Интересные новости и факты (биология, химия)

[ArefievPV]

Планеты земного типа могут обладать встроенным ликвидатором сложной жизни
https://naked-science.ru/article/sci/planety-zemnogo-tipa-mogut-obladat-vstroennym-likvidatorom-slozhnoj-zhizni

Исследователь из Гарварда проанализировал вероятность полного оледенения всей поверхности — включая экватор — для планет земного типа. Оказалось, это частый сценарий. И он может быть причиной уничтожения всей сложной жизни. Работа показывает неожиданную уязвимость нашей планеты для такого хода событий. По расчетам, в последние 20 тысяч лет Земля прошла буквально в нескольких градусах от полного и постоянного оледенения, исключающего выживание крупных наземных многоклеточных.

Традиционно в научном мире считалось, что климат планет земного типа — включая нашу — обладает «встроенным термостатом» или, как его еще называют, «углеродным кондиционером». Когда на планете холодно, углекислый газ слабо связывается горными породами (скорость химических реакций связывания СО₂ базальтами падает). За счет этого главный парниковый газ накапливается в атмосфере, и температура вновь растет. Когда на Земле жарко, скорость связывания углекислого газа резко ускоряется, его концентрация в воздухе снижается, отчего парниковый эффект падает — и снижает температуру на планете.

Робин Уордсворт (Robin Wordsworth), автор новой работы, направленной на публикацию в The Astrophysical Journal Letters, решил проверить, совместима ли гипотеза углеродного кондиционера, якобы автоматически стабилизирующего климат Земли, с последними данными о климате нашей планеты в прошлом. Для этого он рассчитал, насколько часто естественные периодические колебания уровня СО₂ в земном воздухе способны привести к возникновению состояния «Земля-снежок». Так называют фазу полного и постоянного оледенения планеты, включая экваториальную зону. Для Земли оно наступает при +7 °C. Сегодня средняя температура на планете +15, а в последний пик оледенения, 20 тысяч лет назад, опускалась до +9-10 °C.

Автор ведет детальные расчеты того, как будет меняться температура на моделируемой Земле при колебаниях уровня СО₂, выявленных из анализа древних пород. Вышло, что при серьезном похолодании океаны планеты начинают активно поглощать углекислый газ, снижая парниковый эффект и усиливая похолодания. Получается, при постоянном уровне солнечного излучения планета должна впадать в состояние полного оледенения уже через 300 миллионов лет.

Когда исследователь ввел в расчеты тот факт, что излучение Солнца со временем увеличивается, то скорость наступления полного оледенения неожиданно не уменьшилась. Оказалось, по мере роста светимости Солнца склонность планет земного типа к оледенениям не снижается. Все дело в следующем: лед так хорошо отражает солнечное излучение, что наблюдаемое повышение светимости звезды не может заметно снизить шансы ее планеты на глобальное оледенение.


Идея об углеродном термостате, стабилизирующем климат Земли, может оказаться оптимистичным заблуждением / ©Wikimedia Commons

Исследователь приходит к выводу, что его моделирование предсказывает: «исторически наблюдавшихся уровней колебаний СО₂ <…> в ближайшие сотни миллионов лет хватит для перехода планеты в состояние “Земли-снежка”».

Автор отмечает, что это самое общее описание процесса. В действительности такой сценарий — при отсутствии антропогенного влияния на климат — может реализоваться и быстрее. Уордсворт напоминает, что последнему пику оледенения (20 тысяч лет назад) не хватило буквально считаных градусов, чтобы начать неостановимое движение ледников к экватору. Моделирование показывает, что практически все экзопланеты земного типа, вращающиеся вокруг звезд класса Солнца, должны часто впадать в состояние «Земли-снежка».

Исходя из имеющихся на сегодня данных, такое состояние ведет к гибели всех наземных видов многоклеточных. Если расчеты ученого верны, получается, планеты земного типа обладают не «встроенным термостатом», а встроенным механизмом периодического уничтожения всей сложной наземной жизни. Это может прояснять причины парадокса Циолковского-Ферми — того, что при очень большом количестве звезд и планет во Вселенной нет никаких признаков внеземных цивилизаций. Вероятность возникновения цивилизации будет значительно снижена, если биологическая эволюция сложных видов периодически «обнуляется», стирая все разумные виды до того, как они смогут повлиять на климат и спасти себя от его колебаний.

P.S. Ссылка в дополнение:

Геологи объяснили, где сохранялась жизнь, пока Земля была почти целиком покрыта льдом
https://naked-science.ru/article/paleontology/geologi-obyasnili-gde-sohranyalas-zhizn-poka-zemlya-byla-pochti-tselikom-pokryta-ldom?utm_source=inarticle&utm_medium=inarticle&utm_campaign=inarticle

[ArefievPV]

Евразийские неандертальцы были двух сортов
https://www.nkj.ru/news/41252/

Неандертальцы на территории Евразии до поры до времени были разные, но очередное похолодание оставило от них только одну разновидность.

На земле живёт много разных людей и речь не только о цвете кожи или о том, что некоторые не переносят молоко. Среди коренных жителей Европы, которые все светлокожие и нормально пьют молоко, можно найти много разных популяций, отличающихся друг от друга генетическими особенностями. И далеко не всегда границы между такими популяциями совпадает с государственными границами.

Похожим образом обстояли дела и тысячи лет назад, когда никаких народов и стран не было и в помине. Например, мы недавно писали о популяциях человека разумного, которые жили на территории Европы более 45 тыс. лет назад – генетически они отличались друг от друга, и некоторые из них впоследствии исчезли, не оставив никакого следа в генах нынешних людей. Причём разнообразным был не только вид Homo sapiens, но и братский вид неандертальцев.

Исследователи из Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка вместе с коллегами из Испании, Австралии, Израиля, а также из Института археологии и этнографии Российской академии наук сумели расшифровать неандертальскую ДНК, которая сохранилась прямо в земле в одной из пещер на севере Испании. До недавнего времени можно было читать только ту человеческую ДНК, которую извлекли из костей или зубов. Естественно, очень много ДНК попадает во внешнюю среду вместе с отшелушенной кожей, волосами и экскрементами, кровью и потом. Но та ДНК, которая оседает на землю, во-первых, заметно разрушается, а во-вторых, перемешивается с ДНК от множества других живых организмов.

Четыре года назад мы писали, как та же исследовательская группа из Института эволюционной антропологии сумела отделить «земляную» человеческую ДНК, которая принадлежала митохондриям. (На всякий случай напомним, что митохондрии – это клеточные органеллы, которые обеспечивают клетку энергией и у которых есть собственный маленький геном.) Митохондриальная ДНК в каждой клетке присутствует во множестве копий – потому что самих митохондрий много – и достать её из доисторической грязи поэтому намного проще.

Но потом авторы метода придумали, как с его помощью анализировать не только митохондриальную ДНК, но и хромосомную – если мы хотим изучать именно ДНК людей, то для этого нужно искать в массе «земляной» ДНК такие участки, которые могут принадлежать только людям и никаким другим животным. А потом уже в таких фрагментах можно искать отличия одних людей от других.

В статье в Science описаны результаты исследований ДНК более чем из 150 образцов, взятых из испанской пещеры и двух пещер в Сибири. Возраст образцов составлял от 200 000 до 50 000 лет. Оказалось, что неандертальцев на территории Евразии было как минимум два сорта, более ранние и более древние. ДНК более древних нашли в испанских образцах возрастом 113 тыс. лет. Эти же неандертальцы обитали в Денисовской пещере, а также на территории Бельгии и Германии около 120 тыс. лет назад. Авторы работы полагают, что более древние неандертальцы сформировались около 135 тыс. лет назад.

Неандертальцы помоложе возникли примерно 105 тыс. лет назад. Их следы также можно найти по всей Евразии, от пещеры Виндия в Хорватии до Чагырской пещеры на Алтае. В испанской пещере жили и те, и другие, и, судя по всему, неандертальцы помоложе постепенно сменили тех, кто постарше. У более молодой разновидности неандертальцев увеличился мозг (в том числе за счёт тех зон, которые анализируют зрительную информацию), на черепе сзади появился округлый выступ – по-видимому, для крепления усилившихся жевательных мышц, и в целом эти неандертальцы были больше похожи на классических неандертальцев, как мы сейчас их себе представляем. Притом с генетической точки зрения «новые» неандертальцы были менее разнообразны, чем старые.

