p4hshok

p4hshok

пикабушник
146К рейтинг 361 подписчик 10К комментариев 332 поста 306 в горячем
1 награда
5 лет на Пикабу
251

Цианобактерии Chroococcidiopsis могут извлекать воду прямо из минералов

Считается, что жизнь невозможна без воды. Поэтому оценка потенциально обитаемых миров во Вселенной обычно начинается с поиска ответа на вопрос, возможно ли существование на других планетах воды в жидком виде. Но недавно выяснилось, что цианобактерии Chroococcidiopsis, живущие внутри гипсовой породы в пустыне Атакама, могут существовать и без жидкой воды. Американские ученые разобрались в том, как им это удается. Оказалось, что цианобактерии добывают воду прямо из кристаллов гипса, превращая его в ангидрид.

Цианобактерии Chroococcidiopsis могут извлекать воду прямо из минералов Наука, Цианобактерии, Микроорганизмы, Копипаста, Elementy ru, Минералы, Длиннопост

Рис. 1. Образец гипса из пустыни Атакама. Микроорганизмы (светло-зеленые пятна) живут под тонким слоем породы, который защищает их от солнечной радиации. Для своих нужд они используют воду, входящую в структуру минералов. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS

Биологи и раньше находили в пустынных безводных районах микроорганизмы — цианобактерии, актинобактерии, протеобактерии и нитчатые бактерии класса Chloroflexia, но считалось, что все эти экстремофилы просто могут очень долго обходиться без воды или используют для роста водный конденсат, образующийся по утрам на холодных камнях. Также было замечено, что фотосинтетические бактерии, которым нужен солнечный свет, обычно селятся внутри полупрозрачных пород, таких как гипс. Верхний слой пород защищает их от неблагоприятных условий внешней среды, пропуская при этом свет. Но оказалось, что бактерии выбирают гипсовую породу для жизни не только поэтому.

Американские ученые под руководством Дэвида Кисайлуса (David Kisailus), профессора материаловедения и инженерии Калифорнийского университета в Риверсайде опытным путем доказали, что цианобактерии Chroococcidiopsis, живущие в чилийской пустыне Атакама, способны извлекать из твердой гипсовой породы воду. Сам гипс CaSO4·2H2O при этом переходит в безводный аналог — ангидрит CaSO4.

Цианобактерии Chroococcidiopsis давно привлекали внимание ученых, поскольку долгое время было непонятно, за счет чего они выживают в пустыне. Дело в том, что в течение довольно длительного периода в году относительная влажность в Атакаме находится на уровне ниже 60%, а значение 58,5% считается нижней границей метаболической активности живых существ (A. Stevenson et al., 2016. Aspergillus penicillioides differentiation and cell division at 0.585 water activity).

Эти цианобактерии даже отправляли в космос. Вместе с другими наземными микроорганизмами-экстремофилами в рамках эксперимента EXPOSE-R2 их выставляли за пределы МКС в специальном модуле, в котором имитировались условия на поверхности Марса. Chroococcidiopsis прожили в космосе 533 дня в условиях вакуума, интенсивного ультрафиолетового излучения и экстремальных колебаний температуры (J.-P. de Vera et al., 2019. Limits of Life and the Habitability of Mars: The ESA Space Experiment BIOMEX on the ISS), что говорит о том, что они в принципе могли бы жить на Марсе, продуцируя кислород и создавая первичный почвенный слой. Открытым оставался только вопрос, откуда микроорганизмы будут брать воду.

Изучая образцы гипсовой породы из пустыни Атакама, ученые заметили, что количество ангидрита (обезвоженной формы гипса) в ней коррелирует с концентрацией цианобактерий. Тогда у них и родилась гипотеза о том, что микроорганизмы могут извлекать кристаллическую воду из гипса, вызывая фазовое превращение сульфата кальция.

Вода составляет до 20,8% массы гипса. Молекулы H2О в его кристаллической структуре располагаются между двойными слоями анионов [SO4]2− и катионов Ca2+, легко высвобождаясь при нагревании. Поэтому логично было предположить, что Chroococcidiopsis каким-то образом могут ее использовать. К тому же ранее уже был зафиксирован факт использования кристаллической воды пустынным растением Helianthemum squamatum, произрастающим на гипсовой породе на северо-востоке Испании (A. Escudero et al., 2014. Plant life on gypsum: a review of its multiple facets).

На первом этапе исследования авторы с помощью метода микрокомпьютерной томографии получили подтверждение того, что колонии цианобактерий локализуются в порах приповерхностной зоны гипсовой породы (рис. 1). Более детальные наблюдения на сканирующем электронном микроскопе позволили выявить детали распределения микроорганизмов. Оказалось, что бактерии внутри гипсовой породы распространяются вдоль определенных плоскостей кристаллической решетки (рис. 2).

Цианобактерии Chroococcidiopsis могут извлекать воду прямо из минералов Наука, Цианобактерии, Микроорганизмы, Копипаста, Elementy ru, Минералы, Длиннопост

Рис. 2. Бактерии (зеленые) проникают в гипсовую породу (фиолетовая) вдоль плоскостей кристаллической решетки. Фото сделано с помощью сканирующего электронного микроскопа. Размер по длинной стороне — около 30 мкм. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS
Результаты рентгеноструктурного анализа и инфракрасной спектроскопии показали, что области, колонизированные цианобактериями, сложены ангидритом, а вся остальная порода — гипсом. Чтобы убедиться, что Chroococcidiopsis могут извлекать кристаллическую воду из гипса, переводя его в безводный ангидрит, авторы провели лабораторный эксперимент.

Вырезанные из гипсовой породы образцы размером 0,5×0,8×0,5 мм (купоны) с посевом бактериальной культуры были помещены в условия с разной влажностью. В качестве контрольных образцов выступали купоны гипсовой породы без микроорганизмов. Через 30 дней места развития цианобактерий проявились в виде зеленого фотосинтетического пигмента (рис. 3, слева) и были подтверждены по одновременному присутствию азота и углерода, выявленному по результатам рентгеноспектрального микрокартирования и наблюдениям на сканирующем электронном микроскопе.

Цианобактерии Chroococcidiopsis могут извлекать воду прямо из минералов Наука, Цианобактерии, Микроорганизмы, Копипаста, Elementy ru, Минералы, Длиннопост

Рис. 3. Слева: общий вид колоний цианобактерий, выращенных в гипсовой породе в ходе эксперимента. Справа: колонии цианобактерий (голубые) и биопленки (зеленые) в пористой гипсовой породе (серая). Изображения из обсуждаемой статьи в PNAS
Несмотря на то, что микроорганизмы развились и в сухих и во влажных условиях, ангидрит был зафиксирован только вокруг колоний цианобактерий в «сухих» купонах. «Влажные» купоны и образцы без микроорганизмов были целиком сложены гипсом.

Отсюда ученые сделали вывод о том, что во влажных условиях микроорганизмы используют жидкую воду из своего окружения, а оказываясь в стрессовых условиях, переключаются на другой режим и начинают извлекать кристаллическую воду из твердой породы.

Используя модифицированный электронный микроскоп, оборудованный спектрометром комбинационного рассеяния, авторы изучили взаимодействия между организмами и твердой породой и обнаружили, что для проникновения вглубь минералов цианобактерии выделяют вокруг себя биопленку, содержащую органические кислоты, которые разъедают породу (рис. 3, справа), а распространяются микроорганизмы вдоль плоскостей кристаллической структуры, чтобы легче получить доступ к воде, находящейся между слоями ионов кальция и анионов сульфата.

Ученые наблюдали, как по мере разрастания колонии Chroococcidiopsis выделяют вокруг себя все больше кислотных биопленок, разъедающих породу, что позволяет микроорганизмам проникать дальше между слоями гипса и получать больше воды. Это заставило их предположить, что процесс перехода гипса в ангидрит происходит в два этапа. На первом этапе гипс растворяется органическими кислотами, выделяемыми цианобактериями, распадаясь на кальций, сульфат-ион и воду, а на втором этапе, уже потеряв воду, отлагается в виде ангидрита (рис. 4).

Цианобактерии Chroococcidiopsis могут извлекать воду прямо из минералов Наука, Цианобактерии, Микроорганизмы, Копипаста, Elementy ru, Минералы, Длиннопост

Рис. 4. Стадии преобразования гипса в ангидрит с участием цианобактерий: а — микроорганизмы образуют биопленки на поверхностях кристаллов гипса; b — растворение гипса и высвобождение кристаллической воды; с — на поверхностях кристаллов гипса появляются центры кристаллизации ангидрита; d — разрастающиеся пластинчатые кристаллы ангидрита полностью замещают гипс. Символами (011) и (010) обозначены разные грани кристаллической решетки гипса, между которыми располагается вода. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS
Проверка при помощи сканирующей и просвечивающей электронной микроскопии показала, что так и есть.

В химическом выражении реакция растворения гипса выглядит следующим образом:

Цианобактерии Chroococcidiopsis могут извлекать воду прямо из минералов Наука, Цианобактерии, Микроорганизмы, Копипаста, Elementy ru, Минералы, Длиннопост

Ученые считают, что результаты их исследования не только позволяют снять существенное ограничение в виде наличия жидкой воды для поиска внеземной жизни, но и могут быть использованы для создания новых способов сохранения воды в экстремальных условиях, например, при колонизации человеком других планет.

Источник: Wei Huang, Emine Ertekin, Taifeng Wang, Luz Cruz, Micah Dailey, Jocelyne Di Ruggiero, David Kisailus. Mechanism of water extraction from gypsum rock by desert colonizing microorganisms // PNAS. 2020. DOI: 10.1073/pnas.2001613117.

Владислав Стрекопытов

https://elementy.ru/novosti_nauki/433659/Tsianobakterii_Chro...
Показать полностью 4
83

Агрессивный сосед

Агрессивный сосед Наука, Орнитология, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

На фото сокол сапсан атакует американского бурого пеликана, имевшего неосторожность пролетать над его гнездом. В заповеднике Торри Пайнс (Torrey Pines State Natural Reserve) в Калифорнии сапсаны ежегодно гнездятся на скалах у побережья Тихого океана. И активно защищают свою территорию от гораздо более крупных птиц — пеликанов и скоп.

Агрессивный сосед Наука, Орнитология, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Cапсан атакует американского бурого пеликана. Тот настолько не ожидал нападения, что перевернулся в воздухе, и тут же был схвачен за ногу. Фото © Judy Champ с сайта birdwatchingdaily.com, заповедник Торри Пайнс, Калифорния, 28 апреля 2019 года
Пеликаны и скопы преимущественно рыбоядны и не замечены за разорением гнезд сапсанов. Однако известны случаи, когда бурые пеликаны поедали яйца и птенцов тонкоклювой кайры, египетской и большой белой цапли, а розовые пеликаны — птенцов капской олуши (см. видео). Так что недовольство сапсанов присутствием пеликанов неподалеку от гнезда вполне оправданно.

Агрессивный сосед Наука, Орнитология, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Сапсан атакует бурого пеликана. Фото © DeeDee Gollwitzer с сайта flickr.com, Калифорния, 4 мая 2017 года
Агрессивным территориальным поведением сапсанов в период размножения пользуются другие, более беззащитные, птицы. Особенно это характерно для тундры, где гнезда птиц располагаются открыто и доступны разорителям — песцам, чайкам и поморникам. Гнезда на территории сапсана устраивают гуси, утки, кулики. Сапсан — орнитофаг, то есть питается пернатыми, но хищные птицы, как правило, не охотятся около собственного гнезда, поэтому подобное соседство очень выгодно.

Агрессивный сосед Наука, Орнитология, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Сапсан атакует скопу. Фото © Insu Nuzzi с сайта flickr.com, заповедник Торри Пайнс, Калифорния, 6 июня 2015 года
Например, краснозобые казарки почти всегда гнездятся по соседству с сапсаном. Его покровительство обеспечивает им защиту от песцов, которые в годы низкой численности леммингов (своей основной добычи) особо активно разоряют гнезда птиц (и охотятся на наседок). По соседству с гнездом сапсана могут располагаться как одиночные пары, так и небольшие колонии до нескольких десятков пар казарок. Иногда в качестве покровителя казарка выбирает мохноногого канюка (зимняка) или белую сову, гнездится в колониях чаек или небольшими моновидовыми колониями, куда реже устраивает свои гнезда отдельно в тундре, без всякой защиты.

Агрессивный сосед Наука, Орнитология, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Краснозобая казарка среди более крупных белолобых гусей. Фото © John Tymon с сайта flickr.com
Рядом с белой совой гнездятся и другие виды гусеобразных. В период размножения пара сов отгоняет песцов со своей территории, делая безопасным несколько десятков метров вокруг своего гнезда. На гнездящихся неподалеку птиц и их птенцов совы обычно не охотятся, предпочитая грызунов. Нередко вокруг совы образуется целая колония из казарок, гусей и гаг.

Белые и белолобые гуси (см. картинку дня Чета белолобых гусей) способны дать отпор разорителям и самостоятельно, особенно если гнездятся крупными колониями. Однако и их гнезда часто разоряют.

Агрессивный сосед Наука, Орнитология, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Белые гуси защищают свое гнездо от песца. Фото © Сергей Горшков с сайта gorshkov-sergey.livejournal.com, остров Врангеля, 2015 год
Однако не только безобидные птицы ищут соседства с агрессивным видом. В Арктике наблюдается агрегация гнезд хищных птиц. Мохноногий канюк часто выбирает территорию недалеко от гнезд сапсана или кречета. Не пуская песцов и других хищников на свою территорию, сокола создают благоприятные условия для грызунов, которыми питается мохноногий канюк. Их численность становится выше, и канюк может охотиться прямо на своей гнездовой территории. Конечно, сапсан может напасть на его птенцов, но обилие корма заставляет зимняка идти на риск.

