2diesel

Африканские дикие кошки внешне почти неотличимы от домашних. Левая фотография сделана в Кении и, скорее всего, представляет подвид Felis silvestris lybica, от которого произошли домашние кошки, правая — в Южной Африке, где обитает подвид F. s. cafra. Примерно такой неназойливо-полосатенький окрас (mackerel tabby) считается исходным для домашних кошек.

Одомашнивание началось еще в неолите и шло параллельно на Ближнем Востоке и в Египте, поэтому большинство современных домашних кошек принадлежит либо к египетским, либо к ближневосточным митохондриальным линиям. Широкое расселение домашних кошек по Старому Свету началось в античный период и ускорилось в Средние века. По-видимому, изначально люди отбирали кошек только по поведенческим признакам, а гены, влияющие на внешний вид, стали подвергаться отбору лишь в последние несколько столетий.

Подробнее:http://elementy.ru/novosti_nauki/433045/Paleogenetika_pomogl...

2. Люди из Джебель Ирхуд — ранние представители эволюционной линии Homo sapiens

Палеолитическое местонахождение Джебель Ирхуд в Марокко было открыто в 1960 году, однако надежно установить его возраст удалось только сейчас. Он оказался намного больше, чем предполагалось: 315 ± 34 тыс. лет. Наряду с новыми морфологическими данными это позволяет интерпретировать людей из Джебель Ирхуд как ранних представителей сапиентной эволюционной линии. Их черепа демонстрируют смесь архаичных и продвинутых признаков, причем первые преобладают в строении мозговой коробки, а вторые — в лицевой части черепа.

По-видимому, после разделения предков сапиенсов и неандертальцев в обеих линиях («нашей» и неандертальской) эволюционные изменения сначала затрагивали лицевой скелет, а форма мозговой коробки менялась позже. Новые данные показывают, что процесс эволюционного становления нашего вида не был приурочен только к Восточной Африке, а захватывал обширные территории Африканского континента.

Подробности: https://elementy.ru/novosti_nauki/433030/Lyudi_iz_Dzhebel_Ir...

3. Новые результаты 30-летнего эксперимента Ричарда Ленски

Долгосрочный эволюционный эксперимент на бактериях Escherichia coli, продолжающийся уже почти 30 лет, дал новые неожиданные результаты. Секвенирование (т.е. прочтение) ДНК бактерий из замороженной «ископаемой летописи» эксперимента показало, что за 60 000 поколений эволюция подопытных популяций не прекратилась и даже не замедлилась.

Как минимум в 9 популяциях из 12 произошла экологическая диверсификация: исходная монокультура подразделилась на сообщества, связанные экологическими взаимодействиями и не вытесняющие друг друга. Внутри каждой клады эволюция продолжается полным ходом, причем дальнейшие изменения направляются как предшествующей эволюционной историей, так и меняющейся экологической обстановкой.

Таким образом, эволюция «перехитрила» исследователей, надеявшихся изучить действие мутаций и отбора в ходе адаптации к стабильным условиям в предельно простой искусственной системе.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/433131/V_dolgosrochnom_eksp...

4. Новый вид вьюрков появился на глазах у исследователей

В ходе многолетних наблюдений за птицами на маленьком островке Дафне в Галапагосском архипелаге эволюционным биологам Питеру и Розмари Грант удалось детально задокументировать процесс появления нового вида вьюрков. Его родоначальниками стали две самки из местной популяции среднего земляного вьюрка Geospiza fortis и залетный самец большого кактусового земляного вьюрка G. conirostris с острова Эспаньола, расположенного в 100 км к юго-востоку.

Слева — средний земляной вьюрок Geospiza fortis, издавна проживающий на острове Дафне; в центре — большой кактусовый земляной вьюрок G. conirostris с острова Эспаньола; справа — «большая птица», представитель нового гибридного вида, возникшего на Дафне в результате скрещивания залетного самца G. conirostris с самкой G. fortis.

Их гибридные потомки скрещиваются только друг с другом. У них сформировались специфические пропорции клюва (что говорит об успешном разделе ниш с местными видами вьюрков), а также своеобразная видовая песня, что объясняет быстрое формирование репродуктивной изоляции. Новый вид процветает, несмотря на "кровосмешение": в 2010 году, через 30 лет после исходной гибридизации, на островке жило уже 36 особей.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/433159/Novyy_vid_darvinovyk...