Около 110 тысяч лет назад температура на территории Европы начала резко падать – начиналась очередная ледниковая эпоха. Скорее всего, пока было тепло, среди неандертальцев появлялись всякие разновидности, и, возможно, их было не две, а больше. Но с похолоданием многие из них вымерли. Те, что остались, заново заселили освободившиеся территории.

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

Человеческую ДНК достали из-под земли
https://www.nkj.ru/news/31192/
ДНК неандертальцев и денисовцев сумели достать прямо из плейстоценовых осадочных пород.

Европейские встречи неандертальцев и людей
https://www.nkj.ru/news/41199/
Древнейшая ДНК европейских Homo sapiens добавила близости между двумя видами человека.

[ArefievPV]

Русская выхухоль
https://elementy.ru/kartinka_dnya/1351/Russkaya_vykhukhol

На фото — редчайшая русская выхухоль (или, ласково, хохуля). Этот забавный подслеповатый зверек длиной около 20 см (плюс такой же хвост) и весом всего 400 грамм напоминает крота, только подводного: недаром они родственники по семейству кротовых. Выхухоль ведет подземно-подводный образ жизни, в необычной среде обитания незаменимы ее мощные когтистые лапы, длинный хоботок, прекрасный мех и голый уплощенный хвост. Глазки у хохули маленькие, их практически не видно, но для подземного образа жизни они ей не нужны. Ушей тоже не видно, но при этом слух хороший.

Выхухоль обитает в стоячих пойменных водоемах. Для жилья она себе строит сложные многокамерные норы, вход в которые всегда скрыт под водой. Жилые камеры находятся в берегу, выше уровня воды, поэтому выхухоль предпочитает водоемы с твердым и высоким берегом. Зачастую зверек роет две норы на противоположных берегах и плавает вдоль дна от одной норы к другой, по дороге собирая различных беспозвоночных. Выхухоль всеядна, но значительную долю рациона составляют брюхоногие моллюски. Основную часть времени выхухоль проводит в норе, тут же и кормится. Одним из признаков обитания выхухоли в водоеме служит обилие погрызенных раковин брюхоногих моллюсков, которые часто выносит на берег около норы. Под водой хохуля проводит совсем немного времени: она задерживает дыхание не дольше, чем на 4–5 минут, и за это время ей нужно успеть найти корм и вернуться в нору. Иногда выхухоль может всплывать, чтобы подышать, но для этого достаточно лишь высунуть хоботок из воды, так что увидеть ее в дикой природе практически невозможно.

Под водой выхухоль гребет, используя большие перепончатые задние лапы как весло байдарки: загребает ими сбоку (а не гребет под себя, как бобр). Уплощенный с боков хвост работает как руль, благодаря чему зверек способен плыть прямо, не извиваясь из стороны в сторону. Такое сочетание обеспечивает выхухоли высокую маневренность и скорость передвижения.

Зимой зверек остается активным и продолжает плавать подо льдом. Не замерзать в холодной воде выхухоли помогает удивительный мех, который не промокает, но требует постоянного ухода. Для этого она отрастила длинные когти на задних лапах, которые выполняют единственную роль — расчески. Выхухоль очень чистоплотна, поэтому 30% ее свободного времени уходит на вычесывание шкурки.

Почему же мех выхухоли не промокает? Всё дело в феноменально густом кудрявом пухе, позволяющем прекрасно сохранять тепло. Такая густота достигается за счет того, что пух растет пучками по 4–5 волосков. Между этими кудрявыми пучками образуется большая воздушная подушка, которая не дает зверьку охлаждаться, удерживая тепло. Помимо пуха есть длинные остевые волоски, которые расширены и уплощены на концах в виде треугольника. Когда зверек погружается под воду, эти волоски прижимаются к телу, надежно защищая находящийся под ними пух от попадания воды. Таким образом пух остается сухим, а зверек не замерзает.

А почему при такой чудесной шерсти у выхухоли голый хвост и как с такой теплой шубой ей удается не перегреться летом? Ответ на оба вопроса один — теплообмен. Когда вода холодная, выхухоль может практически полностью перекрыть кровоснабжение хвоста на время выхода из норы. Сосуды сужаются, и кровь в хвост поступает медленнее — таким образом голый хвост не тратит драгоценное тепло и не охлаждает кровь. Поскольку это происходит ненадолго, то ни к каким страшным последствиям не приводит. Когда жарко — наоборот, в хвост активнее поступает кровь и сбрасывает лишнее тепло в воду. Так зверек может быстро охладиться летом и не замерзнуть зимой.

Раньше на планете обитало 14 видов из шести родов выхухолей, но пережили ледниковый период и последующие гидрологические изменения только два вида — наша русская выхухоль (Desmana moschata) и ее дальняя сестра пиренейская выхухоль (Galemys pyrenaicus), с которой они очень сильно различались уже в миоцене (а самые ранние находки ископаемых выхохулей известны из эоцена-олигоцена, около 55,8–33,9 млн лет назад).

Пиренейская выхухоль совсем непохожа на нашу по поведению и образу жизни, хотя внешне по фотографии отличить их сможет далеко не каждый. Пиренейская выхухоль меньше русской: длина ее тела — 11–16 см и такой же хвост, весит не больше 80 грамм. Обитает она, как понятно из названия, вдоль Пиреней, а также в горах Центральной Португалии. Своим домом зверек выбрал быстрые горные реки и ручьи. Норы эта выхухоль не роет, а селится между камнями. Хвост у пиренейской выхухоли, в отличие от русской, имеет круглое сечение, а не уплощенное. Пиренейская выхухоль тоньше и аккуратнее нашей, с тонким хоботком и маленькими лапками — она, скорее, похожа на детеныша.

Когда-то ареал русской выхухоли охватывал огромные просторы Европейской части материка. Еще в конце XIX века ее популяция исчислялась сотнями тысяч особей, в некоторых водоемах ее было так много, что лошади отказывались пить из них воду из-за мускусного запаха. Выхухоль была почти таким же символом природных богатств России, как соболь или осетр. Но если еще недавно она обитала и на других территориях бывшего СССР, например на Украине и в Казахстане, то сейчас находки выхухоли подтверждены только в России, а численность оценивается примерно в восемь тысяч особей. Ареал ее фрагментирован и представляет собой множество маленьких разрозненных популяций. Что же случилось?

Выхухоль активно добывали ради непромокаемого меха и мускусной железы в хвосте: сушеные хвосты использовали для придания аромата белью и отпугивания моли в шкафах, а позже мускус стали использовать в парфюмерной индустрии, его даже отправляли на экспорт во Францию. Зверек оказался на грани вымирания, и в 1920 году промысел полностью запретили в надежде, что численность сама восстановится. Однако она продолжила падать из-за строительства гидроэлектростанций, вырубки лесов, загрязнения водоемов, использования лесочных сетей, в которых выхухоли легко запутаться. Сейчас к этим неприятностям добавилось глобальное потепление, которое ударяет по популяции выхухоли даже в заповедниках. Так, с 2006-го по 2010 годы численность выхухоли в Окском заповеднике упала из-за отсутствия паводков, аномально жаркого лета и пересыхания водоемов.

Когда численность выхухоли была высокой, она не была такой пугливой, как сейчас. В те времена исследователи писали, что, увидев вдалеке выхухоль, к ней можно было тихо подплыть на лодке почти вплотную. Сейчас выхухоль очень скрытная. Образ жизни позволяет ей вообще не всплывать на поверхность, за исключением сезона паводков. В таких условиях увидеть ее в природе практически невозможно, поэтому сейчас мало кто знает, что это за зверь такой — русская выхухоль.

[ArefievPV]

У мшанок обнаружили уникальный тип строения плаценты
https://nplus1.ru/news/2021/04/23/bryozoan-placenta

Ученые описали у мшанок — колониальных беспозвоночных — плаценту, состоящую из ценоцитов — крупных многоядерных клеток. Такие структуры больше характерны для растений и грибов, у животных встречаются редко. А ценоциты в плаценте вообще до сих пор не находили. Исследование опубликовано в журнале BMC Ecology and Evolution.

Питание за счет материнского организма называется матротрофией. Несколько лет назад биологи выяснили, что такой способ питания зародышей в процессе эволюции неоднократно возникал в большинстве типов животных.