Фото © Alex Phan с личной страницы фотографа в Фейсбуке, Калифорния, 2019 год. Посмотрите также интересные фото сапсанов, атакующих пеликанов, здесь.


Анна Евсеева

https://elementy.ru/kartinka_dnya/1153/Agressivnyy_sosed
Показать полностью 5 1
138

Панцирь диатомей

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

На этой микрофотографии — диатомовая водоросль Lyrella hennedyi. Видим мы только ее панцирь, пронизанный большим количеством пор для связи с внешней средой. Посередине проходит шов (центральная щель), в центре — утолщение панциря (центральный узелок).

Диатомовые водоросли, или диатомеи (класс Diatomophyceae), — это одноклеточные одиночные или колониальные микроскопические организмы. Их размер обычно варьирует от 2 до 200 мкм (иногда более). Обитают они преимущественно в водной среде — в океанах, морях и реках, где представляют планктон и бентос. Кроме того, они могут жить в верхних слоях почвы, на снегу и во льдах, в горячих источниках, а также на других животных, от ракообразных до китов (то есть быть эпизоонтами), или внутри других организмов (быть эндобионтами) — например, как фотосимбионты фораминифер.

Главная особенность диатомей — наличие панциря поверх плазматической мембраны клетки. Панцирь состоит преимущественно из аморфного кремнезема, сходного по составу с опалом, а также включает примесь органических веществ и некоторых металлов (железа, алюминия, магния). У панциря две половинки, которые надеваются одна на другую. Большая (верхняя) половинка — это эпитека, меньшая — гипотека. Каждая половинка состоит из створки и пояскового ободка. В месте, где ободки накладываются друг на друга, образуется поясок. В зависимости от ракурса расположения клетки под микроскопом и на микрофотографии выделяют вид со створки и вид с пояска. На главном фото представлен вид со створки.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Объемная схема строения панциря диатомовой водоросли. Cn — центральный узелок (утолщение панциря), Ec — поясковый ободок эпитеки, Hc — поясковый ободок гипотеки, Ev — эпивальва (поверхность сворки эпитеки), Hv — гиповальва (поверхность створки гипотеки), Ra — центральный шов, Pn — терминальный узелок. Рисунок из статьи G. Kratošová et al., 2014. Synthesis of metallic nanoparticles by silica based algae — outline, prospect and applications из книги Green biosynthesis of nanoparticles: mechanisms and applications
У некоторых диатомей неполные перегородки панциря могут разделять клетку на несколько сообщающихся камер. Панцири бывают разной формы, с разным количеством пор (поры могут занимать до 75% площади панциря), с выростами или без.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Разнообразие форм и структур панцирей морских диатомей (a-d, f–i) в сканирующем электронном микроскопе. e — диатомит из Австралии. Длина масштабного отрезка — 10 мкм. Фото из статьи D. Losic et. al., 2009. Diatomaceous Lessons in Nanotechnology and Advanced Materials
У пеннатных диатомей (к ним относится и Lyrella hennedyi с главного фото) панцири обладают билатеральной симметрией, у центрических — радиальной.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Центрическая диатомовая водоросль Coscinodiscus wailesii. Вид со створки (круглые клетки) и с пояска. Средний диаметр клеток — 230 мкм. Темнопольная микроскопия. Фото с сайта diatomloir.eu
Кремнезем для строительства панциря диатомовые водоросли получают из внешней среды, где он представлен в виде метакремниевой или ортокремниевой кислот (см. Кремниевые кислоты). Как эти кислоты транспортируются в клетку, неизвестно; возможно, посредниками служат специальные транспортные белки (см. статью Белки-транспортеры кремния: долгий путь к открытию).

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Морская планктонная колониальная диатомея Chaetoceros debilis. Для клеток типичны длинные полые прямые или изогнутые шипы, которыми они соединяются в колонии, при этом шипы могут перекрещиваться или срастаться в основании. Фазово-контрастная микроскопия, увеличение 250×. Фото © Dr. Wim van Egmond с сайта nikonsmallworld.com
Большинство диатомовых водорослей довольно медлительны, но некоторые донные и почвенные диатомеи способны передвигаться достаточно быстро (со скоростью 0,2–25 мкм/с), сообщаясь с окружающей средой швом, который проходит по самой створке или по особым выростам панциря — килям. Шов может быть щелевидным (в виде узкой длинной щели на створке) или каналовидным (в киле). Движение этих водорослей — процесс сложный и не до конца изученный, но принцип понятен: водоросли выделяют слизь и скользят по ней. Если поместить диатомовую водоросль на предметное стекло под микроскоп, можно наблюдать следы слизи, которые она оставляет.

Размножаются диатомовые водоросли в благоприятных условиях (весной и в начале лета) в основном вегетативно: клетка делится пополам с расхождением половинок панциря. Полученная от материнской клетки половинка станет эпитекой, а гипотека достроится, поэтому клетка, получившая эпитеку, будет иметь размер материнской, а получившая гипотеку будет меньше. Таким образом, со временем в популяции, размножающейся вегетативно, размеры клеток будут уменьшаться. Этот процесс тормозится разными путями у разных видов. Например, у видов рода Melosira меньшие клетки со временем просто перестают делиться, а рост популяции обеспечивают только более крупные потомки. А некоторые диатомеи имеют более эластичные пояски клеток, что позволяет им немного растягиваться.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Строение панциря диатомовой водоросли пиннулярии (Pinnularia). А — вид со стороны пояска; Б — вид со стороны створки; В — продольный разрез; Г — поперечный разрез; Д — вегетативное размножение. 1 — эпитека, 2 — гипотека, 3 — шов, 4 — узелок, 5 — хроматофор, 6 — пиреноиды, 7 — цитоплазма, 8 — ядро, 9 — вакуоль, 10 — створка, 11 — поясок. Рисунок с сайта studopedia.org
Измельчание клеток компенсируется во время полового размножения, однако нет доказательств прямой связи начала полового процесса со стабилизацией размеров клеток в популяции, так как более крупные клетки тоже размножаются этим путем. Половой процесс различается у пеннатных и центрических диатомей: у первых он преимущественно происходит с безжгутиковыми гаметами, а у вторых — со жгутиковыми сперматозоидами. У пеннатных диатомей в результате мейоза формируется 1–2 гаметы в клетке, створки раздвигаются, и гамета может выйти, чтобы перейти в другую клетку для слияния. В случае, если гамет образовалось две, выходит только одна, а вторая остается в клетке и ждет подвижную гамету для слияния. Передвигаются гаметы амебообразно, с помощью псевдоподий; некоторые диатомеи образуют специальный слизистый канал для перехода гамет. У центрических диатомей в результате мейоза и следующих за ним митозов (иногда многочисленных) образуется от 4 до 128 сперматозоидов, а также одна или две яйцеклетки.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Схемы жизненных циклов у пеннатных (слева) и центрических (справа) диатомовых водорослей. 2n и n — это диплоидная и гаплоидная стадии соответственно. Рисунок с сайта ru.wikipedia.org
После полового процесса, который занимает всего несколько минут как у пеннатных, так и у центрических диатомей, образуется зигота (внутри клетки, несущей неподвижную гамету или яйцеклетку), которую называют ауксоспора. Она покрывается более плотной оболочкой и со временем превращается в обычную вегетативную клетку.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Центрическая диатомовая водоросль Melosira sp., образующая нитчатые колонии. Фокус на клетке, ставшей ауксоспорой. Вид с пояска. Фото через световой микроскоп с сайта forum.mikroscopia.com
Разнообразие диатомовых водорослей колоссально: по оценкам ученых, количество видов составляет около 10–12 тысяч, но некоторые считают, что их на порядок больше. Они относятся к отделу охрофитовые водоросли и способны к фотосинтезу. Их панцирь прозрачный и совершенно не мешает свету проникать в клетку. Водоросли в виде фитопланктона выделяют более 60% кислорода, производимого на планете в результате фотосинтеза, и диатомеи продуцируют до 20% от этого количества благодаря высоким темпам размножения. При этом водоросли тратят на собственное дыхание намного меньше кислорода, чем растения.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Колониальная диатомея Licmophora phlabellata. У колониальных диатомовых водорослей дочерние клетки после вегетативного деления не расходятся, а остаются соединенными. Здесь отдельная клетка — это участок «веера», у этой водоросли также присутствуют слизистые ножки, которыми она крепится к субстрату. Темнопольная микроскопия, увеличение 10×. Фото © Dr. Wim van Egmond с сайта nikonsmallworld.com
Панцирь диатомей не разлагается, что позволяет очень детально изучать палеонтологию этих водорослей. Самые древние найденные ископаемые относятся к меловому периоду, так что возраст класса составляет не менее 150 млн лет. Диатомовые водоросли формируют мощные отложения, получившие название диатомит.

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Ископаемая центрическая диатомовая водоросль Triceratium morlandii из диатомита Новой Зеландии, возраст 32–40 млн лет. Фазово-контрастная микроскопия. Фото с сайта commons.wikimedia.org
Диатомит используют как сырье для производства жидкого стекла, теплоизоляционного кирпича, инсектицидов и удобрений, как полировальный материал (в том числе его можно найти в составе зубных паст). Он также входит в состав некоторых типов цемента, используется в производстве бетона, фильтрации воды и т.д. Но особенно перспективным направлением исследования диатомовых водорослей стали нанотехнологии: ученые надеются научиться влиять на механизмы образования микроструктуры створок этих водорослей, например для использования их в медицине (см. статью Кремниевые нанотехнологии в пробирке).

Панцирь диатомей Наука, Одноклеточные, Диатомовые водоросли, Копипаста, Elementy ru, Биология, Видео, Длиннопост

Разнообразие диатомовых водорослей в виде калейдоскопа. Темнопольная микроскопия. Фото с сайта thisiscolossal.com (обязательно сходите по ссылке, там много красивых фото)
Известный специалист по диатомовым водорослям Клаус Кемп (Klaus Kemp) даже создал настоящие произведения искусства, раскладывая различных диатомей на покровных стеклах как в калейдоскопе.

Видео о создании калейдоскопа из разных видов диатомей

Фото © Massimo Brizzi с сайта nikonsmallworld.com, увеличение 1600×.

Вероника Хитяева

https://elementy.ru/kartinka_dnya/1142/Pantsir_diatomey

Показать полностью 10 1
303

В Германии найдена охотничья метательная палка возрастом 300 000 лет

В Германии найдена охотничья метательная палка возрастом 300 000 лет Наука, Археология, Палеолит, Антропология, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 1. Метательная охотничья палка из Шёнингена. Длина орудия 64,5 см. Отдельно показаны отметины от ударов (i, ii), следы удаления сучка и заглаживания поверхности (iii), превосходная сохранность клеточной структуры древесины (iv). Изображение из обсуждаемой статьи в Nature Ecology & Evolution и дополнительных материалов к ней
В знаменитом нижнепалеолитическом местонахождении в Шёнингене (Германия), где ранее были найдены деревянные копья возрастом 300 000 лет, обнаружен еще один тип охотничьего оружия того же возраста: заостренная с двух концов, отшлифованная, слегка изогнутая метательная палка длиной около 65 см. Похожими орудиями пользовались аборигены Австралии и Тасмании для охоты на птиц и мелких млекопитающих. Открытие показало, что уже в конце раннего палеолита, то есть еще до появления среднепалеолитической мустьерской культуры неандертальцев, обитатели северной Европы были искусными охотниками с богатым арсеналом охотничьего оружия.

Нижнепалеолитическое местонахождение в Шёнингене известно в первую очередь найденными здесь метательными копьями из стволов молодых елей (см.: Schöningen spears). Уникальная сохранность деревянных изделий в Шёнингене объясняется условиями захоронения. 300 000 лет назад, во времена очередного (пред-предпоследнего) межледниковья, здесь было озеро, образовавшееся в процессе отступания ледника. На его берегах жили люди. Их кости не найдены, но логично предположить, что это были «гейдельбергские люди» в широком смысле, предшественники (а возможно и прямые предки) неандертальцев. Жили они активной раннепалеолитической жизнью: изготавливали каменные орудия (некоторые из которых предположительно крепились к деревянным или костяным рукояткам), разделывали ими добычу (в частности, найдены кости десятков лошадей с отметинами от орудий), скоблили шкуры и обрабатывали деревянные изделия (V. Rots et al., 2015. Residue and microwear analyses of the stone artifacts from Schöningen).

Однажды участок прибрежной низменности подвергся внезапному затоплению. Многочисленные артефакты оказались захороненными под слоем ила. С тех пор они оставались в бескислородных условиях в толще пропитанного водой осадка, что обеспечило уникальную сохранность деревянных изделий (J. Serangeli et al., 2015. Overview and new results from large-scale excavations in Schöningen).

Каменные и деревянные орудия и кости крупных животных с царапинами от каменных ножей сохранились между слоем прибрежного грунта, богатого растительными остатками и похожего на торф, и вышележащим слоем ила, образовавшегося уже в водной среде после затопления. Изначально возраст находок оценивался в 400 000 лет, но затем датировки были уточнены, и сегодня принята оценка 300 000 лет. По возрасту и уровню развития материальной культуры шёнингенский комплекс соответствует позднему этапу раннего палеолита, который предшествовал формированию среднепалеолитической мустьерской культуры европейских неандертальцев.

В статье, опубликованной 20 апреля в журнале Nature Ecology & Evolution, палеоантропологи из Тюбингенского университета, проводящие раскопки в Шёнингене, сообщили о новой важной находке. В ходе работ на новом участке неподалеку от места обнаружения знаменитых копий ученые нашли еловую метательную палку (рис. 1). Изделие длиной 64,5 см и максимальным диаметром 2,9 см слегка изогнуто, заужено с обоих концов (причем сами кончики аккуратно обрублены), его поверхность несет следы выравнивания и заглаживания неровностей (рис. 1, iii). Прекрасная сохранность артефакта позволяет утверждать, что он не использовался ни для рытья (как палка-копалка), ни для обдирания коры с древесных стволов, ни как копье или дротик. По мнению авторов, это бесспорная охотничья метательная палка, подобная тем, которыми еще недавно пользовались австралийские и тасманийские аборигены для охоты на птиц и мелких млекопитающих (рис. 2). Шёнингенская находка действительно очень похожа на метательные палки коренных тасманийцев, хранящиеся в музее Хобарта.

