482

Утенок, усыновленный гагарами

Утенок, усыновленный гагарами Биология, Наука, Орнитология, Усыновление, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

На фото — утенок кряквы (Anas platyrhynchos) едет на спине своего приемного родителя, полярной гагары (Gavia immer). Такое поведение абсолютно нехарактерно для уток: их детеныши и ходят, и плавают вслед за матерью гуськом, никогда не забираясь к ней на спину (см. детский вопрос Почему утята ходят за мамой гуськом, а цыплята — нестройной гурьбой?).


Это необычное семейство обнаружили в середине июля на одном из 120 озер штата Висконсин (США) исследователи из самого масштабного проекта по изучению гагар The Loon Project под руководством Уолтера Пайпера (Walter Piper). Пайпер изучает гагар уже 27 лет, но никогда не видел ничего подобного. Дело в том, что полярные гагары и кряквы принадлежат к разным отрядам — гагарообразных и гусеобразных соответственно — и не состоят в близком родстве. Несмотря на то что эти виды часто делят одни и те же местообитания, их питание, поведение и образ жизни совершенно разные. Гагары — профессиональные рыболовы-ныряльщики, в то время как кряквы кормятся, фильтруя воду через роговые пластины широкого клюва, и спектр их питания довольно широк: от ряски и роголистника до беспозвоночных (моллюсков, насекомых, ракообразных), мелкой рыбы и лягушек. В природе гагары и кряквы обычно ведут себя агрессивно по отношению друг к другу.


Поэтому сам факт усыновления гагарами утенка так поразил исследователей. Но не менее удивительно и поведение утенка в этой семье. Он явно запечатлел гагар как своих родителей и стал демонстрировать поведение, характерное для гагарят, — на что кряквы, как раньше считали исследователи, не способны. Кроме того что утенок забирался на спину к приемным родителям, он научился нырять за пищей и брать корм из их клювов!

Утенок, усыновленный гагарами Биология, Наука, Орнитология, Усыновление, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Утенок кряквы берет рыбу из клюва полярной гагары. Фото © Elaina Lomery с сайта abcnews.go.com


Гагары, в свою очередь, ведут себя по отношению к утенку как нежные и внимательные родители: постоянно держатся рядом, кормят, катают на спине и всячески оберегают. Исследователи предполагают, что эта пара гагар по какой-то причине не смогла вырастить собственных птенцов, и в этот чувствительный момент им попался на глаза чей-то потерявшийся утенок.

Утенок, усыновленный гагарами Биология, Наука, Орнитология, Усыновление, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Полярная гагара с птенцами на спине. Фото © Mike Baker с сайта flickr.com


Как дальше сложится жизнь утенка — хороший вопрос. Вероятнее всего, когда он вырастет, он начнет больше контактировать с другими утками. Однако может быть и такое, что он запечатлит гагару как полового партнера и будет пытаться создать пару с представителем другого отряда. Надо сказать, что у уток смешанные пары и гибриды между родами и семействами — дело обычное. Однако межотрядных гибридов среди птиц еще не находили — да и вообще межотрядное оплодотворение у животных удавалось произвести разве что искусственным путем, и эмбрионы в таких случаях были нежизнеспособны.

На этом видео, снятом исследовательской группой, можно наблюдать необычное поведение гагар и утенка


Так что если утенок не вспомнит ко взрослому возрасту, что он кряква, то его шанс образовать пару с агрессивными гагарами ничтожен, а вероятность потомства и вовсе практически равна нулю. Исследователи пристально наблюдают за утенком, намереваясь проследить развитие событий. А название озера, где обосновались гагары с утенком, держат в секрете, оберегая необычное семейство от лишнего беспокойства со стороны любопытных бёрдвотчеров.


Источник: L. Hauler. Loon couple that lost its chick takes orphaned duckling under its wings.


Фото © Linda Grenzer с сайта abcnews.go.com.


Вероника Самоцкая

https://elementy.ru/kartinka_dnya/951/Utenok_usynovlennyy_ga...

