Интересные новости и факты (биология, химия)

[ArefievPV]

Происхождение человечества в свете новых данных палеоантропологии и генетики
https://elementy.ru/novosti_nauki/433769/Proiskhozhdenie_chelovechestva_v_svete_novykh_dannykh_paleoantropologii_i_genetiki

Коллектив ведущих генетиков и палеоантропологов из Великобритании и Германии опубликовал обзор новейших данных, проливающих свет на генетическую историю человечества. Авторы выделяют в формировании современного человеческого генофонда три ключевых этапа, по каждому из которых много данных, но мало окончательных ответов. Первый этап — сложная история обособления предков сапиенсов от неандертальцев и денисовцев (1,0–0,3 млн лет назад), второй — формирование генетического разнообразия сапиенсов в Африке (300–60 тысяч лет назад), третий — широкое расселение сапиенсов в Евразии и Австралии и последние контакты с другими видами людей, такими как неандертальцы и денисовцы (60–40 тысяч лет назад). Ни на одном из этих этапов генетические истоки современного человечества не удается привязать к какой-то конкретной «колыбели», например, к тому или иному региону в пределах Африки. Имеющиеся данные пока совместимы не с одним, а с несколькими альтернативными эволюционными сценариями.

[ArefievPV]

Кабельные бактерии подышали кислородом за себя и за остальную колонию
https://nplus1.ru/news/2021/02/15/electrobacteria-champion

Микробиологи зафиксировали интересную адаптацию к окислительному стрессу в кабельных бактериях. Оказалось, что небольшая часть нитчатой колонии, наиболее приближенная к источнику кислорода, с удивительно высокой интенсивностью использует его для энергетически выгодного аэробного дыхания. Остальная же часть находится в анаэробной среде, избегая проблем, вызываемых окислительным стрессом. Статья опубликована в Science Advances.

С тех пор как в результате Кислородной катастрофы (2,4-2,0 миллиарда лет назад) в атмосфере появился молекулярный кислород, живые существа стали подвергаться окислительному стрессу. Какие-то микроорганизмы учились справляться с активными формами кислорода внутри клеток, а другие (в том числе и появляющиеся эукариоты) стали извлекать из него пользу, используя кислород как акцептор электронов.

Сейчас в условиях сильной гипоксии (крайне низкой концентрации кислорода) обитают микроорганизмы, населяющие влажные среды обитания: в донных осадках, биопленках или кишечнике животных. В ходе эволюции эти микробы разработали различные механизмы, которые позволяют им жить на границе кислородной и бескислородной среды. Интересной тактикой пользуются морские «кабельные» бактерии из семейства Desulfobulbaceae: их колонии формируют длинные (до нескольких сантиметров) нити-кабели, на всю длину которых протягивается пока еще неизвестный исследователям проводящий электричество материал. Эти нити-колонии протягиваются из бескислородной среды, откуда бактерии получают сульфидные соединения (доноры электронов) в кислородную (где есть молекулярный кислород, акцептор электронов). Таким образом, процесс клеточного дыхания в колониях разбит на две части и разнесен в разные части нитей.

К удивлению биологов, кабельные бактерии (те из них, которые пересекли границу и попали в кислородную среду) продемонстрировали очень высокие показатели потребления кислорода: 2200 наномоль молекулярного кислорода на миллиграмм белка в минуту. Для сравнения, предыдущий рекорд среди прокариот принадлежал бактерии Desulfovibrio termitidis с показателем 1570 наномоль молекулярного кислорода на миллиграмм белка в минуту. При этом сам механизм клеточного дыхания у кабельных бактерий еще только предстоит объяснить.

Попавшая в кислородную среду часть нитей составила меньшую долю колонии: всего 8,1±6,4 процента от всей ее биомассы. Таким образом, всего несколько клеток были ответственными за весь кислородный обмен колонии. Самые крайние клетки всегда старались держаться в среде с меньше чем 14 процентами насыщения воздухом. Чтобы достичь этого, вся колония меняла свое положение в ответ на небольшие изменения концентрации воздуха каждые 60 секунд. Возможно, сигнал между клетками передается путем изменения электрического напряжения нитей.

Через какое-то время ученые наблюдали необратимые изменения в клетках колоний, подвергнутых воздействию кислорода. Ученые предположили, что даже если клетки на конце нитей из-за воздействия кислорода умирают, то с эволюционной точки зрения такая стратегия все же выгодна: около 90 процентов колонии находится в среде с крайне низким содержанием кислорода, не рискуя попасть под разрушительное воздействие его активных форм. Такой подход стал примером интересной адаптации кабельных бактерий: их колонии одновременно используют мощный акцептор электронов (кислород) и достаточно эффективно избегают минусы пребывания в кислородной среде.

P.S. Адаптация выгодна именно колонии, а не отдельной бактерии.

Замечание в сторону.

Полагаю, что и сама клеточность, оформившаяся, как некая адаптация к недружественной среде, возникла в протоколонии из протоклеток (в некоем прообразе будущего микробного сообщества).

Придерживаюсь мнения, что одноклеточные эволюционируют (и эволюционировали) в форме колонии (в форме микробного сообщества), а не поодиночке. То есть, постоянно шла коэволюция множества популяций микроорганизмов (включая вирусы).

