ScienceFirstHand

ScienceFirstHand

на Пикабу
поставил 20 плюсов и 0 минусов
отредактировал 0 постов
проголосовал за 0 редактирований
сообщества:
45К рейтинг 157 подписчиков 6 комментариев 241 пост 219 в горячем
210

Пожарный парадокс: если северные леса не будут гореть, они не будут расти

Пожарный парадокс: если северные леса не будут гореть, они не будут расти Тайга, Сибирь, Лесные пожары, Лиственница, Сосна, Длиннопост

Дымный «туман» с едким запахом гари – таким осталось лето 2019 г. в памяти жителей не только Сибири, но даже Урала и Казахстана. Площадь охваченной огнем северной тайги уже к середине августа превысила 5 млн га! Но у этого грозного природного явления есть и обратная сторона: именно периодические пожары обеспечивают само существование обширных северных лесов в зоне вечной мерзлоты, способствуя их воспроизводству и омоложению


Леса в Сибири горели всегда. Но с начала нынешнего века частота и площадь пожаров возрастают. Все чаще случаются катастрофические пожары, когда огонь за сезон проходит территории площадью до 10–12 млн га. Причина – глобальное потепление и аридизация (опустынивание) климата. Кстати сказать, в 2019 г. Анкоридж, крупнейший город Аляски, был накрыт плотным облаком дымного смога весь июль, а в далекой от Сибири Австралии сгорели 12 млн га знаменитых «бушлендов» (кустарниковых полян).


Чтобы лес загорелся, нужны три условия: наличие горючих материалов, их «зрелость» (готовность к возгоранию, зависящая от погоды) и источник огня. В лесах средних широт основная причина возгорания – «человеческий фактор». Но в высоких широтах основной источник возгораний (до 90 % случаев) связан с разрядами молний, особенно во время «сухих гроз» с минимальным количеством осадков, возникающих при высокой температуре и низкой относительной влажности воздуха. При этом потепление климата влечет за собой возрастание частоты молний на 10–12 % на каждый градус.


При беглом взгляде на карту территорий, пройденных огнем, может показаться, что только за последнее десятилетие северная тайга выгорела наполовину. Но не все так просто: следует различать «пройденные огнем» и погибшие древостои, поскольку последствия пожара зависят не только от его вида и интенсивности, но и от типа самой растительности.

Пожарный парадокс: если северные леса не будут гореть, они не будут расти Тайга, Сибирь, Лесные пожары, Лиственница, Сосна, Длиннопост

На карте красным цветом отмечены площади лесов, пройденные огнем в азиатской части России в 2012–2019 гг. При этом надо учитывать, что при слабоинтенсивных низовых пожарах, особенно в сосняках и лиственничниках, значительной гибели древостоев обычно не происходит. Карта составлена на основе данных спутникового мониторинга (Институт леса им. В. Н. Сукачева СО РАН, Красноярск)

Доминантами северной тайги в зоне вечной мерзлоты являются, в первую очередь, разные виды лиственниц. Со временем в лиственничниках нарастает слой лишайниково-мохового покрова – прекрасного теплоизолятора, который снижает глубину сезонного оттаивания мерзлотной почвы. Соответственно, постепенно сужается слой, где могут располагаться корни деревьев.


По мере подъема мерзлоты приток питательных веществ падает, как и величина годичного прироста деревьев. Резко уменьшается и количество «молодняка»: легкие семена лиственницы зависают на слое мха и не могут, прорастая, «дотянуться» до почвы. Так лиственничники «впадают в дрему», из которой их могут вывести не что иное, как пожары! Более половины всех пожаров в Сибири возникает в лесах, где доминирует лиственница, а высохшие мхи и лишайники служат прекрасным проводником горения.


Регулярные пожары способствуют обновлению и омоложению лиственничников. Почва на гари обогащается азотом, фосфором и другими биогенными элементами, ее дренаж и аэрация становятся лучше, а глубина сезонного оттаивания – больше. На гари лучше световой режим, что важно для этого светолюбивого вида. В таких условиях семена дают обильную, быстро растущую поросль, а выжившие после пожара деревья резко увеличивают свой прирост.


К «огнелюбам» относится и сосна обыкновенная. Как и лиственница, сосна очень светолюбива и плохо возобновляется под лесным пологом. При отсутствии пожаров она вытесняется на более бедные почвы и заболоченные территории другими хвойными породами.


Наибольший ущерб пожары причиняют темнохвойным лесам из кедра, пихты и ели. В отличие от сосны и лиственницы, их стволы не защищены коркой от низовых пожаров, а густая, насыщенная эфирными маслами крона, способствует переходу низовых пожаров в опустошительные верховые. Но даже в этих лесах полное подавление пожаров приводит к формированию старых, ослабленных «перестойных» древостоев, которые становятся кормовой базой для короедов и других вредителей. К примеру, в свое время леса западного побережья Северной Америки, сбереженные от огня, погубили жуки-короеды.