Найдены возможные дубликаты

+40
Теперь переживаю за личную жизнь этого утёнка больше, чем за свою
+13
По ссылке картинка смешная
Иллюстрация к комментарию
+17

Фух, сначала прочитал "Утёнок, усыновленный ТАТАРАМИ"

раскрыть ветку 1
+1

У меня тоже какая-то ассоциация с названием народа возникла) Типа "болгары", "гагары"))

+4

О, так вот как кричит гагара!

+4
Несмотря на то что эти виды часто делят одни и те же местообитания, их питание, поведение и образ жизни совершенно разные.

Не несмотря, а именно поэтому. Конкуренция.

раскрыть ветку 3
+3

Какая конкуренция, если их питание, поведение и образ жизни совершенно разные?

раскрыть ветку 2
+1

Ну так поэтому и разные, чтобы не пришлось конкурировать за одни и те же ресурсы.

раскрыть ветку 1
+3

Бёрдвотчер. От оно чё Михалыч...

раскрыть ветку 1
+3
Бенедикт Бёрдвотчер
+3
Импринтинг
+2

Теперь он ...

Иллюстрация к комментарию
+1
Современная версия гадкого утёнка)))
+1

Не все классно, милота, НО - что за "бёрдвотчеров"??? что это??? Нахуя эти англицизмы?

раскрыть ветку 1
0

А какой у нас термин обозначает "непрофессиональных любителей наблюдательной орнитологии"?

0
Интересно!
0
Хлопая крылами пролетит гагара....
-12
Животные лучше людей!
раскрыть ветку 6
+14
Вот что за зоошизный лозунг? Люди разные бывают, животные тоже. Одни своих детёнышей кушают, другие чужих растят. Я тоже зверьё люблю, но такое слепое уничижение всех людей, кажется, граничит с недалекостью ума.
раскрыть ветку 3
+3

Когда кто-то говорит про милых и добрых зверюшек, вспоминаю видос, где милая львица ловит милую беременную антилопу и проводит экстренное кесарево. А потом съедает дёргающегося ребёнка, а потом и мать, ПОТОМУ ЧТО ВЫЖИВАЕТ СИЛЬНЕЙШИЙ!

раскрыть ветку 1
0

Вы еще не слышали, как зоофилофашисты за уничтожение людей ратуют, я из за этого перестал смотреть видосы с животными на ютубе.

+11

Люди и есть животные.

-3

Ясень хуй, я даже тебя поддержу если ты зайдешь и скажешь свой лозунг в берлоге медведя, он там будет в тему! Надеюсь медведь решит проблему с ебанутыми выкриками.

ещё комментарии
Похожие посты
2025

История угнетения. Почему нужно срочно бросить все дела и бежать извиняться за преступления предков

Автор: Юрий Деточкин.


И речь не про компенсации чернокожим в Америке за годы рабства.


Я предлагаю копнуть глубже — ко временам, когда наши далёкие прародители договорились с другими далёкими прародителями о равноправном сотрудничестве. А потом грубо предали их и превратили в рабов.

История угнетения. Почему нужно срочно бросить все дела и бежать извиняться за преступления предков Cat_cat, История, Митохондрии, Клетка, Биология, Угнетение, Длиннопост, Наука

На картинке — состав клетки типичного угнетателя.


Отмотаем на 2,4 миллиарда лет назад. Жизнь на планете уже зародилась. Сначала — как воспроизведение цепочек рнк. А там уже появились и первые одноклеточные — прокариоты. Простые клетки без ядра, очень маленькие по размеру.


И тогда же на планете был изобретён смысл жизни. Докладываю, смысл жизни — вкусно поесть и размножиться (если еды хватает). Если еды не хватает — впасть в анабиоз, дождаться еды, а затем размножиться.


Размножение это ключевой пункт. Если ты передаёшь свои гены дальше, ты выполняешь своё предназначение.


Бонус — если клетка размножается делением, то технически она не умирает. Жизнь в те времена была вечной!


Праздник испортили цианобактерии, продвинутые одноклеточные, которые изобрели фотосинтез. Они никого не трогали, питались себе обычной органикой, грелись на солнышке, потихоньку синтезировали кислород из углекислого газа. И за несколько миллионов лет так насытили океан и атмосферу кислородом, что это убило всё живое. Это был первый и самый массовый геноцид в истории.