[ArefievPV]

Подо льдом на антарктическом шельфе процветает жизнь
https://elementy.ru/novosti_nauki/433771/Podo_ldom_na_antarkticheskom_shelfe_protsvetaet_zhizn

В ходе экспедиции в антарктическом море Уэделла ученые исследовали морское дно под шельфовым ледником Фильхнера. К их удивлению, видеокамера, опущенная в пробуренную через толщу льда скважину на расстоянии 260 км от кромки ледника, засняла отдельно лежащий валун, покрытый биообрастаниями: на видео удалось разглядеть несколько видов губок (обычных и на длинных стебельках), а также другие стебельчатые и нитчатые организмы — как мелкие, так и крупные. Ученые подчеркивают, что на таком далеком расстоянии от кромки ледника прикрепленные донные формы жизни зарегистрированы впервые. Это означает, что здесь достаточно органики в том или ином виде для питания многоклеточных животных и поддержания комплекса обрастателей. Считалось, что на больших афотических глубинах подо льдом в условиях ничтожного привноса органики от ледовой кромки донная жизнь должна сходить на нет. Прежние исследования вкупе с исключительной скудостью данных подтверждали эту гипотезу. Однако дело, по-видимому, не столько в низком содержании органического вещества, сколько в отсутствии удобных мест для поселения.

Антарктические шельфовые ледники (показаны голубым цветом). Кружочками отмечены места бурения ледника и его результаты: в скважинах, изображенных черными кружочками, были найдены многоклеточные формы жизни, в скважинах, изображенных белыми кружочками, многоклеточной жизни не найдено. Звездочкой указана скважина в шельфовом леднике Фильхнера, из которой получены новые данные о донных подледных обитателях. Рисунок из обсуждаемой статьи в Frontiers in Marine Science

Валун находится на расстоянии около 270 км от внешнего (океанического) края ледника. Чтобы до него добраться, нужно было пробурить 872 метров ледяной толщи и спуститься еще на 472 метров вниз ко дну моря Уэддела. Там царит полная темнота, а вода имеет соленость, близкую к средней для Мирового океана (34,61‰), и минусовую температуру (−2,2°C). Было зарегистрировано довольно сильное течение, направленное от материка к кромке ледового покрытия, а не наоборот. И в этих условиях, как видно на видео, на валуне процветает жизнь. Население камня насчитывает 38 относительно крупных животных и бессчетное количество сантиметровой мелочи. А вокруг на илистом дне пусто: ни червей, ни рачков, ни даже следов ползанья.

Теперь о колоссальных подледных площадях морского дна нельзя сказать, что они безжизненные. «Макрожизнь» в глубине подо льдом присутствует, где только для нее найдется подходящее место для поселения и источник питания. На этих пространствах валуны и камни, попавшие на дно из подтаявших плавучих льдов (так называемые дропстоуны), оказываются прекрасным субстратом для образования локальных биоценозов.

[ArefievPV]

Открыт механизм прекращения старения. И лекарство для омоложения
https://www.popmech.ru/science/news-673903-otkryt-mehanizm-prekrashcheniya-stareniya-i-lekarstvo-dlya-omolozheniya/?from=main_3

Японские учёные открыли механизм, при помощи которого становится возможным избавиться от так называемых стареющих клеток организма, подобрав для этого эффективное лекарство.

Применение останавливающего старение и запускающего омоложение препарата может начаться уже скоро.
 
Как сообщает РИА Новости, японские учёные из Токийского университета придумали, как остановить старение организма. Возрастное ослабление функций организма, как известно, связано с тем, что в органах накапливаются клетки, запускающие системные воспалительные процессы. Одним из видов клеток, которые провоцируют воспаление, являются так называемые стареющие клетки. Клетки могут делиться только определённое количество раз, после чего этот процесс прекращается, но это может произойти и в результате повреждения ДНК, окислительного стресса или других факторов. Стареющие клетки утрачивают способность делиться, накапливаются в организме и вызывают воспаление и старение.
 
Если удалить из организма эти клетки, можно будет остановить спровоцированные ими воспалительные процессы и добиться существенного улучшения симптомов старения, считают японские учёные. Они стали изучать, за счёт чего такие клетки более не могут размножаться и превращаются в стареющие клетки, и выявили молекулярный механизм. После этого они состарили клетку – создали специальную клетку с общими для всех стареющих клеток свойствами и стали искать то, что убивало бы только эти клетки.

В итоге выяснилось, что для стареющей клетки жизненно важен фермент GLS1, тесно связанный с процессом метаболизма глутамина. Оказалось, что стареющая клетка нуждается в этом ферменте, чтобы выжить. Это происходит за счёт того, что лизосомы в стареющей клетке перестают работать и наполняющая их кислая среда проникает в клетку, создавая угрозу для её существования. Чтобы выжить и нейтрализовать кислую среду, клетка нуждается в аммиаке, который получается при превращении глутамина в глутаминовую кислоту, то есть при процессе, в котором необходим фермент GLS1.

Не только старые клетки, но и любые другие, где белок не удается разрушить и избавиться от него, становятся клетками, провоцирующими воспаление. У всех этих клеток выживание зависит от GLS1 — фермента, превращающего глутамин в глутаминовую кислоту. Поэтому, если использовать его ингибитор, можно уничтожить все клетки, провоцирующие воспаление, включая стареющие клетки. В качестве ингибитора решили использовать препарат, который уже существует и проходит клинические испытания в качестве лекарства от некоторых видов рака, рост клеток которого тоже зависит от GLS1. Его успешно испытали на мышах.