Пожарный парадокс: если северные леса не будут гореть, они не будут расти Тайга, Сибирь, Лесные пожары, Лиственница, Сосна, Длиннопост

Возобновление лиственницы на гари в бассейне р. Нижней Тунгуски: более полумиллиона деревцев на гектар! При этом деревья, выжившие после пожара, увеличивают индекс годового прироста

Сегодня территория северной тайги, в первую очередь лиственничников, представляет собой «мозаику» из лесов, находящихся на разных стадиях восстановления после пожаров. И возникает вопрос: есть ли смысл повсеместно бороться с огнем в лесах, само существование которых определяется периодическими пожарами? Оправданны ли экономически затраты на их тушение, особенно на далеких труднодоступных территориях – там, где пожары не угрожают жизни людей, их домам и промышленным объектам? Ведь в конечном итоге сработает природный «противопожарный» механизм – циклоны, несущие дожди.


С другой стороны, потепление в Сибири, как и во всей бореальной зоне, идет вдвое быстрее, чем в целом по планете. А это влечет за собой удлинение пожароопасного периода и возрастание частоты, интенсивности и площади пожаров и усиление задымленности атмосферы. Поэтому в ближайшие десятилетия пожарная ситуация в бореальных лесах неизбежно будет обостряться.


В таких условиях необходима новая стратегия борьбы с пожарами. Известно, что полное подавление пожаров в лесах ведет к накоплению в них горючих материалов, провоцируя возникновение катастрофических пожаров, – эффект, названный «пожарным парадоксом». В борьбе с пожарами могут помочь… сами пожары, поскольку они не только снижают вероятность возникновения суперпожаров, но и способствуют восстановлению лесных экосистем – так называемый «двойной пожарный парадокс». Более того: никакие иные способы («управляемые пожары», удаление горючих материалов) не могут по отдельности поддержать существование обширных северных лесов.


По мнению канадских ученых, вместо полного подавления пожаров следует вести их мониторинг, прибегая к тушению пожаров лишь в случае угрозы населению и особо охраняемым территориям. Подобная стратегия уже реализована на юге Канады. Аналогичные идеи были предложены и отчасти применены на практике и отечественными специалистами. В наших условиях особое внимание в следует уделить повышению технической оснащенности «огнеборцев». Так, в 2019 г. из-за уменьшения числа баз специального авиапатрулирования пришлось самолетами ИЛ 76 возить водопроводную (!) воду за 500–600 км от аэропорта базирования! Поэтому одной из первостепенных задач сегодня является восстановление и расширение сети авиалесоохраны и модернизация аэродромов.


…Лес горел, горит и будет гореть. А в будущем, по прогнозам, гореть будет чаще и на все возрастающих площадях. Это та реальность, с которой предстоит жить нам и нашим детям.


Подробнее в статье д.б.н. В.И. Харука и к.т.н. Е.И. Пономарева «Пожары и гари сибирской тайги»

Показать полностью 2
111

Хотите позаботиться о сердце, сидите на корточках

Хотите позаботиться о сердце, сидите на корточках Кардиология, Профилактика, Нагрузка, Длиннопост

Старейшины из Панджшерской долины (Афганистан). Фото Иана Кокрейна, Великобритания

Седобородые аксакалы, часами чинно сидящие на корточках; африканские мальчишки, увлеченно болтающие, сидя на коленях… Вы думаете, все они просто отдыхают? Ничего подобного: мышцы их ног интенсивно работают, активно сжигая энергетические запасы. Судя по недавнему исследованию американских ученых, такой «отдых» достался нам от далеких предков, которым удалось с пользой для здоровья совместить полярные эволюционные тенденции: усиление физической активности и минимизацию энергетических затрат


Человек начал приобретать «стайерские» качества около 2 млн лет назад, когда африканские тропические леса стали превращаться в саванны. Ведь охотникам и собирателям нужно было очень много бегать и ходить, чтобы добыть пропитание. Но современному человеку нечасто доводится бегать марафоны: мы привыкли много сидеть, причем с комфортом – на стульях, креслах и диванах. И даже если при этом наш мозг интенсивно работает, сама поза не требует от нас каких-то заметных мышечных усилий.


Подобный мышечный «простой» пагубно влияет на обмен жиров и углеводов, систему кровообращения, включая эндотелий – внутреннюю выстилку кровеносных сосудов, отражается и на регуляции воспалительных процессов. В результате увеличивается риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, одной из основных причин смертности в мире.


Есть ли альтернатива такому, часто вынужденному, мышечному «отдыху»? Согласно одной из гипотез, подкрепленной археологическими свидетельствами, древние люди отдыхали в позах, поддержание которых требовало довольно высокой мышечной активности. Недавно группа ученых под руководством специалистов из Университета Южной Калифорнии (США) решили проверить это предположение на представителях африканского коренного народа хадза, живущих на севере Танзании. Ведь хотя хадза и не являются идеальной моделью наших предков эпохи палеолита, по своему образу жизни они намного ближе к древним охотникам и собирателям, чем к современным обитателям мегаполиса.


