Green08

Бывает такое, что гениальные вещи приходят на ум сразу двум людям. Как это происходит? Почему им? Ответа нет. Зато в результате такой мозговой деятельности американский и итальянский математики предложили модель взаимодействия «хищник - жертва». Они не стали спорить и ругаться насчет того, кто их них гениальнее, детище их размышлений носит имя обоих: уравнение Лотки – Вольтерра.

Ну есть хищники, ну есть жертвы. Чего тут такого-то? Если, конечно, это не хищники из серии одноименных фильмов. Подумаешь. Вроде бы очевидно, что хищник поедает жертв, на то они и жертвы. Однако, даже такие, несколько спонтанные явления можно объяснить математически.

Рассмотрим самый простой вариант. В роли хищника будут волки, в роли жертвы – зайцы. Зайцам хватает растений. Все животные живут на ограниченной территории, но трава успевает отрастать, так что ушастые не бедствуют. А теперь уберите от экрана женщин, детей и слабонервных. Начинаем мы с того, что количество зайцев относится к количеству волков 3:1. Система живет, зайцы прыгают, а волка ноги кормят. Обе популяции растут и радуются их гипотетической жизни. Затем численность хищников достигает некоторой цифры, они, как и любые организмы, питаются, численность зайцев идет на убыль. Дело все в том, что потребление становится так велико, что популяция просто не успевает восстановиться. Кстати говоря, не вся энергия переходит хищникам от зайца, а только 10%, поэтому один волк ест несколько зайцев. Так как еды становится мало, то вполне логично, что и хищники начинают гибнуть. Продолжается это до тех пор, пока количество жертв не сможет выйти на тот уровень, что популяция росла. До сего момента хищники убывают. Зато потом в рост идут и волки, и зайцы. И вот популяции снова растут, солнце светит, жизнь прекрасна. А потом волков становится много, они едят зайцев, зайцев становится мало, волки тоже мрут. Где-то Вы это уже видели? Я скажу Вам где: несколько строчек назад. Не то чтобы это день сурка, просто развивается все циклично.

А как это вообще связано с компьютером? Программа, в которую вбивают данные для уравнения Лотки – Вольтерра может построить графики, которые, собственно, и донесут мое повествование. Увидеть можно график функции, фазовый портрет, который представляет из себя концентрические замкнутые кривые вокруг стационарной точки, и фазовую траекторию – тот же фазовый портрет, только 3D ( см. графики 1)

Кроме такой идеализированной системы, могут быть внесены правки. Например, можно добавить элемент конкуренции внутри одного вида. Случалось ли Вам забрать последнюю печеньку из пачки? А волки могут друг друга и загрызть. А зайцы могут употребить свое же потомство. Такова жизнь. Зато картина выходит интереснее. На графике функции колебания не одинаковы, их амплитуда убывает до некоторого количества так, как убывает число хищников и жертв, потому что внутривидовая конкуренция дополнительно снижает численность каждого вида до тех пор, пока количество и тех, и других не придет к какому-то числу, при котором животные могут разбрестись по территории так, что внутривидовая конкуренция не будет так сильно их уничтожать. На фазовом портрете это будет выглядеть не как замкнутая кривая, а как то, что мы видим, сливая воду, все будет стремиться к этой стационарной точке, точке равновесия и покоя. (см графики 2)

Если бы стартом нашей гипотетической системы была как раз-таки стационарная точка, то все было бы наоборот: популяции бы росли. На графике функции амплитуды бы увеличивались с течением времени, а на фазовом портрете прямая бы не закручивалась в центр, а раскручивалась из него, иллюстрируя рост популяций. (см. графики 3)

Существуют и другие модели, которые не так восприимчивы к переменам. Такой является модель Холлинга – Тэннера. Если бы мы взяли другое отношения жертв к хищникам, например, их было бы поровну, то система бы стремилась вернуться в устойчивое состояние. С течением времени, зайцев по отношению к волкам стало бы 3:1. Будь у нас ровно два зайца и два волка, то одному хищнику бы явно не хватило жертв. Зато зайцы быстро размножаются. Несмотря на то, что их поедают, популяция все равно бы успевала вырасти. А потом система бы пришла к тому, что описывалась ранее. На графике мы бы увидели увеличение амплитуды, а затем ровные, одинаковые периоды. А на фазовом портрете у таких моделей есть предельные циклы. Прямая бы раскручивалась от точки 2;2 до этого предельного цикла. А прямая из стационарной точки 3:1 скручивалась бы к циклу. (см. графики 4)