Эксперименты показали не только «омоложение» внутренних органов, но и укрепление всего организма. Если в ходе клинических экспериментов будет доказана безопасность препарата для человека, то станет возможным сначала его применение для людей с прогерией – синдромом преждевременного старения, считают японцы. Далее возможно его использование для тех, кто из-за возрастного ослабления мышц не может вести обычный образ жизни, а также для пациентов, у которых отказали почки и кому необходим диализ. В случае успеха можно будет добиться увеличения продолжительности жизни и сокращения разрыва между общей продолжительностью жизни и здоровым состоянием человека.

P.S. Насколько я понял, открыли, как можно нивелировать один из факторов старения.

[ArefievPV]

В древней ДНК нашли нового мамонта
https://www.nkj.ru/news/40781/

ДНК возрастом более полутора миллионов лет помогла уточнить родственные связи между разными мамонтами.

ДНК – довольно прочная молекула, её можно найти даже в очень древних останках. Конечно, она будет повреждена, но всё равно её можно секвенировать, то есть прочитать, и узнать, какие гены были у вымершего существа, кто ему был родственником, от кого оно произошло и т. д.

Но что значит «очень древние останки»? ДНК всё-таки не вечна, и чем больше времени проходит, тем сильнее она разрушается. До сих пор считалось, что самую древнюю ДНК, которую можно прочесть, выделили из костей лошади, жившей 560–780 тыс. лет назад. С другой стороны, многие специалисты полагают, что ДНК может оставаться более-менее целой и миллион лет, и больше, если только условия будут подходящими. Одно из главных таких условий – очень низкая температура, так что если где и можно найти миллионолетнюю ДНК, то разве что в вечной мерзлоте.

Ещё в 70-е годы прошлого века российские палеонтологи извлекли из сибирской вечной мерзлоты три коренных зуба мамонтов. Двум из трёх зубов было больше миллиона лет, и в них оставалось небольшое количество ДНК. И вот сейчас методы секвенирования ДНК и анализа её последовательности усовершенствовались настолько, что даже из очень небольшого количества сильно разорванной ДНК стало возможно получить внятную информацию.

ДНК из мамонтовых зубов изучали сотрудники Стокгольмского университета и их коллеги из лондонского Института Фрэнсиса Крика, Калифорнийского университета в Санта-Круз, Геологического института РАН и других научных центров. Два зуба подревнее оказались возрастом 1,3 и 1,65 млн лет; тот, что помоложе – 600 тыс. лет. По форме два более древних зуба принадлежали степному мамонту, который обитал на территории Евразии, и дал начало шерстистому мамонту и колумбийскому мамонту.

Но ДНК показала, что всё сложнее. Самый древний зуб, которому 1,65 млн лет, оказался от какого-то странного мамонта. Авторы работы не утверждают прямо, что обнаружили новый вид, однако всё вполне может быть именно так. Более того, колумбийский мамонт Северной Америки, по-видимому, появился в результате скрещивания этого нового мамонта с шерстистым: половина генов досталась колумбийскому мамонту от одного, половина – от другого. Исследователи полагают, что новый мамонт возник как особая группа более 2 млн лет назад, причём возник в Северной Америке, откуда частично пришёл обратно в Евразию. Ну а в том, что мамонты скрещивались друг с другом, нет ничего удивительного: например, известно, что этим не пренебрегали шерстистый и колумбийский мамонты, когда судьба сводила их вместе. Результаты исследований опубликованы в Nature.

Новые данные помогут прояснить эволюцию мамонтов, но, кроме того, теперь стало окончательно ясно, что даже миллионолетняя ДНК в некоторых случаях может послужить науке. Белковые молекулы устойчивее, и есть примеры, когда в палеонтологических находках обнаруживали белки возрастом 3,8 млн лет. Однако эволюционные связи по белкам видны хуже, чем по ДНК. И именно древняя ДНК может помочь прояснить тёмные места в эволюции разных живых существ.

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

«Ископаемые» белки
https://www.nkj.ru/facts/29577/
Древнейшие «ископаемые» белки нашли в Африке и Грузии

[ArefievPV]

Новое высококачественное видео показывает, как ДНК скручивается в причудливые формы, чтобы втиснуться в клетки
https://www.popmech.ru/science/news-674263-novoe-vysokokachestvennoe-video-pokazyvaet-kak-dnk-skruchivaetsya-v-prichudlivye-formy-chtoby-vtisnutsya-v-kletki/?from=main_1

Группа ученых из Соединенного Королевства сняла видео с высоким разрешением, на котором ДНК извивается в причудливые формы, чтобы втиснуться в клетку.

Здесь можно посмотреть на «танцующую» ДНК
 
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые сняли ДНК в движении с помощью комбинации передовой микроскопии и моделирования. Чтобы втиснуться в клетку, генетический материал должен извиваться и скручиваться – процесс, известный как сверхспирализация ДНК. Человеческие клетки содержат около двух метров ДНК. Учитывая то, что человеческие клетки имеют размер, исчисляемый в микрометрах, ДНК действительно нужно постараться, чтобы плотно упаковаться внутри.



Новое видео показывает, что ДНК намного более динамична, чем считалось ранее. По словам авторов исследования, чем более необычные формы принимает молекула, тем больше у нее возможностей связываться с другими субстратами.