На шёнингенской палке есть следы сильных ударов о твердые предметы (рис. 1, i, ii), что, наряду с другими мелкими деталями поверхности, хорошо согласуется с такой интерпретацией находки. Ранее в Шёнингене была найдена другая обоюдоострая палка, похожая на новую находку, но хуже сохранившаяся, что не позволило ученым исключить альтернативные интерпретации (палка-копалка, обдиралка коры, детское копье). Новая находка свидетельствует в пользу того, что и первая палка, скорее всего, представляет собой метательное охотничье оружие.

В Германии найдена охотничья метательная палка возрастом 300 000 лет Наука, Археология, Палеолит, Антропология, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 2. Старые изображения коренных тасманийцев с деревянными копьями и метательными охотничьими палками. Рисунки датированы 1835 годом, то есть сделаны уже после массового истребления аборигенов колонистами (см.: Black War). По-видимому, изображены представители небольшой группы уцелевших аборигенов (их окончательное вымирание произошло немного позже). На рисунках есть странности: например, на верхнем рисунке показана похожая на колли охотничья собака, поймавшая кенгуру, хотя точно известно, что у коренных тасманийцев не было собак. Возможно, собака досталась охотнику от европейцев. Подпись к рисунку гласит, что охотник собирается убить кенгуру своей «waddy», то есть метательной палкой. Тасманиец действительно держит в руке типичную охотничью метательную палку (ранние европейские поселенцы называли эти орудия waddies или lughrana, видимо, копируя слова местных жителей). Значит ли это, что охотничьи палки действительно использовались не только для метания, но и как оружие для ближнего боя? Или это фантазия художника? Изображение из статьи F. Noetling, 1911. Notes on the hunting sticks (lughrana), spears (perenna), and baskets (tughbrana) of the Tasmanian aborigines

Метательные охотничьи палки в древности были довольно широко распространены. Ими пользовались не только австралийцы, но и многие другие народы от коренных американцев до древних кельтов (см.: L. Bordes et al., 2015. Study and throwing experimentations around a Gaulish throwing stick discovery in Normandy). Специализированной разновидностью таких палок являются бумеранги, способные лететь по дуге и возвращаться к охотнику. Однако большинство моделей (включая и шёнингенскую) летает по прямой, быстро вращаясь. Умелый охотник может с расстояния в несколько десятков метров убить или сильно поранить таким оружием дичь размером с утку или кролика (а если повезет, то и небольшую антилопу или олененка). Крупного зверя метательными палками, конечно, не убьешь, но их можно использовать в загонной охоте, чтобы гнать добычу на поджидающих в засаде охотников с копьями.

Находка показала, что репертуар охотничьих приемов, которыми владели европейцы 300 000 лет назад, был шире, чем считалось до сих пор. Помимо легких метательных копий из стволов молодых елей и более массивных копий для ближнего боя обитатели шёнингенской стоянки владели еще и метательными палками. Не исключено и наличие у них составных орудий с каменными наконечниками. Получается, что в конце раннего палеолита предшественники неандертальцев уже обладали довольно сложным поведением и развитой культурой. Аналогичная картина для этой эпохи вырисовывается и в Африке, где жили предшественники сапиенсов (см.: 300 000 лет назад люди уже пользовались красками и переносили предметы на большие расстояния, «Элементы», 09.04.2018).


Источник: Nicholas J. Conard, Jordi Serangeli, Gerlinde Bigga and Veerle Rots. A 300,000-year-old throwing stick from Schöningen, northern Germany, documents the evolution of human hunting // Nature Ecology & Evolution. 2020. DOI: 10.1038/s41559-020-1139-0.


См. также:

Южная Африка, что ты делаешь?.. Наконечники копий 500 тысяч лет назад, «Антропогенез.ру», 17.11.2012.


Александр Марков

Показать полностью 1
31

Сускитиранн

Сускитиранн Палеонтология, Наука, Динозавры, Эволюция, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

На рисунке изображен описанный в 2019 году хищный динозавр сускитиранн (Suskityrannus hazelae) в компании рогатых зуницератопсов (Zuniceratops christopheri). Останки сускитиранна были найдены в формации Морено-Хилл (см. Moreno Hill Formation) в бассейне реки Зуни (штат Нью-Мексико, США). Родовое название образовано от слов suski («койот» на языке североамериканских индейцев зуни) и латинского tyrannus («деспот, тиран»). Видовое дано ящеру в честь Хейзел Вулф (Hazel Wolfe), которая вместе со своим мужем Кристофером нашла кости динозавров и основала Zuni Basin Paleontological Project (об истории этого проекта можно почитать здесь). Это был относительно небольшой хищник, найденные экземпляры которого имели длину тела до 3 м и массу не более 40 кг. Его знаменитый родственник тираннозавр рекс (Tyrannosaurus rex) из того же надсемейства тираннозавроидов достигал длины 12 метров и массы более девяти тонн. Оба жили в меловом периоде: тираннозавр — 70–66 млн лет назад, а сускитиранн — гораздо раньше, 92 млн лет назад.


Но хотя размеры сускитиранна скромные, его значение для науки большое. Дело тут вот в чем. Первые родственники тираннозавров — килеск (Kileskus) и эотиранн (Eotyrannus) — появились 166 млн лет назад, а последние (сам тираннозавр рекс) вымерли 66 млн лет назад вместе с остальными нептичьими динозаврами. Так что группа существовала около 100 млн лет. И как раз посередине этого отрезка — со 100 до 80 млн лет назад — белое пятно. Более 100 млн лет назад жили среднеразмерные хищники вроде сюнгуаньлуна (Xiongguanlong), длиной 3–5 метров. Менее 80 млн лет назад жили уже гигантские высшие хищники вроде литронакса (длиной до 7 м), уже принципиально не отличавшиеся от тираннозавра рекса. Но что было в промежутке? К счастью, в последнее время стали попадаться остатки тираннозавроидов и из этого белого пятна.


Первой находкой стала описанная в 2016 году тимурленгия (Timurlengia) из Узбекистана, возрастом 90–92 млн лет. Как и все ранние тираннозавроиды, это было небольшое животное длиной три-четыре метра. Томография показала, что у тимурленгии было крупное внутреннее ухо с большими полукружными каналами. Так что животное обладало острым слухом и, скорее всего, прочими чувствами тоже. Возможно, именно развитые органы чувств позволили тимурленгии более эффективно охотиться и вытеснить конкурентов.

Сускитиранн Палеонтология, Наука, Динозавры, Эволюция, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Сохранившиеся остатки тимурленгии. Изображение из статьи S. L. Brusatte et al. 2016. New tyrannosaur from the mid-Cretaceous of Uzbekistan clarifies evolution of giant body sizes and advanced senses in tyrant dinosaurs


Следующим стал открытый в 2019 году морос (Moros intrepidus). От него сохранилось не так уж много, но остатков оказалось достаточно, чтобы признать в нем тираннозавроида. Он жил 96 млн лет назад, это самый древний тираннозавроид, найденный на территории Северной Америки.

Сускитиранн Палеонтология, Наука, Динозавры, Эволюция, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Остатки мороса, длина его ноги оценивается в 1,2 м. Фото из статьи L. E. Zanno et al. 2019. Diminutive fleet-footed tyrannosauroid narrows the 70-million-year gap in the North American fossil record


Наконец, в 2019 году описали сускитиранна, который жил чуть позже мороса. Зато у сускитиранна нашли куда более полные остатки двух особей, так что палеонтологам удалось узнать гораздо больше.

Сускитиранн Палеонтология, Наука, Динозавры, Эволюция, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Остатки сускитиранна. Фото из статьи S. J. Nesbitt et al. 2019. A mid-Cretaceous tyrannosauroid and the origin of North American end-Cretaceous dinosaur assemblages


Оказалось, что при своих скромных размерах он уже обладал ключевыми признаками тираннозавроидов. Например, его морда, если смотреть сверху, не острая, а закругленная, а передние зубы в разрезе имеют характерную D-образную форму. Такими зубами удобно соскабливать мясо с костей.


Кроме того, сускитиранн — это самый древний тираннозавроид, у которого обнаружена так называемая арктометатарзальная стопа. На ней стоит остановиться подробнее. Это уникальное для динозавров строение плюсны, при котором третья плюсневая кость плотно зажата между второй и четвертой, причем в верхней части она сужается почти до полного исчезновения. Выглядит это примерно вот так:

Сускитиранн Палеонтология, Наука, Динозавры, Эволюция, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Арктометатарзальная стопа тарбозавра в Палеонтологическом музее им. Ю. А. Орлова РАН. Фото © Константин Рыбаков


Такая стопа была не только у тираннозавроидов, но еще и у орнитомимид, троодонтид и некоторых овирапторид. Объединяют их адаптации к быстрому бегу. Расчеты показали, что арктометатарзальная стопа может быть длиннее обычной при той же прочности. Длиннее стопа — значит, и вся нога длиннее. А значит, увеличивается длина шага и, соответственно, скорость. Ранее считалось, что тираннозавроиды обзавелись такой стопой, чтобы бегать все так же быстро при возросшем весе. Вернее, быстро шагать, так как многотонные тираннозавроиды не могли себе позволить оторвать от земли обе ноги. С находкой же сускитиранна стало ясно, что такое строение стопы, как и другие «продвинутые» признаки тираннозавроидов, появились при небольшом размере тела.

Сускитиранн Палеонтология, Наука, Динозавры, Эволюция, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Упрощенное филогенетическое древо тираннозавроидов с нанесенными временными рамками. Сускитиранн показан красным. Изображение из статьи S. J. Nesbitt et al. 2019. A mid-Cretaceous tyrannosauroid and the origin of North American end-Cretaceous dinosaur assemblages


Сускитиранн не был высшим хищником своих экосистем. Это место занимали аллозавроиды (см. Allosauroidea) — древние хищники, такие как одиннадцатиметровый сиац (Siats). Небольшие тираннозавроиды же держались в тени. Но как раз примерно 91 млн лет назад произошло сеномано-туронское массовое вымирание. Жизнь сильно усложнилась: климат стал жарче, повысился уровень воды в океане, многие животные вымерли, в том числе и аллозавроиды. Возможно, что как раз адаптации тираннозавроидов — острый слух и обоняние, прочные челюсти и быстрые ноги — позволили им пережить тяжелые времена лучше конкурентов. А может, и вытеснить их. Подробности этой эволюционной смены поколений помогут прояснить только новые находки.


Иллюстрация © Андрей Атучин.


Константин Рыбаков

https://elementy.ru/kartinka_dnya/1087/Suskitirann

Показать полностью 5
291

Любое ли гуано усилит электрокаталитические свойства графена?

Любое ли гуано усилит электрокаталитические свойства графена? Наука, Химия, Графен, Гуано, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Pис. 1. Заголовок обсуждаемой статьи в журнале ACS Nano


Вопрос в заголовке — не шутка. Так (почти буквально) озаглавлена недавняя статья в одном из ведущих научных журналов в области нанотехнологии, ACS Nano. Таким провокативным названием и не менее провокативной работой ученые из Чехии и Канады попытались обратить внимание научного сообщества на обилие публикаций, посвященны модификации графена дорогостоящими и токсичными реагентами. Такие работы обычно не имеют под собой серьезной теоретической базы. Чтобы подчеркнуть эту мысль, исследователи провели серию опытов с графеном, который они химически модифицировали с помощью птичьего помета (гуано), и продемонстрировали значительное усиление его электрокаталитических свойств в стандартных модельных реакциях восстановления кислорода и расщепления воды.


Графен — это двумерное вещество, представляющее собой слой атомов углерода, расположенных в узлах гексагональной решетки (каждая ячейка решетки — правильный шестиугольник, см. pис. 2). За открытие и исследование свойств графена Андрею Гейму и Константину Новоселову в 2010 году была вручена Нобелевская премия по физике (см. Нобелевская премия по физике — 2010, «Элементы», 11.10.2010).

Любое ли гуано усилит электрокаталитические свойства графена? Наука, Химия, Графен, Гуано, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 2. Структура графена. Шарики — атомы углерода, палочки — химические связи между ними. Рисунок с сайта en.wikipedia.org


Сразу после открытия графена ему пророчили множество практических применений, в частности в электрокатализе — ускорении реакций с помощью эффективной передачи электронов. Довольно быстро стало ясно, что для эффективного электрокатализа чистый графен не подходит, но если его модифицировать (легировать) с помощью других элементов или молекул, то электрокаталитическая активность сильно возрастает. Это происходит из-за того, что при замене некоторых атомов углерода на другие атомы в таком модифицированном графене появляются не участвующие в химических связях электроны, способные свободно двигаться по нему.


Но оставался нерешенным вопрос: какими именно элементами или молекулами и с какой плотностью можно модифицировать графен для наибольшего усиления эффекта? Теории, способной однозначно ответить на эти вопросы, пока нет. Поэтому химики и материаловеды по всему миру легировали графен множеством разных элементов и соединений при различных условиях и проверяли результат на множестве реакций. Вероятно, они надеются, что накопление экспериментальных данных рано или поздно приведет к появлению теоретической базы. По этой теме выходили и продолжают выходить сотни статей.