В исследовании приняло участие 28 мужчин и женщин, которые в течение 8 дней носили прикрепленные к бедру акселерометры, измеряющие периоды физической активности и отдыха. Для оценки активности мышц ног использовался портативный электромиограф.


Оказалось, что уровень физической активности хадза в три c лишним раза выше рекомендованного американскими медиками! Хотя отдыхают они много – около 9–10 часов ежедневно, как и жители развитых стран. При этом у хадза не обнаруживаются биомаркеры, связанные с высоким риском развития сердечно-сосудистых заболеваний, которые в «цивилизованном мире» обычно ассоциированы с малоподвижным образом жизни.


Так в чем же причина этого феномена – просто в высокой подвижности? Или в том, что любимая поза отдыха у хадза – на корточках или коленях? Ведь в таких позах некоторые мышцы работают довольно интенсивно, потребляя до 20–40% энергии, затрачиваемой при ходьбе.

Хотите позаботиться о сердце, сидите на корточках Кардиология, Профилактика, Нагрузка, Длиннопост

Этим юношам из народа хадза не грозят болезни сердечно-сосудистой системы

Польза легкой физической нагрузки была подтверждена результатами исследований разных групп людей (с нормальным или избыточным весом, а также с диабетом 2-го типа), у которых тестировали разные виды физической активности. Оказалось, что легкая физическая активность сильнее улучшала биомаркеры риска сердечно-сосудистых заболеваний, чем более серьезная мышечная нагрузка.


Пока ученые не дают нам рекомендаций сидеть на корточках перед компьютером. Хотя дизайнерам интерьера стоило бы задуматься над созданием соответствующих предметов меблировки. В любом случае в наших интересах – проводить больше времени в позах, требующих небольших мышечных усилий.


Фото: https://www.flickr.com и https://www.flickr.com

Показать полностью 1
173

Нос собаки работает как инфракрасный детектор

Нос собаки работает как инфракрасный детектор Собака, Обоняние, Инфракрасное излучение

Собачий нос намного более чувствителен к запахам, чем нос человека. А недавно был установлен удивительный факт, который объясняет, почему псы с нарушениями зрения, слуха или обоняния могут успешно охотиться. Оказалось, что нос собаки улавливает не только запахи, но и тепло, идущее от тела!


До недавнего времени были известны лишь несколько организмов, способных ощущать слабое тепловое излучение, идущее от других живых организмов. К ним относятся жук златка пожарная, некоторые виды змей и обыкновенный вампир из отряда рукокрылых, питающийся кровью. Похоже, теперь этот список пополнился вторым млекопитающим – собакой.


Где же расположен собачий «тепловизор»? Энергии фотонов теплового излучения недостаточно, чтобы воздействовать на фотопигмент в сетчатке глаза. К тому же известно, что у летучих мышей-вампиров чувствительная к теплу область находится около носа. У большинства млекопитающих вокруг ноздрей есть участок холодной и влажной гладкой кожи – ринарий. Именно этот кончик носа, насыщенный нервными окончаниями, обеспечивает собакам столь тонкое обоняние. Ученые предположили, что в области «холодного» ринария собак расположен и детектор тепла, ведь у летучих мышей чувствительная область также холоднее, чем другие участки морды животного.


Чтобы проверить это предположение, исследователи из Швеции и Венгрии научили трех собак различать два предмета с разной температурой: один теплый, как тело млекопитающих, а другой с температурой окружающей среды. При обучении пищевое вознаграждение помещали возле теплого предмета. В итоге собаки уверенно отличали друг от друга одинаковые предметы, различающиеся только по температуре, на расстоянии до 1.5 м.


Затем у 13 собак была исследована активность мозга при предъявлении им предметов с разной температурой с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Ученые обнаружили чувствительный к теплому раздражителю кластер в области левой соматосенсорной коры головного мозга собак – предположительно, именно эта область собирает информацию, исходящую от носа животного.


В целом же левая соматосенсорная кора играет важную роль в регистрации различной сенсорной информации и планировании целенаправленных ответных действий. Например, именно там у большинства позвоночных формируются пищевые реакции. И тепловой сигнал может быть частью комплексного стимула, вызывающего подобные «нейронные» ответы.


Способность воспринимать инфракрасное излучение может быть очень ценной для животного, которое охотится на теплокровных, и собаки, возможно, унаследовали ее от своего дикого предка – серого волка. Теперь ученым предстоит выяснить пределы и точные механизмы этой уникальной способности.