5. Подтверждена важнейшая функция сна

Согласно «гипотезе синаптического гомеостаза», сон необходим животным, потому что усвоение нового опыта во время бодрствования происходит в основном за счет усиления, а не ослабления синаптической проводимости. Общее нарастание проводимости снижает работоспособность нервной системы, которая поэтому должна регулярно переходить в режим «офлайн», отключаясь от внешних сигналов. Это позволяет избирательно ослабить перевозбужденные синапсы, аккуратно отделяя при этом важную информацию от неважной.

Рисунок, иллюстрирующий главный вывод обеих обсуждаемых работ: во время сна происходит ослабление синапсов. Слева синапос до сна, справа - после.

Двум исследовательским коллективам из США удалось получить новые независимые подтверждения этой гипотезы. Одна работа основана на трехмерной электронной микроскопии и прямом измерении синапсов, другая — на сравнении количества рецепторов и других белков в синапсах до и после сна. Оказалось, что у мышей во сне достоверно уменьшается и размер синапсов, и количество рецепторов, ответственных за прием возбуждающих сигналов.

Комментарий: судя по всему, наши мозги во время бодрствования всё сильнее "разгоняются": проводимость активных нейронных цепей бесконтрольно растёт, а сами синапсы увеличиваются. В некотором смысле мозг, как паровой котёл, набирает мощность и давление, расходует всё больше энергии, и если вовремя не стравить пар, где-нибудь да рванёт. Собственно, этим и объясняется тот факт, что любое многоклёточное с нервной системой, от червей и жучков до ящериц и студентов, нуждается во сне.

И вот ещё аналогия: сон это "заплатка" для глобального бага "ядра" нервной системы. По мне так это самая интересная новость из подборки.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/432926/Dva_nezavisimykh_iss...

6. Новые данные о примитивных людях из пещеры райзинг Стар заставляют пересмотреть историю человеческого рода.

Недавно в южноафриканской пещере Райзинг Стар были найдены многочисленные кости неизвестного ранее вида примитивных людей, получившего название Homo naledi. По многим признакам H. naledi напоминает хабилисов, других ранних Homo и даже австралопитеков, что позволяло предположить весьма почтенный возраст находок. Однако датировки, полученные несколькими независимыми методами в разных лабораториях, показали, что эти люди жили всего лишь 335–236 тысяч лет назад, одновременно с гораздо более продвинутыми представителями человеческого рода.

Черепа австралопитеков (Au. africanus, Au. sediba) и четырех ископаемых видов Homo, включая H. naledi. Некоторые детали строения черепа, не характерные для Au. africanus и H. rudolfensis, сближают H. naledi с Au. sediba, H. habilis, H. erectus и даже с некоторыми более поздними Homo.

Также опубликованы данные о новых находках костей H. naledi, среди которых есть хорошо сохранившийся череп, в другом уголке той же пещеры. Все кости явно принадлежали людям из одной и той же популяции. Новые данные вносят существенные коррективы в сложившиеся представления об антропогенезе.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/433005/Novye_dannye_o_primi...

7. Геномы людей из Сунгиря рассказали о репродуктивном поведении верхнепалеолитических охотников

Сунгирь — одна из самых известных и изученных стоянок европейских верхнепалеолитических сапиенсов. Международный коллектив антропологов и палеогенетиков сообщил о прочтении полных геномов четырех индивидов из Сунгиря, живших около 34 000 лет назад: взрослого мужчины, похороненного в отдельной могиле (S1), обоих подростков из двойного захоронения (S2 и S3), а также обладателя бедренной кости (S4), фрагмент которой, заполненный красной охрой, был найден в двойной могиле рядом со скелетом S2.

Все четыре индивида принадлежали к одной популяции с эффективной численностью 200–500 человек, но при этом не являлись близкими родственниками.

Скульптурные реконструкции индивидов Сунгирь-1, 2 и 3, выполненные в Лаборатории антропологической реконструкции Института этнологии и антропологии РАН

Отсутствие в геномах протяженных участков полной гомозиготности говорит о том, что сунгирцы, в отличие от алтайских неандертальцев, избегали близкородственных скрещиваний, хоть и жили небольшими группами. По-видимому, социальная структура и репродуктивное поведение сунгирцев были примерно такими же, как у современных охотников-собирателей, для которых характерны частые переходы из группы в группу и избегание инцеста.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/433140/Genomy_lyudey_iz_Sun...

8. Гены, способствующие получению хорошего образования, отсеиваются отбором

В современных человеческих популяциях уровень полученного образования обладает высокой наследуемостью, то есть сильно зависит от генов. Выявлены десятки аллелей, влияющих на этот признак. При этом образование, как правило, отрицательно коррелирует с дарвиновской приспособленностью: образованные люди хуже размножаются. Это указывает на возможный отбор против «генов образования».

