ScienceFirstHand

Самец Anolis oculatus montanus, обитатель о. Доминика (Карибское море)

Термин «островной эффект» возник благодаря путешествию основоположника эволюционной теории Чарльза Дарвина на знаменитые Галапагосские острова в Тихом океане, настоящий рай для биологов, с поразительным разнообразием растений и животных, многие из которых нигде больше не встречаются. Все эти уникумы имеют «местное» происхождение: дело в том, что оказавшись волей случая на изолированном острове, где нет «привычных» хищников и конкурентов, вид начинает очень быстро меняться, заполняя все свободные экологические ниши. На материке такой «разбег», соответственно, ограничен, поэтому эволюция набирает максимальную скорость именно на островах. По крайней мере, так думали до недавнего времени

«Островной эффект» – красивая идея, и очень плодотворная: пять недель, которые Дарвин провел на Галапагосах, наблюдая за их уникальным миром, дали ему ключ к пониманию естественного отбора, движущего механизма эволюции. Однако за последние пару десятков лет исследователи получили немало неоднозначных результатов. Оказалось, что иногда островной вид действительно эволюционирует быстрее, чем его материковый «двойник», но встречаются и другие возможные варианты. При этом наши современники, в отличие от предшественников, больше внимания стали уделять не морфологическим (анатомическим, структурным) признакам свежеобразованных видов и подвидов, а физиологическим (функциональным) и поведенческим. А ведь подобные адаптивные изменения, незаметные на первый взгляд, могут оказаться гораздо важнее для выживания и процветания нового вида.

Недавно ученые из Колумбии и США собрали базу данных по физиологии 120 островных и материковых видов ящериц Anolis. Эти холоднокровные – удобная модель для проверки влияния «островного эффекта» на ход физиологических адаптаций, так как род включает в себя более 400 видов, встречающихся как на островах Карибского бассейна и Тихого океана, так и на материковой части Северной, Центральной и Южной Америки.

Все ящерицы – эктотермальные животные, т.е. поддерживают температуру тела за счет внешних источников тепла. Исследователи смоделировали эволюционную динамику трех ключевых физиологических признаков анолисов: устойчивости к жаре, к холоду и величины «рабочей» температуры тела. В принципе ящерицы могут выбирать местообитания с подходящими температурными условиями, к которым они физиологически адаптированы, особенно если речь идет о перегреве. Например, они могут просто уйти в тень – главное, чтобы у них физически была такая возможность.

Результаты работы оказались неожиданными: исследователи не только не обнаружили «островного эффекта», но и выяснили, что устойчивость к высоким температурам на островах приобретается медленнее, чем на континенте. И дело здесь в образе жизни и поведении. Так, материковые анолисы много времени проводят в неподвижности, прячась от хищников и ящериц-конкурентов, даже если в убежище становится слишком жарко. В результате естественный отбор в ряду поколений благосклонен к особям, адаптированным к более высоким температурам. А вот их беззаботные островные родственники свободны в своих действиях, и им, живущим в комфорте, просто незачем приспосабливаться!

Кстати сказать, адаптация к холоду у всех анолисов идет примерно одинаково, так как можно спрятаться от солнца, но не от низкой температуры.

Таким образом, исследователи получили еще одно подтверждение, что высокая скорость эволюции на островах по крайней мере не является общим правилом. А поведение часто оказывается важнее морфологии, так как животные зачастую сами становятся «архитекторами» среды, в которой они живут и эволюционируют. Чтобы увериться в этом, достаточно взглянуть на эволюцию рода Homo.