Фото: https://flickr.com

Показать полностью
87

Молекулярное зеркало здоровья

Молекулярное зеркало здоровья Биология, Катаракта, Микробиом, Рак, Длиннопост

Новосибирским ученым удалось выяснить механизм возникновения возрастной катаракты, обнаружить потенциальные кишечные пребиотики, определить биомаркеры трудноизлечимых опухолей мозга и добиться успеха в решении задачи, важной для криминологии, – определения точного времени наступления смерти. Для этой цели они использовали новый подход, позволяющий одновременно проводить количественную оценку множества метаболических маркеров в биологических образцах


Химический состав нашего организма чрезвычайно сложен. Помимо нуклеиновых кислот и белков в клетках и тканях содержится много небольших органических молекул (аминокислот, органических кислот, сахаров и др.), которые образуются в результате различных биохимических реакций либо поступают извне. Эти относительно простые метаболиты служат «зеркалом», отражающим динамические обменные процессы, происходящие в нашем теле.


Так, измерив и сравнив содержание различных метаболитов в плазме крови, внутриглазной жидкости и хрусталике глаза, ученым из новосибирского Института «Международный томографический центр» СО РАН удалось понять механизмы развития возрастной катаракты – заболевания, которым страдает более половины всех людей старше 65 лет. Сегодня его лечат хирургическим путем – трансплантацией искусственного хрусталика.


Как известно, хрусталик преимущественно состоит из длинных прозрачных клеток-волокон, заполненных особыми белками-кристаллинами. Эти волокна остаются неизменными в течение всей жизни человека, при этом самые «старые» клетки – с которыми мы родились, располагаются в центральной части хрусталика. Под действием факторов стресса (свободных радикалов, ультрафиолетового солнечного излучения и др.) их белки могут слипаться и выпадать в осадок, вызывая помутнение центра хрусталика, – так развивается катаракта.


Защитой служат особые соединения (антиоксиданты, УФ-фильтры и др.), содержание которых в хрусталике с возрастом снижается. Раньше считалось, что эти вещества «накачиваются» в хрусталик из крови через внутриглазную жидкость. Но оказалось, что большинство из них, за исключение витамина С, синтезируется в тонком слое метаболически активных эпителиальных клеток самого хрусталика. И для профилактики и лечения катаракты нужно научиться каким-то образом восстанавливать работу этих клеток.


Работа по определению причин возникновения катаракты выполнена в рамках метаболомики – самой молодой из так называемых постгеномных наук, возникших на волне бурного развития молекулярной биологии в конце прошлого века. Как известно, все клетки нашего тела, исключая половые, имеют одинаковый геном, т.е. одну наследственную программу. При этом органы и ткани очень различаются не только по морфологии и функциям, но и по химическому составу.


В организме человека содержится около 2,5 тыс. метаболитов разных типов, содержание которых может варьировать в зависимости от состояния органа, степени развития патологического процесса и т.п. Как показывают исследования новосибирских ученых, количественная оценка динамики этого метаболома дает уникальную информацию, которую можно использовать для самых разных практических целей.


К примеру, им удалось установить, что простые сахара являются потенциальными пребиотиками, способствующими восстановлению микрофлоры при воспалительных заболеваниях кишечника, а также выявить биомаркеры агрессивных раковых опухолей мозга (глиом). Глиомы способны быстро меняться, адаптируясь к окружающей их микросреде, и эти изменения, как выяснилось, непосредственно отражаются в метаболоме сыворотки крови. Это открывает новые возможности для массового скрининга и ранней диагностики многих онкологических и воспалительных заболеваний.


С помощью методов количественной метаболомики удалось добиться успеха и в решении задачи, важной для криминологии. Сегодня для установления точного времени наступления смерти криминалисты используют ряд способов, многие из которых трудоемки, и все – недостаточно точны и универсальны. Оказалось, что наиболее перспективными образцами являются так называемые глазные жидкости (стекловидное тело и внутриглазная жидкость), которые демонстрируют почти линейные посмертные изменения концентраций ряда метаболитов.


Метаболомика как наука делает пока только самые первые шаги. Но уже понятно, что ее методы могут быть использованы для исследования широкого круга биологических объектов и решения самых разных задач, и не только в биологии и медицине.


Подробнее об этом читайте в статье «Метаболом – молекулярное зеркало жизни» в журнале «НАУКА из первых рук», 2019, №5/6 (85)

Показать полностью
53

Новый препарат из обычного крахмала не подавляет размножение вируса, а убивает его наповал

Новый препарат из обычного крахмала не подавляет размножение вируса, а убивает его наповал Вирус, Медицина, Лекарства

Вирусы и клетки, их потенциальные «жертвы». ©CC BY-SA 4.0

Новый противовирусный препарат, способный уничтожать вирусные частицы и при этом безопасный для человека, разработан на основе модифицированных производных глюкозы. Доклинические испытания доказали высокую эффективность препарата против многих вирусных инфекций


Вирусы поражают не только людей: на нашей планете, пожалуй, не найдется организмов, включая бактерии, которые могут устоять перед этими чрезвычайно малыми и просто устроенными созданиями, о природе которых ученые до сих пор спорят. Что касается человека, то большой список опасных вирусных инфекций, включающий вирусные гепатиты и ВИЧ, недавно пополнился новым вариантом коронавируса, стремительно распространяющегося в Китае.