Ученые из Чехии и Канады, чья статья была опубликована в середине января в одном из ведущих химических журналов ACS Nano, иронизируют над этой деятельностью. В периодической таблице Менделеева 84 стабильных элемента, которыми можно модифицировать графен, — пишут они, — это уже дает нам 84 статьи. Если модифицировать графен двумя различными элементами одновременно, то это даст еще 84·83/2 = 3486 комбинаций с соответствующим количеством статей. Если легировать тремя элементами, то получится еще 95284 статьи, а если использовать четыре различных элемента, то можно опубликовать около 2 миллионов статей! Причем всё это — без учета различных условий модификации.


Авторы решили подойти к пародии на публикации о легировании графена со всей серьезностью: они легировали графен птичьим пометом (гуано). И у этого выбора, по их словам, есть вполне практический смысл, ведь гуано, в отличие от большинства используемых в аналогичных исследованиях реагентов, очень дешево и доступно, оно не токсично и при этом включает в себя множество химических элементов, пригодных для легирования: азот, серу, фосфор, хлор и т. д.


Ученые произвели термическое отслаивание (thermal exfoliation) оксида графена (фактически, легированного кислородом графена) от графита двумя разными известными методами в присутствии гуано (экспериментальные образцы) и сравнили его с оксидом графена, отслоенным теми же методами без гуано (контрольные образцы).


Полученные образцы были проанализированы разными методами.


При помощи растрового электронного микроскопа было получено изображение поверхности легированного графена (pис. 3). Значительных отличий между экспериментальными и контрольными образцами, а также тем, что было опубликовано ранее во множестве других статей (которые до некоторой степени пародируются в обсуждаемой статье), найдено не было. Авторы отмечают, что тот факт, что графен, легированный в присутствии гуано, имеет такую же поверхность, как обычный оксид графена, yказывает на эффективное включение атомов или фрaгментов молекул из гуано в структуру графена.

Любое ли гуано усилит электрокаталитические свойства графена? Наука, Химия, Графен, Гуано, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 3. Изображения исследуемых образцов, полученные сканирующим электронным микроскопом. А2 и В2 — гуано-модифицированный графен, С2 и D2 — контрольные образцы. Увеличение в 40 000 раз. Белые штрихи под изображениями соответствуют 100 нанометрам. Почти так же выглядит обычный графен в таком увеличении. Изображение из обсуждаемой статьи в ACS Nano


Для обнаружения дефектов использовалась рамановская спектроскопия. В гуано-модифицированном графене было обнаружено меньше дефектов, чем в контрольных образцах. При помощи рентгенoвcкой фотоэлектронной спектроскопии определялись типы химических связей в веществе и его элементный состав. Было зафиксировано заметное количество атомов азота, фосфора и серы в структуре гуано-модифицированного графенa и исследованы типы их связывания. Элементный анализ, позволяющий определять количественное содержание отдельных элементов в веществе, показал, что в двух образцах гуано-модифицированного графена в среднем находится 0,91% атомов азота, 1,92% атомов серы и 2,08% атомов фосфора. Наконец, масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой помогла обнаружить в образцах гуано-модифицированного графена металлы: в небольших количествах были зафиксированы железо, кобальт, марганец и никель, также, вероятно, взявшиеся из птичьего помета.


Затем была исследована электрокаталитическая активность образцов в двух реакциях: восстановление кислорода (молекулярный кислород при наличии источника водорода, с получением воды) и расщепление воды (рис. 4). Эти реакции очень часто используются в качестве моделей для подобных исследований. Восстановление кислорода — реакция, аналогичная дыханию, а расщепление воды важно, поскольку водород сейчас все активнее используется как альтернатива углеводородному топливу и для других нужд. Для проведения и исследования реакций использовался метод полярографии — в электрохимической ячейке на один из электродов наносится образец и меряется его электрический потенциал. Во всех случаях гуано-модифицированные образцы продемонстрировали лучшие результаты, чем контрольные.

Любое ли гуано усилит электрокаталитические свойства графена? Наука, Химия, Графен, Гуано, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 4. Реакции, использованные авторами обсуждаемой статьи для демонстрации электрокаталитического катализа с помощью полученных образцов гуано-модифицированного графена. [4Н] — общее обозначение источника водорода


С изрядной долей сарказма в обсуждаемой статье сформулированы следующие выводы «гуановых» изысканий авторов (перевод почти дословный):

1) Судя по полученным результатам, любое добавленное в графен гуано (во всех смыслах) приведет к усилению его электрокаталитических свойств. Даже если на графен плюнуть, эти свойства улучшатся.

2) Так как легирование графена дешевым птичьим пометом производит больше соответствующего электрокатализатора, чем многие сложные и дорогие процедуры легирования, нет оправданий для продолжения подобных исследований, а исследователям следует направить свои усилия в более продуктивное русло.

3) Химический состав птичьего помета можно менять, подмешивая нужные вещества в птичий корм, и, таким образом, катализатор может быть в дальнейшем заметно улучшен.


Авторы верят, что птичий помет может стать таким же ценным продуктом, каким он был до появления химически производимых удобрений, но надеются, что при этом удастся избежать войн за гуано (как горячих, так и торговых), подобных тем, которые бушевали в Тихом океане во второй половине XIX века (см. Первая тихоокеанская война).


Источник: Lu Wang, Zdenek Sofer, Martin Pumera. Will Any Crap We Put into Graphene Increase Its Electrocatalytic Effect? // ACS Nano. 2020. DOI: 10.1021/acsnano.9b00184.

Григорий Молев
https://elementy.ru/novosti_nauki/433605/Lyuboe_li_guano_usi...

https://www.youtube.com/watch?v=sjChCyTBVpE

Показать полностью 3 1
130

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом Палеонтология, Наука, Членистоногие, Скорпион, Паукообразные, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 1. Реконструкция скорпиона Parioscorpio venator. Жирными линиями выделены сохранившиеся участки тела. Изображение из обсуждаемой статьи


Палеонтологи обнаружили в отложениях раннего силура США отпечатки двух скорпионов. Возраст отложений составляет около 437–436 млн лет, что делает найденных скорпионов древнейшими известными представителями данной группы. На одном из отпечатков ученым удалось разглядеть детали строения кровеносной системы, которые свидетельствуют, что силурийские скорпионы могли обладать легочными мешками. Если это так, то находка является также древнейшим свидетельством адаптации животных к дыханию атмосферным воздухом. Кроме того, открытие ставит под сомнение гипотезу о морском происхождении скорпионов, свидетельствуя, напротив, об однократной колонизации суши предками паукообразных.


Силурийский период был тем временем, когда сушу освоили первые членистоногие животные и сосудистые растения. До этого континенты оставались прибежищем грибов, бактерий и водорослей. Первые свидетельства существования наземных растений — микроскопические криптоспоры — появляются в породах среднего ордовика возрастом около 460 млн лет. Считается, что некоторые из этих криптоспор, сгруппированные по четыре (так называемые тетрады), служили для размножения каких-то печеночных мхов. В отложениях следующего, силурийского, периода в большом количестве начинают попадаться споры с трехлучевой щелью — это говорит о появлении первых сосудистых растений. Древнейшие макроостатки таких растений относятся к роду Cooksonia и датируются верхним силуром. Они были найдены недалеко от английского города Ладлоу. На побегах куксоний из Ладлоу сохранились древнейшие устьица — приспособления наземных растений для газообмена и испарения влаги.


Наземные растения, точнее их споры и гниющие остатки, и стали тем магнитом, который притягивал к себе первых наземных членистоногих. Вслед за ними шли хищники. Примечательно, что до недавнего времени древнейшими сухопутными животными считались панцирные пауки (тригонотарбы) и губоногие многоножки, найденные в тех же слоях близ Ладлоу, что и древнейшие куксонии. Возраст этих слоев, по последним данным, составляет около 425 млн лет. Однако от членистоногих из Ладлоу сохранились только разрозненные фрагменты, и вывод об их сухопутном образе жизни был сделан по аналогии с находками более позднего возраста. Поэтому вполне понятно желание палеонтологов обнаружить прямые доказательства жизни на суше, коими являются, прежде всего, адаптации к дыханию атмосферным воздухом.


Некоторое время титул древнейшего наземного организма с сохранившимися дыхательными органами удерживала двупарноногая многоножка Pneumodesmus newmani, найденная в январе 2003 года на морском берегу недалеко от шотландского городка Стоунхейвен (рис. 2). Хотя от нее сохранилось всего шесть сегментов тела, на них различимы дыхальца — отверстия для вентиляции трахей. Многоножку подобрал местный палеонтолог-любитель, который во время отлива охотился за отпечатками рыб. На берегу рядом с этим местом даже был установлен информационный щит, который до сих пор оповещает туристов, что многоножка P. newmani является древнейшим животным, дышавшим атмосферным воздухом, а ее возраст составляет 428 млн лет. Увы, с тех пор оценки возраста слоев, где была сделана находка, поменялись, и сейчас слои относят не к среднему силуру, а к раннему девону (около 414 млн лет).

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом Палеонтология, Наука, Членистоногие, Скорпион, Паукообразные, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 2. Слева — двупарноногая многоножка Pneumodesmus newmani из раннего девона Шотландии, древнейшее животное с сохранившимися органами для дыхания атмосферным воздухом, Sp — дыхальце, St — стернит. Изображения из статьи H. M. Wilson, L. I. Anderson, 2004. Morphology and taxonomy of Paleozoic millipedes (Diplopoda: Chilognatha: Archipolypoda) from Scotland. Справа — участок побережья, где была сделана эта находка (ее место отмечено белой стрелкой. Фото © Александр Храмов


Почти такой же возраст (около 410 млн лет) имеют и панцирные пауки, обнаруженные в шотландском местечке Райни (Rhynie), вместе с множеством других раннедевонских членистоногих и наземных растений. Ископаемые, найденные в тамошних кремнистых породах, изучаются на тонких шлифах (срезах) под микроскопом. Используя подобную методику, ученые смогли разглядеть у панцирных пауков из Райни внутреннее строение легочных мешков (рис. 3). Так называются органы дыхания паукообразных, расположенные на брюшной стороне тела. По мнению специалистов, легочные мешки являются видоизмененными жаберными ножками. Когда предки паукообразных вышли на сушу, эти ножки, экипированные жаберными лепестками, погрузились вглубь тела, чтобы избежать высыхания. В результате основу легочных мешков современных паукообразных составляют многочисленные пластинки, гомологи жаберных лепестков, напоминающие страницы книги, так что по-английски этот орган называют book lungs — «книжные легкие».

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом Палеонтология, Наука, Членистоногие, Скорпион, Паукообразные, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 3. Слева вверху — поперечный срез легочного мешка раннедевонского паука из Райни, слева внизу — его трехмерная реконструкция, справа сверху — поперечный срез легочного мешка современного фрина рода Damon, справа внизу — поперечный срез легочного мешка современного скорпиона Heterometrus. A — воздушные мешки, L — пластинки легочного мешка, Bt — соединительные трабекулы, S — шипики, T — трабекула, F — зона слияния пластинок, Pc — столбчатые клетки, At — атриум (пространство легочного мешка), H — клетки гемолимфы. Изображение из статьи C. Kamenz et al., 2008. Microanatomy of Early Devonian book lungs


В отличие от панцирных пауков, которые вымерли к концу палеозоя, скорпионам удалось благополучно дожить до наших дней. Это особенно удивительно, учитывая, что они относятся к числу самых древних паукообразных. До сих пор древнейшим скорпионом считался Dolichophonus loudonensis, найденный в отложениях среднего силура Шотландии еще в 1899 году. Минимальный возраст этой находки составляет 433 млн лет. Кроме того, известен еще целый ряд силурийских и девонских скорпионов. Тем не менее скорпионов, в отличие от многоножек и панцирных пауков, не спешат пока причислять к древнейшим сухопутным животным. Дело в том, что многие ранние скорпионы попадаются в мелководных морских отложениях, поэтому некоторые ученые полагают, что, в отличие от своих потомков, они продолжали жить в воде. Самым видным сторонником этой точки зрения был американский палеонтолог Эрик Кьелсвиг-Веринг (Erik Kjellesvig-Waering), большой специалист по ископаемым хелицеровым. Именно Кьелсвиг-Веринг по пальцу клешни описал знаменитого скорпиона-гиганта Brontoscorpio из верхнего силура Англии, достигавшего в длину 90 см. Ученый был убежден, что скорпион такого размера мог жить только в воде.


Тем не менее даже если остатки какого-либо организма находят в морских отложениях, то это не значит, что он там жил — может быть, его туда снесло посмертно. В конце концов, находят же в морских слоях немало стрекоз и других крылатых насекомых. Конечно, у скорпиона, который не умеет летать, шансы упасть в воду гораздо ниже, но всё же они отнюдь не нулевые. Кроме того, у древнейших скорпионов, считающихся морскими, не было найдено ни одной ярко выраженной адаптации к водному образу жизни, например плавательных ног или жабр. Единственным исключением служит раннедевонский скорпион Waeringoscorpio westerwaldensis из Германии, у которого по бокам тела свешивается бахрома, напоминающая трахейные жабры водных личинок насекомых. Тем не менее не исключено, что этот признак возник вторично, когда сухопутные скорпионы предприняли попытку освоить воду.


Наконец, еще одним аргументом против «морской гипотезы» служат находки скорпионов, сделанные в морских отложениях и, несмотря на это, демонстрирующие признаки, характерные скорее для сухопутных животных. Например, в 2015 году в отложениях среднего силура Канады (возраст — около 430 млн лет) был найден скорпион Eramoscorpius brucensis, у которого тарзус, последний сегмент конечностей, немного короче базитарзуса, предпоследнего сегмента. Такая особенность характерна для современных сухопутных скорпионов, тогда как у мечехвостов, крабов и других морских членистоногих, разгуливающих по дну «на цыпочках», тарзус, наоборот, длиннее базитарзуса.