Да, и нам повезло, что в свое время Дарвин сконцентрировался на галапогосских вьюрках, многочисленные виды которых демонстрируют поразительное разнообразие форм и размеров клюва в зависимости от типа пищи и образа жизни. А вот попались бы ему наши анолисы…

Фото: https://commons.wikimedia.org

Керамика Тиуанако-Вари, 600-1100 гг., Перу. Латиноамериканская коллекция Музея пяти континентов (Мюнхен, Германия)

Около тысячи лет назад на территории современного Перу, еще до инков, процветала империя Вари. Ее расцвет длился около полутысячи лет, с 600 до 1100 г. Памятники материальной культуры помогают понять, что обеспечивало длинную «жизнь» этого довольно крупного государства

Управлять государством может не каждая кухарка: поддержание стабильности государственного устройства базируется на политических договоренностях ее лидеров, что, в свою очередь, подразумевает некий общий набор ценностей и интересов. В древнем Вари, как во многих других древних обществах, такое сплочение поддерживалось благодаря ритуальным мероприятиям. У Вари это были настоящие «пивные фестивали», где знать употребляла слабоалкогольный напиток чичу, похожий на пиво (не путать с крепкой грузинской чачей!)

Чича подавалась в специальных керамических сосудах, украшенных изображениями сверхъестественных существ, предположительно, «богов» плодовитости и воды. Ведь к концу периода Среднего горизонта (600–1000 гг. н.э.) и позже в тех местах не редкостью стали засухи. При совместном распитии чичи представители высшей знати Вари не только отождествляли себя с нарисованными богами, но и принимали важные государственные решения...

Почти двадцать лет назад ученые обнаружили в горах на юге Перу древнюю пивоварню на том месте, где некогда находился Серро Баул, самый южный административный центр Вари, расположенный на границе с г. Тиуанако, центром еще одной доиспанской индейской культуры. Эту крупную пивоварню площадью около 500 кв. м. преднамеренно уничтожили примерно в 1050 г., на закате империи.

Археологи обнаружили в руинах четырех комнат и нескольких подсобных помещений фрагментированные остатки больших сосудов (варочных или для хранения), вместимостью до 150–1000 л жидкости! Также были найдены фрагменты небольших сосудов, предназначенных для питья, разрисованные изображениями богов. По словам ученых, все говорит об «элитности» этого производственного помещения – пивоварни, обнаруженные в других местах бывшей империи, были меньше и рангом пониже.

С помощью метода нейтронно-активационного анализа и масс-спектрометрии с прямым анализом в режиме реального времени удалось определить, из чего изготавливались ритуальные сосуды и сам напиток. Выяснилось, что карьер для добычи глины находился недалеко от пивоварни. Что же до чичи, то ее в принципе можно варить из самых разных растительных ингредиентов, но под конец существования пивоварни в Серро Баул предпочтение явно отдавалось плодам перуанского перца (Schinus molle), также известного как розовый перец. Такой выбор можно объяснить тем, что это растение дает урожай круглый год и устойчиво к засухе.

Пивные ритуалы проводились не только здесь, на границе с Тиуанако, но и в других крупных центрах империи. Их регулярность обеспечивало использование местного сырья, что позволяло не зависеть от перебоев в поставках из-за плохих дорог или политических «разборок». По-видимому, в каждой такой местности были и своя глина, и свои гончары, знавшие, как создавать и украшать ритуальные сосуды.

По мнению ученых, результаты этих исследований вполне актуальны, так как знакомят нас с древними социальными конструкциями и культурными практиками, помогающими стабилизировать общество. Правда, в наши дни «пивные фестивали», как и само пиво, сплачивают уже не государственную элиту, и не для решения государственных проблем.

Фото: https://upload.wikimedia.org

Бабочка тутового шелкопряда (Bombyx mori) – первый организм, у которого открыли феромоны

Все живые организмы, включая бактерии, выделяют в окружающую среду сигнальные молекулы, на которые могут реагировать особи того же и даже других видов. Примером может служить передача информации между насекомыми и растениями, которые они опыляют. Однако существование «химической почты» между людьми до сих пор остается под вопросом. Более того, ученые спорят уже не только о возможности существования человеческих «феромонов», как принято называть все продукты внешней секреции, обеспечивающие внутривидовую химическую коммуникацию, но и о значении самого этого термина. В поисках ответа на эти вопросы исследователи привлекли технику, которую обычно применяют при изучении химии атмосферы

Согласно современным представлениям феромоны участвуют во взаимодействиях между особями одного вида, в том числе разного пола, меняя их поведение. Первый феромон открыл 60 лет назад немецкий биохимик А. Бутенандт: это химическое соединение, названное бомбикол, используют для привлечения полового партнера бабочки тутового шелкопряда. С тех пор подобные вещества были найдены у насекомых, рыб, земноводных, пресмыкающихся и млекопитающих.