Фильм «Идиократия» изображает мир будущего, в котором из-за отрицательного отбора по интеллекту остались одни дураки. Исследование исландских генетиков показало, что у этой мрачной фантазии есть научные основания.

Новое исследование, основанное на данных по 110 000 исландцев, родившихся между 1910 и 1975 годами, показало, что «гены образования» действительно подвергаются отрицательному отбору. Эти аллели, многие из которых коррелируют также с повышенным интеллектом, крепким здоровьем и долгой жизнью, снижают приспособленность независимо от того, реализовал ли человек обусловленную ими склонность к получению хорошего образования.

Исследование подтвердило опасения о том, что эволюция современного человечества направлена в сторону ухудшения генетического базиса признаков, связанных с интеллектом. Социально-культурное развитие пока с лихвой компенсирует генетическую деградацию, но со временем ее последствия могут стать существенными.

Комментарий: смысл в том, что люди, умеющие рассуждать здраво и планировать свою жизнь, даже если не получают высшее образование после школы, не торопятся заводить детей. Они делают это статистически немного позже. Однако это "немного" в эволюционной перспективе выливается отставание по количеству оставленного потомства - главный показатель приспособленности.

Вообще тема довольно сложная, если хотите разобраться обязательно читайте статью и смотрите лекцию.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/432918/Geny_sposobstvuyushc...

9. Число мутаций у детей зависит от возраста обоих родителей

Исландские генетики провели беспрецедентное по масштабу исследование мутагенеза у современных людей, проанализировав полные геномы 1548 «троек», включающих пару родителей и их потомка. Оказалось, что каждый новорожденный получает в среднем 70 новых мутаций, которых не было у родителей, из которых 80% приносит сперматозоид, и только 20% — яйцеклетка.

Число людей с разным количеством новых мутаций. По горизонтальной оси — число новых мутаций, по вертикальной — число людей с таким количеством новых мутаций.

Подтвердился быстрый рост числа новых мутаций с возрастом отца: каждый год жизни отца прибавляет его потомству в среднем 1,5 мутации. Возраст матери тоже влияет на число мутаций у потомства, но не так сильно: каждый год жизни матери обходится потомству в 0,37 дополнительных мутаций. Распределение «материнских» мутаций по геному оказалось неравномерным: в нескольких участках частота их возникновения резко повышена. По-видимому, это связано с тем, что в этих участках чаще всего рвутся хромосомы в стареющих ооцитах.

Похожий паттерн распределения материнских мутаций характерен для шимпанзе и горилл, но не для орангутанов. По-видимому, мы унаследовали этот паттерн от ранних представителей больших африканских человекообразных обезьян.

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/433114/Chislo_mutatsiy_u_de...

10. Что общего у голых землекопов и «голых обезьян»?

Голые землекопы и люди отличаются от своих родственников (соответственно, грызунов и приматов) двумя редкими особенностями: высоко развитой социальностью и долголетием.

Молодые голые землекопы (слева) и 30-летний патриарх — размножающийся самец (муж «царицы»). Хотя и видно, что он несколько усох с возрастом (саркопения и утрата подкожного жира — старческие признаки), он по-прежнему бодр, исправно исполняет свои супружеские обязанности и умирать вовсе не собирается.

Российские и германские биологи проанализировали факты, свидетельствующие о том, что у этих двух видов млекопитающих есть еще одна важная общая черта: ювенилизация (неотения), то есть задержка развития, ведущая к сохранению у взрослых особей ряда детских и даже эмбриональных признаков. Не исключено, что все три необычные особенности голых землекопов и «голых обезьян» — социальность, долголетие и неотения — тесно связаны между собой.

Череп взрослого мужчины (слева) по ряду признаков больше похож на череп детеныша шимпанзе (в центре), чем взрослого самца (справа).

Подробнее: http://elementy.ru/novosti_nauki/432949/Chto_obshchego_u_gol...

PS Помимо эволюционных итогов 2017 года, есть итоги  физические, палеоантропологические, палеонтологические, медицинские, астрологические. Если не хочется ждать, пока у меня руки до них дойдут (возможно что никогда), то всё это добро можно найти на ютуб-канале Центра "Архэ", который специализируется на выпуске видеолекций.

2. Неизвестные микробы разлагают пластик в океане

Накопление пластиковых отходов в мировом океане идет в десятки раз медленнее, чем ожидается. Ученые связывают это с деятельностью пока неизвестных бактерий.

3. Предложен способ увеличения разрешения дисплеев втрое

Физики из Флориды придумали способ размещать три пикселя на месте одного современного. При этом сама конструкция и оборудование для ее производства остаются без изменений.