К этому же ряду находок относятся два небольших (менее 3 см в длину) раннесилурийских скорпиона, описание которых в прошлом месяце было опубликовано в журнале Scientific Reports (рис. 4). Оба экземпляра относятся к одному и тому же новому виду, получившему название Parioscorpio venator. Вместе с отпечатками червей, ракообразных и других беспозвоночных они были найдены на территории американского штата Висконсин еще в 1980-х годах и все эти годы пролежали в полной безвестности, пока их вновь не открыли при разборе коллекций.

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом Палеонтология, Наука, Членистоногие, Скорпион, Паукообразные, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 4. Два отпечатка скорпионов Parioscorpio venator, найденных в раннем силуре США. Cx — тазик; fe — бедро; fr — подвижный палец клешни; fx — неподвижный палец клешни; gt — кишечник; le — боковой глаз; mt — сегмент метасомы; pc — перикард; pfm — бедро педипальпы; pm — клешня педипальпы; pa — пателла (колено), ppt — колено педипальпы; ps — пульмо-перикардиальный синус; ptr — вертлуг педипальпы; pv — ядовитая железа; stn — стернит; tr — вертлуг; wl — ходильная нога. Длина масштабного отрезка — 5 мм. Изображение из обсуждаемой статьи


Скорпионы происходят из мелководных морских отложений, однако у ученых нет уверенности, что море было их прижизненной средой обитания. Дело в том, что на одном из отпечатков в районе мезосомы (средний отдел тела) ясно виден перикард — соединительнотканная сумка, в которой находилось сердце (рис. 5). От этого перикарда в стороны у P. venator отходят по меньшей мере три пары хорошо сохранившихся пульмо-перикардиальных синусов (пазух). У современных скорпионов такие синусы, по форме напоминающие сосуды, служат для кровоснабжения четырех пар легочных мешков (в отличие от настоящих сосудов, которые впадают непосредственно в сердце или в аорту, синусы соединены только с перикардом). Гемолимфа по синусам поступает в пластинки легочных мешков, где обогащается кислородом.

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом Палеонтология, Наука, Членистоногие, Скорпион, Паукообразные, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 5. Перикард и пульмо-перикардиальные синусы у раннесилурского и современных скорпионов. a — Parioscorpio venator; b — слепок перикарда скорпиона Centruroides exilicauda; c — самец скорпиона Hadogenes troglodytes. bl — легочные мешки; pc — перикард; ps — пульмо-перикардиальный синус. Длина масштабного отрезка — 1 мм (a, b); 1 см (c). Изображение из обсуждаемой статьи


Хотя сами легочные мешки у P. venator не сохранились, их наличие представляется довольно вероятным. До сих пор древнейший скорпион с сохранившимися легочными мешками был известен из нижнекаменноугольных отложений Шотландии. Именно шотландская находка рассматривалась как самое раннее бесспорное свидетельство перехода скорпионов к сухопутному образу жизни. Однако открытие P. venator говорит о том, что скорпионы стали жить на суше или как минимум начали совершать длительные прогулки за пределами водоемов почти на 100 млн лет раньше, уже в начале силурийского периода. Поскольку скорпионы из Висконсина на несколько миллионов лет старше других известных силурийских скорпионов, именно к ним теперь перешло звание древнейших представителей данного отряда. Получается, древнейшие скорпионы с большой вероятностью дышали атмосферным воздухом. Это еще один довод против «морской гипотезы» в пользу изначальной сухопутности скорпионов.


Стоит добавить, что если скорпионы произошли от общего предка паукообразных, который перешел к жизни на суше, то легочные мешки в ходе эволюции были изобретены всего один раз. Если же скорпионы возникли в море (например, от того же предка, что и морские ракоскорпионы), то придется допустить, что легочные мешки у хелицеровых независимо появились дважды (рис. 6).

Обнаруженный в США древнейший скорпион, по-видимому, дышал воздухом Палеонтология, Наука, Членистоногие, Скорпион, Паукообразные, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 6. Различные варианты филогении хелицеровых. Варианты a–с предполагают, что скорпионы и остальные паукообразные приобрели легочные мешки независимо друг от друга, вариант d предполагает, что легочные мешки были унаследованы от общего предка. R. J. Howard et al., 2019. Exploring the evolution and terrestrialization of scorpions (Arachnida: Scorpiones) with rocks and clocks

Между тем, по своей микроструктуре легочные мешки скорпионов очень похожи на аналогичные органы у фринов, пауков и телифонов, что свидетельствует в пользу однократной колонизации суши. Впрочем, точку в этой дискуссии ставить пока еще рано — остается уповать на новые палеонтологические находки.


Источник: Andrew J. Wendruff, Loren E. Babcock, Christian S. Wirkner, Joanne Kluessendorf, Donald G. Mikulic. A Silurian ancestral scorpion with fossilised internal anatomy illustrating a pathway to arachnid terrestrialisation // Scientific Reports. 2020. 10, 14. DOI: 10.1038/s41598-019-56010-z.


Александр Храмов

https://elementy.ru/novosti_nauki/433606/Obnaruzhennyy_v_SSh...

Показать полностью 5
43

Различия в доходах у современных британцев отчасти зависят от генов

Различия в доходах у современных британцев отчасти зависят от генов Наука, Социология, Генетика, Статистика, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 1. Имущественное неравенство и увеличивающийся разрыв между бедными и богатыми — серьезная проблема для развитых и развивающихся стран. Ее уже давно пытаются решить экономисты и социологи, а теперь к ним подключились и генетики. Фото с сайта pinterest.ru


Анализ выборки, включающей почти 300 тысяч неродственных друг другу жителей Великобритании с известными генотипами, позволил выявить 150 участков генома (локусов), нуклеотидные вариации в которых достоверно коррелируют с уровнем дохода. Оказалось, что «гены богатства» — это по большей части те же самые гены, для которых ранее была показана связь с интеллектом и уровнем образования. Многие из них вовлечены в работу мозга, преимущественно экспрессируются в определенных отделах мозга (лобная кора, передняя поясная кора, прилежащее ядро, мозжечок) и влияют на работу ГАМК-эргических и серотониновых нейронов. Результаты показывают, что социоэкономическое неравенство в современной Великобритании имеет в том числе и генетические корни. Люди с высокой генетической предрасположенностью к богатству позже начинают обзаводиться детьми и оставляют в среднем меньше потомков, что указывает на отрицательный отбор по «генам богатства».


Социально-экономическое неравенство, сохраняющееся по сей день даже в самых благополучных странах, принято рассматривать как проблему, нуждающуюся в решении и заслуживающую всестороннего изучения. Тем более, что, согласно результатам многочисленных исследований, социоэкономический статус (socioeconomic status или socioeconomic position, SEP), как правило, положительно коррелирует со здоровьем и продолжительностью жизни.


Считается, что люди с высоким SEP в среднем дольше живут и меньше болеют в основном благодаря лучшему доступу к дорогостоящим ресурсам, улучшенным возможностям и мотивациям для ведения здорового образа жизни и т. п., то есть предполагается, что SEP напрямую влияет на показатели здоровья. С другой стороны, быстро накапливаются данные, указывающие на возможные генетические корреляции (см. Genetic correlation) между SEP и здоровьем (см.: W. D. Hill et al., 2016. Molecular Genetic Contributions to Social Deprivation and Household Income in UK Biobank). Иными словами, некоторые генетические варианты (аллели) могут одновременно влиять и на шансы достичь высокого социоэкономического статуса, и на риск тех или иных заболеваний.


Это выглядит логичным: например, легко себе представить, что некие аллели, влияющие на пищевое поведение или склонность к формированию зависимостей, будут одновременно и повышать вероятность нездорового образа жизни, и снижать шансы индивида добиться высокого SEP. Такое многоплановое действие одних и тех же генов на разные признаки называют плейотропией.


Прежние исследования показали наличие генетических корреляций между разными компонентами SEP, такими как уровень образования (см.: Уровень полученного образования отчасти зависит от генов, «Элементы», 16.05.2016), дохода и социальной депривации, и показателями умственного и физического здоровья, включая интеллект и продолжительность жизни (W. D. Hill et al., 2019. A combined analysis of genetically correlated traits identifies 187 loci and a role for neurogenesis and myelination in intelligence).


Продолжая эту линию исследований, британские биологи проанализировали крупнейший массив данных по генетике современных британцев, UK Biobank, с целью поиска генетических факторов, влияющих на одну из важных составных частей SEP, а именно на уровень дохода семьи (household income). Массив содержит данные по аллельному состоянию 39 миллионов аутосомных однонуклеотидных полиморфных позиций или снипов (SNP) для сотен тысяч современных британцев.


Людей, чьи генотипы внесены в UK Biobank, в ходе анкетирования спрашивали, помимо прочего, о суммарном доходе семьи до вычета налогов (household income). Доход оценивался по 5-балльной шкале (1 — менее £18 000, 2 — £18 000–£29 999, 3 — £30 000–£51 999, 4 — £52 000–£100 000, 5 — более £100 000) и в дальнейшем анализировался как обычный количественный фенотипический признак наподобие роста, числа детей или лет, потраченных на обучение. То, что «доход семьи» — вроде бы не индивидуальный признак, а характеристика целой группы индивидов (семьи), скорее всего, в данном случае неважно, а может быть даже и хорошо. В пользу этого есть ряд косвенных статистических аргументов, таких как исключительно сильные корреляции между этой «групповой» характеристикой и признаками, измеряемыми на индивидуальном уровне (например, образованием). И потом, если один из супругов, допустим, имеет успешный бизнес, а второй благодаря этому может позволить себе не заморачиваться зарабатыванием денег, а организовывать благотворительные выставки абстрактных скульптур из овощей — то этот второй, по справедливости, богатый и успешный человек, а вовсе не нищий неудачник, каким он выглядел бы, если бы доход оценивался индивидуально.

Различия в доходах у современных британцев отчасти зависят от генов Наука, Социология, Генетика, Статистика, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 2. Предполагаемая структура причинно-следственных связей между генами и средой с одной стороны и интеллектом, образованием и доходом — с другой. Рисунок представляет собой упрощенную схему и отражает общую идею о том, что гены, разумеется, не могут напрямую влиять на такие «дистальные» признаки, как уровень образования и дохода. Однако они вполне могут это делать (и делают) через ряд промежуточных этапов, на каждом из которых генетические эффекты «разбавляются» очередной порцией эффектов среды. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications


Изучаемая выборка была пропущена через множество фильтров, помогающих отсеять данные, присутствие которых затруднило бы анализ. В частности, были исключены из рассмотрения все индивиды не британского происхождения, чтобы минимизировать скрытую структурированность выборки (это может породить так называемую «проблему гена китайских палочек», о которой рассказано в новости Уровень полученного образования отчасти зависит от генов). Происхождение оценивалось не только по данным анкетирования, но и дополнительно проверялось по генотипу. Из выборки были также исключены все родственные друг другу индивиды вплоть до троюродных сиблингов (о родстве тоже судили по генотипам) и все те, чьи данные содержали какие-либо несостыковки (например, если заявленный пол не совпадал с набором половых хромосом).


В итоге в выборке осталось 286 301 британец (из них 138 425 мужчин) в возрасте от 39 до 73 лет, не родственных друг другу, с известным уровнем дохода (от 1 до 5) и с генетическими данными, не вызывающими сомнений в их достоверности. Для этой выборки был проведен полногеномный поиск ассоциаций (Genome-wide association study, GWAS), который выявил 30 участков генома (локусов), в которых находятся однонуклеотидные полиморфизмы, достоверно коррелирующие с доходом (в общей сложности 3712 снипов, приуроченных к 117 генам и сгруппированных в 30 относительно компактных групп, рис. 3). Применение недавно разработанного авторами хитроумного метода MTAG (Multi-trait analysis of GWASs) позволило, опираясь на полученные ранее данные GWAS для другого компонента SEP — уровня образования, идентифицировать еще 120 локусов, которые с большой вероятностью тоже влияют на доход (а заодно и на образование). Но эти локусы в дальнейшем анализе на всякий случай не учитывались.

Различия в доходах у современных британцев отчасти зависят от генов Наука, Социология, Генетика, Статистика, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 3. «Манхэттенский график» с результатами полногеномного поиска ассоциаций для признака «доход семьи». По горизонтальной оси — позиция на хромосоме (показаны хромосомы с первой по двадцать вторую; половые хромосомы не рассматривались), по вертикальной — степень статистической значимости ассоциации данного полиморфизма (снипа) с доходом. Точки соответствуют отдельным снипам. Выше горизонтальной красной линии находятся снипы, аллельное состояние которых достоверно коррелирует с доходом; выше черной линии — снипы, связь которых с доходом вероятна, но требует большей выборки для статистического подтверждения. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications


Большинство выявленных снипов находятся не в белок-кодирующих участках (к ним приурочено лишь 1,7% снипов), а в интронах и межгенных промежутках. Такие снипы могут влиять на регуляцию работы генов, но вот каких именно — понять не так-то просто, учитывая, что регуляторные области генов могут отстоять весьма далеко от кодирующих. Чтобы в этом разобраться, авторы привлекли дополнительные данные, в том числе о связи уровней генной экспрессии с теми или иными снипами (см. Expression quantitative trait loci) и о структуре хроматина (см. Chromosome conformation capture), что позволяет судить об удаленных регуляторных взаимодействиях.


В итоге были идентифицированы 24 гена, связь которых с доходом подтверждается сразу несколькими независимыми подходами и, таким образом, является наиболее обоснованной. Характерно, что для 18 из этих 24 генов ранее была показана (тоже при помощи GWAS) связь с интеллектом.


Применение большого арсенала статистических методов позволило выявить ряд дополнительных интересных фактов. Оказалось, что чем сильнее статистическая связь гена с уровнем дохода, тем выше вероятность, что этот ген экспрессируется преимущественно в мозге (особенно в мозжечке, лобной коре, передней поясной коре и прилежащем ядре), а также почему-то в семенниках.