Что касается человека, то наличие феромонов у него до сих пор не доказано, хотя такие попытки предпринимались неоднократно. Так, утверждалось, что благодаря химической коммуникации у женщин при совместном проживании синхронизируется менструальный цикл, как это наблюдается у грызунов. Однако позже выяснилось, что в реальности это не так.

Некоторые исследователи выдвигали на роль половых феромонов (соответственно, мужского и женского) вещества андростадиенон и эстратетраенол, но доказать это также не удалось. Кстати сказать, что не помешало «духам с феромонами» активно продаваться и не менее активно покупаться, так как многим кажется очень заманчивым столь простой способ обратить на себя внимание противоположного пола.

Почему же на вопрос о человеческих феромонах до сих пор нет исчерпывающего ответа? Одна из причин – методическая, включая малое число испытуемых и сомнительные статистические методы обработки данных. Главная же причина в том, что обычно исследователи имели дело с конечным результатом, а не с процессом: к примеру, участники эксперимента надевали на ночь футболку, а ученые анализировали «скопом» все соединения, попавшие на нее с потом в течение этого периода. Уловить тонкие нюансы изменений химических соединений в ответ на конкретные стимуляции в этом случае практически невозможно.

Помощь пришла, откуда не ждали. Среди участников недавнего обсуждения проблемы химической коммуникации у людей на заседании Королевского общества оказался профессор Дж. Уильямс, специалист по химии атмосферы из Института химии им. Макса Планка (Германия). Оказалось, что протонный масс-спектрометр PTR-MS, использующийся в исследованиях микроэлементного состава атмосферы, можно успешно применять и для «охоты» за феромонами и другими подобными молекулами, так как он позволяет в реальном времени отслеживать выделение человеком веществ в окружающую среду.

Несколько лет назад группа Уильямса провела такие исследования на футбольных фанатах: предполагалось определить химический «рисунок» болельщиков в момент забивания гола. Однако матч закончился со счетом 0:0, поэтому в дальнейшем ученые работали в кинотеатрах, измеряя концентрации сотен молекул в оттоке вентиляционной системы кинозала. Они работали на 108 просмотрах 16 фильмов различных жанров, которые увидели более 9,5 тыс. зрителей.

Оказалось, что химический «рисунок» атмосферы зала действительно менялся в зависимости от сюжета. В ответ на драматические сцены возрастал уровень углекислого газа (вероятно, из-за учащенного дыхания) и изопрена, одного из продуктов обмена веществ. Известно, что концентрация изопрена в выдыхаемом воздухе меняется при физической активности, так что рост его концентрации мог быть связан с движениями зрителей, например, сжиманием кулаков.

Но наиболее значимо концентрации химических веществ в воздухе менялись при просмотре некоторых сцен в фильмах жанра «саспенс», т.е. психологический триллер, и комедия. Исследователи считают, что здесь мы можем иметь дело с эволюционно важным механизмом: для выживания вида может быть выгодно, если эмоции, сопровождающие подобные ситуации, хорошо «ловятся» окружающими. Что касается кино, то такое «химическое сопровождение» кинофильма, генерируемое самой аудиторией, может изменять картину зрительского восприятия.

Кстати сказать, эмоционально индуцированные выбросы тех или иных веществ (того же изопрена) могут затруднить попытки диагностики по летучим химическим маркерам болезней, например, сахарного диабета, которые сегодня проводят с помощью специальных приборов или обученных животных.