Следом пришло глобальное похолодание на 300 миллионов лет (потому что весь метан из атмосферы окислился и парниковый эффект исчез). Планета покрылась льдом, все выжившие при кислородной катастрофе сдохли теперь. Сами цианобактерии сдохли тоже — потому что солнышка теперь ни у кого не было. Оставшаяся жизнь теплилась в редких горячих источниках на морском дне.


Люди, цените свои выбросы!


Слава богу, нашлись источники парниковых газов (может, вулканы какие проснулись). Немножко солнечного тепла стало оставаться в атмосфере, часть льдов потаяла, маятник качнулся в обратную сторону. Условия на планете изменились, выжившим одноклеточным надо было думать, что делать дальше.


Некоторые одноклеточные (аэробы) научились использовать кислород, чтобы расщеплять органику. И такой способ оказался эффективным!


В этот момент выжившие прокариоты (наши предки) пришли с предложением к аэробам.

Прокариот: «Эй, аэроб, не хочешь дружить? Залезай ко мне внутрь, я дам тебе внешнюю оболочку и защиту, буду подгонять питание, а ты знай сиди внутри меня и расщепляй органику. Хватит нам обоим, размножаться будешь внутри меня как и прежде, зато от агрессивной среды защищаться не нужно»


Предложение звучало заманчиво, некоторые свободноживущие аэробы согласились. Променяли свободу на стабильность.


И первые сотни миллионов лет всё было нормально. Наши предки прокариоты увеличились в размерах и превратились в эукариотов — полноценные клетки с ядром и кучей органелл.

Бывшие свободные аэробы стали митохондриями внутри клетки.


Живут в тепле, ни в чём не нуждаются, имеют собственную днк, делятся, когда хотят. И это вопрос — кто кем управляет? Кто тут кого поработил?


Наверное аэробы думали, что это их хитрая многоходовочка.


Со временем некоторые эукариоты стали многоклеточными. Классное изобретение — когда есть много клеток, их можно приспособить под разные задачи. Многоклеточное существо уже может захватить жгутиками побольше вкусного. А там и до движения недалеко.


И тоже всё шло хорошо, пока многоклеточные размножались делением и почкованием. И ядра клеток, и митохондрии передают свои гены дальше, все выполняют своё предназначение. Условия договора соблюдались. И как при коммунизме, никому не нужно было умирать.

Тревожный звонок прозвенел, когда каким-то многоклеточным захотелось потрахаться и они изобрели половое размножение.


Поначалу всё шло нормально — ввели два равноправных гендера.


Два существа клепают внутри себя половые клетки и выпускают их наружу. Происходит оплодотворение, клетки сливаются, дают начало новому организму.


Половые клетки были одного размера — это называется изогамия. Запомните, мы ещё вернемся к этому слову.


Наклепать половых клеток проще, чем отпочковывать целый организм — значит популяция, где практикуют половое размножение, получает преимущество.


Быстрее заселяет незанятые ниши, быстрее приспосабливается к меняющимся условиям. Эволюция у таких видов резко ускоряется.


Митохондрии не возражали — они по-прежнему сидят внутри клеток, хорошо питаются и передают свою днк дальше.


(обращаю внимание, что где-то в этот момент особи перестали быть бессмертными. Променяли вечную жизнь на эволюционный успех популяции. Так сказать пожертвовали собой ради общества)


Первоначально два пола было трудно отличить друг от друга, но со временем роли разделились. Мужик — это тот, кто производит больше посевного материала (без излишеств, без запаса питательных веществ в половой клетке). А женщина — это та, кто заботится, чтобы потомство выжило. Т.е. нужно обеспечить свою половую клетку питанием. Мужик может быть легкомысленным повесой, женщине нужно думать о том, чем кормить детей.


Проблема в том, что такое несправедливое распределение ролей закрепилось. Популяции, где мужик был безответственным производителем семени, получали преимущество перед популяциями, где царило равноправие полов.


Далее произошёл так называемый «кембрийский взрыв», когда разнообразной живности на планете стало очень много, появились хордовые, а там уже недалеко и до наших с вами предков-приматов.


Что же стало с бывшими свободноживущими аэробами (митохондриями)?