«Гены богатства» (этот некорректный термин я использую вместо громоздкой формулировки «гены, аллельное состояние которых ассоциировано с различиями по уровню дохода у современных британцев») имеют значимо повышенный уровень экспрессии в нейронах (но не в других клетках мозга, таких как клетки глии), а особенно в двух разновидностях нейронов: ГАМК-эргических средних игольчатых нейронах (medium spine neurons), которых много в прилежащем ядре и которые, по-видимому, играют важную роль в обучении на опыте, и в серотониновых нейронах. Значимой приуроченности экспрессии «генов богатства» к каким-то определенным возрастам или стадиям развития мозга не было обнаружено.


Еще одна заслуживающая упоминания статистическая закономерность состоит в том, что участки генома, содержащие снипы, ассоциированные с доходом, характеризуются повышенной консервативностью: у предков британцев на них действовал очищающий отбор, выбраковывавший большинство возникавших здесь мутаций. Это говорит о важной функциональной роли этих участков и согласуется с идеей о том, что они важны для нормальной работы мозга.


Для проверки гипотезы о существовании причинно-следственной связи между интеллектом и богатством авторы также применили метод «менделевской рандомизации» (Mendelian randomization, MR). При этом использовались данные по снипам, для которых ранее была показана тесная связь с интеллектом. Метод MR обычно используется для оценки влияния предполагаемого фактора риска (например, высокого кровяного давления) на вероятность той или иной болезни (например, инсульта) без проведения рандомизированных клинических испытаний. Идея тут в том, что панмиксия и мейоз обеспечивают превосходную рандомизацию генотипов, и поэтому результаты GWAS с некоторыми оговорками можно использовать в качестве суррогата клинических испытаний. Например, можно взять снипы, достоверно влияющие на кровяное давление, и посмотреть, коррелирует ли их наличие с вероятностью инсульта. При соблюдении ряда условий (например, нужна уверенность, что эти же самые снипы не влияют на вероятность инсульта каким-то другим способом) это даст ответ на вопрос, существует ли причинная связь между давлением и инсультом. Соответственно, можно будет понять, насколько полезной является борьба с повышенным давлением для профилактики инсульта. В данном случае в качестве «фактора риска» рассматривался интеллект, а в качестве «болезни» — богатство. Анализ показал, что интеллект действительно является важной причиной богатства — конечно, если соблюдаются все условия и допущения, заложенные в метод MR, а это в данном случае не для всех допущений можно сказать наверняка.


Авторы также провели для признака «доход» поиск генетических корреляций, то есть посмотрели, с какими еще фенотипическими признаками коррелируют генетические варианты, ассоциированные с доходом. Выяснилось, что «гены богатства» ассоциированы со многими показателями физического и умственного здоровья (рис. 4).

Различия в доходах у современных британцев отчасти зависят от генов Наука, Социология, Генетика, Статистика, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 4. Генетические корреляции 27 фенотипических признаков с доходом (синие отрезки) и уровнем образования (голубые отрезки). Отрицательные значения показывают, что генетические варианты, ассоциированные с высоким доходом (или образованием), также ассоциированы с пониженными значениями рассматриваемого признака. Например, синдром дефицита внимания, утомляемость, невротизм и курение реже встречаются у людей с высокой генетической предрасположенностью к богатству и образованию. Положительные значения, соответственно, показывают, что у людей с большим числом аллелей, ассоциированных с доходом или образованием, рассматриваемый признак в среднем встречается чаще или выражен сильнее (например, удовлетворенность жизнью, рост, размер головы и продолжительность жизни). Звездочками отмечены признаки, на которые «гены дохода» и «гены образования» влияют достоверно по-разному. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Communications


В частности, у людей с высокой генетической предрасположенностью к богатству реже встречаются (или в среднем слабее выражены) такие признаки, как синдром дефицита внимания и гиперактивности, утомляемость, невротизм, курение, ожирение, депрессия, коронарная недостаточность, шизофрения, болезнь Альцгеймера и диабет 2-го типа. Кроме того, у них выше общая удовлетворенность жизнью и они чаще оценивают собственное здоровье как хорошее. И в общем-то правильно делают, потому что живут они в среднем дольше, чем люди с менее выраженной наследственной предрасположенностью к богатству.


Но есть и исключения из этого правила: обнаружилась положительная генетическая корреляция между богатством и такими неприятными фенотипическими признаками, как анорексия, биполярное расстройство, а также «тревожность» и «уязвимость» (последние два фенотипа входят в состав более общей характеристики «невротизм», который в целом ниже у людей, генетически предрасположенных к высокому доходу).


Рисунок 4 также показывает, что люди, у которых много «генов богатства», имеют в среднем более крупные головы, выше ростом, чуть больше спят и чаще бывают совами (а не жаворонками) по сравнению с людьми, у которых генетическая предрасположенность к высокому доходу выражена слабее.


С эволюционной точки зрения из показанных на рисунке 4 признаков самые интересные — это «число детей» и «возраст при рождении первого ребенка». Эти признаки напрямую связаны с дарвиновской приспособленностью. Поскольку в развитых странах ранняя смертность близка к нулю, приспособленность почти полностью определяется количеством детей (их «качество» сегодня почти не имеет значения: до зрелости доживают практически все дети, и все получают возможность создать собственную семью). Характер генетической корреляции этих двух признаков с доходом недвусмысленно указывает на отрицательный отбор по «генам богатства» у современных британцев. Люди с высокой генетической предрасположенностью к богатству в среднем позже начинают заводить детей и оставляют меньше потомков по сравнению с людьми, генетически не склонными к высоким доходам. Это значит, что «гены богатства», скорее всего, постепенно выбраковываются отбором из генофонда жителей развитых стран — точно так же, как и «гены образования» (см.: Гены, способствующие получению хорошего образования, отсеиваются отбором, «Элементы», 24.01.2017). Любопытно, что авторы вообще не обсуждают этот нюанс, предоставляя читателям самим его заметить (или не заметить) при разглядывании приведенного в статье рисунка.


Чрезвычайно сильные генетические корреляции между богатством, образованием и интеллектом были показаны ранее в ряде исследований и подтвердились в обсуждаемой работе. Множества аллелей, влияющих на эти три признака, сильно перекрываются, но всё же не полностью идентичны. Например, на рисунке 4 звездочками отмечены 11 признаков, на которые «гены богатства» и «гены образования» влияют по-разному. Некоторые различия кажутся интуитивно понятными: например, «гены богатства» сильнее коррелируют с субъективным ощущением счастья (удовлетворенности жизнью), чем «гены образования». Другие заставляют задуматься: например, на риск шизофрении «гены богатства», по-видимому, оказывают отрицательное влияние, а «гены образования» — слабое положительное.


В целом складывается впечатление, что генетические варианты, ассоциированные с доходом, теснее связаны с показателями хорошего умственного или психического здоровья, чем варианты, ассоциированные с образованием. Одно из возможных объяснений состоит в том, что образование люди обычно получают в молодом возрасте (когда генетические склонности к каким-то недугам могли еще не проявиться), а деньги всерьез зарабатывают уже потом. Это делает признак «доход» потенциально более зависимым от «генов здоровья» по сравнению с признаком «образование». С другой стороны, низкий уровень дохода теоретически может, через менее здоровый образ жизни или затрудненный доступ к ресурсам, повышать вероятность развития возрастных заболеваний.


Что касается отрицательного отбора, то он, по-видимому, чуть сильнее работает против «генов образования», чем против «генов богатства».


Сопоставление результатов GWAS для дохода и интеллекта показало, что та часть генетической вариабельности, которая связана только с доходом, но не с интеллектом, коррелирует с 27 рассмотренными фенотипическими признаками примерно так же, как и вся генетическая вариабельность, влияющая на доход (то есть «уникальная» для дохода часть генетической изменчивости плюс та изменчивость, которая влияет на доход и интеллект одновременно). Расхождения есть, но они незначительны (корреляция со «всеми генами дохода» и с «генами дохода, но не интеллекта» значимо различается только для двух признаков из 27). Возможно, это значит, что снипы, ассоциированные с доходом, влияют на доход не только через интеллект, но и через какие-то другие промежуточные звенья. Например, через устойчивость к заболеваниям или через фенотипический признак «добросовестность» (пока это лишь догадки, которые нужно будет проверять в ходе дальнейших исследований).


«Гены интеллекта» коррелируют с 27 рассмотренными признаками примерно так же, как и «гены дохода» и «гены образования». Однако если из генетической вариабельности, связанной с интеллектом, исключить ту ее часть, что связана еще и с доходом, то структура корреляций меняется довольно сильно (корреляции становятся значимо другими для 12 признаков из 27). Это значит, что наблюдаемая связь между интеллектом и рассматриваемыми признаками, возможно, в значительной мере опосредуется доходом. Может быть, для хорошего физического и психического здоровья «гены дохода» в целом полезнее, чем «гены интеллекта».


Авторы провели еще целый ряд статистических манипуляций с полученными данными, что позволило получить дополнительные подтверждения основных выводов. Например, они рассчитали интегральный «показатель генетической предрасположенности к высокому доходу» (polygenic score), подобно тому, как это ранее делалось для образования (см.: Гены, способствующие получению хорошего образования, отсеиваются отбором, «Элементы», 24.01.2017). Применив этот показатель, вычисленный на основе UK Biobank, к независимой выборке генотипированных шотландцев (Generation Scotland: Scottish Family Health Study), авторы убедились, что он позволяет не совсем попадать пальцем в небо, предсказывая уровень дохода шотландцев их генотипу. Удаётся объяснить до 2,0% вариабельности шотландцев по доходу (и даже 2,5%, если использовать результаты MTAG), что не так уж плохо для подобных индексов. Например, аналогичный индекс генетической предрасположенности к получению образования, вычисленный ранее по данным GWAS на выборке из 355 000 человек, объяснил 3,74% вариабельности по уровню образования у исландцев (не входивших в эту выборку).


В целом работа довольно убедительно показала, во-первых, что уровень дохода современных британцев отчасти зависит от генов, во-вторых — что эта связь в значительной мере опосредуется интеллектом. Чтобы избежать неправильных интерпретаций (а заодно и нередких в наше время обвинений в «биологизаторстве», «генетическом детерминизме» или еще в каком-нибудь неполиткорректном «изме»), авторы долго и подробно объясняют, что найденные ими снипы и локусы некорректно называть «генами богатства», потому что они влияют на богатство не очень сильно (оценка наследуемости уровня дохода, получившаяся у авторов, действительно не слишком высока: 7,39%). К тому же это влияние далеко не прямое. Оно осуществляется через множество промежуточных звеньев (начиная с уровней экспрессии определенных генов в определенных разновидностях нейронов и отделах мозга) и на каждом шаге последовательно «разбавляется» влияниями среды, как показано на рис. 2.


И всё же подобные результаты не могут не вызывать удивления, особенно если вспомнить, насколько «дистальными» («далекими от генов») являются признаки, о которых идет речь. Кто бы мог подумать, что власть генов в современном человеческом обществе простирается настолько далеко, что можно делать осмысленные предсказания о доходе конкретных британцев и уровне образования исландцев, глядя только на их ДНК!


Закономерности, выявленные у современных британцев, совершенно не обязательно должны соблюдаться везде, особенно в странах с сильно отличающимся социально-политическим устройством, традициями и т. п. Например, известно, что генетические варианты, влияющие на уровень образования в демократических странах, слабее влияют и на образование, и в целом на жизненный успех (SEP) в обществах с менее меритократическими механизмами доступа к образованию, высокооплачиваемой работе и другим составляющим SEP. Вполне возможно, что от генов, влияющих на доход британцев, в некоторых других странах доход зависит слабее или даже вовсе не зависит.


Источник: W. David Hill, Neil M. Davies, Stuart J. Ritchie, Nathan G. Skene, Julien Bryois, Steven Bell, Emanuele Di Angelantonio, David J. Roberts, Shen Xueyi, Gail Davies, David C. M. Liewald, David J. Porteous, Caroline Hayward, Adam S. Butterworth, Andrew M. McIntosh, Catharine R. Gale & Ian J. Deary. Genome-wide analysis identifies molecular systems and 149 genetic loci associated with income // Nature Communications. 2019. DOI: 10.1038/s41467-019-13585-5.


См. также:

1) Уровень полученного образования отчасти зависит от генов, «Элементы», 16.05.2016.

2) Гены, способствующие получению хорошего образования, отсеиваются отбором, «Элементы», 24.01.2017.


Александр Марков

Показать полностью 3
263

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 1. Мальчики с симптомами трех недугов: кори, скарлатины (для нее характерна мелкая красная сыпь) и натуральной оспы (отдельные пятна, постепенно превращающиеся в язвы). В случае кори кожа покрывается красными точками, которые имеют склонность в дальнейшем сливаться друг с другом в более крупные пятна. Это происходит из-за того, что вирус, путешествуя по кровеносному руслу, поражает клетки капилляров кожи — там его находят иммунные клетки и, пытаясь уничтожить, повреждают заодно близлежащие клетки, что и вызывает воспаление. Рисунок из книги Les Remèdes de la bonne femme, encyclopédie générale d'hygiène et de médecine usuelle (издание 1895–1897 годов)

Недавние исследования обнаружили, что корь помимо известных угроз здоровью способна вызывать иммунную «амнезию». То, что этот вирус поражает иммунные клетки, было известно и раньше, но считалось, что впоследствии они восстанавливают свое количество. Это действительно так, но теперь американские ученые на примере эпидемии кори среди ортодоксальных протестантов в Нидерландах выяснили, что при этом страдает качество: антител к уже перенесенным заболеваниям становится меньше и они хуже узнают своего врага. Это значит, что организм становится вновь чувствителен к возбудителям, к которым у него уже был иммунитет.