Сейчас ученые продолжают свои исследования, посвященные поиску человеческих половых феромонов, а также сигнальных молекул страха и агрессии. Например, изучают изменения химического состава пота солдат перед их первым прыжком с парашютом.

Но вопрос: будут, или нет, найдены феромоны человека? – пока так и остается без ответа. В пользу отрицательного ответа вроде бы говорит тот факт, что у нас практически отсутствует так называемый вомероназальный орган (орган Якобсона), рецепторы которого как раз «настроены» на восприятие жизненно важных запахов, связанных с поисками полового партнера, пищи или опасностью. Однако насчет его наличия и функционирования у людей ученые также пока также не пришли к общему мнению.

Кроме того, подобные сигналы могут кодироваться не одним конкретным веществом, а сложным комплексом из нескольких соединений, концентрации которых в организме начинают меняться при определенных условиях. Все-таки люди устроены гораздо сложнее, чем бабочки, и вряд ли кто-то заставит вас броситься в объятия, надушившись «приворотным зельем».

Фото: https://commons.wikimedia.org

Мужчина из племени дани в долине Балием (Индонезия)

Контакты между людьми современного физического типа и такими первобытными людьми, как неандертальцы и денисовцы, случавшиеся в далеком прошлом, не остались бесплодными – их след можно найти в геномах всех современных человеческих популяций. На сегодня материальные останки денисовцев в виде нескольких костных фрагментов и зубов обнаружены лишь в Денисовой пещере на Алтае. Но судя по данным палеогенетиков, центр ареала этих древних людей мог лежать на 8 тыс. км южнее – в Индонезии и Новой Гвинее

Сегодня мы знаем, что люди современного физического типа, как и более древние гоминины, появились в Африке и лишь позже распространились по всему по миру. Однако они не формировали полностью изолированные группы, но могли скрещиваться со своими «родственниками», неандертальцами и денисовцами. Определение доли архаичных геномов в современных человеческих популяциях дает информацию не только о влиянии древних генных вариантов на нашу физиологию, устойчивость к средовым факторам или на предрасположенность к тем или иным болезням, но и о том, как шло расселение по планете первобытных людей.

Исследования архаичных гоминин обычно предполагают анализ их ископаемых останков. Однако далеко не везде на Земле существуют условия, благоприятные для сохранения костных останков, не говоря уже о древней ДНК. Это относится и к островной части Юго-Восточной Азии, поэтому оценить направление и интенсивность древних миграций на этой территории можно, лишь исследовав геномы современных местных жителей с целью обнаружить фрагменты архаичной ДНК.

Большая исследовательская группа, включающая специалистов из Новой Зеландии, Индонезии и Института эволюционной антропологии им. Макса Планка (Германия) более десяти лет изучает геномное разнообразие жителей крупнейшего в мире индонезийского архипелага и соседних регионов, от о. Суматра на западе до о. Новая Британия на востоке. Расшифровав в рамках проекта IGDP, направленного на оценку генетического разнообразия индонезийского региона, полные геномы 161 человека, они сопоставили их с данными по другим популяциям человека, а также палеогенетическими данными по денисовцам и неандертальцам.

Выяснилось, что геном современных папуасов содержит около 4% древних денисовских генов, включая более 400 генных вариантов, связанных с работой иммунной системы и питанием, т. е. взаимодействием с окружающей средой. Но самое интересное в том, что эти гены попали к ним вовсе не от тех денисовцев, останки которых были обнаружены на Горном Алтае. Речь идет о двух группах, которые отделились от сибирских денисовцев примерно 280 и 360 тыс. лет назад, и в дальнейшем эти группы не смешивались друг с другом. А вот с людьми современного физического типа – смешивались. В Новой Гвинее подобная гибридизация в последний раз случилась уже в самом конце плейстоцена, около 30 тыс. лет назад. Это означает, что новогвинейские денисовцы были одной из последних групп архаичных гоминин, существовавших буквально на пороге исторического времени!