Чтобы увидеть движения в деталях, ученые использовали комбинацию суперкомпьютерного моделирования и атомно-силовой микроскопии. В то время как предыдущие микроскопические методы позволяли создавать только статические изображения ДНК, этот новый подход позволил исследователям создать динамические последовательности, которые показывают движения молекулы.

Для получения изображений исследователи использовали «миникольца ДНК», которые соединяются на концах, образовывая петлю. Образцы, которые они наблюдали, были сконструированы из бактерий и изолированы от них, но ранее ученые обнаружили, что они встречаются в клетках естественным образом.

Исследователи считают, что лучшее понимание способов, которыми ДНК складывается в компактные формы, может помочь в разработке новых генетических методов лечения ряда неизлечимых заболеваний.

[ArefievPV]

Для усложнения строения грудных плавников данио-рерио достаточно замены одного нуклеотида
https://elementy.ru/novosti_nauki/433772/Dlya_uslozhneniya_stroeniya_grudnykh_plavnikov_danio_rerio_dostatochno_zameny_odnogo_nukleotida

Конечности четвероногих — замечательное приспособление, сыгравшее колоссальную роль в освоении суши позвоночными. Превращение плавников в конечности было связано с постепенным усложнением их структуры.

В ходе широкомасштабного скрининга ученые из США неожиданно обнаружили две мутации, каждая из которых приводит к появлению дополнительных длинных костей в грудных плавниках у рыбок Danio rerio. Более того, эти новые кости образуют суставы с соседними костными элементами и интегрируются с мышечной тканью. Мутации затронули гены vav2 и wasl. Результатом мутаций становится усиление экспрессии гена hox11 в зачатках плавников, что, в свою очередь, приводит к появлению дополнительных костей и суставов. Эти же гены важны и для нормального развития предплечья у мышей.

Особенно поражает тот факт, что одна мутация оказалась способна вызвать скачкообразное усложнение (а не упрощение, как это бывает гораздо чаще) структуры тела. Это показывает наличие скрытого потенциала к усложнению в программе развития плавников, и похоже на то, что этот потенциал как раз и был реализован в ходе эволюции древних рыб, позволив позвоночным, в конце концов, освоить наземную среду.

Рис. 1. Схема, отражающая современное понимание эволюции скелета грудных плавников рыб и передних конечностей четвероногих позвоночных. Цветом выделены длинные кости, представленные во внутреннем скелете животных. Строение скелета древних рыб, являвшихся общими предками современных рыб и наземных позвоночных, теоретически выводится на основании сравнительной анатомии современных позвоночных, а также ископаемых видов рыб. Рисунок из обсуждаемой статьи в Cell

Как показано на рис. 1, зоологам представляется, что строение скелета плавников костистых рыб — результат упрощения, а строение скелета конечностей — результат усложнения по отношению к скелету общего предка лучеперых и лопастеперых рыб.

С другой стороны, сложный скелет общего предка тоже должен был сформироваться в ходе предшествующей эволюции из более простого. Об этих ранних этапах мы не имеем вполне ясного представления.

Авторы интерпретируют наблюдаемые у мутантов преобразования как реализацию «скрытого потенциала развития», содержащегося в системе регуляции эмбрионального развития парных придатков рыб, который, вероятно, был реализован в ходе эволюции древних позвоночных. В обсуждении своих результатов они приводят цитату из «Происхождения видов» Дарвина: «Если ранее утраченный признак вновь возникает спустя многие поколения, то наиболее правдоподобной гипотезой будет не то, что у потомков внезапно пробуждается признак их давних предков, но что они сохраняют тенденцию к развитию рассматриваемого признака, которая реализует себя в неких новых благоприятствующих условиях»

P.S. В статье поднимается много интересных вопросов.

[ArefievPV]

Зафиксировано беспрецедентное ослабление Гольфстрима
https://ria.ru/20210225/golfstrim-1598932547.html

Схема Атлантической меридиональной циркуляции (АМОС).
Цветом показана температура; сплошной линией - поверхностные течения; пунктиром - глубинные.

Изучив косвенные данные, ученые пришли к выводу, что за последние сто лет произошло беспрецедентное замедление Атлантической меридиональной циркуляции (AMOC) — системы океанических течений в Атлантике, оказывающей существенное влияние на глобальный климат. Авторы особо отмечают, что один из главных элементов AMOC — течение Гольфстрим, несущее теплые воды из тропиков к берегам Европы — сейчас слабее, чем когда-либо за последние 1000 лет. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.

Атлантическая меридиональная циркуляция переносит до 25 процентов тепла между атмосферой и океаном в Северном полушарии и отвечает за поддержание умеренного климата в Северо-Западной Европе. В специальном докладе по океанам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) за 2019 год был сделан предварительный вывод о том, что Атлантическая меридиональная циркуляция в настоящее время ослабла по сравнению с 1850-1900 годами.

В новом исследовании ученые из Ирландии, Великобритании и Германии решили оценить степень этого ослабления в долгосрочной перспективе. Так как прямые измерения AMOC начались только в 2004 году, авторы применили подход, основанный на косвенных, или прокси-данных — свидетельствах климата прошлого, таких как годовые кольца деревьев, ледяные керны, океанические отложения и кораллы, а также на исторических записях, например, из судовых журналов.