Как бороться с этими нано-интервентами? К сожалению, большинство существующих противовирусных препаратов не слишком эффективны. Их действие, как правило, направлено на подавление размножения возбудителя инфекции в клетке хозяина, но вирусы способны быстро мутировать, приобретая лекарственную устойчивость. Идеальными были бы препараты, убивающие вирусные частицы, но все известные на сегодняшний день молекулы-«убийцы» настолько токсичны для клеток самого человека, что их нельзя использовать в клинической практике.


Недавно группа ученых из Швейцарии, США и Канады разработали новый препарат, способный убивать вирусы, на основе модифицированных циклодекстринов – циклических производных глюкозы, которые получают ферментативным путем из крахмала. Циклодекстрины широко применяются не только в медицине (в системах доставки лекарств), но и в освежителях воздуха, в косметике и даже продуктах питания.


Ученые использовали циклодекстрины, уже одобренные для применения Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA). Но они изменили их таким образом, что модифицированные молекулы стали имитировать линейные полисахариды на поверхности клетки, с которыми связываются вирусы перед тем, как проникнуть в клетку хозяина. Оболочка вируса, устремившегося к «обманке», разрушается, и вирусная частицы погибает.


Модифицированные циклодекстрины доказали свою противовирусную эффективность на культурах человеческих клеток и на мышиных моделях заболеваний человека по отношению к широкому спектру вирусов, включая простой герпес, лихорадку Денге и вирус Зика, респираторно-синцитиальный вирус, вызывающий инфекции дыхательных путей, а также такие серьезные инфекции, как гепатит С и ВИЧ. Эксперименты также показали, что вирусам трудно приобрести устойчивость к новому препарату. При этом никаких негативных воздействий на клетки человека не было обнаружено.


Новая лекарственная молекула уже запатентована, и идет процесс создания компании, которая будет в дальнейшем работать с этим препаратом.


Фото: https://commons.wikimedia.org

Показать полностью
88

Понимаем ли мы, что чувствует наша кошка?

Понимаем ли мы, что чувствует наша кошка? Кот, Эмоциональное состояние, Домашние животные

У собак эмоции часто буквально «написаны» на морде. А вот понять кошек, которые, как известно, «ходят сами по себе», трудно даже их хозяевам. Последние исследования показали, насколько хорошо люди знают, что чувствуют кошки, и кто способен делать это лучше других


Как показывают немногочисленные исследования, лишь немногие люди способны распознавать эмоциональное состояние кошек по выражению их морды. При этом до сих пор оставалось неизвестным, от чего зависит такая способность и насколько точно можно уловить весь спектр кошачьих переживаний.


В новом исследовании ученые из Гуэлфского университета (Канада) провели веб-опрос, участники которого должны были оценить эмоциональное состояние кошек при просмотре видеороликов с их участием. Ученые заранее оценили состояние каждого из животных. Считалось, что кошки испытывали негативные эмоции, если они убегали или прятались, либо испытывали физическое недомогание, которое оценивал ветеринар. Если кошки без принуждения подходили к какому-то объекту (например, забирались на свое любимое место), другому коту или человеку, эмоции, которые они при этом испытывали, считались положительными. На роликах не было подсказок о том, что происходит, и не было кошек с явными проявлениями страха или агрессии – с прижатыми ушами, вздыбленной шерстью или оскаленной пастью.


Каждый из более чем 6 тыс. участников эксперимента просмотрел 20 видеоклипов, оценив эмоциональное состояние животного знаком «+» или «–». В среднем точное «попадание» было зафиксировано лишь в 59% случаев, т. е. оно было достаточно случайным. Но 13% участников давали правильный ответ более чем в 75% случаев!


Редко ошибались ветеринарные врачи и люди других профессий, связанных с уходом за животными, например, работники приютов. Подобные данные ранее были получены в экспериментах по оценке эмоционального состояния собак и макак. Ученые объясняют это тем, что люди, близко общающиеся с большим количеством животных, могут, во-первых, быть по своей природе более восприимчивы к их эмоциям. Кроме того, в процессе работы они обучаются распознавать незначительные изменения в поведении своих подопечных – своеобразные эмоциональные «маркеры». Самое интересное, что в эту группу не вошли владельцы кошек, причем независимо от их опыта и числа домашних питомцев.


Женщины успешнее мужчин определяли эмоции кошек (как, кстати, и собак). По мнению ученых, способность к оценке невербальных проявлений эмоций развилась у женщин в процессе эволюции в связи с необходимостью общаться с младенцами.