Так что сегодня мы можем говорить о трех ветвях денисовцев. Одна из них проживала в Восточной Азии и Сибири; территория обитания еще одной, по-видимому, была ограничена Новой Гвинеей и ближайшими островами; следы третьей в первую очередь обнаруживаются в Океании и, в меньшей степени, во всей Азии. Все это говорит о том, что водные просторы, отделяющие Азию от Новой Гвинеи, не стали для этих людей препятствием, как и другие географические барьеры. В результате палеогенетические «следы» их присутствия обнаруживаются в самых разных климатических зонах и географических поясах. Неудивительно, что смешение денисовцев с людьми современного физического типа увеличило наше генетическое разнообразие, подарив нам сотни генных вариантов, способствующих адаптации и выживанию в различных условиях среды.

Как ни удивительны эти открытия, исследователи рассматривают новые данные о генетических особенностях населения островной Юго-Восточной Азии в первую очередь как базовые для использования в здравоохранении. Что касается широкой публики, то она продолжает надеяться на открытие более полных скелетных останков денисовца, ставшего за последние годы самой яркой фигурой на эволюционной арене. Самое обидное, что эти останки могли быть уже давно найдены, но для «опознания» мы пока практически не имеем ничего заведомо «денисовского», помимо их ДНК.

Фото: https://en.wikipedia.org

В этом «кармане» Hsp90 находится «энергетическая» молекула АТФ, но ее место могут занимать и некоторые ингибиторы Hsp90.

Среди ученых существует мнение, что старение является не столько естественным процессом, сколько болезнью. А болезнь можно лечить! К примеру, сегодня исследователи уже могут замедлять старение у некоторых организмов, таких как нематоды, один из любимых модельных объектов для геронтологических исследований. Но то, что хорошо для червя или мыши, может не работать на человеке, при том что изучать процесс старения на людях гораздо труднее. Но сейчас ученые разработали методику, позволяющую тестировать потенциальные геропротекторы на клеточных культурах, и уже обнаружили кое-что новое

Мечта любого человека, разменявшего не один десяток лет, – геропротекторы, «лекарства от старости». Но поиск подобных веществ, способных замедлить неумолимый ход времени, сопряжен с рядом сложностей. Казалось бы, есть простой выход – использовать для экспериментов культуры клеток человека, однако наш организм – это больше, чем простая совокупность разных клеток и тканей. Так что до недавнего времени было неясно, как можно на отдельных клетках изучать сложный многоуровневый процесс старения целостного организма.

Решение этой проблемы подсказали результаты недавно опубликованной работы, согласно которым возраст человека довольно точно отражает так называемый транскриптом – совокупность всех молекул РНК, синтезируемых клеткой на данный момент. (Для тех, кто забыл: рибонуклеиновая кислота (РНК) – ближайшая «родственница» ДНК – служит матрицей для синтеза белка и выполняет ряд других служебных функций, а множество разнообразных некодирующих РНК являются главными регуляторами генов и генетических ансамблей).

Поэтому исследователи из крупнейшего в Европе медицинского университета – шведского Каролинского института, обратились к базе данных проекта Genotype-Tissue Expression, содержащей набор транскриптомов тканей доноров разного пола и возраста. С помощью методов машинного обучения они создали компьютерный алгоритм, способный различить «молодой» и «старый» транскриптомы, а также оценить геропротекторный потенциал тех или иных веществ при их воздействии на клетку.

Применив этот инструмент к результатам экспериментов по воздействию на культуры клеток человека 1309 различных соединений, им удалось выявить три десятка кандидатов в геропротекторы, в том числе ранее известные. Все кандидатные вещества были испытаны на все тех же нематодах (круглых червях) C. elegans, любимом объекте для исследований. В результате была подтверждена эффективность уже известных геропротекторов, включая иммунодепрессант рапамицин, а также двух новых, монордена и танеспимицина, принадлежащих к группе ингибиторов белка теплового шока 90 (Hsp90). Эти два соединения увеличивали как продолжительность жизни подопытных, так и их общую активность, что рассматривается как показатель здоровья.