4. Ученые секвенировали ДНК египетских мумий

Анализ ДНК полутора сотен древнеегипетских мумий показал: египтяне были генетически близки жителям Леванта и Европы, а у современных жителей Египта на 8% больше ДНК представителей юга Африки, чем у древних. Причины этого ученым еще предстоит установить, а пока что они доказали, что анализ ДНК мумий, несмотря на многолетний скептицизм в этом отношении, все-таки возможен.

5. Исследование Nike показало бесполезность компрессионной одежды

Модное у спортсменов компрессионное белье, повышающее выносливость и снижающее травматичность, может оказаться совершенно бесполезным.

6. Полет стрекозы-киборга сняли на видео

Исследователи из Лаборатории Чарльза Старка Дрейпера опубликовали видеозапись полета стрекозы-киборга, созданной в рамках проекта DragonflEye.

7. Молния попадает в здание: первая в мире съемка в слоу-мо

Трудно поверить, но никто до сих пор не снимал, как молния попадает в здание, на камеру с ультравысокой частотой кадров. И теперь эта лакуна заполнена.

8. Бинарные компьютеры уходят в прошлое

Ученые изобрели магнитную технологию, которая позволяет задавать четыре состояния для магнитов. Этот принцип можно использовать для создания быстрых, мощных и гораздо меньших компьютеров, чем те, которыми мы пользуемся сегодня.

9. Создан диод из девяти атомов углерода

Испанские ученые показали, что молекулу простого органического вещества нонадиин-1,8 можно использовать как молекулярный диод. Этот самый маленький в мире диод к тому же оказался очень эффективным, и в отличие от ранее созданных молекулярных диодов он способен работать при комнатной температуре.

10. В Голландии представили фрагмент Hyperloop

Голландский стартап и строительная компания представили в четверг испытательный фрагмент Hyperloop. Это стальная трубка, которая будет использоваться для разработки футуристической высокоскоростной транспортной системы.

11. Недосыпание приводит к разрушению связей между нейронами

Американские учёные проводили эксперимент на подопытных мышах, чтобы проследить, как развивается под воздействием недосыпания процесс под названием нейрональный прудинг — очистка мозга от ненужных, отработавших свое синаптических связей.

12. В Сибири нашли возможные древнейшие свидетельства одомашнивания собак

Российские исследователи из Института истории материальной культуры РАН обнаружили на острове Жохова останки собак, которые могли быть одними из первых одомашненных собак в истории человечества.

13. Генетическое секвенирование успешно борется с онкозаболеваниями

Новый анализ показывает, что почти три четверти из 500 пациентов с прогрессирующим раком можно вылечить, используя специфическую терапию. Медицинский подход основан на результатах анализа генетики опухолей.

14. Учеными Китая разработана искусственная кожа с тактильным восприятием

Китайская команда создала коже-подобный трибоэлектрический наногенератор (STENG). Эта прозрачная пленка, что выделяет электричество в зависимости от сжатия, и обладает мультисенсорностью и высоким разрешением определения касаний.

15. БОНУС: подборка подборок

Подборки новостей в интернете как ни странно делаю не только я, этим занимаются ещё и специализированные сайты:

- Подборка от портала "Биомолекула" за первую неделю июня - скопления РНК как причина нейродегенерации, механизмы влюблённости у моногамных полёвок, роль бактерий влагалища в профилактике ВИЧ

(недавно портал обзавёлся официальным представителем на пикабу под ником @Biomolecula, с чем его и всех нас официально поздравляю)

- Видео новости высоких технологий от портала Hi-news.ru - о российском самолете МС-21, беспилотном электробусе «Матрёшка» и многом другом

- Подборка портала "Наука и жизнь" - Десять видов, которые удивили мир в 2016 году

Или же кунсткамеру с заспиртованными младенцами и волосатых людей

Сегодня мы поговорим не о киношных, а о настоящих мутантах с точки зрения биологии и попробуем разобраться, как часто они встречаются среди нас.

Итак, мутант это биологический организм, отличающийся от исходного типа каким-либо наследственным отклонением, возникшим в результате мутации.

Так уж получилось, что слово мутация в обиходе имеет негативный смысл и подразумевает болезнь и уродство. Однако с точки зрения генетики это всего лишь отличие генетического кода организма от кода его родителя или родителей. Выглядит оно примерно так:

На картинке один нуклеотид заменятся другим - самый типичный вид мутации, который называют однонуклеотидной заменой. Есть и другие виды мутаций типа вставок, перестановок, дупликаций, или хромосомных мутаций, приводящих к серьёзным отклонениям (синдром Дауна итд), но они встречаются гораздо реже замен. А какие могут быть последствия однонуклеотидных замен с точки зрения генетического кода?