Если принять, что в уравнении параметры не константы, а коэффициенты, зависящие от числа жертв, то картина будет иной. Возьмем два параметра, которые обратно зависят друг от друга. Пусть это будет насыщаемость хищника и скорость его размножения. Если насыщаемость высокая, то зайцев нужно меньше. Так как между параметрами обратная зависимость, то потомства у волков производится медленно. Обе популяции тогда будут постепенно уменьшаться до стабилизации на каком-то ненулевом уровне. На графике амплитуда будет уменьшаться, в конце будет практически ровной прямой. Фазовый портрет проиллюстрирует то же самое: прямая будет скручиваться к некоторой ненулевой стабильной для системы точке. (см. графики 5)

Вот так вот, глядя на графики можно «читать» целую историю популяций. Это весьма захватывающе. Интересно то, что модели можно использовать не только по отношению к животным, но и к экономике, политике, бизнесу. Можно даже устроить гадание на графиках по уравнению Лотки – Вольтерра. Ну чем не альтернатива кофейной гуще? Даже достовернее.

Иммунная система – одна из участниц в поддержании гомеостаза в организме человека. Кроме нее в этом нелегком деле задействованы нервная и эндокринная система. Какая же роль иммунной системе в этом безумном мире и, иногда, безумной человеческой махине?

Иммунная система отвечает за обезвреживание патогенных организмов и прочей нечести в виде мертвых клеток, чужеродных биологических веществ и клеток.

Органы, которые участвуют в образовании клеток, спасающих наш организм, и в самом ответе на угрозу, можно разделить на две группы: центральное и периферическое звено.

В центральном звене с комфортом располагаются тимус и красный костный мозг. Красный костный мозг производит все клетки иммунной и кровеносной системы, что называется гемопоэзом и лимфопоэзом. В вилочковой железе, она же тимус, происходит созревание некоторых из клеток иммунной системы. Периферическое звено составляют органы, в которых может произойти первый контакт с антигеном и запуск каскада реакций, которые приведут к победе или поражению организма. К таким относятся селезенка, лимфоидная ткань кишечника, миндалины, лимфоузлы и селезенка. Вместе эти части системы образуют лимфомиелоидный комплекс.

Разнообразие клеток, производимых красным костным мозгом поражает. Начало всему дает плюрипотентные стволовые клетки. Из нее развиваются либо миелоидные, либо лимфоидные стволовые клетки. Несмотря на то, что разновидностей клеток на выходе получается много, их можно объединить. Из миелоидных клеток могут образоваться эритроциты, тромбоциты и фагоциты. Первые занимаются транспортом газов в крови, вторые ответственны за то чтобы залатать при необходимости рану, а третьи могут буквально съесть неугодную клетку. Лимфоидная клетка производит предшественников Т- и В – лимфоцитов, а также NK-киллеров. Созревание лимфоцитов произойдет в тимусе.

Клетки, объединяемые в группу фагоцитов, выполняют эффекторные функции, они вызывают тот или иной ответ на патоген или другую угрозу. В конце концов, жизнь этих клеток сводится либо к героической гибели, либо к сытному обеду, то есть, к фагоцитозу.

NK-киллеры, как можно догадаться из названия, - очень крутые, они убивают вирусы и опухолевые клетки. Т- и В – лимфоциты отвечают за клеточный и гуморальный иммунитет. Начнем с того, что Т-лимфоциты образуют три группировки: Т-хелперы, помогающие В-лимфоцитам стать плазматическими клетками, которые смогу совершить гуморальный ответ; Т-супрессоры, которые прессуют, опять же В-лимфоциты, блокируя их реакции, и Т-киллеры, ответственные за клеточный иммунитет.

Разберемся с видами иммунитета. Во-первых, иммунитет бывает искусственным и естественным. Искусственный – это когда в организм вводят что-то, и теперь он может бороться с патогеном. Естественный – когда организм работает для того, чтобы защитить себя. Кроме того, иммунитет может быть активным и пассивным. Это относится к обоим типам иммунитета, перечисленным выше. Активный – встреча с антигеном, выработка антител для борьбы. Пассивный – все у организма уже есть, ему не нужно вырабатывать антитела.

Откуда взять антитела и что произойдет?

1) Встреча с антигеном. Тогда лимфоциты В- и Т- поделятся на группы по функциям. Будут В- и Т-клетки памяти, плазматические клетки, взявшие начало от В-клеток, и эффекторные клетки. Плазматические клетки приведут к гуморальному ответу, то есть – выделению антител. Т-клетки уничтожат патоген, произойдет троллинг (нет)  клеточный ответ.

2) Получить ослабленные или убитые возбудители инфекции из чудо-прививки. Хоть там организмы и полумертвые, это не помешает провернуть иммунной системе все то же, что и в первом случае.