С чем могут быть связаны заметные геропротекторные свойства этих соединений? Известно, что белки теплового шока обладают шаперонной активностью, т.е. способностью связываться с другими молекулами, стабилизируя их. Еще на рибосоме (фабрике белков) они связываются с растущими белковыми цепями будущих белков, защищая их от слипания и распада, и помогают свернуться в правильную трехмерную структуру. Белки теплового шока активно синтезируются в клетке при воздействии на нее высокой температуры и других стрессирующих факторов, давая ей возможность «пережить» неблагоприятные условия.

Белок Hsp90 – один из наиболее распространенных членов этого важного семейства. В норме он связан с Hsf-1 – фактором транскрипции белков теплового шока, который, как видно из названия, при действии стресса на клетку активирует в ней синтез соответствующих белков. Однако в комплексе ни тот, ни другой неактивен. Когда монорден или танеспимицин присоединяется к Hsp90, то Hsf-1 освобождается и начинает свою работу.

Интересно, что геропротекторный эффект этих соединений на человека может оказаться даже выше, чем на нематоду. Так как известно, что ингибиторы Hsp90 способны подавлять хроническое воспаление, играющее важную роль в нашем старении, а также в качестве сенолитиков избирательно вызывать гибель стареющих клеток.

Таким образом, ингибирование белка Hsp90 может оказывать на клетку воздействие посредством разных механизмов одновременно. Эти вещества уже тестируются в клинических испытаниях как противораковые препараты, а в свете новых данных их следует испытать и как «таблетки против старения».

Фото: https://commons.wikimedia.org

Многие виды перелетных птиц путешествуют преимущественно в темное время суток. Но люди вносят в птичью жизнь свои коррективы: из-за ночной иллюминации птицам часто приходится пролетать над ярко освещенной местностью. И хотя для ориентации в пространстве они в основном используют магнитный «компас», свет приманивает и дезориентирует птиц, в результате чего многие из них гибнут. Чтобы уменьшить этот риск для наших пернатых меньших братьев, нужно понять, где и когда они встречаются с этой антропогенной угрозой

Только в США от столкновений со зданиями, линиями электропередач и другими искусственными сооружениями ежегодно умирает несколько сотен миллионов птиц. Недавно ученые из орнитологической лаборатории Корнельского университета (США) и Оксфордского университета (Великобритания) составили карту американских регионов, наиболее опасных для перелетных птиц с точки зрения светового режима. Для этого они проанализировали данные метеорологических радаров, работающих с 1995 г., которые в числе прочего измеряют плотность потоков мигрирующих птиц, а также данных со спутников, на основе которых можно оценить уровень «светового загрязнения».

Оказалось, что опасность, которую представляет для птиц тот или иной город, зависит от сезона. Весной множество птиц пролетает над центральными и западными регионами США, а осенью их маршруты пролегают в основном вдоль побережья Атлантического океана. Однако яркий ночной «свет» таких крупнейших американских городов, как Чикаго, Хьюстон и Даллас, постоянно угрожает крылатым мигрантам.

Кстати сказать, многие виды перелетных птиц при ночных миграциях издают характерные звуки, важные для координации полета стаи. Есть предположение, что одна из причин массовой гибели птиц при полете над ярко освещенными городскими районами связана с тем, что они начинают кричать чаще, чем невольно заманивают в ловушку других своих сородичей.

Как же человек может помочь перелетным птицам? Обычно миграции птичьих стай происходят в течение нескольких месяцев, но их максимум приходится на считанные дни. И если в это время предпринять какие-либо меры по снижению освещения – например, уменьшить подсветку зданий и улиц в наиболее ярко освещенных районах, – то если это и не решит проблему полностью, то, возможно, хотя бы ее смягчит. Да и с точки энергосбережения это будет не лишнее.

Фото: https://pxhere.com