Ну, сначала можно взглянуть на саму последовательность нуклеотидов:

Пока что это ничего нам не даёт - видно только, что изменилась одна буква-нуклеотид. Для полноты картины придётся расшифровать генетический год, в котором "словами" являются кодоны - участки из 3 нуклеотидов, отвечающие за строительный кирпичик всего живого - аминокислоту. Тогда мы увидим всю цепочку - замена буквы влияет на анимокислотный состав белка. Состав белка в свою очередь влияет на его структуру (как говорят биологи - укладку) и, как следствие, на химические и физические свойства.

На картинке этот принцип показан максимально наглядно (Сер, Лей, Асп, Гис это аминокислоты серин, лейцин, аспарагин, гистидин, те самые строительные кирпичики белков):

Белки выполняют в организме огромный спектр функций, это и транспортные единицы, и ферменты, и стройматериал. Замечательный пример белка - гемоглобин, который отвечает за перенос кислорода:

Теперь рассмотрим условную мутацию - однонуклеотидную замену, произошедшую в человеческой ДНК. Тут есть несколько вариантов, какой эффект она может произвести на организм в зависимости от её местонахождения:

1. Мутация произошла в некодирующей части ДНК

Для понимания дальнейшего текста важно знать, что большая часть ДНК человека и вообще эукариот состоит из участков, которые не никак не участвуют в синтезе белка, причём некоторые из них могут "сидеть" прям внутри гена (так называемые интроны).

Последние исследования показали, что эти участки выполняют кое-какие биохимические функции, но именно при непосредственном синтезе белка они отбрасываются как ненужные (на картинке интроны показаны серым цветом).

Можно с высокой долей вероятности утверждать, что мутация произошедшая в некодирующей части на наследственные свойства организма не повлияет.

2. Мутация произошла в кодирующей части ДНК.

Казалось бы мутация, происходящая в кодирующей части ДНК должна приводить к определённым изменениям. Однако тут есть один очень интересный нюанс, который станет понятен если взглянуть на таблицу генетического кода:

Мы увидим, что код избыточен - то есть разные сочетания нуклеотидов читаются "одинаково". Например, аминокислота (т.е. строительный кирпичик белков) валин это и GUU, и GUC, и GUA, и GUG.

Так вот, мутация, которая не приводит к замене аминокислоты (GUU изменилось на GUA), называется синонимичной и вообще никак не влияет на организм. Многие очень важные белки у разных видов млекопитающих могут быть абсолютно одинаковыми (это значит что любое их изменение привело к печальным последствиям для организма), но при этом иметь в генетическом коде множество синонимичных замен, и это абсолютно нормально и абсолютно нормально себя чувствовать.

Ну и самый важный для нашего повествования расклад - когда мутация приводит к замене аминокислоты. И здесь тоже не всё так однозначно. Посмотрим на ту же самую молекулу гемоглобина:

Отдельные её участки различаются по важности. Те, которые отвечают за присоединение кислорода и взаимодействие с клетками самые важные (именно поэтому они одинаковые у всех животных - другие варианты просто отбраковывались естественным отбором). Далее есть участки, которые отвечают за устойчивость молекулы, её взаимодействие с водой, и прочее прочее. Соответственно, мутация в генах гемоглобина не всегда приведёт к смерти зародыша или какой-либо болезни (хотя чаще всего приведёт). Она может быть слабовредной или нейтральной, и тогда её носитель будет с виду обычным человеком.

Ну вот, вроде мы разобрались с мутациями (кстати очень поверхностно - просто сейчас у меня немного другая цель). Теперь можно подобраться к самой важной части, а именно к мутантам среди нас.

Тут работает довольно простая математика: частота мутаций у человека (и она примерно одинакова для всех млекопитающих) примерно равна 1/100 000 000 на нуклеотид за поколение. Поскольку геном человека длиной в 3 000 000 000 (три миллиарда) и у каждого из нас два генотипа, 1/100 000 000 на букву за поколение означает примерно 60 новых мутаций на новорожденного.

Эти новые мутации, уникальные для данного сперматозоида или яйцеклетки, были приобретены в то время, пока эти клетки находились в гонадах (органах, продуцирующих половые клетки) родителей.