Плацентотрофия — один из видов матротрофии, при котором обмен веществ между эмбрионом и матерью происходит при помощи особого органа — плаценты. Эта структура встречается не только у плацентарных млекопитающих, но и у других позвоночных (например, у некоторых акул), а также у беспозвоночных. К примеру, плаценты широко распространены среди водных колониальных животных мшанок (Bryozoa) — и возникли независимо в разных группах.

Колонии мшанок имеют разнообразную форму: есть и древовидные, и похожие на мох или даже на червей. Каждая колония состоит из большого числа особей — зооидов, которые могут выполнять различные функции. Для всех мшанок характерно наличие зооидов, добывающих пищу, — автозооидов. У представителей отряда Cyclostomatida есть гоноозооиды, специализирующиеся на вынашивании потомства.

Биологи из Санкт-Петербургского государственного университета и Венского университета под руководством Андрея Островского (Andrew N. Ostrovsky) изучили гонозооиды двух видов живородящих циклостомовых мшанок — Crisia eburnea и Crisiella producta. Ученые ожидали увидеть синцитиальное строение плаценты (как у многих других организмов), при котором отдельные клетки сливаются в единую многоядерную структуру, но вместо этого обнаружили ценоциты. Они отличаются от синцития тем, что многоядерность достигается за счет деления ядер в одной клетке. Ценоциты формируют сложную структуру, в которой плотно сидят развивающиеся эмбрионы. Другая необычная особенность плаценты этих мшанок заключается в том, что в ее формировании участвует мембранный мешок — орган, ответственный за выдвижение щупалец из «домика» зооида.


Схема строения гонозооида с эмбрионами: nt — плацента, la — молодая личинка.

Циклостомовым мшанкам свойственна полиэмбриония — развитие нескольких зародышей из одной зиготы. Исследователи предположили, что именно благодаря сложной плаценте, которая может обеспечивать питание многочисленных эмбрионов, и возникло это явление. Полиэмбриония — редкость среди животных, в основном она встречается у паразитов. Однако циклостоматиды живут с полиэмбрионией уже многие миллионы лет. Ученые привели в статье следующее возможное объяснение — мшанки выпускают во внешнюю среду генетически идентичных личинок на протяжении длительного времени (более двух месяцев). Получается, что «тестируется» один и тот же генотип в различных условиях окружающей среды, а не наоборот, как у большинства других животных.

Авторы отмечают, что кроме исследованных мшанок сочетание трех признаков — живорождения, плацентотрофии и облигатной полиэмбрионии — известно только у девятипоясных броненосцев (род Dasypus). В их случае полиэмбриония — единственный способ произвести большое потомство, учитывая строение матки этих зверей — в ней место для имплантации зародышей ограничено.

Не так давно ученые обнаружили матротрофию у родственников мшанок — форонид (Phoronida). Доктор биологических наук Елена Темерева подробно рассказала об этом открытии в материале «Внутренний мир морских червей».

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

Внутренний мир морских червей
https://nplus1.ru/blog/2017/11/30/worms

[ArefievPV]

Тайминг репликации оказался необходим для поддержания эпигенома
https://nplus1.ru/news/2021/04/27/timing-epigenome

Порядок, в котором разные части ДНК удваиваются перед делением, оказался важен для поддержания их эпигенетического состояния — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Science. Биологи придумали способ сбить тайминг репликации и заставить сегменты ДНК удваиваться в случайном порядке при помощи нарушения работы гена RIF1. Из-за сбитого тайминга репликации нарушились эпигенетические параметры: метилирование белков-упаковщиков ДНК и трехмерная структура генома.

Самым важным открытием в биологии последнего столетия стало выяснение роли ДНК в формировании признаков организмов и расшифровка генетического кода. Однако, в последнее время исследователи все больше внимания обращают не только на нуклеотидную последовательность генома, но и на эпигенетические факторы — они не затрагивают последовательность нуклеотидов, но наравне с ней влияют на активность генов и наследуются. К таким факторам относится метильные и ацетильные метки, которые навешиваются на нуклеотиды и белки-упаковщики ДНК. Это мечение влияет на работу ферментативной машины транскрипции: например, считается, что ее сродство к метилированным генам снижается и те хуже работают.

Один из самых интересных вопросов эпигенетики — сохранение меток ДНК и белков при размножении клеток. Если скопировать последовательность ДНК в дочернюю клетку относительно просто — в процессе репликации весь геном удваивается и делится между двумя новыми клетками — то с эпигеномом все не так просто. Известно, что на новосинтезированную ДНК метки навешиваются заново после репликации, но точный механизм этого процесса пока не понятен.

Исследователи из университета Флориды под руководством Кайла Кляйна (Kyle N. Klein) изучили связь возникновения эпигенома и тайминга репликации — «расписания», по которому удваиваются разные сегменты ДНК перед делением. Они удалили из разных клеточных типов белок RIF1, который участвует в репликации, и показали, что это полностью сбивает тайминг: участки ДНК начинают синтезироваться в случайном порядке. Такие клетки биологи использовали, чтобы изучить, как тайминг влияет на другие процессы в клетке.

Ученые проверили, как тайминг связан с метильными метками на белках-упаковщиках ДНК. В норме они нужны в том числе для разметки и выключения ненужных генов. Оказалось, что без тайминга репликации метилирование изменилось во всех районах генома.

Считается, что позже всего перед делением удваиваются плотно упакованные районы — такие клубки из нитей ДНК, в которых гены не работают. Организацию и разделение генома на открытые и упакованные части изучают при помощи Hi-C карт, на которых показывают частоту взаимодействия между районами генома — то есть, его трехмерную структуру. Например, там, где ДНК упакована плотно, контактов между участками будет больше.

Такие карты ученые построили и для клеток, в которых нарушен тайминг репликации. Оказалось, что трехмерная структура генома этих клеток отличается от нормальной. Интересно, что она коррелировала с измененным метилированием гистонов: плотно упакованные районы разделились на два типа — метилированные и неметилированные.

Так ученым удалось показать, что тайминг репликации необходим как для правильного распределения эпигенетических меток, так и для трехмерной организации генома. Согласно их результатам, первичным для клетки все же является тайминг, а не трехмерная структура. Теперь биологам предстоит выяснить, механизмы влияния тайминга на эпигеном.

Эпигенетические изменения — сейчас одна из самых исследуемых областей. Прежде всего, эпигенетику изучают в связи с механизмами старения. Недавно эпигенетическое старение даже удалось обратить вспять при помощи коктейля из гормонов и антидиабетических средств. А о трудностях, которые испытывает современная наука в попытках найти определение старению, читайте в нашем тексте «Дело не в морщинах».

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

Эпигенетическое старение человека впервые удалось обратить вспять
https://nplus1.ru/news/2019/09/09/epigenetic-reversal

Дело не в морщинах
https://nplus1.ru/material/2020/02/17/geroscience
Почему наука не знает, существует ли старость

[ArefievPV]

Человеческие клетки вернули мышам зрение
https://www.nkj.ru/news/41292/

Мыши с больной сетчаткой начали видеть свет, когда им пересадили колбочки, выращенные из человеческих стволовых клеток.

Одна из самых распространенных причин слепоты у пожилых людей – это возрастная макулярная дегенерация сетчатки. Макулой, или жёлтым пятном, называют зону наибольшей остроты зрения. Именно благодаря зрительным рецепторам жёлтого пятна мы можем читать, водить машину и вообще выполнять любую работу, где требуется замечать даже самые мелкие детали. Как можно понять из названия, при возрастной макулярной дегенерации гибнут как раз фоторецепторы макулы, и чаще всего колбочки, благодаря которым мы различаем цвета. Но что, если попробовать заменить погибшие фоторецепторы новыми, выращенными из стволовых клеток?
 

Сетчатка глаза сформирована несколькими десятками типов клеток, которые уложены в ней в несколько слоев, зеленый клеточный слой – фоторецепторы палочки и колбочки.

Эксперименты исследователей из Лондонского королевского колледжа демонстрируют, что пересаженные здоровые колбочки вполне могут вернуть зрение глазам с больной сетчаткой. Опыты ставили на мышах, предрасположенных к дегенерации сетчатки, но рецепторы для пересадки выращивали из человеческих клеток. В одном случае это были эмбриональные стволовые клетки, из которых получались нормальные, здоровые колбочки. В другом случае стволовые клетки получали из зрелых, дифференцированных клеток, взятых у человека с врождённой ахроматопсией – так называют полную неспособность различать цвета. Ахроматопсия возникает из-за неработающих колбочек: в сетчатке они есть, но на свет  не реагируют.