Результаты этого исследования еще раз подтвердили, что люди плохо понимают своих усатых любимцев, и вопрос, можно ли этому научиться, так и остается открытым. А учитывая, что сегодня в мире насчитывается не менее 600 млн домашних кошек, его актуальность не вызывает сомнения.


Фото: https://www.publicdomainpictures.net

Показать полностью
278

Первым «одомашненным» животным был сам человек

Первым «одомашненным» животным был сам человек Человек, Неандерталец, Денисовский человек, Одомашнивание, Длиннопост, Антропология, Наука

Панорама эволюции человека. Зал исследования науки (Наука Сити – Калькутта)

Прежде чем приручить собак и овец, древние люди одомашнили самих себя. Эта давняя гипотеза недавно получила подтверждение при сравнении геномов современных людей и наших давно вымерших «родственников»


«Синдром одомашнивания»  – так называют комплекс внешних и внутренних признаков, свойственных всем домашним животным независимо от их вида и даже рода, но крайне редко встречающихся у их диких родственников. К ним относятся не только необычная окраска меха (например, белые «звездочки» на лбу и «чулочки» на лапах), висячие уши и хвосты-«бублики», но и укороченные морды и другие «детские» черты во внешнем виде и поведении. Все эти вроде бы «бесполезные» признаки являются побочными эффектами отбора, направленного на сохранение особей с дружелюбным поведением по отношению к человеку, и ярким доказательством этого служит уникальный эксперимент по одомашниванию диких лисиц новосибирского генетика академика Д.К. Беляева.


Если посмотреть с этой точки зрения на человека современного анатомического типа, то по сравнению со своими далекими родственниками-предками неандертальцами и денисовцами, не говоря уже о других приматах, у него не такие крупные зубы, более «легкий» череп с менее выраженными надбровными дугами несмотря на большой мозг. Принято считать, что современный человек менее агрессивен и больше склонен к сотрудничеству. Не являются ли все эти черты приметами того самого «одомашнивания»?


Идея «самоодомашнивания» человека не нова и восходит еще к работам немецкого антрополога XVIII –XIX в. И. Ф. Блуменбаха и известного всем Ч. Дарвина. Впрочем, создатель эволюционной теории считал «одомашнивание» и «самоодомашнивание» разными феноменами. До недавнего времени у ученых не было возможности проверить, возникли ли уникальные физические и психические особенности человека современного типа в результате эволюционного процесса, имеющего общие механизмы с одомашниванием животных.


Современная наука считает, что в основе «синдрома одомашнивания» лежат дефекты так называемого нервного гребня – клеточной структуры, формирующейся на ранних стадиях развития эмбриона. На определенном этапе эти стволовые (недифференцированные) клетки активно мигрируют, давая начало другим типам тканей. Дефекты нервного гребня могут в итоге приводить к уменьшению числа клеток кожи, вырабатывающих пигмент меланин – так на шерсти появляются белые пятна. Кроме того, их результатом может быть изменение формы ушей и хвоста, уменьшение размера черепа и, что самое главное, снижение функции надпочечников, секретирующих гормоны «агрессии», в первую очередь норадреналин.


Важную роль в организации миграции клеток нервного гребня играет ген BAZ1B. У большинства из нас имеются две копии гена BAZ1B. В случае утраты части ДНК в области, где расположен этот ген, у человека развивается синдром Вильямса–Бойрена. Такие люди характеризуются умственной отсталостью на фоне чрезвычайной дружелюбности и доверчивости; они также имеют маленький череп и «эльфийские» черты лица, с плоским переносьем, закругленным кончиком носа и полными щеками. Чем не признаки «одомашненности»? Зато удвоение (дупликация) участка ДНК в этой же области приводит, напротив, к развитию прямо противоположных аномалий, таких как расстройства аутистического спектра и формирование чрезмерно большого черепа.


Ученые из Миланского университета (Италия) превратили клетки кожи таких пациентов в стволовые клетки нервного гребня и оценили в них активность генов, регулирующих миграцию клеток. Оказалось, что клетки от пациентов с синдромом Вильямса–Бойрена мигрировали медленнее, а с синдромом дупликации – быстрее, чем клетки от здоровых людей.


Затем с помощью малых интерферирующих РНК ученые «выключили» ген BAZ1B во всех этих клеточных линиях и выяснили, что после этого в клетках изменилась активность нескольких сотен генов. Сравнив эти гены с аналогичными генами двух неандертальцев и одного денисовца, они обнаружили, что у современных людей гены накопили множество регуляторных мутаций, что могло произойти под действием естественного отбора. Так как многие из таких же генов мутировали у одомашненных животных, ученые сделали вывод, что люди также подверглись процессу «одомашнивания».


Эти результаты стали одним из доказательств в пользу гипотезы «самоодомашнивания» человека, хотя, по мнению некоторых исследователей, в этом процессе должны играть роль и многие другие гены, помимо BAZ1B.


Что касается того, почему люди «самоодомашнились», возможно, это было связано с формированием сообществ, основанных на сотрудничестве, и давление отбора отдавало предпочтение менее агрессивным индивидам.