"Впервые мы объединили ряд предыдущих исследований и обнаружили, что они дают последовательную картину эволюции AMOC за последние 1600 лет, — приводятся в пресс-релизе Потсдамского института изучения климатических изменений (PIK) слова руководителя исследования Стефана Рамсторфа (Stefan Rahmstorf). — Результаты показывают, что AMOC была относительно стабильной до конца XIX века. С окончанием небольшого ледникового периода примерно в 1850 году океанические течения начали сокращаться, а с середины XX века последовало второе, еще более резкое ослабление".

В основе системы атлантических течений лежит конвекция, вызванная различиями в плотности морской воды: теплая и соленая вода движется с юга на север, где она охлаждается и, становясь таким образом более плотной и тяжелой, опускается в глубины океана, где возвращается обратно на юг. Глобальное потепление нарушает этот механизм: увеличение количества осадков и усиленное таяние ледникового щита Гренландии добавляют пресную воду в теплое течение Гольфстрим, что снижает его соленость, а, следовательно, и плотность. При этом меньшее количество воды опускается на глубину, и поток AMOC ослабевает.

"Гольфстрим работает как гигантская конвейерная лента, транспортирующая теплую поверхностную воду с экватора на север и отправляющая холодную низкосоленую глубинную воду обратно на юг. Он перемещает почти 20 миллионов кубических метров воды в секунду. Это почти в сто больше, чем сток Амазонки", — объясняет Рамсторф.

Предыдущие исследования Рамсторфа и его коллег показали ослабление AMOC примерно на 15 процентов с середины XX века, теперь же ученые нашли доказательства того, что замедление в XX веке в целом было беспрецедентным за прошедшее тысячелетие.

Авторы связывают это явление с вызванными деятельностью человека изменениями в климатической системе региона, главные из которых — уникальное похолодание в северной части Атлантического океана, где за последние сто лет образовалось так называемое холодное пятно, блокирующее перенос тепла, а также подъем уровня моря у восточного побережья США.

Исследователи отмечают, что дальнейшее ослабление AMOC может означать изменение климата в Европе: усиление жары и уменьшение количества осадков летом и учащение зимних экстремальных погодных явлений, связанных с приходом на континент атлантических штормов.

P.S. На мой взгляд, о предполагаемом изменении климата в Европе высказываются, как-то, завуалированно - полагаю, что в Европе (особенно на севере) станет в целом намного холоднее. Гольфстрим же играет роль огромного обогревателя для Европы...

И вообще, климат в Европе станет более суровым: летом - сушь и жара, зимой - лютые морозы и бураны.

[ArefievPV]

Пузатая водоросль
https://elementy.ru/kartinka_dnya/1319/Puzataya_vodorosl

На фото — одноклеточная зеленая водоросль валония пузатая (она же вентрикария пузатая, Ventricaria ventricosa) на дне Новогвинейского моря. Как только эту водоросль ни называют! И «водоросль-пузырь», и «морская виноградина», и «морская жемчужина», и даже «глазное яблоко моряка». Валония в диаметре достигает 10 см (но в среднем поменьше — 1–4 см, что тоже неплохо).

Почему же удивителен сам факт существования такого огромного одноклеточного организма? Дело в том, что большую роль играет соотношение между объемом клетки и площадью ее поверхности, через которую идет выделение. С увеличением линейных размеров клетки ее объем растет примерно как куб размера, а площадь поверхности — только как его квадрат. Это означает, что чем больше клетка, тем сложнее ей избавляться от продуктов собственной жизнедеятельности. Поскольку скорость диффузии пропорциональна площади поверхности, продукты жизнедеятельности не успевают эффективно выводиться, и клетка может погибнуть.

У вентрикарии есть решение этой проблемы. Ее клетка многоядерная и состоит из взаимосвязанных цитоплазматических доменов, каждый из которых является фундаментальной структурной единицей, содержащей ядро, хлоропласты и более мелкие органеллы (например, митохондрии, цитоскелет). Такие домены расположены достаточно близко к мембране (а центральную часть клетки занимает крупная вакуоль). Таким образом, вся основная жизнедеятельность происходит у мембраны, что позволяет компенсировать большой объем клетки, так как вещества диффундируют при гораздо меньшем расстоянии до мембраны, чем если бы водоросль была одноядерная.

Наличие таких структурных единиц обеспечивает вентрикарии и способность к регенерации. Если цитоплазматический домен вследствие травмы отделяется от клетки, он сможет «вырастить» свою клетку. Грубо говоря, раздавив вентрикарию, вы лишь размножите ее — это как раз одно из основных отличий от валоний, которые регенерировать не способны.
.....
Регенерировать вентрикария может и при повреждении клеточной стенки.

Размножается вентрикария путем сегрегативного деления. Протоплазма, сжимаясь, распадается на отдельные многоядерные участки различной формы и размера, которые округляются и одеваются собственной оболочкой. Образовавшиеся сегменты остаются внутри материнской клетки, которая в конце концов дегенерирует, высвобождая ювенильные клетки. Самой характерной чертой этого типа деления является полная независимость образования перегородок от деления ядер, тогда как у других водорослей обычное клеточное деление начинается с деления ядра.