"Вклад" родителей при этом не одинаков, так как мужчины передают вновь возникшие мутации гораздо чаще, чем женщины. Это означает, что в половых клетках мужчин мутации возникают чаще, чем в половых клетках женщин. Сейчас это не кажется удивительным. Мы понимаем, что у девочки от зиготы до зиготы проходит примерно тридцать клеточных делений. В зародышевом пути девочки, когда она еще эмбрион, у нее уже сформированы все яйцеклетки. Мужчины же продуцируют сперму всю жизнь. Поэтому статистически самый важный фактор, который влияет на количество мутаций у потомства - это возраст отца.

Но вернёмся к цифрам. Итак, 60 мутаций сначала кажутся огромной цифрой, но мы уже знаем, что мутации могут во-первых происходить в несмысловой части генома, во-вторых приводить к синонимичным заменам без последствий для организма, и в третьих быть нейтральными (или совсем немного вредными).

Так вот, статистика утверждает, что из этих 60 мутаций около четырех являются значимыми, то есть меняют аминокислоты в белках. И из этих четырех меняющих смысл мутаций примерно три окажутся вредоносными. Или, выражаясь точнее, они окажут влияние на окончательный репродуктивный успех организма.

Казалось бы 3 мутации это не слишком много, однако мы не учли ещё один важный момент. Дело в том, что каждый из нас отягощен не только своим собственным уникальным набором вредных мутаций, но должен справляться с тем, что мы унаследовали от родителей, а они - от своих родителей и так далее.

Каков общий груз мутаций, испытываемый в среднем человеком? Продолжительность периода времени, в течение которого данная мутация будет передаваться от одного поколения к другому, зависит от тяжести ее воздействия на организм. Если предположить, что средняя мутация оказывает лишь незначительный вредоносный эффект на репродуктивный успех и поэтому сохраняется в течение сотен поколений (по настоящему вредная мутация была бы ранее отсеяна естественным отбором), то оценка в три новых мутации на поколение приведет нас к довольно-таки печальному выводу, что любое вновь зачатое человеческое существо в среднем несет в себе триста мутаций, которые в той или иной степени ухудшают его здоровье.

Получается, ни один из нас полностью не свободен от этой мутационной бури - однако и не все мы в равной степени подвержены ее воздействию. Некоторые из нас рождаются с необычно большим числом умеренно вредных мутаций, тогда как у других их довольно мало.

Так кто же в таком случае они такие - мутанты? Ответ после всего написанного довольно очевиден: по определению мы все мутанты, но некоторые из нас в большей степени, чем другие.

PS Пост написан по мотивам книги "Мутанты" Арман Мари Леруа (сслылка на описание)

Таким методом мы узнали, что космическая пыль состоит в основном из 4-х химических элементов, являющихся основой жизни - это водород, углерод, кислород и азот. Причём на самой планете основные элементы это железо, кремний и кислород - такая вот интересная (не)состыковочка.

Вторая "улика" это геологические данные. Они позволили выяснить состав и условия окружающей среды древней Земли: примерную температуру, состав океанов и атмосферы. Благодаря анализу древних пород, мы узнали, что наша планета когда-то была богата фосфором, без которого невозможно образование ДНК и РНК.

На данный момент весь фосфор Земли находится в связанном состоянии в составе минералов, поэтому если жизнь вдруг "попробует" зародиться, это окажется большой проблемой. Однако раньше фосфора было много, и за это надо сказать спасибо кометным дождям, которые нынче (и к большому счастью для нас) не идут.

Ну а третья улика это сама жизнь. Пусть она и прошла чудовищно длинный путь от первых самокопирующихся молкул, некоторые её элементы несут отпечаток той самой протожизни. Это не только генетический код, но и химический состав древнейших белков и РНК.

Собственно, этот самый химический состав и подарил учёным важнейшие данные для анализа - все базовые соединения оказались богаты определённым металлом, а именно цинком :

А на Земле, даже на современной, есть место, где цинк играет определяющую роль в химический реакциях - это подводные термальные источники под названием "белые курильщики".

Минералы, слагающие эти "деревья", пронизаны сетью пор и каналов, и идеально соотвествуют условиям, в которых первым молекулам было бы комфортно взаимодействовать в мельчайших порах, которые выполняли бы роль пробирок.

Однако со временем стало понятно, что водная среда ставит серьёзные ограничения на ход химических реакций, не давая образовываться сложным химическим соединениям. Такой вот парадокс - без воды жизнь не могла появиться, но когда её слишком много, тоже плохо. Получается, надо было искать какие-то особые условия, и учёные без устали ставили и ставили эксперименты, пытаясь найти заветный химический путь.

И данная проблема была актуальна вплоть до последнего десятилетия, пока учёные не достали из закромов ультрафиолетовую лампу.