Фото: https://commons.wikimedia.org

Показать полностью
296

Дети изобрели новый язык жестов… за полчаса

Дети изобрели новый язык жестов… за полчаса Дети, Язык жестов, Речь, Коммуникации, Длиннопост

Как быстро можно создать совершенно новый язык общения – за дни, месяцы, годы? Исследователи из Германии наблюдали, как маленькие дети общаются по Skype с отключенным звуком и обнаружили, что они буквально за минуты изобрели примитивный, но эффективный язык жестов, который имеет все основные черты уже существующих языков


Сегодня на планете насчитывается более шести тысяч языков, которые развивались в течение тысячелетий. Но некоторые новые языки сформировались буквально на наших глазах: например, полноценный язык жестов глухих людей. Интересно, что глухие дети слышащих родителей, не владеющих языком жестов, создают свои системы общения с ними, несущие черты разговорного языка. Это означает, что языковое общение может возникнуть даже без предварительно имеющейся языковой модели. Кстати, тот факт, что в подобных случаях используется язык жестов, доказывает, что человеческая языковая коммуникация начиналась именно с такого общения.

Дети изобрели новый язык жестов… за полчаса Дети, Язык жестов, Речь, Коммуникации, Длиннопост

Дети учат язык жестов

Чтобы изучить само начало возникновения языка жестов, ученые смоделировали этот процесс в экспериментах, в которых участвовали около 200 детей в возрасте от трех до восьми лет. Находясь в соседних комнатах, дети общались по Skype с выключенным звуком, стараясь передать друг другу содержание различных картинок, которые им показывали. Сначала детям показывали изображения простых предметов, но затем задачи становились все сложнее. Например, надо было жестами объяснить такое абстрактное понятие, как «ничего», которое обозначал чистый лист бумаги.


Так как попытка читать по губам не удалась, дети стали придумывать жесты, которыми обозначали предметы и понятия. В трудных случаях экспериментаторы давали им подсказки, но они требовались в основном лишь трех- и четырехлетним участникам, остальные справлялись самостоятельно. К примеру, при передаче понятия «ничего» они стояли неподвижно или покачивали головой, и партнер обычно правильно понимал смысл сообщения.


Столкнувшись со сложными понятиями, дети начали структурировать свои жесты грамматически. При этом порядок слов не походил на тот, который используется в их родном немецком языке. Так подтвердилось предположение, что грамматическая структура языка жестов и разговорной речи не связаны между собой.


Результаты этой работы доказывают, что языковые коммуникационные системы могут быстро возникать в процессе социального взаимодействия. И даже очень быстро – дети справились с этой задачей за 30 (!) минут! При этом все жесты легко понимались, запоминались и в дальнейшем использовались их партнерами, а со временем становились все более условными, что облегчало их запоминание и использование.


Фото: https://www.piqsels.com и https://www.flickr.com

Показать полностью
180

Успешное развитие эмбриона и уязвимость к раку – две стороны одной медали

Успешное развитие эмбриона и уязвимость к раку – две стороны одной медали Эмбрион, Эмбриональное развитие, Рак, Метастазы

Клетки метастатической меланомы. Способность раковых клеток передвигаться зависит от богатых белком актином (красная окраска) структур – подосом (желтая окраска)

Плацента – уникальный орган млекопитающих, связывающий плод с материнским организмом, выполняет много функций, необходимых для роста и развития эмбриона. При этом сам процесс ее формирования во многом подобен процессу проникновения раковых клеток в окружающие ткани при метастазировании. Ученые исследуют этот феномен в надежде найти новые способы борьбы с метастазами


Плацента развивается в начале беременности у самок млекопитающих из особых зародышевых клеток (трофобластов), которые мигрируют в стенку матки. Степень инвазии (проникновения) плацентарных элементов в соединительнотканную основу органа различается у разных видов млекопитающих. У некоторых из них (крупного рогатого скота и лошадей) плацента слабо связана с маткой. Но у других видов в процессе эволюции появилась плацента, которая глубоко внедряется в стенку матки, – к таким видам относятся обезьяны и «унаследовавший» эту особенность человек.


Известно, что при развитии раковой опухоли ее клетки по многим характеристикам становятся близки к эмбриональным. В том числе, у них происходит активация тех же генов, что и у зародышевых клеток, из которых формируется плацента. При этом у разных видов наблюдается прямая связь между степенью плацентарного «проникновения» и склонностью к злокачественным новообразованиям. Например, коровы в целом меньше подвержены раковым заболеваниям, а меланома (рак кожи), которая у людей является очень агрессивной опухолью, у них преимущественно доброкачественная.