[ArefievPV]

В протерозое земная кора была тонкой, а горы низкими
https://elementy.ru/novosti_nauki/433777/V_proterozoe_zemnaya_kora_byla_tonkoy_a_gory_nizkimi

Китайские геохимики разработали метод реконструкции мощности континентальной земной коры по элементам-примесям в цирконе — очень прочном минерале, зерна которого сохраняются, даже если вмещающие породы полностью разрушены. Анализ интенсивности процессов горообразования на нашей планете в течение 4,4 миллиардов лет показал, что в протерозое, в период так называемого «скучного миллиарда» между 1,8 и 0,8 млрд лет назад, земная кора была тонкой, горы не росли, а только разрушались. В это же время приостановилась биологическая эволюция на Земле.

В новом исследовании ученые собрали данные по составу более чем 14 тысяч цирконов со всего мира и построили график изменения мощности земной коры на протяжении всей геологической истории Земли, включая катархейскую (гадейскую) эру, охватывающую период от возникновения нашей планеты в процессе концентрации космического материала (4,54 млрд лет назад) до времени образования древнейших из известных на сегодняшний день горных пород (4,0 млрд лет назад) (рис. 4).


Рис. 4. Реконструкция мощности континентальной коры на протяжении всей геологической истории Земли. По горизонтали — возраст (в млрд лет назад); по вертикали — средняя мощность активной континентальной коры (в км) и изотопное отношение Eu/Eu* в цирконах. На нижней диаграмме показано географическое и возрастное распределение образцов циркона, а также предполагаемое время существования суперконтинентов Пангея, Гондвана, Родиния и Нуна. Вертикальные полосы: бежевая — период активного орогенеза (горообразования) и формирования основных кратонов; серая — «средний возраст Земли» (также называемый «скучным миллиардом»), когда горообразование практически не происходило. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Результаты показали, что самая мощная континентальная кора формировалась в среднем и позднем архее (от 3,2 до 2,5 миллиардов лет назад), когда образовалось большинство кратонов —«ядер» древних континентов, и в фанерозое (от 541 млн лет назад до настоящего времени). В протерозое же, примерно с 1,8 до 0,8 миллиарда лет назад, континентальная земная кора не увеличивалась в мощности, а наоборот, становилась все тоньше. По мнению авторов, в это время новые горы не росли, и шло интенсивное разрушение старых (архейских) гор в результате эрозии и выветривания. Данный период совпадает с так называемым «скучным миллиардом», или «средним возрастом Земли» — длительным периодом геологической истории, когда тектонические процессы замерли, а биологическая эволюция практически остановилась.

Ученые предполагают, что эти два процесса взаимосвязаны: вздымание и активный размыв горных областей модулируют водный сток с континентов — главный источник поступления минеральных питательных веществ в океан, где в протерозое была сосредоточена жизнь. Прекратилось горообразование — замедлилось поступление основных элементов, необходимых для жизнедеятельности живых организмов (в первую очередь — фосфора), и остановилась эволюция жизни. Как следствие, в течение всего «скучного миллиарда» количество кислорода в атмосфере оставалось на стабильно низком уровне.

Хотя точная причина прекращения горообразования в протерозое неизвестна, авторы считают, что это было связано с замедлением тектоники плит. Именно взаимодействия между плитами приводят к росту гор в местах их столкновения или там, где одна плита подминается под другую. А в период «среднего возраста Земли» все плиты собрались вместе — сначала в суперконтинент Нуна (Колумбия), который начал формироваться 2,1 млрд лет назад, а затем, после небольшой перестройки, — в суперконтинент Родиния, просуществовавший вплоть до 0,9 млрд лет назад.

Почти на миллиард лет массив Нуны-Родинии, образованный мощными континентальными блоками — архейскими кратонами с глубокими корнями, уходящими в верхнюю мантию, заблокировал мантийные конвективные потоки — главный двигатель тектоники плит. Все это время горы разрушались, а литосфера под суперконтинентом утончалась, пока не стала на треть тоньше, чем сегодня. Примерно 750 млн лет назад Родиния распалась, тектонические движения плит возобновились уже в нынешнем виде, континентальная кора снова начала расти, а приток питательных веществ в океан способствовал бурной эволюции и появлению сложных форм жизни.

P.S. Замечание в сторону: сразу, почему-то, вспомнилось об условиях на планете в период возникновения жизни (неоднократно эту "картину маслом" озвучивал). Ссылки собраны в теме:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,10211.0.html

Поверхность планеты ровная, без существенных перепадов высот, покрыта множеством локальных гидрогеологических систем (периодически локальные системы соединяются). Эдакая "сырная" поверхность - множество "дырочек", через которые прорывается пар/газ и/или изливается конденсат/грязь...

И жизнь, возникшая в этот период была "простой" и очень медленно эволюционирующей (внешние условия были однообразны и менялись очень медленно в тот период). Кстати, то, что у первичных форм жизни был некоторый период стабильных (однообразных) условий существования - это не только застой в эволюции, но и благо - эти формы успели основательно освоить всю поверхность планеты и, соответственно, увеличить шансы на выживание при сильном локальном природном катаклизме. 

Разумеется, мой комментарий тут довольно-таки "левый", просто не удержался...

[ArefievPV]

Нитратное дыхание: открыт новый тип симбиоза инфузорий и бактерий
https://russian.rt.com/science/article/838656-simbioz-infuzoriya-bakteriya

Коллектив европейских исследователей обнаружил уникальную анаэробную бактерию, которая живёт внутри инфузории и обеспечивает её энергией. Подобный тип симбиоза ранее не был известен науке. Особенность взаимодействия двух видов заключается в том, что бактерия-эндосимбионт получает энергию для себя и хозяина, питаясь азотными соединениями вместо кислорода. Открытие было сделано случайно при изучении озёрных вод в предгорьях швейцарских Альп. По мнению специалистов, оно позволяет понять способ существования в бескислородной среде, в том числе на других планетах.

