оставлявшее сомнений в том, что электрические угри могут охотиться вместе.

Около сотни угрей на рассвете или на закате подплывали к берегу, разбивались на группы примерно по десять особей и окружали небольшой косяк мелких рыбёшек. Затем следовал совместный электрический разряд. Вольтаж общего разряда группы угрей исследователи не измеряли, но, надо думать, сила его получается впечатляющей. Угри проделывали такую процедуру до семи раз, и в среднем одна охота занимала около двух часов.

Групповую охоту электрические угри практикуют с июня по ноябрь, когда уровень воды в реках и озёрах падает. В обмелевших водоёмах рыба кучкуется, и её проще добывать, так сказать, оптом. Возможно, угри запоминают товарищей по охоте, собираясь каждый раз одним и тем же отрядом, но так это или не так, предстоит ещё проверить.

Среди рыб есть такие, которые охотятся группами; более того, мы как-то писали, что некоторые рыбы зовут на помощь особей другого вида – например, каменные окуни сотрудничают с муренами. Но всё же такое поведение у рыб чрезвычайно редко, а среди пресноводных видов электрические угри стали пока что единственными, кто занимается загонной охотой.

С другой стороны, электрические угри вообще горазды на разные ноу-хау. Чтобы справиться с крупной добычей, они заключают её в объятия – так разряд будет более эффективным. А чтобы отпугнуть крупного зверя, который зашёл в воду, угорь выпрыгивает из воды и старается коснуться врага в воздухе – опять же для того, чтобы удар током был сильнее.

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

Каменные окуни охотятся вместе с правильными помощниками
https://www.nkj.ru/news/24901/
Чтобы выгнать добычу из укрытия, каменные окуни обращаются за помощью к муренам – но только к тем, кто действительно готов помочь.

Электрические объятия электрических угрей
https://www.nkj.ru/news/27292/
Чтобы справиться с крупной добычей, электрические угри сближают полюса своего электрического органа: это позволяет усилить парализующий разряд.

Электрические угри атакуют врагов в прыжке
https://www.nkj.ru/news/28947/
Чтобы отпугнуть крупного хищника, зашедшего в воду, электрические угри стараются дотронуться до него над водой и притом как можно выше.

[ArefievPV]

Почему муху трудно убить
https://www.nkj.ru/news/40543/
Чтобы взлететь, домашней мухе достаточно один раз махнуть крыльями.

Чтобы прихлопнуть муху, нужно недюжинное мастерство, большой опыт, острый глаз и меткая рука. Неопытный охотник на мух обычно обнаруживает под мухобойкой лишь пустое место; попытки поймать муху в полёте тоже заканчиваются ничем. Как мухам удаётся так хорошо уходить от карающей длани?

Очевидно, они вовремя замечают, что к ним приближается опасность. Замечают в прямом смысле – глазами. У зрения есть характеристика, которая называется временная разрешающая способность, то есть насколько быстрые события глаз и мозг способны различить. Временную разрешающую способность определяют по порогу слияния мерцания. Глаз видит быстро сменяющиеся картинки, которые сменяются всё быстрее и быстрее, и до какого-то момента мы видим их мерцание, а потом мерцание исчезает – скорость изображения превысила порог слияния. У нашего глаза этот порог равен 60 мельканиям в секунду, а у мух – 400. Наши Очень Быстрые Движения муха видит как в замедленной съёмке. И ей хватает 200 миллисекунд, чтобы выбрать наиболее безопасное направление для бегства.

Но мало видеть опасность, нужно ещё и быстро от неё уйти. Тут мухи тоже молодцы: как пишет портал LiveScience, в полёте им хватает одной тысячной секунды, чтобы сменить курс. Ну а если муха сидит на чём-то, и тут вдруг нужно быстро взлететь? Исследователи из Кейсовского университета Западного резервного района снимали разных взлетающих мух на высокоскоростное видео с 3000 кадрами в секунду.

Мух на свете много, они делятся на секции, подсекции, надсемейства и т. д. Оказалось, что мухи из подсекции Calyptratae, к которым относятся и привычные домашние мухи, взлетают в пять раз быстрее других – в среднем за семь миллисекунд и на одном взмахе крыльев. Другие мухи, не из группы Calyptratae, тратят на взлёт в среднем 39 миллисекунд, и чтобы оторваться от поверхности, им нужно около четырёх раз взмахнуть крыльями.



То есть у домашней мухи и её ближайших родственников есть какая-то конструктивная особенность, которая помогает быстро взлететь. Это так называемые жужжальца – видоизменённая пара крыльев. У многих насекомых крыльев две пары, но у мух, комаров, слепней и прочих представителей отряда Двукрылых задние крылья сильно уменьшились, превратившись в небольшие булавовидные палочки – те самые жужжальца. В полёте они служат стабилизаторами, помогая держать курс во время манёвров.

Как оказалось, домашним мухам и другим видам подсекции Calyptratae жужжальца помогают ещё и при взлёте. Если мухам удаляли жужжальца, то на взлёте они начинали кувыркаться, как будто не могли справиться с управлением самими собой, и часто падали на землю. Жужжальца обеспечивали им стремительный и лёгкий взлёт. Результаты экспериментов опубликованы в Proceedings of the Royal Society B.



Вряд ли эти сведения помогут нам в охоте на мух, но, возможно, их замечательные жужжальца подскажут какие-нибудь новые идеи инженерам, занимающимся конструированием летательных аппаратов.