Трагедия в том, что в какой-то момент у них отняли последнее — возможность передавать свои гены дальше.


Точнее так — по женской линии митохондрии по-прежнему передают свою днк дальше.

А вот из организма мужика митохондриям один выход — смерть.

По крайней мере так у млекопитающих, я не в курсе, как с этим у остальных хордовых.

Мужская митохондрия до последнего живёт в сперматозоиде (ещё бы, она помогает ему двигаться).


Но вот сперматозоид проник в яйцеклетку — и тут происходит что-то странное — митохондрия мужика гибнет сама (первая версия) либо её съедают аутофагосомы яйцеклетки (вторая версия).


В любом случае, в зародившейся особи есть только днк митохондрий мамы.

Если вы мужик — представьте себе ужас, который сейчас испытывают ваши митохондрии. Всю жизнь они работают в темноте, при этом даже без шансов оставить потомство. Их уникальная днк сгниёт вместе с вашим трупом.


Но при этом у вас шанс оставить свои гены есть — у митохондрий такого шанса нет.

Прогрессивные люди всех стран должны срочно начать что-то делать. Возможно, подписать петицию.


Я бы предложил в ней следующие пункты:


1. Немедленно признать 2 миллиарда лет угнетения и взять на себя личную ответственность перед аэробными бактериями (митохондриями).

2. Решительно начать двигать свою половую жизнь к изогамии (когда половые клетки имеют примерно равный размер, а не различаются в тысячи раз, как сейчас)

3. Потребовать долгожданного освобождения митохондрий. Два миллиарда лет рабства — это достаточно, я считаю. Нужно отпустить митохондрии на волю, обеспечив их достаточным количеством органики в качестве компенсации.


А люди пусть съедят какое-нибудь ГМО и учатся использовать другие источники энергии. Желательно вернуться к природе и снова стать одноклеточными.


Прошу уважаемых экспертов дополнить мой список мер.


К критическим замечаниям я готов — ведь вам осознать серьёзность ситуации мешают ваши многоклеточные привилегии.


#MeToo_хондрии

#MitochondrionDNAmatters


Оригинал: https://vk.com/wall-162479647_208489

Автор: Юрий Деточкин.

Живой список постов, разбитый по темам)


А вот тут вы можете покормить Кота, за что мы будем вам благодарны)

Показать полностью
1903

Почему эволюция - это факт

Ответы на популярные вопросы креационистов о ней.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Я не буду перечислять все доказательства, многие из которых и так проходят в 11 классе. Я перечислю только те, которые отвечают на самые популярные вопросы скептиков.

"Откуда учёные вообще взяли эти миллионы лет?"


Люди с поверхностными знаниями об этой теме часто считают, что для определения возраста динозавров и прочих доисторических животных используют радиоуглеродный анализ. Они говорят, что после смерти животного радиоактивный углерод в нём распадается, и известно, с какой скоростью. Так по степени его распада устанавливают, сколько времени прошло.

Но на самом деле этот метод пригоден только для недавних ископаемых, так как данный углерод распадается относительно быстро.

Возраст динозавров обычно определяют по анализу других изотопов, например, бериллия -10. Хотя видов анализов много, их результаты сходятся на одних и тех же возрастах у одних и тех же окаменелостей. Благодаря им мы знаем, что динозавры вымерли 65 миллионов лет назад, а появились 243-233,23 млн лет назад.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Наши предки, первые млекопитающие появились 216 млн лет назад, и далее жили в тени динозавров, пока тех не убил катаклизм.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

А рыбы выползли на сушу 380 млн лет назад

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Это ископаемый тиктаалик.


"Возможно ли вообще, чтобы из примитивной обезьяны сформировался такой разумный, прекрасный человек? Или вообще из одноклеточного? Вас это не искорбляет?"


А вас не искорбляет, что когда-то вы были зиготой? Одноклеточным?

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Наш онтогенез доказывает, что превращение примитивного одноклеточного в сложное позвоночное с развитым мозгом не противоречит законам биологии.


"Почему учёные не повторят в лабораторных условиях эволюцию, если она есть?"