Зрелые человеческие клетки с помощью специального коктейля сигнальных белков перепрограммировали в стволовое состояние – получались индуцированные стволовые клетки. Их, как и обычные эмбриональные стволовые клетки, можно было превратить в любой другой тип клеток – например, в колбочки. Генетический дефект, который стал причиной ахроматопсии у донора, был у него во всех клетках тела, поэтому колбочки, которые после всех манипуляций получились из индуцированных стволовых клеток, тоже не чувствовали свет.

Человеческие колбочки пересаживали мышам, у которых специально подавляли иммунитет, чтобы их организм не отторгал чужеродные клетки. Некоторым мышам пересаживали нормальные колбочки, некоторым – дефектные, некоторые получали колбочки только в один глаз, некоторые – в оба. В статье в Cell Reports говорится, что человеческие рецепторы нормально встраивались в сетчатку и формировали все необходимые межклеточные связи, чтобы передавать информацию об увиденном. Однако дефектные колбочки ничего передавать не могли, а вот нормальные колбочки работали. Это было видно как с помощью специальных тестов, которые позволяли увидеть активность нейронов в сетчатке, так и по поведению мышей. Те из них, кому пересаживали нормальные рецепторы, начинали различать разницу в освещённости и старались спрятаться в менее освещённое место – как и полагается мышам.

Попытки лечить дегенерирующую сетчатку новейшими биотехнологическими методами предпринимаются давно. Три года назад мы писали о том, как удалось отчасти вернуть зрение двум пожилым людям – им пересадили здоровые клетки сетчатки. Однако в той работе пересаживали не фоторецепторы, а вспомогательные питающие клетки, которые помогают палочкам и колбочкам жить и работать. Дистрофия сетчатки часто начинается с гибели питающих клеток, а следом за ними гибнут и рецепторы. Но если пересаживать не только их, но и сами рецепторы, это поможет в большей степени вернуть зрение, или хотя бы замедлить прогрессирующую слепоту.

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

Клеточно-стволовое зрение
https://www.nkj.ru/facts/33425/
Стволовые клетки помогают больной сетчатке видеть

[ArefievPV]

Вирусная «буква»
https://www.nkj.ru/news/41326/
 

Многие бактериальные вирусы используют альтернативный генетический алфавит, тем самым обманывая защитные противовирусные системы бактерий.

Генетический алфавит состоит из пяти букв: А, Т, G, C и U. Буквы обозначают азотистые основания: аденин, тимин, гуанин, цитозин и урацил. Азотистые основания соединяются с сахаром (рибозой или дезоксирибозой) и остатком фосфорной кислоты, и в таком виде встраиваются в цепь нуклеиновой кислоты – ДНК или РНК. Последовательность ДНК – это чередующиеся А, Т, G и C, в РНК вместо тимина (Т) стоит урацил (U). ДНК представляет собой двойную спираль, и последовательности букв двух цепей соединены друг с другом водородными связями. А всегда стоит напротив Т – между ними образуется две водородные связи. G стоит напротив С – между ними образуется три водородные связи.

У генетических букв могут быть разнообразные химические модификации, но в любом случае число связей в паре остаётся одно и то же. Но в 1977 году исследователи из Московского государственного университета опубликовали в Nature статью, в которой описывали странную ДНК бактериофага S-2L, поражающего цианобактерий. У этого бактериофага в паре с тимином (Т) стоят не аденин (А), а другое азотистое основание под названием 2-аминоаденин, которое для краткости назвали Z. Между Z и Т было не две водородные связи, а три. Не все тимины в ДНК фага стояли в паре Z, но большинство. И учитывая тройную связь между ними, всё выглядело так, как будто вирус использовал альтернативную версию генетического кода.

До поры до времени бактериофаг S-2L считался просто странной аномалией, уникальной в своём роде. Стоит ли обращать на него особое внимание, если все остальные организмы – вирусы, бактерии, грибы, растения, животные – используют обычный набор А, Т (U), G и C? Но на самом деле альтернативный алфавит оказался гораздо более распространён, чем это могло показаться на первый взгляд.

В конце 90-х годов сотрудники Института Пастера прочитали геном фага S-2L, чтобы узнать, откуда у него вообще берётся такая необычная генетическая буква. Им удалось найти некий ген purA – он кодировал фермент, который участвовал в синтезе аденина и который создавал фагу букву Z (ещё раз скажем, что основание Z – производное обычного аденина (А)). Спустя несколько лет похожий ген обнаружили у бактериофага, поражающего бактерий рода Vibrio. В ДНК этого вируса тоже была нестандартная генетическая буква. Бактерий рода Vibrio и их фагов выращивать проще, чем цианобактерий и фаг S-2L, так что теперь удалось больше узнать о механизме синтеза альтернативной буквы. В вышедшей на днях статье в Science исследователи из Института Пастера описывают структуру и функции фермента PurZ, который во многом похож на фермент PurA у фага S-2L и который помогает второму фагу получить азотистое основание Z. Более того, гены purZ обнаружились и у других бактериофагов.

Синтез новых молекул ДНК выполняет белок ДНК-полимераза, которая по мере надобности выхватывает из окружающего раствора молекулы-буквы А, Т, G и С. Но если вместо обычного А вокруг плавает Z? Фермент должен уметь обращаться с нестандартной буквой. В другой статье, тоже опубликованной в Science сотрудники Института Пастера вместе с коллегами из Германии, Бельгии и США описывают вирусные гены, которые кодируют альтернативные ДНК-полимеразы – эти версии фермента как раз способны манипулировать буквой Z. Специальная ДНК-полимераза есть не у всех фагов, которые используют Z, и, возможно, у тех, у кого её нет, обычный фермент каким-то образом справляется с нестандартной буквой.

Но насколько вообще распространён альтернативный алфавит? Уже понятно, что фаг S-2L, с которого всё начиналось, не такое уж исключение. Но сколько таких фагов есть на свете – два, три, десяток? На этот вопрос попытались ответить исследователи из Тяньцзиньского университета и других научных центров США, Китая и Сингапура, при участии Ивана Худякова из Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии (который был одним из соавторов статьи в Nature о необычном геноме фага S-2L).

Они проанализировали геномы множества фагов, и обнаружили, что белки, которые нужны для работы с азотистым основанием Z, есть как минимум у нескольких десятков бактериофагов. Более того, некоторые вирусы перенастраивают бактериальные ферменты, чтобы они помогали синтезировать Z, а специальные вирусные белки понижают уровень «стандартной» буквы А в бактериальной клетке, чтобы она не попала в их геном. Эти результаты описаны в третьей статье, тоже опубликованной в Science.

Зачем вирусам понадобился изменённый генетический алфавит? Дело в том, что у бактерий есть особые ферменты, которые защищают их от вирусного вторжения. Когда в бактериальной клетке появляется фаговая ДНК, эти ферменты её узнают и разрушают. Но если в фаговой ДНК вместо буквы А стоит буква Z, то бактериальные защитные ферменты оказываются бессильны, и вирус может спокойно размножаться дальше.

P.S. В качестве комментария и дополнения:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg224423.html#msg224423
https://paleoforum.ru/index.php/topic,2220.msg235732.html#msg235732

[ArefievPV]

Миллиард лет: обнаружено древнейшее многоклеточное животное?
https://www.vesti.ru/nauka/article/2558524

Учёные обнаружили останки существа, которое может оказаться древнейшим многоклеточным животным или, по крайней мере, переходной формой от одноклеточных к многоклеточным. Это создание обитало миллиард лет назад в пресном водоёме на территории современной Шотландии.

Давно известно, что растения, грибы и животные "изобрели" многоклеточность независимо друг от друга. Так, многоклеточные водоросли населяли океаны ещё 1,4 миллиарда лет назад. А вот многоклеточные животные, похоже, появились значительно позже.

Первое известное сообщество макроскопических и, следовательно, заведомо многоклеточных животных – хайнаньская биота, существовавшая 850–700 миллионов лет назад. А 635 миллионов лет назад появилась досконально исследованная эдиакарская биота. Большинство экспертов считает, что ни те ни другие существа не являются предками современных животных. Следовательно, последние обрели многоклеточность независимо от "хайнаньцев" и "эдиакарцев".

Почти наверняка эволюция экспериментировала с многоклеточностью гораздо чаще, чем можно предположить, исходя из палеонтологических находок. Ведь существа, не имеющие твёрдых тканей, крайне редко оставляют после себя окаменелости.