2. Нуклеотиды и солнце

Напомню, нуклеотиды это не самые молекулы, которые отвечают за хранение информации в ДНК:

Их всего 4 - Цитозин, Гуанин, Аденин, Тимин (в РНК вместо тимина урацил, но не суть важно), и они связываются парами, образуя ту самую спираль ДНК. Так вот, в 2011 году учёные смогли создать ДНК на основе 6-ти нуклеотидов - они просто синтезировали ещё два (естественно стыкующихся друг с другом) нуклеотида и включили их в существующую цепь. В результате испытаний выяснилось, что эти искусственные звенья хорошо встраиваются в ДНК и РНК обычными природными ферментами, и вообще прекрасно себя чувствуют (видимо потому что мясо не едят).

Какой из этого следует вывод? Видимо такой, что в качестве нуклеотидов могут быть любые схожие соединения, умеющие образовывать пары - значит наши 4 нуклеотида были отобраны природой по неким ранее неизвестным признакам. Ииииии после множества тестов этот признак отбора был определён: им оказалась устойчивость к ультрафиолету. Природные нуклеотиды, используемые в ДНК и РНК, намного успешнее своих аналогов противостояли жёсткой солнечной радиации. Они настолько круты, что даже защищали саму цепочку ДНК от разрушения.

Тут вывод настолько очевиден, что чуть ли не банален - это означает, что отбор нуклеотидов производился на солнечном свету, то есть на поверхности планеты. Теперь у нас три основных критерия для колыбели жизни:

- наличие определённых металлов в концентрациях, превышающих фоновые (цинк, кобальт, марганец),

- наличие фосфора, без которого цепочки ДНК и РНК не возникли бы

- солнечный ультрафиолет,

- наличие воды, но в меру.

Такому набору условий чётко отвечает только горячие источники вблизи вулканов, а именно так называемые грязевые котлы, или фесселиты.

Они обогащены именно теми элементами, которые накапливают все современные клетки (это общее, а следовательно древнее свойство): калием, фосфором, азотом и микроэлементами: цинком, марганцем, молибденом и бором (в следующих постах мы увидим, что молибден и бор очень важны для появления РНК).

Натрия в них немного, и соотношение калий/натрий получается близким к внутриклеточной среде (об этом рассказывалось в предыдущих постах). Правда, современные грязевые котлы содержат много серной кислоты, которая получается при реакции сероводорода с кислородом воздуха, и практически необитаемы. Но в древние эпохи, когда кислорода в атмосфере еще не было, грязевые котлы должны были иметь нейтральную среду и быть пригодными для жизни.

А при ближайшем рассмотрении этих котлов оказалось, что они предоставляют почти всё необходимое для зарождения жизни:

• среду, обогащенную калием, фосфором и необходимыми микроэлементами;

• местообитание со встроенным источником тепла, с практически постоянными условиями независимо от капризов погоды;

• пористые минеральные осадки, работающие в качестве катализаторов и предоставляющие огромное количество раздельных микроотсеков для обитания доклеточных форм жизни;

• испаряющиеся лужи, в которых могут накапливаться органические вещества и благодаря высокой концентрации солей и формамида может идти образование цепочек РНК и белков,

Никакие другие местообитания не обладают сразу всеми этими достоинствами. Например, в «курильщиках» нет обогащения калием и фосфором, нет ультрафиолета и нет накопления веществ в испаряющихся лужах. Так что грязевые котлы наземных геотермальных полей на сегодня представляются самым вероятным местом появления жизни.

продолжение следует...

...

PS Напоминаю, что все посты серии основаны на прекрасной книге М. Никитина Происхождение жизни. От туманности до клетки". (да, я пишу это в каждом посте и буду писать дальше, ибо книга огонь)

Ещё учтите, что в посте исходные главы книги сокращены процентов на 80, а также не включены всякие сложные схемы и уравнения химических реакций, типа таких:

Я это к тому, что в первоисточнике аргументация намного шире и подробнее, чем в моём поверхностном конспекте. В общем, советую всем читать книгу, а не ждать моих попыток переложить её на доступный язык с сопутствующей потерей многих нюансов. Книга конечно получилась очень и очень хардкорная, но общие концепции, написанные в ней, может понять любой человек, помнящий школьный курс химии и биологии (и немного физики с астрономией).

Ну и ссылка на предыдущие посты для заинтересовавшихся: 1, 2, 3, 4. И заранее извиняюсь за повторения, хочется чтобы каждый пост был цельным по повествованию, а не выглядел оторванным и незавершённым куском.

У меня нет на руках статистики, однако есть подозрение, что большинство людей мыслит в тот же ключе. Тем не менее, это заблуждение - теория не просто предположение, и она никогда не становится фактом и не превращается в закон.