Чтобы изучить процессы проникновения клеток в ткани на молекулярном уровне, ученые культивировали совместно различные клетки человека и коровы. В качестве тканевой «основы» использовались фибробласты (клетки соединительной ткани) эндометрия (внутреннего слоя стенки матки) и кожи коровы и человека. В качестве проникающих клеток – трофобласты коровы, а также раковые клетки хориокарциномы и меланомы человека.


В экспериментах с самыми разными комбинациями клеток ученые убедились, что за интенсивность проникновения клеток в соединительную ткань отвечают клетки самой этой ткани, т.е. фибробласты. При этом клетки кожи и эндометрия имели в этом смысле схожие характеристики: у коровы они больше сопротивлялись любому проникновению, у человека – меньше. Таким образом, те же особенности соединительной ткани, которые «помогают» развитию плаценты и эмбриона в целом, повышают уязвимость перед раковыми метастазами.


Затем ученые идентифицировали в фибробластах гены, активность которых у человека была более высокой по сравнению с коровой. Используя короткие интерферирующие РНК, они уменьшили активность 16 таких генов в клетках эндометрия и кожи человека, так что они стали «похожими» на коровьи. Соединительная ткань из таких модифицированных клеток стала более устойчива к проникновению клеток меланомы.


Из этих результатов следует, что за хорошо «работающую» плаценту приматам, в том числе и человеку, приходится расплачиваться высоким метастатическим потенциалом раковых клеток. Сама же эта работа служит хорошим примером того, как фундаментальное эволюционное исследование может способствовать решению задач практической медицины – в данном случае, разработке новых способов борьбы с метастазами.

Показать полностью
385

Неандертальцы вымерли, потому что их было слишком мало

Неандертальцы вымерли, потому что их было слишком мало Неандерталец, Гоминиды, Вымирание, Люди современного типа, Популяция

Неандерталец. Национальный музей естественной истории, Мадрид (Испания)

Мы до сих пор не знаем, почему около 40 тыс. лет назад с лица земли исчезли неандертальцы. Примерно в это же время в Евразию из Африки мигрировали люди современного анатомического типа, поэтому возникло предположение, что неандертальцы просто не выдержали конкуренции. Исследователи из Нидерландов с помощью компьютерного моделирования проверили и подтвердили альтернативную гипотезу, что исчезновение неандертальцев могло быть «делом рук» самих неандертальцев


Все люди родом из Африки. Наши очень далекие предки впервые вышли за пределы черного континента около 1,8–2,0 млн лет назад, а около 600 тыс. лет назад проникли в Европу, где позже сформировались неандертальцы – наиболее близкий к современным людям вид гоминин. Примерно 80–60 тыс. лет назад из Африки вышел уже человек современного типа – Homo sapiens, и начал успешно заселять другие континенты.


Судя по генетическим и археологическим данным, еще до появления в Европе современных людей популяция неандертальцев состояла из отдельных, маленьких и очень изолированных групп. Разработав математические модели для имитации динамики популяций с начальной численностью в 50, 100, 500, 1000 и 5000 индивидов, ученые проверили эффекты трех основных факторов, которые повышают риск вымирания небольших сообществ.


Первый фактор – это инбридинг (близкородственное скрещивание), который уменьшает генетическое разнообразие и повышает риск проявления «вредных» признаков, обусловленных дефектными вариантами генов. Его следствием могут бесплодие, уродства среди потомства, тяжелые наследственные болезни и др. Второй – так называемые эффекты Алли, связанные с «социальными» проблемами, такими как поиск половых партнеров, помощников на охоте, «соратников» для защиты семейной группы и т.п. Третий – это случайные колебания рождаемости, смертности и соотношения полов, следствием которых может стать неожиданный демографический крах.


Расчеты показали, что инбридинг сам по себе привел к вымиранию только самой маленькой модельной популяции. Но эффекты Алли «работали» и на популяциях большего размера – вплоть до тысячи человек. Именно этот фактор, особенно в сочетании с демографическими колебаниями и инбридингом, мог стать ключевым и привести к вымиранию относительно небольших сообществ древних людей. Так что, по мнению ученых, даже если неандертальцы ни в чем и не уступали современному человеку, над ними постоянно висела угроза исчезновения просто в силу их малочисленности.


Что касается пришлого населения, то люди современного анатомического типа, очевидно, могли внести свой вклад в исчезновение неандертальцев. Но не путем прямой конкуренции за те же кормовые ресурсы, а через нарушение характера расселения и пространственной структуры неандертальских популяций, в результате чего формировались еще более малочисленные и изолированные, т.е. более уязвимые, группы.


Таким образом, присутствие современных людей в Евразии могло лишь ускорить ход событий, которые, вполне вероятно, произошли бы и без их участия. И хотя неандертальцы сошли с эволюционной арены, они оставили свой «генетический» след: все современные люди неафриканского происхождения имеют около 2,5% неандертальских генов, что свидетельствует о довольно тесных взаимоотношениях между этими группами в древности.


Фото: https://commons.wikimedia.org

Показать полностью
Отличная работа, все прочитано!