На сей раз учёным невероятно повезло. На месте древнейшего озера на Шотландском нагорье они обнаружили уникальные окаменелости возрастом миллиард лет. Ископаемые сферы диаметром всего 30 микрометров сохранились настолько хорошо, что биологи определили форму и строение составляющих их клеток.

Палеонтологи назвали новый вид Bicellum brasieri. Судя по структуре клеток, эти существа относятся к Holozoa – группе, включающей животных (в том числе многоклеточных) и их ближайших одноклеточных родственников.

Важно, что найденные организмы состояли из клеток двух различных типов: сферических и продолговатых.

"Мы обнаружили примитивный сферический организм, состоящий из клеток двух различных типов, что стало первым шагом к сложной многоклеточной структуре, который никогда не описывался ранее в летописи окаменелостей, – рассказывает глава исследовательской группы Чарлз Велман (Charles Wellman) из Шеффилдского университета. – Открытие этой новой окаменелости позволяет нам предположить, что эволюция многоклеточных животных началась по крайней мере один миллиард лет назад и что ранние события, предшествовавшие эволюции животных, могли происходить в пресных водоёмах, таких как озёра, а не в океане".

Отметим, что скопление клеток может оказаться не многоклеточным организмом, а колонией одноклеточных. Наличие двух типов клеток – это аргумент в пользу того, что перед нами действительно многоклеточный организм, но не слишком сильный. Колонии одноклеточных тоже порой включают клетки различных типов, тесно взаимодействующие между собой, и такие сообщества эволюция "изобрела" гораздо раньше, чем собственно многоклеточность. Собственно, многоклеточные и произошли от таких сообществ.

Однако есть ещё одна важная деталь. Чрезвычайно интересно, что найденные экземпляры B. brasieri отличаются друг от друга количеством и расположением продолговатых клеток. У большинства экземпляров последние образуют оболочку толщиной в одну клетку, покрывающую шар из плотно упакованных сферических клеток. Однако у некоторых экземпляров нет такой оболочки, а продолговатые клетки перемешаны со сферическими.

Авторы считают, что перед нами разные стадии жизненного цикла B. brasieri. Они полагают, что "новорождённый" организм состоял только из сферических клеток. Потом включались некие гены, и при делении сферических клеток возникали продолговатые. В дальнейшем последние мигрировали к поверхности шара и образовывали на ней плёнку.

Если продолговатые клетки действительно получались из сферических, то B. brasieri – многоклеточный организм, размножающийся как целое, а не колония многоклеточных, в которой каждый вид "сожителей" воспроизводится самостоятельно.

Впрочем, различия в строении найденных экземпляров B. brasieri наверняка можно объяснить и иначе. Ведь некоторые современные одноклеточные Holozoa тоже образуют похожие структуры на определённой стадии жизненного цикла.

В общем, пока неясно, можно ли назвать обнаруженное древнейшее животное (или родственника животных?) подлинно многоклеточным существом или же это лишь переходная форма от одноклеточных к многоклеточным. Но, так или иначе, находка очень интересна.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в журнале Current Biology.

К слову, ранее мы рассказывали о древнейших на Земле химических следах животных.

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

Окаменевшие пузырьки рассказали о жизни древних "производителей кислорода"
https://smotrim.ru/article/1047751

Биологи выяснили, где обитали и чем питались древнейшие многоклеточные
https://smotrim.ru/article/1048123

Обнаружены древнейшие на Земле химические следы животных
https://smotrim.ru/article/1087091

[ArefievPV]

Два первых потомка оплодотворенной яйцеклетки вносят неравный вклад в развитие организма
https://elementy.ru/novosti_nauki/433812/Dva_pervykh_potomka_oplodotvorennoy_yaytsekletki_vnosyat_neravnyy_vklad_v_razvitie_organizma

Две клетки, с которых начинается развитие человека, — бластомеры, являющиеся первыми потомками оплодотворенной яйцеклетки, — выглядят в микроскоп абсолютно одинаково, но судьба их может сложиться совершенно по-разному. Время от времени ученые сталкиваются с людьми, которые «построены» в основном из потомков одного из бластомеров. Причем соотношение вкладов двух первых бластомеров тоже может быть разным — от 2:1 до 9:1. Почему один из них может оказаться «плодовитее» другого, до конца неясно. Объяснений здесь может быть несколько, но результат один: люди — по крайней мере, некоторые — появляются на свет мозаичными. А если так, можно ли по одной части их тела судить о генетических признаках другой? В последнее время вышло сразу несколько интересных работ, в которых ученые пытались с разных сторон подступиться к исследованию такого «неравноправия» бластомеров. И хотя пока вопросов больше, чем ответов, кое-что постепенно проясняется.

P.S. Статья большая (там много и сопутствующей информации).

[ArefievPV]

Астрономы впервые нашли в теплом протопланетном диске метанол
https://nplus1.ru/news/2021/05/13/metanol-protoplanet-disc

Астрономы впервые нашли в теплом протопланетном диске вокруг молодой звезды HD 100546 метанол, который, скорее всего, попал туда из межзвездной среды. Это означает, что «строительные блоки» пребиотических молекул способны сохраняться в протопланетных дисках в ходе их эволюции и в дальнейшем могут попадать в состав планет и малых тел. Статья опубликована в журнале Nature Astronomy.

Считается, что способность экзопланетных систем создавать и поддерживать условия, необходимые для существования жизни, определяется составом вещества в протопланетном диске. В частности, кометы и астероиды могли доставлять на молодую Землю органические вещества, такие как глицин или метанол. Один из способов оценить потенциальную обитаемость планетной системы заключается в определении содержания органических веществ в дисках у молодых звезд, где формируются планеты. В частности, ранее ученые находили в холодных протопланетных дисках ацетонитрил, метанол и муравьиную кислоту.

Cреди сложных органических молекул астробиологи выделяют метанол, который образуется только на поверхности очень холодных (около 20 кельвин) пылинок в протопланетном диске в результате гидрирования окиси углерода. Метанол считается сырьем для создания более сложных молекул, таких как простые эфиры, кетоны и альдегиды, следовательно, присутствие метанола в газовой фазе является ключевым показателем того, что в диске могут присутствовать и более сложные органические молекулы.

Группа астрономов во главе с Алисой Бут (Alice S. Booth) из Лейденского университета сообщила о первом случае регистрации метанола в теплом, богатом газом протопланетном диске вокруг молодой звезды HD 100546, которая расположена на расстоянии 320 световых лет от Земли в созвездии Мухи. Она относится к категории звезд Хербига (Ae/Be), обладает массой 2,18 массы Солнца, а ее возраст оценивается в 4,79 миллиона лет. В диске находятся две формирующиеся планеты-гиганты, удаленные от звезды на 10 и 60 астрономических единиц.

Открытие было сделано в ходе анализа данных наблюдений за звездой при помощи системы радиотелескопов ALMA. Большая часть метанола сосредоточена во внутренней части диска (в пределах 60 астрономических единиц от звезды), кроме того, наблюдалось диффузное излучение в виде кольца, совпадающее с внешним пылевым кольцом, находящемся на расстоянии 200 астрономических единиц от звезды.


Структура диска вокруг звезды HD 100546.

Так как, в теплом диске нет условий для образования метанола, то ученые пришли к выводу, что богатые метанолом ледяные частицы попали в диск из темных газопылевых облаков, либо ранее во внешней части диска существовала обширная холодная область, где метанол был способен образовываться. Однако вторая версия представляется менее вероятной, что означает, что метанол попал в диск из межзвездной среды. Следовательно, «строительные блоки» пребиотических молекул способны сохраняться в протопланетных дисках в ходе их эволюции и в дальнейшем могут попадать в состав планет и малых тел.

Ранее мы рассказывали о том, как астрономы впервые получили прямой снимок зарождающейся планеты, обнаружили протопланетный диск у только что родившейся звезды и отыскали протопланету на детальном изображении протопланетного диска у молодой звезды AB Возничего.

P.S. Дополнительные ссылки:

The Distribution and Excitation of CH3CN in a Solar Nebula Analog
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/aac169/meta

В протопланетном диске впервые обнаружен метиловый спирт
https://www.eso.org/public/russia/news/eso1619/

Астрономы впервые обнаружили муравьиную кислоту в протопланетном диске
https://nplus1.ru/news/2018/07/31/simplest-organic-acid-detected-in-protoplanetary-d

[ArefievPV]

Х значит самец
https://www.nkj.ru/news/41438/

Самцы американской полёвки живут с двумя Х-хромосомами, разбавленными мужскими генами с исчезнувшего «игрека».