3) Добыть готовые антитела из сыворотки. Результат – опять же гуморальный ответ.

4) Поблагодарить свой вид за какой-то стартовый набор для жизни. От рождения мы имеем эффекторные и плазматические клетки, а также фагоцитирующие клетки. Этого достаточно и для клеточного, и для гуморального ответа.

5) Получить антитела через плаценту или молоко матери (не путать со смесью для вскармливания). Да здравствует гуморальный иммунитет!

Интересно то, что наш иммунитет запомнит, кого он уже обезвредил когда-то и при повторном попадании этого патогена уже будет знать, что делать.

Врожденный иммунитет, он же видовой, кроме starter pack в виде фагоцитов, плазматических и эффекторных клеток, имеет факторы, которые играют далеко не последнюю роль в ответе. Есть вещества, способные перфорировать мембрану бактерий и даже ее расщепить. К таким относятся лизоцим и система комплемента, то есть система ферментов – разрушителей. Против вирусов и опухолей работают интерфероны, а С-реактивный белок не только разрушает комплексы антитело-антиген, но и помечает патогенные микроорганизмы, нейтрализует токсины бактериальной природы и не дает нашему организму навредить себе, т.к он блокирует аутоиммунные реакции.

Будьте как С-реактивный белок: не вредите себе.
PS: картинки взяты из интернета

Существуют такие организмы, автотрофы, которые могут получать энергию с помощью солнечного света. Вы, наверное, уже догадались, что к таким счастливчикам относятся растения. Кроме того, в группу включены и цианобактерии, но это уже совсем другая история.

Для восприятия сигналов у организмов есть рецепторы, в случае растений, это фоторецепторы. Рецепция – вообще штука сложная и многосоставная, мы поговорим о таком элементе фоторецепции как фитохромы.

Как это часто бывает, суть термина кроется в его корнях: фито – растения, хром – цвет/краска. Выходит, что это тип пигмента у растений, позволяющий им улавливать энергию солнца. Для жизни ресурсы нужны всем, от микроорганизмов до гигантских голубых китов, из чего мы делаем вывод, что чем лучше будет работать система «отлова» солнечных лучей, тем больше интенсивнее будут идти процессы в организме. В первую очередь это касается обмена веществ и физиологии: прорастание семени, его рост, цветение.

Свет не является абсолютной постоянной, он бывает разной интенсивности, разной длины волны. Для фитохромов ключевую роль играет красный свет.

При поглощении красного света длиной волны ~ 660 нм неактивный фитохром переходит в активную форму, а при поглощении дальнего красного света, длина волны которого составляет ~ 730 нм, происходит обратный переход. Сам процесс представляет собой поворот части молекулы фитохрома. Для наглядности возьмите в руки собранный кубик Рубика и поверните один ряд – это фитохром перешел в активное состояние. Верните все в первозданный вид, сделав обратное движение, - фитохром снова неактивен.

Выходит, что при большом количестве красного света, много активного фоторецептора, а при большом количестве дальнего красного света – неактивного

Уже становится понятно, что фитохромы – далеко не последние по своей важности структуры. Познакомимся с их валянием на жизнь растений поближе. Может, даже позавидуем.

В результате, по истине, магического превращения фитохромов, происходит образование антиоксидантов и антиоксидантных ферментов. Как сейчас популярны эти соединения! Маски для лица с антиоксидантами, напитки с антиоксидантами, косметика с антиоксидантами. Чего только нет, чтобы спасти наш организм от окисления, которое медленно, но верно ведет к изнашиванию. Растениям, как видите, не приходится делать процедуры для получения этих веществ. Такой номер, кстати говоря, позволяет представителям флоры притормозить окислительные реакции и даже замедлить старение, т.к ферменты и белки начинают распадаться в меньшей степени.

Также, предполагается, что выработка во время перестройки активируется образование других пигментов, которые способный поглощать ультрафиолетовый свет. В результате, получается практически защитный экран.

У растений, которые содержать больше активного фитохрома, чем неактивного, количество устьиц на поверхности листа больше. Устьица – некоторый аналог пор кожи человека. Они тоже могут расширяться, сужаться, секретировать, то есть выводить на поверхность, например, излишки воды или эфирные масла. Так как устьиц в таких листьях больше, то и фотосинтез там идет интенсивнее, ведь поступает больше углекислого газа, а вода используется эффективнее. В процессах фотосинтеза принимают участие мембранные органоиды, называемые хлоропластами. Они имеются только у автотрофных организмов. Большое количество активных фитохромов приводит к увеличению хлоропластов в клетках растений.

Выходит, что фитохромы – крайне полезные штуки, которые мы, к сожалению, не можем посмотреть и пощупать. Остается только удивляться тому, как же все-таки интересно устроены организмы.