До появления вакцины в 1963 году корь была одним из самых распространенных тяжелых детских заболеваний. Она невероятно легко переносится воздушно-капельным путем между людьми, вызывает много болезненных симптомов и массу осложнений. Основная мишень вируса кори в организме человека — иммунная система. Попадая в легкие, он атакует местные макрофаги. Чтобы очистить организм от заболевших макрофагов, в борьбу с вирусом включаются другие иммунные клетки, но в итоге они тоже поражаются и лишь разносят вирус по всему организму. На этом этапе появляются характерные симптомы кори, а иммунитет очень сильно слабеет. Температура поднимается, появляется головная боль, кашель, светобоязнь, а затем — и красная сыпь по всему телу. Количество иммунных клеток падает, так что организм становится беззащитнее перед другими патогенами. В конце концов находятся иммунные клетки, способные противостоять этому вирусу, и после выздоровления к нему вырабатывается иммунитет, но осложнения регулярно приводят к тяжелым последствиям и смертельному исходу: ежегодно фиксируется около 120 000 таких случаев.

Краткий рассказ о том, что вирус кори делает, попав в организм человека, и почему эта болезнь такая опасная. Рекомендуем также прочитать подробную статью Корь: война с детской чумой продолжается

Основные потери от болезни организм — если выживет — способен восстановить за несколько месяцев. Несмотря на это известно, что корь влияет и на дальнейшую выживаемость: шансов умереть в последующие пять лет у переболевших корью людей больше. Детального объяснения этому феномену нет, но в последние годы появилось предположение о том, что корь вызывает иммунную «амнезию»: организм забывает болезни, которыми уже болел, и может начать болеть заново. Так, еще в начале XX века были описаны случаи «забывания» туберкулеза: у переболевших туберкулезом реакция Манту после кори снова становилась негативной.


Приобретенный иммунитет работает за счет клеток памяти — Т- и В-лимфоцитов. Т-клетки убивают патогены самостоятельно, а В-клетки для этого выделяют антитела — специфичные метки, которые помечают вредителя для других иммунных клеток. Эти антитела специфичны — каждый их тип помнит только об одном враге, а точнее об отдельном куске его белка — эпитопе. Организм может выработать для одного патогена сразу несколько типов антител, каждый из которых будет узнавать свой эпитоп.


Изначально каждая В-клетка имеет свою уникальную ДНК-матрицу, с которой она синтезирует свои уникальные антитела. Первая встреча с патогеном заставляет ее размножиться, так что в организме появляется целая армия клонов, производящих похожие антитела. После того, как атака отражена, большинство бойцов этой армии исчезает, но некоторые остаются и превращаются в клетки памяти. Именно они сохраняют информацию о том, какие антитела пригодились в борьбе с недугом в прошлый раз и ДНК-рецепт их приготовления. Узнав патоген, запомненный по прошлой встрече, они активируют иммунный ответ гораздо шустрее, чем в первый раз.


Большинство антител, циркулирующих у нас в крови, вырабатывается долгоживущими клетками плазмы в костном мозге (см. Plasma cell), и по их разнообразию можно судить о приобретенном иммунитете. Но для того, чтобы проверить гипотезу иммунной «амнезии», нужна группа людей, переболевших корью в относительно контролируемых условиях: сравнив разнообразие антител до и после болезни, можно узнать, пострадала ли от нее иммунная память.


Из-за высокого уровня вакцинации эту гипотезу было сложно проверить еще совсем недавно, но из-за усиливающегося движения антипрививочников вспышки кори перестали быть редкостью. Команда ученых из США, Финляндии и Нидерландов воспользовалась одной из них, случившейся в 2013 году в Нидерландах. Результаты их исследования опубликованы в недавнем выпуске журнала Science.


В этой стране есть регион, находящийся под сильным влиянием протестантской церкви, так называемый «Библейский пояс» (рис. 2). Рождаемость там выше, чем в других областях, а значительное количество жителей следует церковному уставу: ходит по воскресеньям в церковь и, кроме прочего, с неодобрением относится к абортам, сексуальным меньшинствам и прививкам. Неудивительно, что в ортодоксальных протестантских школах этой местности оказалось много восприимчивых к кори детей.

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 2. Карта Нидерландов, на которой отмечены заболеваемость корью в 2013 и 2014 годах (слева, размер круга соответствует числу заболевших в данном муниципальном районе), процент привитых людей (в центре, чем темнее оттенок синего, тем меньше привитых, самый темный — <80%, самый светлый — >95%) и количество ортодоксальных протестантских школ (справа, размер круга соответствует числу учащихся, цвет — типу школы). Рисунок из статьи M. Bier, B. Brak, 2015. A simple model to quantitatively account for periodic outbreaks of the measles in the Dutch Bible Belt

Рассылая приглашения для участия в исследовании по этим школам, ученые смогли набрать экспериментальную группу из 82 человек в возрасте от 4 до 17 лет. Все они — письменно или устно — выразили свое согласие на участие, их родители тоже были не против. Никто из детей на момент начала исследования не болел корью, но шансов заразиться, учитывая эпидемиологическую обстановку, у них было достаточно, и 77 из 82 участников обследования ей переболели. Родители были в курсе надвигающейся эпидемии, но по религиозным причинам ничего не делали для предотвращения болезни. 43 ребенка переболели корью в острой форме и получили осложнения вроде отита и пневмонии, но по тем же соображениям не были госпитализированы и находились под присмотром врача общей практики (про медицинские детали можно узнать из предыдущей статьи на тех же данных, см. B. Laksono et al., 2018. Studies into the mechanism of measles-associated immune suppression during a measles outbreak in the Netherlands). Таким образом, на руках у исследователей оказались образцы крови детей до и после болезни.


Чтобы сравнить разнообразие антител до и после кори, авторы статьи воспользовались методом VirScan. Суть его довольно проста: закрепленные на подложке антитела «знакомят» с белками разных вирусов, а потом определяют, кого из них они узнали и схватили. Для этого исследования авторы статьи собрали свою собственную библиотеку патогенов из полных протеомов четырехсот самых распространенных вирусов и еще кучи бактериальных белков.


Чтобы их синтезировать и потом определить, в этом методе предлагается использовать фаги — модельные бактериальные вирусы. В лаборатории в них встраивают ДНК нужного белка, которая потом экспрессируется, а белковый продукт встраивается в стенку фага. Там антитело его увидит и схватит, удерживая заодно весь фаг. После обработки закрепленных на подложке антител смесью фагов с разными встроенными белками всё, что не прицепилось к антителам, смывают, а ДНК оставшихся фагов секвенируют. Если там есть ДНК белков из библиотеки, то они узнаются антителами. Так можно узнать, какие белки патогена узнаются иммунитетом. Схематично основные этапы этого процесса показаны на рис. 3.

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 3. Механизм работы метода VirScan. Рисунок из статьи G. Xu et al., 2015. Comprehensive serological profiling of human populations using a synthetic human virome

Кроме того, применив количественный анализ, можно прикинуть, сколько эпитопов каждого сорта оказалось связано на подложке и — как следствие — концентрацию антител одного сорта.


В контрольные группы вошли люди, не болевшие корью, среди которых оказались здоровые привитые дети, дети до и после стандартной прививки MMR (корь, свинка, краснуха), а также те пять непривитых детей из экспериментальной группы, которым повезло не заболеть корью. У участников разных контрольных групп брали по два образца крови с разными интервалами между этой процедурой (три месяца или год).


Обработав образцы крови, взятые у участников экспериментальной и контрольных групп, ученые сравнили результаты. Амплитуда и направленность изменений оказались разными в контрольной и экспериментальной группах. Если в контроле были замечены незначительные колебания разнообразия антител в обе стороны, то после кори оно однозначно падало. В среднем разнообразие сокращалось на 20%, а у 12 из 77 детей оно упало больше чем на 40%.


При этом количество антител к кори в экспериментальной группе ожидаемо выросло, также как и в группе детей со свежими прививками. Дополнительно в группе свежепривитых детей даже обнаружился небольшой общий рост разнообразия антител. Исследователи считают, что это связано не с положительным действием вакцин, а с естественным пополнением репертуара антител у маленьких детей: прививку делают в совсем раннем возрасте, когда он активно пополняется. Непривитых детей аналогичного возраста в исследовании не было, так что корректно проверить это предположение не удалось.


Из рисунка 4 видно, что изменения в количестве антител могут происходить как в большую, так и в меньшую сторону. Часть этого эффекта обусловлена несовершенством метода (например, какие-то антитела просто не попали в первый или второй образец крови), а часть отражает реальные изменения в организме.

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 4. Разнообразие связанных эпитопов (примерно соответствует разнообразию антител) из крови, взятой в начале и конце исследования. На рисунке показаны как суммарные изменения в контрольных и экспериментальной группах (A, B), так и результаты по отдельным вирусам (D), а также динамика количества связанных эпитопов вируса кори (C). Кроме того, на изображении E показано, как изменилось количество антител к разным возбудителям (строки) у отдельных людей (столбцы). Серым и синим отмечены контрольные группы (синий — это дети, которым была сделана прививка MMR), зеленым — пятеро не переболевших детей из экспериментальной группы, а красным — дети из экспериментальной группы с острым и мягким течением кори. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science


Ограничившись антителами, которые были обнаружены в первый раз, ученые подсчитали сколько таких же антител осталось к моменту второго забора крови. Это позволило подсчитать реальный урон без его компенсации за счет новоприобретенных за время исследования антител. Такая методика подсчета дала сокращение репертуара у переболевших корью больше чем на 30% (рис. 5). В контрольных группах 90% антител из первого образца крови нашлись и во втором.

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 5. Количество оставшихся ко второму измерению антител для отдельных пациентов (справа) и по группам (слева). Серым отмечены контрольные группы, зеленым — пятеро не переболевших детей из экспериментальной группы, а красным — дети с острым и мягким течением кори. Контрольные группы A и B отличались интервалом между заборами крови (три месяца или год). Значимой разницы между этими группами не нашлось, и это позволяет считать, что репертуар антител в целом достаточно стабилен, а его сокращение в контрольных группах обусловлено техническими ограничениями метода, а не реальной динамикой. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

Для корректной работы иммунитета важно не только разнообразие антител, но и их количество. Само по себе сокращение репертуара антител не обязательно вызывает иммунную «амнезию». Поскольку для данного патогена может вырабатываться несколько типов антител, специфичных к разным эпитопам, антитела одного или нескольких типов гипотетически могут компенсировать полное исчезновение антител других типов и мобилизовать организм на борьбу со старым врагом.


Исследователи выяснили, что после кори уменьшается не только разнообразие антител, но и их способность связывать отдельные эпитопы. Авторы статьи подсчитали для каждого отдельного узнанного эпитопа силу его связывания — по сути, титр специфичных для него антител в образце.


В организме количество антител обычно напрямую зависит от времени, прошедшего с момента последней встречи с патогеном: чем память свежее — тем их больше. Так, количество антител определенного сорта за время исследования должно вырасти, если человек в промежутке между замерами повстречается с патогеном, к которому они специфичны. Если же встреча произошла незадолго до начала всех измерений, то количество антител должно, наоборот, упасть.


Исследователи наблюдали обе этих ситуации — снижение и увеличение количества антител — во всех группах. Но если в контроле они были распределены примерно одинаково, то у переболевших корью детей обнаружили очевидный перекос в сторону «вымирания» антител (рис. 6).

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 6. После кори антител становится меньше, и они связывают белки не так эффективно. Каждая точка соответствует одному эпитопу, связывание которого обнаружено как минимум у шести детей. Положение точки указывает на то, как в среднем изменилось количество связавшегося белка между двумя изменениями: если точка выше пунктирной линии, то эпитоп связался лучше во второй раз (и значит количество антител в образце тоже выросло), а если ниже пунктира, то — хуже. Видно, что в контрольных группах (серый) эти два процесса уравновешены, а у переболевших корью наблюдается явный перекос в сторону плохого связывания белков. Цветами отмечены точки со значимыми p-value (см. False discovery rate), а справа дополнительно построены графики их распределений по всем четырем группам. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science

При этом обнаружились патогены, которые стали лучше узнаваться в организмах детей, переболевших корью. За 80% таких случаев оказались ответственны всего шесть микробов: аденовирус С, вирус гриппа А, респираторно-синцитиальный вирус, вирус Эпштейна — Барр и две бактерии (Streptococcus pneumoniae и Staphylococcus aureus).


Исследователи предположили, что в случае с переболевшими корью рост количества антител может быть связан с новой встречей с патогеном, а вовсе не мобилизацией иммунитета корью. Эту догадку подтверждает тот факт, что устойчивые к отдельным патогенам дети живут вместе или хотя бы в одном районе, так что что шансы заразиться одним и тем же у них был весьма велик.


Кроме того, часть вышеупомянутых патогенов — возбудители обычных осложнений после кори. Так, тринадцати детям после кори пришлось еще и переболеть отитом и пневмонией, чтобы вернуть свой иммунитет против Streptococcus pneumoniae.


В дополнение к основному наблюдению над людьми авторы статьи провели аналогичные эксперименты над обезьянами. Они сравнили их образцы крови до и после кори и обнаружили сходную картину.


В тот же день, что и обсуждавшаяся выше статья, в журнале Science Immunology была опубликована еще одна работа, в которой также говорится о том, что после кори ряды антител, «помнивших» предыдущие заболевания, сильно редеют. Но если в первом исследовании авторы смотрели на последствия этого события (изменения количественного и качественного состава связавшихся эпитопов), то во второй работе ученые (авторские коллективы обоих исследований частично пересекаются) исследовали причину — исчезновение В-клеток памяти.


Для исследования были взяты образцы крови 26 детей из той же когорты (почему из всех оказалась задействована только часть, авторы не уточняют, равно как и принципы, по которым эти 26 детей были выбраны из остальных). Как и в первой работе, ученые взяли две временные точки (до и после кори), но вместо эпитопов они секвенировали непосредственно последовательности ДНК, кодирующие вариабельные участки антител.