У млекопитающих пол определяет пара половых хромосом, которые обозначаются X и Y. Если зародышу при оплодотворении достались два «икса», он будет самкой, если «икс» и «игрек» – самцом. Но в системе XY есть исключения, и одно из них – полёвка Microtus oregoni, обитающая на северо-западе США.

Еще в 60-е годы прошлого века было замечено, что у самцов M. oregoni, как полагается, есть две половых хромосомы, а вот у самок – одна. Какое-то время считалось, что самцы несут обычные «икс» и «игрек», а самки – только один «икс». Однако в недавней статье в Science говорится, что тут всё сложнее и интереснее. Авторы работы прочитали половые хромосомы полёвки M. oregoni и сравнили их с половыми хромосомами других зверей, в том числе и близкородственного вида полёвок. Оказалось, что у самцов, и у самок M. oregoni есть только Х-хромосомы: у самцов – две, у самок – одна. Причём в этих «иксах» есть гены, которые у других животных обычно сидят в «игреках».

Наиболее вероятное развитие событий было таким: уже после того, как M. oregoni оформился как самостоятельный вид, Y-хромосома у него исчезла по причине каких-то клеточных процессов. Но исчезла не бесследно – её гены перешли к Х-хромосоме. Мужские гены (от которых зависит, к примеру, формирование семенников) есть как в тех «иксах», которые получают самцы, так и в тех, которые получают самки. Но у самок такие гены неактивны, и пока непонятно, что за механизм поддерживает их в спящем состоянии.

В свою очередь, самцы M. oregoni получают два «икса», один от матери, второй от отца. Отцовская Х-хромосома у них подавляется полностью и почти во всём теле; отцовский «икс» работает только при формировании сперматозоидов. В том, что одна из одинаковых половых хромосом неактивны, нет ничего удивительного, просто обычно это касается одного из женских «иксов»: у человека и у большинства других зверей в женских клетках одна из Х-хромосом молчит, потому что если будут работать обе, клетке станет плохо. Мы уже как-то описывали молекулярный механизм, инактивирующий один из «иксов». У полёвок, по-видимому, этот механизм модифицирован так, чтобы целенаправленно отключать именно тот «икс», который достался от отца.

На свете есть и другие млекопитающие, которые обходятся без Y-хромосомы – например, слепушонка Ellobius lutescens и несколько видов колючих мышей из Японии. Скорее всего, гены мужского развития у них либо переехали на другие хромосомы, либо сами гены поменялись – всё-таки самцы у этих зверей благополучно живут и без традиционных «игреков».

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

Как молчит Х-хромосома
https://www.nkj.ru/news/26794/
Отключение лишней хромосомы в женских клетках зависит от сложнейшего молекулярного механизма, в котором слаженно работают регуляторные РНК и гены самой Х-хромосомы.

Как живут самцы без Y-хромосомы
https://www.nkj.ru/facts/29732/
Оставаться самцом можно и без Y-хросомомы.

[ArefievPV]

Древнейшие цирконы из Джек-Хиллс указывают на то, что тектоника плит началась 3,6 миллиарда лет назад
https://elementy.ru/novosti_nauki/433816/Drevneyshie_tsirkony_iz_Dzhek_Khills_ukazyvayut_na_to_chto_tektonika_plit_nachalas_3_6_milliarda_let_nazad

Американские геологи представили доказательства того, что горизонтальные перемещения блоков земной коры — литосферных плит — по поверхности Земли начались 3,6 млрд лет назад. Авторы исследования предлагают считать это временем старта тектоники плит — уникального механизма, определяющего ход основных геологических процессов и облик нашей планеты в целом. Изучив состав цирконов из района Джек-Хиллс в Западной Австралии, имеющих возраст от 4,3 до 3,0 млрд лет, ученые выяснили, что примерно 3,6 млрд лет назад в составе этих минералов магматического происхождения появился алюминий — типичный химический элемент континентальной земной коры и индикатор ее глубинного плавления при погружении в мантию. По мнению исследователей, это свидетельствует о том, что к этому времени уже сформировались первые протоконтиненты, а осадочный материал с поверхности начал затягиваться в мантию в зонах субдукции.

Современное научное представление о строении и динамике литосферы — твердой оболочки Земли — основывается на концепции тектоники плит, согласно которой земная кора состоит из относительно целостных блоков — литосферных плит, находящихся в постоянном движении относительно друг друга. Тектоника плит объясняет возникновение землетрясений, вулканическую деятельность и процессы горообразования.

Никакие другие планетные тела, известные нам, не имеют подобной динамической коры. Этот глубинный конвейер в течение миллиардов лет поддерживал на земной поверхности относительно стабильные условия за счет постоянной подпитки энергией и химическими веществами из глубинных недр, что, по мнению ученых, стало одним из ключевых факторов зарождения на Земле сложных форм жизни.

Но когда и как начал работать механизм, обеспечивающий движение литосферных плит, остается одним из самых спорных вопросов геологии. Известно, что первые блоки континентальной коры возникли на Земле в архее (4,0–2,5 млрд лет назад). Сегодня породы архейского возраста сохранились в кратонах — ядрах древних континентов. Вероятно, тогда же — в архее или позже, в палеопротерозое (2,5–1,6 млрд лет назад), — начались и первые горизонтальные перемещения плит.

Ранее считалось, что механизм тектоники плит заработал в конце архея, примерно 2,7 млрд лет назад. Но в 2019 году геологи из России, Франции, Германии и ЮАР опубликовали результаты исследований состава коматиитов — древних ультраосновных вулканических пород возрастом 3,3 млрд лет из зеленокаменного пояса Барбертон в Южной Африке (A. Sobolev et al., 2019. Deep hydrous mantle reservoir provides evidence for crustal recycling before 3.3 billion years ago, подробно об этом исследовании рассказано в новости «Подземный океан» в переходной зоне мантии образовался более 3,3 млрд лет назад, «Элементы», 29.07.2019).

А в январе 2021 года в журнале Precambrian Research вышла статья, в которой ученые из Китая, Великобритании и Канады на основе анализа геологических данных доказывают, что один из элементов тектоники плит, а именно механизм аккреции (приращения континентальной коры по окраинам протоконтинентов), функционировал уже в эоархее (4,0–3,6 млрд лет назад, см. B. Windley et al., 2021. Onset of plate tectonics by the Eoarchean). Однако авторы этой работы оговаривают, что классический цикл Уилсона (см. Wilson Cycle), объясняющий периодическое образование и схлопывание океанов, и связанный с ним цикл возникновения и разрушения суперконитентов (суперконтинентальный цикл), заработал только 2,7–2,5 млрд лет назад, после появления достаточно крупных континентов (подробнее о суперконтинентальных циклах см. новость Суперконтинентальные циклы синхронизированы с периодами активности суперплюмов, «Элементы», 10.01.2020).

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

«Подземный океан» в переходной зоне мантии образовался более 3,3 млрд лет назад
https://elementy.ru/novosti_nauki/433502/Podzemnyy_okean_v_perekhodnoy_zone_mantii_obrazovalsya_bolee_3_3_mlrd_let_nazad

Суперконтинентальные циклы синхронизированы с периодами активности суперплюмов
https://elementy.ru/novosti_nauki/433590/Superkontinentalnye_tsikly_sinkhronizirovany_s_periodami_aktivnosti_superplyumov

Чуток прокомментирую.

Полагаю, что биологическую (в общепринятом понимании) эволюцию даже на отдельной планете следует рассматривать в более широком контексте – с учётом всех сопутствующих и предшествующих факторов, способных воздействовать на данную эволюцию.

Геотектоника, на мой взгляд, значительно ускорила эволюцию жизни на нашей планете. Мало того, считаю, что она позволила жизни, в конечном итоге, стать более сложной – то есть, косвенно (а иногда – и прямо) способствовала именно прогрессивной эволюции жизни на нашей планете. Усложнение биосферы в целом влекло за собой и усложнение её отдельных элементов.

Разумеется, не одна только геотектоника, но и различные круговороты веществ и энергии в атмосфере и в гидросфере, суточные и сезонные циклы и т.д., также оказывали существенное влияние на эволюцию.