Ссылка на статью: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S000527281...

Когда-то ученые положили много труда на то, чтобы расшифровать геном человека, чтобы открыть все тайны человеческого организма. Ожидания не совсем оправдались, геном оказался меньше, чем пророчили, да и кроме того что остались старые вопросы, появились новые. Так научное сообщество постепенно пришло к тому, что необходимо изучать микробиом.

«Да кто такой этот ваш «микробиом»?!», - спросите вы. Вполне последовательный вопрос, ответ на который кроется в самом слове: «микро» - маленький, не уловимый глазом + «биом» - живое сообщество.

Так как ничто не происходит бесследно, то очевидно, что микробиом вносит свою лепту в нашу жизнь. Для того, чтобы разобраться в том, что же могут делать какие-то там микроорганизмы внутри сложного человеческого организма, ученым пришлось постараться. Рассмотрим здесь что такое внеклеточные везикулы (EV).

Что такое внеклеточная везикула и из чего на состоит

Везикула – маленький пузырек внутри клетки, имеющий оболочку, которая, собственно, отделяет содержимое везикулы от того, что находится в клетке. Внеклеточная она от того, что со временем покидает пространство родной клетки и отправляется на работу, речь о которой пойдет далее.

EV включают много компонентов, но есть основные:

Липиды (жиры и жироподобные вещества) помогают везикуле определиться по какому пути ей двигаться и с чем взаимодействовать, а также компоненты этого класса участвуют в иммунной системе EV и доставке веществ, в том числе противоопухолевых ферментов, что открывает перспективы использования EV в качестве курьеров для медикаментов, например, вакцин.

Белки отвечают за то, чтобы с самой структурой мембраны было все в порядке, за образование пор в мембране, сборку жгутика, который нужен бактерии для перемещения. Кроме того, эти белки тоже помогают EV найти свой путь следования и влияют на иммунитет EV.

Нуклеиновые кислоты прежде всего несут генетическую информацию В случае EV это РНК. Бактерии способны обмениваться генетическим материалом, что дает им преимущества, т.к в результате такого бартера можно приобрести полезные гены, например, стать невосприимчивыми к каким-то антибиотикам.

Фосфолипиды, как кладовка, хранят питательные вещества.

Метаболиты – продукты жизнедеятельности EV и не только. Они способны оказывать какие-то эффекты, но до сих пор конкретики на этот счет не существует.

Где искать внеклеточные везикулы

EV можно обнаружить у прокариот и у эукариот, а также в результате такого процесса как апоптоз. Прокариоты не имеют оформленного ядра, у них генетическая информация хранится в виде кольцевой ДНК. Представителями прокариот являются бактерии, которые, в свою очередь, делятся на 2 группы: грамположительные (Грам (+)) и грамотрицательные (Грам (-)). Такие названия даны по одному микробиологическому методу (окрашиванию по Граму). Грам (+) окрашиваются в синий цвет, а Грам (-) – красный или розовый. Имеются и отличии в строении: у Грам (+) бактерий нет клеточной мембраны, а у Грам (-) – есть. Зато у грамположительных бактерий более толстый слой вещества муреина, являющегося основным компонентом клеточной стенки бактерии.

EV у Грамотрицательных бактерий

Когда у Грам (-) бактерий образуется везикула, то вначале мембрана выпячивается наружу, попутно захватывая некоторые составляющие мембраны. Связь между EV и муреином в клеточной стенке становится все меньше и меньше, а оптом сходит на нет, везикула вырывается из одноклеточного организма. Интересно то, что до сих пор неизвестно, что управляет этим процессом и откуда именно берется энергия.

Вначале думали, что Грам (+) бактерии EV иметь не могут, однако выяснилось, что это не так! Детали образования внеклеточных везикул у них еще не известны, но установлено, что везикула выходит из бактерии от повышения давления внутри клетки. Получается, что EV буквально выпирает, прямо как пробку из бутылки. Кроме того, везикулы помогают выработать вещества для размягчения стенки из муреина, чтобы облегчить себе путь на волю.

Про апоптоз

Апоптоз – запрограммированная смерть клетки. Она случается, когда клетка исчерпала свои ресурсы или сильно поражена. В результате данного процесса клетка «уходит» с минимальным уроном для соседних клеток. Кроме таких факторов как нарушения и стресс, вызвать гибель могут и порывы альтруизма. Казалось бы, где альтруизм, и где бактерии, но мы их недооцениваем! Если в колонии слишком много организмов, то какие-то клетки могут принести себя в жертву, дав другим тем самым пространство и ресурсы для жизни. В таком случае EV называются апоптотическими тельцами.