Собственно, как раз на примере теории эволюции я хочу показать, где тут собака зарыта.

Сначала небольшая историческая справка. Опять же, большинство уверены, что эволюцию открыл Дарвин. Но в действительности о существовании эволюции (т.е. изменении видов со временем) видов учёные догадались задолго до него - учёные видели окаменелости, занимались селекцией, замечали общее в строении разных организмов. Например, Эразм Дрвин (см. картинку), дед Чарльза, предполагал наличие общего предка у всех теплокровных.

Известный всем по школьной программе Ламарк объяснял эволюцию стремлением организмов подстраиваться под условия окружающей среды:

А Чарльз Дарвин (и одновременно с ним Альфред Уоллес, который оказался чуть менее расторопным и потому остался за бортом истории) отличился именно тем, что предположил существование естественного отбора, благодаря которому выживает наиболее приспособленный, что вкупе с изменчивостью приводит к биологической эволюции.

Заметьте, что выживает именно приспособленный, а не сильнейший - можно быть чудовищным зверем, побеждающим всех и вся, но при этом оставить меньше потомства, чем неагрессивный представитель того же вида. А приспособленность, и это тоже для многих окажется сюрпризом, выражается в количестве копий собственных генов, перешедших в следующее поколение.

Так вот, друзья. Эволюция это подтверждённый со всех сторон факт - виды меняются, и сообщают нам об этом своими окаменелостями, морфологическими признаками, генами и прочим. Наиболее наглядный пример - эволюция кита, представленная прекрасно сохранившимися скелетами:

Ну а генетика подсказала, что наиболее близким родственником кита является гиппопотам, у которого к слову тоже проявилась "тяга" к воде.

Таких примеров тысячи - чего стоят недавно найденные древние камбалы с не до конца перелезшим глазом на одной из сторон. Глаз практически на грани, но ещё смотрит в дно:

Однако пост не о доказательствах эволюции, а о теории эволюции. И если мы заглянем в словари, или на любимую всеми википедию, то найдём примерно такое определение:

Научная теория - это высшая форма организации научного знания, дающая целостное представление о закономерностях и существенных связях исследуемой области действительности.

Говоря простым языком, теория - это всё, что мы знаем о каком-либо явлении, совокупность всех знаний, наработок, фактов, гипотез итд. Очень удобно не писать каждый раз "всё, что мы знаем о тектонике плит", а выражаться просто и кратко - теория тектоники плит. То бишь все наши знания, наблюдения и предположения о строении и свойствах этих самых литосферных плит.

Этим научная теория отличается от бытового значения слова "теория," которое сводится к простому предположению типа "у меня есть теория что сосед сверху тырит пепельницы".

Большинство людей другого значения и не знает, ведь, строго говоря, теория есть научный термин и знать его каждый человек не обязан. Поэтому меня одинаково коробит как от выражения "всего лишь теория", так и от наездов типа "ну ты лох, не знаешь что такое научная теория".

(ну ладно, не совсем одинаково, в первом случае всё-таки сильнее)

Если же заглянуть на rationalwiki, то там можно найти такой текст:

Теории — это главная цель науки, и объяснениям не может быть присвоен более высокий "статус" (неверным является убеждение, что "теории" со временем становятся "законами").

Таким образом, верная теория ни во что не превращается, а остаётся теорией.

И ещё важный момент:

Развитие теорий является ключевым признаком научного метода, поскольку они используются для формулировки предсказаний; если предсказания неверны, то теория пересматривается.

Важнейшая функция теорий - давать проверяемые предсказания. И в этом плане к теории эволюции нет претензий - за всю историю науки на её основе выдвинуто множество предположений, которые в последующем подтверждались (люди за такое даже нобелевские премии получали), а это самый главный критерий верности теории.

Поэтому когда кто-нибудь всплывает в комментариях с очередной опровергающей "теорией", надо поинтересоваться, какие проверяемые предсказания она даёт. Если предсказаний нет - это что угодно, но не теория (впрочем бывают случаи, когда теория даёт кучу предсказаний, но проверить их на текущем этапе развитии техники невозможно - см. струнная теория).

...

Ну и в конце некое подобие итогов. Практическая ценность данного поста наверно не слишком велика, типа текст о науке в науке. Да и вряд ли в вашей жизни наступит подходящий момент, когда можно будет сказать что теория это вам не просто теория, а ТЕОРИЯ. Но если для вас написанное стало чем-то неожиданным, попробуйте взглянуть на теорию эволюции с позиции новых знаний, возможно получится что-то для себя переосмыслить.