Выскажу фантастическую гипотезу.

Возникновение первичных форм живых систем (по сути, первичной биосферы) – протоплазменной формы и следом «бутербродной» формы – не требовало наличия геотектоники. Возникшая параллельно «бутербродной» форме протоклеточная форма жизни, в тот период была на задворках эволюционного процесса – мембраны пузырьков пены были препятствием для обмена веществ, и скорость адаптации к текущим условиям была маленькая.

Подозреваю, что на том этапе эволюции протоклеточная форма жизни играла роль «пищевых складов» и/или «складов отходов» – её вовсю кушали (при случае) другие формы жизни, а массивы пены неизбежно накапливали отходы жизнедеятельности этих форм жизни. Вполне возможно, что в то время, протоклеточная форма жизни возникала (и успешно уничтожалась другими формами жизни) многократно.

Конкуренция со стороны протоплазменной и «бутебродной» форм жизни не позволяла медленно эволюционирующей протоклеточной форме жизни сделать скачок в эволюции – требовалось нечто, которое притормозит активность конкурентов. И такое нечто появилось – постепенное накопление воды, генерируемой гидротермальными источниками, сформировало первичный океан (первичную гидросферу). Первичный океан, постепенно наступая, разбодяживал содержимое прудов и разрушал устоявшиеся внутренние круговороты вещества и энергии в локальных гидрогеологических системах.

И вот тогда, недостаток (наличие препятствий в виде мембран) протоклеточных форм жизни превратился в их преимущество – защита от разбодяживания, защита от механического воздействия и т.д. Протоклеточная форма жизни получила шанс, а другие формы жизни были вынуждены погибнуть либо вступить в симбиоз с протоклеточной формой жизни (последнее очень трудно выявить и доказать).

Возможно даже, что на этапе зарождения жизни геотектоника была вредна для недавно появившейся биосферы – первичная биосфера ещё не обладала достаточной автономностью, и геотектоника вполне могла её разрушить (протоклеточная форма жизни смогла бы устоять, но у неё в то время не было шанса развиться).

Для зарождения (и самых первых этапов эволюции) требуется всё же наличие определённой стабильности внешних условий. Гидрогеологическую систему (точнее, совокупность таких локальных гидрогеологических систем) – гидротермальные источники, пруды и протоки всё это соединяющие – можно сравнивать даже не с колыбелью, а с утробой.

И первые формы жизни уже были адаптированы к тем условиям, которые существовали на поверхности планеты: более-менее ровная поверхность планеты, покрытая частой сеткой гидрогеологических систем; устоявшиеся суточные и сезонные циклы; устоявшиеся атмосферные круговороты вещества и энергии. Условия для первых форм жизни комфортные, но не стимулирующие к усложнению – незачем, всё прекрасно функционирует, постоянно происходит только текущая адаптация и частичная оптимизация, особой защиты не требуется – застой и остановка в развитии.

После появления протоклеточной формы жизни и жёсткой «обкатки» этой формы жизни в водах первичного океана (по сути, первичной гидросферы), данная форма жизни осталась единственной и уже была готова  к встрече с геотектоникой. Более того, геотектоника могла сыграть значительную роль в прогрессивной эволюции биосферы. Поясню.

Протоклеточную форму жизни вполне устраивал первичный океан – она прекрасно адаптировалась к условиям существования в нём (в прибрежной зоне, на поверхности, на дне неглубоких лагун). Какая-то прогрессивная эволюция, требовавшая усложнения, в то время в первичном океане, не наблюдалась. А вот начавшаяся геотектоника могла послужить хорошим толчком/пинком для дальнейшей эволюции протоклеточной формы жизни.

Условия существования в первичном океане стали различаться кардинально – какой-то текущей адаптацией к столь разным условиям не приспособишься и возникшие ниши не освоишь. Неизбежно стали возникать многочисленные нарушения в местных/локальных круговоротах веществ и энергии и, как следствие, многочисленные нарушения в процессах обмена веществ в протоклеточных формах жизни, повысился мутагенез, повысились случаи слиянии/слипания (иногда приводившие к последующему симбиозу) и т.д. и т.п. То есть, эволюция (в том числе и прогрессивная) значительно ускорилась.

А так как, глобальная геотектоника периодически «перетасовывала всю колоду карт» – опять условия в разных местностях менялись кардинально, и опять надо было приспосабливаться – такие периодические ускоряющие толчки/пинки провоцировали очередные циклы усложнения жизненных форм. Можно сказать, что геотектоника не давала застояться эволюции и заставляла (прямо и косвенно) прогрессивно эволюционировать жизнь на нашей планете.

Кстати, возможно, что на тех планетах, на которых жизнь развилась до клеточных (или, до протоклеточных) форм, геотектоника остановилась/угасла (или, вообще не начиналась), то там, по-прежнему, жизнь существует в виде микробных сообществ из одноклеточных организмов (или, вообще в виде протоколоний из протоклеток). Короче, остановилась там прогрессивная эволюция…

Это, опять-таки, о роли внешних факторов в прогрессивной эволюции. 

[ArefievPV]

Лабораторное минисердце бьётся как настоящее
https://www.nkj.ru/news/41454/

Сердечный органоид, выращенный из стволовых клеток, оказался похож на сердце эмбриона.

Крохотные подобия органов (или органоиды), которые выращивают из стволовых клеток, помогают понять, как работают настоящие, большие органы. Но не для всякого органа можно вырастить его мини-подобие. Мы рассказывали про органоиды желудка, кожи, мозга, есть органоиды почек и кровеносных сосудов. Однако органоид сердца долгое время не получался: все попытки заканчивались просто комком сокращающихся клеток, у которых не было никакой пространственной структуры.

Задачу удалось решить сотрудникам Института молекулярной биотехнологии Австрийской академии наук: в статье в Cell они описывают сердечный органоид, соответствующий двадцать пятому дню эмбрионального развития. На этом этапе у сердца всего одна камера, тем не менее, сердечные стенки состоят из клеток разных типов, организованных в слои: кардиомиоцитов (мышечных сократительных клеток), клеток эпителия, соединительнотканных фибробластов. Стволовые клетки, из которых их выращивали, обрабатывали специальными сигнальными белками в разных концентрациях. В результате получилось добиться того, чтобы стволовые клетки становились специализированными в нужной временно́й последовательности и в нужном пространственном порядке.

Сердечная камера размером около 2 миллиметров сокращалась в ритме 60–100 ударов в минуту, как у настоящего эмбриона. И билось оно достаточно долго, больше трёх месяцев, что позволило исследователям сделать несколько важных наблюдений, касающихся того, как сердце формируется в ходе эмбрионального развития и как оно реагирует на повреждения. В частности, удалось увидеть, как в повреждённой сердечной ткани ведут себя фибробласты.

У зародышей и у новорождённых млекопитающих сердце может восстанавливаться, но почти сразу теряет эту способность. Поэтому у взрослых после инфаркта погибшие кардиомиоциты не замещаются не новыми кардиомиоцитами, а соединительной тканью. Наблюдая за поведением соединительнотканных клеток сердца в сердечном органоиде, мы, возможно, сумеем найти способ восстанавливать сердечную мышцу у взрослых людей.

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

Человеческий желудок вырастили в пробирке
https://www.nkj.ru/news/25117/
«Минижелудок», развившийся из стволовых клеток человека, сумел  свернуться в трёхмерную структуру, подобную нормальному, естественному органу.

Что мешает сердцу восстанавливаться?
https://www.nkj.ru/news/33727/
Cердечная мышца, по-видимому,  не может регенерировать из-за собственного межклеточного вещества, которое сердце начинает очень активно производить сразу после рождения.

Гены человека и шимпанзе работают по-разному
https://www.nkj.ru/news/41021/
Гибридные обезьяно-человеческие клетки помогли увидеть различия в активности одних и тех же генов у нас и у шимпанзе.

[ArefievPV]

Иммунитет на глаз
https://www.nkj.ru/news/41581/

В некоторых случаях иммунитет активируется от одного взгляда на больного.

Мы знаем, что иммунитет нужен для защиты от болезней – когда в организме появляется опасный микроб, иммунная система его чувствует и пытается уничтожить. Но бывает, что иммунитет включается ещё до того, как в организме поселилась инфекция. Сотрудники Университета штата Оклахома заражали десять домашних канареек бактерией Mycoplasma gallisepticum – это обычный возбудитель хронических респираторных заболеваний у птиц. Больных птиц легко узнать, они становятся очень вялыми, сонными и большей частью сидят на одном месте, распушив перья.