Коллектив биологов из Германии и Швейцарии открыл новую форму симбиоза, при которой бактерия-эндосимбионт живёт в инфузории-хозяине и обеспечивает обоих энергией, питаясь азотистыми соединениями — нитратами. Об этом сообщается в публикации в журнале Nature.

Учёные установили, что симбиоз одноклеточных инфузорий и неизвестных ранее науке бактерий позволяет первым выживать в анаэробных (бескислородных) условиях. Открытие было сделано случайно: исследовательская группа по парниковым газам Института морской микробиологии им. Макса Планка изучала микроорганизмы, участвующие в метаболизме метана. Для этого учёные анализировали генетический материал, полученный из лишённых кислорода глубин Цугского озера в предгорьях швейцарских Альп. Однако внезапно обнаружилась последовательность генов, напоминающая ДНК симбионтов, живущих в тле и других насекомых.

«Все мы были поражены этим открытием, и я начал сравнивать эту ДНК с похожей последовательностью генов из базы данных. Это не имело смысла. Как насекомые могли оказаться на такой глубине? И по какой причине?» — рассказал ведущий автор исследования Джон Граф.

Вскоре неизвестная бактерия, питающаяся азотными соединениями, была обнаружена. Учёные назвали этого эндосимбионта Candidatus Azoamicus ciliaticola. По мнению Джона Графа, ассимиляция произошла не менее 200—300 млн лет назад. После открытия в Швейцарии такие симбионты были найдены и в других водоёмах мира.

«Это совершенно новый вид партнёрства. Симбиоз, основанный на дыхании и передаче энергии, в настоящий момент беспрецедентен», — говорит старший автор исследования Яна Милюка.

Как отметила учёная, обычно инфузории питаются бактериями, но в этом случае они не только оставили её в живых, но и организовали симбиоз.

Как объяснил в беседе с RT главный научный сотрудник Института биологии внутренних вод им. И.Д. Папанина РАН доктор биологических наук Денис Тихоненков, симбиоз представляет собой тесные взаимоотношения между организмами различных видов, значение которых часто недооценивается, ведь без них не могли бы существовать современные формы жизни.

«В рассматриваемой статье описано уникальное и важнейшее открытие — новая форма симбиоза. Симбиоз одноклеточных инфузорий и бактерий, которые получают энергию за счёт нитратного дыхания, при котором вместо кислорода используется азот», — пояснил российский учёный.

Денис Тихоненков уверен, что открытие позволяет понять способ существования и жизнедеятельности в бескислородной среде, в том числе на других планетах.

[ArefievPV]

Летний щитень
https://elementy.ru/kartinka_dnya/1322/Letniy_shchiten

Это замечательное существо весьма архаичного облика можно найти в европейских, а также азиатских и африканских лужах весной и летом. Перед вами щитень летний, или щитень обыкновенный (Triops cancriformis), — небольшое (длиной от 6–8 до 11 см) ракообразное класса жаброногие. Облик щитней практически не поменялся за последние 250 миллионов лет. Летний щитень невероятно схож с окаменелостями времен поздней перми и раннего триаса, хотя возник как вид только в кайнозое.

Большую часть тела щитня покрывает щиток, он и дал русское называние этим животным. По-английски щитней за форму тела, схожую с головастиками, называют tadpole shrimp — «креветка-головастик». Латинское родовое название Triops переводится как «трехглазый» — присмотритесь к главному фото: над двумя глазами есть маленький простой третий глаз, который способен только отличать свет от тьмы.

В России можно встретить еще одного представителя щитней — щитня весеннего (Lepidirus apus). Отличить его от летнего щитня проще всего по небольшой пластинке, находящейся между хвостовыми ветвями, а также они немного мельче (4–6 см). Появляются эти щитни с конца марта по апрель–начало мая, когда температура поднимается выше 15°C. Фото © Laurenç Marsol с сайта commons.wikimedia.org, Прованс, Франция, 1 мая 2005 года

Живут летние щитни обычно 90 дней, однако для размножения им может хватить и 20–25 суток. А размножение щитней довольно необычно. Есть популяции, состоящие из самцов и самок, есть состоящие только из гермафродитов и есть популяции из гермафродитов и самцов. Последний случай довольно редок в природе и носит название андродиоэзия (см. Androdioecy). Из-за малого количества самцов в некоторых популяциях ученые раньше полагали, что самки размножаются партеногенезом (без оплодотворения), но позже оказалось, что в таких популяциях вовсе не самки, а гермафродиты.

Оплодотворенные яйца самки и гермафродиты вынашивают в яйцевой капсуле на ножках одиннадцатого сегмента тела до того момента, пока внутри них не будут уже достаточно развитые личинки (науплиусы), после чего яйца покрываются защитной оболочкой и становятся цистами, после этого их можно отложить. Такие цисты могут лежать в почве до нескольких десятков лет, ожидая благоприятных условий, они очень устойчивы к засухе, жаре и сильному холоду и вдобавок могут переноситься ветром или животными на большие расстояния, что способствует значительному расширению ареала.