Секвенирование ДНК-матриц, с которых идет синтез антител и В-клеточных рецепторов — их прикрепленной формы, подтвердило, что корь «отшибает» иммунную память. В ходе исследования некоторые последовательности ДНК, широко представленные на момент начала исследования, сильно поредели. Это значит, что родственных клеток, которые синтезировали антитела одного типа стало меньше.


Чтобы напрямую продемонстрировать действие кори, исследователи дополнительно поставили эксперимент на хорьках. В нем они последовательно прививали их от гриппа, заражали корью и потом знакомили с активным вирусом гриппа. В отличие от контрольной группы животных, которых не заражали корью, тестовая группа хуже справилась с гриппом (рис. 7).

Корь вызвала иммунную «амнезию» у детей ортодоксальных протестантов Наука, Медицина, Корь, Иммунитет, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Рис. 7. Динамика состояния хорьков после заражения вирусом гриппа в трех группах: вакцинированные от гриппа (красный), вакцинированные от гриппа и переболевших после этого вирусом CDV (аналогом кори у этих животных, синий), а также контрольные непривитые животные, не болевшие CDV (серый). Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Immunology

Результаты наблюдений за людьми и экспериментов с обезьянами и хорьками достаточно убедительны, чтобы подтвердить существование иммунной «амнезии». Корь и раньше считалась довольно опасной болезнью. Тяжелое течение, много осложнений и высокая контагиозность (способность передаваться от человека к человеку) делают прививку от кори более чем обоснованной. Новые данные позволяют оценить далеко идущие последствия — корь может снизить уже наработанный иммунитет к другим болезням и тем самым спровоцировать их.


По-хорошему, в продолжение этого исследования неплохо было бы провести эксперимент, напрямую подтверждающий существование иммунной «амнезии»: попробовать заразить переболевших корью пациентов теми болезнями, к которым у них раньше был иммунитет. Разумеется, подобные негуманные опыты совершенно неприемлемы, но у исследователей есть лазейки. Во-первых, можно продолжать эксперименты над животными, а во-вторых, — пассивно наблюдать за пациентами, которые переболели корью сами по себе. Обсуждаемые исследования стали возможны именно из-за сознательного отказа от прививок. Не исключено, что эта стратегия и в дальнейшем поможет больше узнать о кори и ее последствиях — и, возможно, заставит некоторых антипрививочников пересмотреть свою позицию.

Источники:

1) Michael J. Mina, Tomasz Kula, Yumei Leng, Mamie Li, Rory D. de Vries, Mikael Knip, Heli Siljander, Marian Rewers, David F. Choy, Mark S. Wilson, H. Benjamin Larman, Ashley N. Nelson, Diane E. Griffin, Rik L. de Swart, Stephen J. Elledge. Measles virus infection diminishes preexisting antibodies that offer protection from other pathogens // Science. 2019. DOI: 10.1126/science.aay6485.

2) Velislava N. Petrova, Bevan Sawatsky, Alvin X. Han, Brigitta M. Laksono, Lisa Walz, Edyth Parker, Kathrin Pieper, Carl A. Anderson, Rory D. de Vries, Antonio Lanzavecchia, Paul Kellam, Veronika von Messling, Rik L. de Swart and Colin A. Russell. Incomplete genetic reconstitution of B cell pools contributes to prolonged immunosuppression after measles // Science Immunology. 2019. DOI: 10.1126/sciimmunol.aay6125.


Вера Мухина

https://elementy.ru/novosti_nauki/433570/Kor_vyzvala_immunnu...
Показать полностью 6 1
454

Норвежский попугай Гуннар

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

На фото — ожереловый попугай Крамера (Psittacula krameri) по кличке Гуннар из норвежского города Мосс. Этой южной птице удалось невозможное — пережить на воле пять скандинавских зим. Неудивительно, что Гуннар стал городской знаменитостью, а его поклонники даже завели ему страничку в Фейсбуке.


Гуннар жил в доме жителя Мосса Осмунда Эноксена. Но летом 2014 года стоявшая во дворе клетка с птицей перевернулась и открылась. Воспользовавшись единственным шансом, попугай вылетел на свободу и больше не возвращался.


Норвежское лето достаточно теплое даже для попугаев, но уже первая зима могла убить Гуннара. Тем не менее ему удалось выжить. Бывший хозяин считает, что с конца лета у попугая было достаточно времени, чтобы приспособиться к постепенному наступлению холодов и найти источники пищи. Возможно, Гуннар учился выживать, наблюдая за городскими голубями, воронами и чайками. Нередко он посещал дворы и сады, а также кормушки для птиц. Вскоре блудный попугай стал любимцем горожан и привлек внимание СМИ.

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Большую часть времени Гуннар проводил рядом с человеческим жильем, где его с удовольствием фотографировали местные жители и туристы. Фото © Tetiana Skrzypczynska с сайта nrk.no


Кажется невероятным, чтобы попугаи могли жить в Скандинавии. Само словосочетание «норвежский попугай» звучит абсурдно — недаром его используют «Монти Пайтон» в знаменитом скетче о мертвом попугае. Однако чуть южнее, в странах Западной Европы, сородичи Гуннара уже давно стали привычной частью животного мира.


Согласно недавнему исследованию, по состоянию на 2015 год устойчивые популяции попугаев Крамера есть более чем в 10 европейских странах, включая Турцию. Общая численность вида в Европе превышает 85 000 особей — это больше, чем у многих аборигенных птиц. Во Франции живет около 7000 попугаев Крамера, в Италии — 9000, в Нидерландах — 10 000, в Бельгии и Германии — по 11 000. Абсолютный рекорд принадлежит Великобритании: здесь живет более 30 000 попугаев, в основном в Лондоне и его окрестностях, а также в графствах Суррей и Беркшир (хотя небольшие группы встречаются в разных городах вплоть до Эдинбурга). И с момента исследования количество птиц, скорее всего, только увеличилось.

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Попугай Крамера в Западном Лондоне. Великобритания поддерживает самую большую популяцию этого вида в Европе. Существует множество не соответствующих действительности городских легенд, объясняющих появление попугаев в Британии. Некоторые из них связаны с именами знаменитостей типа Кэтрин Хепбёрн и Джими Хендрикса. Фото с сайта telegraph.co.uk


Природный ареал попугаев Крамера лежит далеко от Европы. Они обитают в Южной Азии от Пакистана до Мьянмы (подвиды P. k. manillensis и P. k. borealis) и в Африке в полосе саванн и редколесий к югу от Сахары (подвиды P. k. krameri и P. k. parvirostris). Легко догадаться, что европейские популяции происходят от птиц, которые, подобно Гуннару, сбежали из клеток или были выпущены нерадивыми хозяевами, а затем размножились. Попугаи Крамера входят в число самых популярных клеточных птиц, так что нет ничего удивительного в том, что их так много оказалось на воле. Первые полноценные колонии попугаев Крамера в Европе появились в 1960–1970-х годах, и они постоянно подпитываются «свежей кровью» от улетевших из клеток птиц.

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Распространение попугая Крамера. Красным отмечен природный ареал, зеленым — инвазивные популяции. Как можно видеть, благодаря человеку этот вид широко расселился не только в Европе, но и в странах Азии и на юге Африки. Кроме того, попугаи Крамера теперь живут в Австралии, Калифорнии, Флориде, Венесуэле, а также на Гавайях и на островах Индийского океана. Некоторые популяции, например, в Баку, на карте не отображены. Рисунок из статьи M. Menchetti et al., 2015. Effects of the recent world invasion by ring-necked parakeets Psittacula krameri


Этот вид успешно колонизировал Европу благодаря сочетанию нескольких факторов. Во-первых, попугаи Крамера изначально неплохо приспособлены к прохладному климату — например, подвид P. k. borealis встречается в предгорьях Гималаев. Возможно, одичавшие европейские популяции либо напрямую происходят от этого подвида, либо имеют его примесь, однако ясности в этом вопросе нет. А в неволе эти птицы легко переживают европейские зимы в открытых вольерах. Во-вторых, основные одичавшие популяции сформировались в городах и пригородах, где теплее, меньше хищников и можно найти достаточно еды в садах, на птичьих кормушках и даже на помойках. Интересно, что и у себя на родине попугаи Крамера отлично приспособились к жизни в городах и на сельхозугодьях. Не следует списывать со счетов и высокий интеллект попугаев, который позволил им приспособиться к жизни далеко на севере. Возможно, отчасти рост численности европейских попугаев связан с климатическими изменениями, из-за которых зимы в Западной Европе в последние десятилетия стали более мягкими. Впрочем, с этой точкой зрения согласны не все орнитологи.

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Хотя попугаи считаются тропическими птицами, некоторые их виды эволюционировали для выживания в прохладном климате — например в горах и на юге Южной Америки, в Северной Америке (см. картинку дня Каролинский попугай) и даже на островах Субантарктики (антиподские прыгающие попугаи, или антиподовы какарики). На фото — самый знаменитый из таких попугаев, кеа (Nestor notabilis), эндемик гор Южного острова Новой Зеландии. Высокий интеллект долгое время помогал ему выживать в суровой горной местности, однако появление европейских колонизаторов и завезенных ими хищников поставило его существование под угрозу. Фото © Bernard Spragg с сайта flickr.com


Пока колонии попугаев Крамера в Европе оставались небольшими и не выходили за пределы городских парков, орнитологи не уделяли им особого внимания. Но когда количество этих птиц стало исчисляться тысячами, специалисты начали беспокоиться, как пернатые вселенцы повлияют на дикую природу Европы. Ведь инвазивные виды могут приводить к катастрофическим последствиям для местных экосистем (см. картинку дня Змея, съевшая остров).

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Попугай Крамера — самый многочисленный и широко распространенный вид попугаев в Европе, однако далеко не единственный. В общей сложности на континенте существуют устойчивые популяции 11 видов попугаев . Например, южноамериканский попугай-монах (Myiopsitta monachus, на фото) теперь обитает во многих странах Южной и Западной Европы. Лучше всего эти птицы прижились в Испании, где их численность достигает нескольких десятков тысяч особей. Для жителей Мадрида и Барселоны они так же обычны, как городские голуби. Фото с сайта baldheretic.com

Сегодня у ученых есть лишь предварительные оценки влияния одичавших попугаев Крамера на европейскую фауну и флору. Наиболее серьезную проблему составляет конкуренция за дупла, в которых гнездятся попугаи. Полости в старых деревьях и так достаточно редки, а появление тысяч агрессивных и настойчивых вселенцев дополнительно снижает шансы местных птиц-дуплогнездников, например скворцов и поползней, найти себе дом в городах и пригородах. Страдают и другие животные, использующие дупла для размножения и отдыха: например, летучих мышей попугаи нередко выгоняют из их жилищ и даже убивают. В городском парке Севильи это уже привело к падению численности крупной популяции редкой гигантской вечерницы (Nyctalus lasiopterus). Попугаи Крамера также конкурируют с местными птицами за пищу на кормушках и в садах. Благодаря относительно большому размеру и задиристому характеру эти птицы часто выходят победителями из стычек с местными пернатыми и порой даже убивают их. Кроме того, европейские попугаи могут быть потенциальными переносчиками опасных инфекций.


Европейские фермеры и садоводы не любят одичавших попугаев за то, что их стаи объедают фруктовые и ягодные деревья. Однако многие европейцы, кажется, рады новым пернатым соседям, которые делают их города немного ярче — пусть далеко не все в восторге от их громких криков. Это создает проблему для специалистов по охране природы: любые попытки уничтожить одичавшие популяции попугаев натолкнутся на противодействие симпатизирующей им общественности. Именно поэтому, например, были заморожены планы борьбы с попугаями Севильи ради спасения вечерниц.


Даже орнитологи пока не определились со своим отношением к пернатым вселенцам. Существующих данных пока недостаточно, чтобы обвинить европейских попугаев в снижении численности других видов птиц. Хотя эти яркие птицы вовсе не безобидны для европейских экосистем, отнести их к числу самых вредоносных интродуцентов тоже пока нельзя. Британское Королевское общество защиты птиц, например, рекомендует не уничтожать попугаев Крамера, а изучить их лучше. Как бы то ни было, нет сомнений, что заселение Европы попугаями продолжится.

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Жизнеспособная колония попугаев Крамера появилась и на территории бывшего СССР — в Баку, столице Азербайджана. Здесь в городских парках живет несколько сотен этих птиц. Судя по всему, попугаи заселили Баку относительно недавно, 10–15 лет назад. Фото с сайта moscow-baku.ru


История Гуннара, к сожалению для всех его фанатов, закончилась печально. В апреле 2019 года, после своей пятой зимовки, попугай был найден мертвым на одной из улиц Мосса. Что именно с ним произошло, остается загадкой. Чтобы увековечить память о знаменитой птице, было решено сделать из нее чучело и поместить в местной библиотеке. При жизни Гуннар часто проводил время в ее окрестностях.

Норвежский попугай Гуннар Наука, Орнитология, Попугай, Блудный попугай, Норвегия, Птицы, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Чучело Гуннара в библиотеке Мосса. Знаменитому попугаю посвящен целый стенд. Фото © Rune Brøndbo с сайта nrk.no


Гуннар запомнился всем как первый настоящий норвежский попугай, однако вряд ли он окажетсяи последним. Скандинавский климат становятся всё мягче, так что уже через несколько десятилетий зимы в южной Норвегии будут как сейчас в Бельгии или Великобритании. Это значит, что у сбежавших попугаев Крамера будет намного больше шансов выжить и основать новые популяции, а словосочетание «норвежский попугай» перестанет быть оксюмороном. Норвежцы наверняка обрадуются новым пернатым соседям, однако какими последствиями это обернется для местных экосистем, предсказать пока невозможно.


Фото © Torbjørn Ekelund с сайта dagbladet.no.


Сергей Коленов

https://elementy.ru/kartinka_dnya/1007/Norvezhskiy_popugay_G...

Показать полностью 7
Отличная работа, все прочитано!