Рядом с больными канарейками сидели девять здоровых: они были достаточно близко, чтобы хорошо рассмотреть больных, но одновременно достаточно далеко, чтобы не подхватить от них инфекцию. В той же комнате держали ещё одну группу здоровых канареек, но между этими канарейками и больными был непрозрачный экран.

Спустя месяц у птиц брали кровь, чтобы проанализировать состояние иммунитета. В статье в Biology Letters говорится, что у здоровых канареек, которые видели больных, иммунитет как будто почувствовал болезнь на расстоянии: у них активировались некоторые белки системы комплемента (одно из иммунных «оружий», которое бьёт непосредственно по бактериям и больным клеткам) и у них повышалось число лейкоцитов. При этом уровень цитокинов – сигнальных белков, которые управляют воспалением и другими иммунными процессами – оставался прежним. То есть активировались только некоторые отделы иммунной системы, что логично – самой болезни в организме птиц ещё не было, они только видели её у других, и включать иммунитет на полную смысла просто не было.

Исследователи подчёркивают, что всё дело было именно в зрительной информации. У других здоровых канареек, которые могли слышать больных и  ощущать какие-нибудь летучие вещества от них, но которые их не видели – у таких здоровых канареек иммунитет на близость болезни никак не реагировал. Конечно, ещё предстоит выяснить, как именно глаза передают информацию иммунитету, но в целом это лишний раз доказывает, насколько тесно иммунная система связана с нервной.

Такая предактивация иммунитета ввиду опасности заражения наблюдается не только у птиц. В 2010 году в Psychological Science была опубликована статья, в которой описывался похожий эксперимент с людьми: им показывали фотографии других людей с явными признаками инфекции, а потом оценивали активность лейкоцитов. И лейкоциты от таких фотографий действительно становились активнее – в частности, когда лейкоциты сталкивались с бактериями, они больше синтезировали один из сигнальных белков-цитокинов, стимулирующих воспаление.

P.S. Формулировка какая-то странная: глаза передают информацию иммунитету... Лучше было бы сказать: нервная система передаёт информацию иммунной системе.

В организме все три системы – нервная (медиаторы), иммунная (цитокины), гормональная (гормоны)  – связаны. То есть, они вполне могут оказывать друг на друга влияние и вполне могут (при определённых условиях) взаимодействовать (отчасти, согласованно и опережающим образом) для сохранения организма. А отдельные способы такого взаимодействия вполне могли быть поддержаны отбором и даже получить частичную "генетическую прописку".

Кратко о связке систем упоминал в другой теме:
https://paleoforum.ru/index.php/topic,9509.msg239636.html#msg239636

Иммунитет — мужской и женский
https://www.nkj.ru/archive/articles/27560/
Доктор медицинских наук Елена Карева, кандидат медицинских наук Ольга Олейникова, кандидат медицинских наук Александр Семейкин
.....
В этих примерах, иллюстрирующих связь иммунитета с энергетическим обменом веществ, хорошо видно, с какими сложностями приходится сталкиваться врачам: очевидно, что медицинский препарат, который должен подействовать на молекулы-посредники одной системы (например, седативное средство), в какой-то мере подействует и на вещества, принадлежащие ассоциированным «департаментам» (иммунному и эндокринному). И для того чтобы повысить качество лечения, чтобы избежать побочных эффектов, мы должны как можно полнее представлять себе метаболические взаимосвязи в нашей иммунно-нейро-эндокринной суперсистеме.

.....
39:30 - про связку нервной, иммунной и эндокринной систем;
39:44 - организм собирается в единое целое взаимодействиями нервной, иммунной и эндокринной систем (регуляторы - медиаторы, гормоны, цитокины);

[ArefievPV]

Дикинсонии ползали, скользя по выделяемой ими слизи, и прилипали ко дну во время волнений
https://elementy.ru/novosti_nauki/433825/Dikinsonii_polzali_skolzya_po_vydelyaemoy_imi_slizi_i_prilipali_ko_dnu_vo_vremya_volneniy

Рис. 1. Ископаемая дикинсония (Dickinsonia) с прижизненным повреждением, выразившимся в формировании сдвоенного «хвоста», из эдиакарских отложений на Зимнем берегу Белого моря в Архангельской области (слева — полный экземпляр, справа — его деталь). Длина масштабных отрезков — 1 см. Изображение из обсуждаемой статьи в журнале Journal of Paleontology

Эдиакарские отложения неисчерпаемы на необычные находки, а их исследователи — на удивительные открытия. И заголовок свежей публикации, посвященной исследованию экземпляров дикинсоний из беломорского лагерштетта, — ‘Dickinsonia: mobile and adhered’ («Дикинсония: ползучая и липучая») — полностью отражает новые представления о жизни дикинсонии, одного из самых распространенных и загадочных существ того времени. Дикинсонии ползали по дну древних морей и временами прилипали к субстрату, буквально вжимаясь в него, чтобы выжить на бурном мелководье. А прижизненные повреждения этих организмов, из-за которых у них отрастали небольшие «хвостики», позволяют судить об особенностях роста этих странных обитателей нашей планеты в ее изменчивом прошлом.

Эдиакарский период, последний период неопротерозоя, в России принято называть вендским, но это далеко не одно и то же. Границы эдиакарской системы имеют возраст 635 и 541 млн лет, и эти цифры отвечают радиометрическим датировкам отложений, сформировавшихся в это время. Возраст вендской системы определяется диапазоном 600–535 млн лет, но почему именно выбраны такие цифры — вряд ли кто сможет ответить. Тем более что время существования эдиакарских макроорганизмов (они же — вендобионты, вендозои, докембрийские «мягкотелые» или попросту эдиакарцы) ограничивается возрастом 575–538 млн лет. Последняя датировка содержащих такие организмы пород получена недавно в Намибии и некоторых других регионах и, вероятно, приведет к пересмотру возраста верхней границы эдиакарской системы (U. Linnemann et al., 2019. New high-resolution age data from the Ediacaran-Cambrian boundary indicate rapid, ecologically driven onset of the Cambrian explosion).

Впрочем, почти все настоящие эдиакарцы повымирали задолго до окончания одноименного периода (около 550 млн лет назад), и лишь совсем непонятные мешковидные петалонамы, похожие на советские телогрейки с воротниками, но без рукавов, дотянули в морях Намибии и кое-где еще до возрастного рубежа 538 млн лет назад. В огромном морском бассейне Сибирского континента в это время уже наступил кембрийский период, поскольку там появились несколько десятков видов скелетных животных, характерных для кембрия.

Эдиакарцы — в том числе дикинсония (Dickinsonia), о которой речь пойдет дальше, — судя по крупным размерам (до метра и более длиной или высотой) и сложной морфологии, показывающей, что у них были разные органы, вероятно были животными. (Не будем добавлять здесь слово «многоклеточные», поскольку одноклеточных животных, по определению, не бывает: все простейшие, или одноклеточные хищники, которых ранее относили к животным, например всевозможные амебы и инфузории, теперь относятся к очень разным и весьма далеким от животных ветвям органического мира.) Более того, именно на основе анализа ископаемых органических молекул (биомаркеров) из «шкурки» дикинсонии было показано, что эти биомаркеры, а именно холестероиды, свидетельствуют о ее принадлежности к животным (см.: Подтверждена принадлежность дикинсонии к животному царству, «Элементы», 24.09.2018). Ведь только мы, животные, накапливаем при жизни холестерин и тем самым увековечиваем себя в ископаемой летописи, поскольку этот углеводород никуда не девается и после смерти, а закономерным образом превращается в холестероиды.

Вот только ни в какие современные типы животных эдиакарцы не вписываются: симметрия у них своя (ее называют «симметрией скользящего отражения» — элементы левой и правой стороны тела сдвинуты относительно друг друга), характер размножения свой, индивидуальное развитие тоже трудно сравнивать с онтогенезом любых животных, будь то губки или кольчатые черви (см. У эдиакарских организмов фрактофузусов выявлено два способа размножения, «Элементы», 11.08.2015).

Все эти находки подтверждают, что дикинсонии были многоклеточными животными, отличавшиеся сложным поведением. А существовали они, напомню, за 20–10 млн лет до начала кембрийского эволюционного взрыва.

P.S. Цитат накидал из-за дополнительной информации (мне она интересной показалась).