[ArefievPV]

Спастись от клеток-читеров помогает только изоляция
https://elementy.ru/novosti_nauki/433779/Spastis_ot_kletok_chiterov_pomogaet_tolko_izolyatsiya

Их можно было бы назвать эгоистами, жуликами, обманщиками или эксплуататорами. Но авторы статьи в Nature Communications, посвященной этому феномену у хлебной плесени (Neurospora crassa), предпочитают слово «читер». В отличие от прочих имен, оно не приписывает грибам-мутантам преступных намерений, — а лишь подчеркивает тот факт, что эти грибы используют фундаментальный принцип устройства многоклеточных организмов для получения личной выгоды. И если присмотреться внимательнее, то оказывается, что тот же принцип приводит к появлению «читеров» и в организме животных. Защититься от них, как показывает практика, можно, только лишив их возможности пользоваться общими ресурсами, — но у животных эта сегрегация приводит к другим последствиям, чем у грибов.

P.S. Статья большая и многоплановая, много ссылок на любопытные материалы.

[ArefievPV]

Наши ткани держатся на белковых «липучках»
https://www.nkj.ru/news/40930/

Межклеточные белковые соединения становятся непропорционально сильными, если в них участвует много белковых молекул.


Белки кадгерины плавают в липидной клеточной мембране, образуя мощные «группы связывания».

Наши ткани и органы состоят из клеток. И если речь идёт о коже, или о печени, или о мозге, то очевидно, что их клетки соединены друг с другом довольно прочно, иначе печень, кожа и т. д. просто расползались бы и рассыпались на части. Клетки держатся вместе с помощью белков, которыми усыпана клеточная мембрана. Одни из наиболее важных таких белков – это кадгерины.

Они не просто механически удерживают клетки друг рядом с другом, они также помогают передавать сигналы, помогают клеткам сотрудничать, помогают тканям расти и развиваться. Кадгерины одной и той же клетки могут взаимодействовать между собой, влияя на то, как клетка себя чувствует и чем она занята.

При этом кадгерины долгое время ставили исследователей в тупик, потому что связь одного кадгерина с другим довольно слаба. И даже если представить себе много связанных кадгеринов, то их общая сила взаимодействия всё равно недостаточна, чтобы держать клетки вместе. Сотрудникам Университета Колорадо в Боулдере удалось разгадать эту загадку с помощью методов, позволяющих наблюдать за отдельными молекулами.

Одним из таких методов был флуоресцентный резонансный (или фёрстеровский) перенос энергии, который позволяет оценить энергию, перешедшую от одной молекулы к другой; естественно, перенос энергии здесь зависит от расстояния между молекулами, их взаимной ориентации и ряда других факторов. Чтобы анализировать данные, которые при этом получаются, нужны специальные алгоритмы – особенно, если мы потом хотим перейти от взаимодействия двух молекул к взаимодействию множества молекул.

Как и многие другие белки, кадгерины не стоят на одном и том же месте – они плавают в клеточной мембране, образуя на ней разные узоры и собираясь группами. В стать в PNAS исследователи пишут, что кадгерины действуют подобно застёжке-«липучке». Когда много кадгеринов собираются вместе, взаимодействие между ними становится сильнее – как между теми, кто сидит на одной клетке, так и между теми, кто сидит на разных клетках. Отдельные межмолекулярные слипания не просто складываются вместе – их общая сила получается в 30 раз больше обычной суммы отдельных взаимодействий.

Поняв, как работают кадгерины и подобные им белки-скрепки, мы сможем создать новые противоопухолевые препараты: воздействуя на межклеточные связи, можно запретить опухоли метастазировать, или же замедлить её рост, не давая прорасти в неё кровеносным сосудам, без которых раковые клетки начнут голодать.

[ArefievPV]

В ходе адаптации к теплу или холоду ферменты находят одни и те же решения типовых эволюционных задач
https://elementy.ru/novosti_nauki/433780/V_khode_adaptatsii_k_teplu_ili_kholodu_fermenty_nakhodyat_odni_i_te_zhe_resheniya_tipovykh_evolyutsionnykh_zadach

Американские химики и биологи провели беспрецедентное по масштабу исследование закономерностей эволюции белков на примере адаптации ферментов к высоким и низким температурам. Адаптация к холоду, как правило, требует повышения каталитической активности фермента, а при высокой температуре на первый план выходит проблема стабильности его трехмерной структуры. Как выяснилось, баланс между активностью и стабильностью может определяться одним-единственным аминокислотным остатком в активном центре фермента. Например, если у фермента кетостероид-изомеразы в ключевой позиции №103 стоит аспарагиновая кислота (D103), фермент высокоактивен, но не очень стабилен, а если там находится серин (S103), то все наоборот. Самое интересное, что эти эффекты мало зависят от того, какие аминокислоты стоят во всех остальных позициях (это называют «слабым эпистазом»).

В результате получается стандартный и легко проходимый эволюционный путь, доступный организмам с самыми разными версиями кетостероид-изомеразы. И действительно, в ходе адаптации к холоду в разных эволюционных ветвях бактерий много раз независимо закреплялся вариант D103, а в ходе адаптации к теплу — S103. Анализ 2194 типов ферментов (белковых семейств) у 5852 видов бактерий с известными геномами и температурными оптимумами показал, что эти особенности температурной адаптации — важность единичных замен, слабый эпистаз и вездесущие параллелизмы — характерны для многих ферментов.