Учёные успешно делают это с бактериями и другими микроорганизмами.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Но размножение микробов происходит гораздо быстрее, чем у макро- животных, поэтому эволюция макро длится миллионы лет, и повторить ее в лаборатории не возможно. Однако научные факты не обязательно требуют экспериментального подтверждения. Таковы, например, многие данные астрономии и лингвистики. Есть другие виды доказательств, и у эволюции их предостаточно. Вы знаете их из школьной программы 11 класса.

"Почему животные-родители не убивали уродов с мутациями?"


Анти - эволюционисты представляют появление нового вида так: у животного родилось другое животное. Для матери оно - урод, и мать убивает/отказывается от него. Но на самом деле все происходило не так. Вот вам пример. Антилопы эволюционировали - у них удлиннились ноги.

Есть такое явление, как изменчивость - это значит, что все особи разные. Сначала за счёт изменчивости у одних антилоп ноги были на сантиметр длиннее, у других-короче. От хищников удавалось убежать тем антилопам, у которых длиннее ноги, от чего эти животные быстрее. Их потомство было длинногое, но так же с изменчивостью - у одних были ноги короче, чем у родителей, у других- длинее. Из них тоже выжили самые длинногие, их ноги были длиннее, чем у родителей.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Отбор шел в каждом следующем поколении. Миллионы лет. Так со временем у антилоп удлиннились ноги.


Нужно помнить, что изменения происходили очень долго, постепенно. Не рождается у обычной антилопы длинноногая антилопа - урод, которую мать убивает за это. Рождается антилопа с ногами на 1 см длиннее. Мать это даже не заметит.


"Почему нет никаких переходных звеньев?"


Креационисты считают, что их нет.

Многие из этих людей считают, что возможно только изменение в пределах одного вида. Вот такой пример. Кто это?

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Это козочка. Но мы вывели это существо в пределах нескольких столетий, а виды эволюционировали десятки миллионов лет. Изменения должны быть куда масштабнее. Этого достаточно, чтобы сформировались другие виды. И это доказывают переходные звенья. Вот мой любимый пример - происхождение китов.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Сильное изменение? Сильное. Наземные животные стали подводными. Вы можете проследить постепенные изменения - например, как нос перемещался на лоб. Какая между ними связь, скажете вы? А дело в том, что их возраст показывает, что именно в таком порядке они существовали. Если бог создал всех один раз, откуда эти постепенные изменения? Было много актов творения? Если это никак не связанные скелеты, то почему возраст окаменелостей говорит, что сначала был один вид, потом чуть изменившийся второй, потом чуть изменившийся третий и так далее, а не первый, и потом резко отличающийся десятый, а потом третий, и потом двенадцатый и всё в таком духе?


"Почему нет переходных звеньев-недоделок? "


Эволюция не думает наперед. Она отбирает самое совершенное существо в настоящее время. Каждый этап перехода от одного существа к другому приспособлен к жизни в его время. Например, как динозавры стали птицами. Сейчас известно, что они были теплокровными, а тероподы были пернатыми.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Учёные изучили, какие мутации и в каком порядке породили перья, но это сейчас не важно. Первый этап - перья возникли для сохранения тепла. Второй этап - для брачных игр удлиннились перья на передних лапах. Третий этап - они ещё увеличились, помогая продлевать прыжок и рулить на бегу. Четвертый этап - у древесных динозавров они пригодились для прыжков с дерева на дерево. Так они научились планировать. А потом и летать. Известно дофига переходных звеньев, но как видите, все они совершенны для своего времени. Это важнейший закон эволюции.



"Эволюция - всего лишь теория."



В простонародье слово "теория" могут употреблять в значении "гипотеза","предположение". На самом деле теория - система связанных знаний. Эти знания могут быть доказанными фактами, как в теории эволюции.



"Почему сейчас обезьяна не становится человеком?"



Начнем с того, почему предки человека стали людьми. Они были вытеснены в саванну. Адаптация к новым условиям жизни происходила за счёт развития интеллекта - с его помощью люди охотились, используя орудия, в чем им так же помогало прямохождение и свободные руки.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Остальные человекообразные обезьяны не живут в саваннах, их окружающая среда движет их эволюцию по другому пути. Каждое существо адаптируется к выживанию по-своему и не все стремятся развить именно мозг. Например, примат руконожка развила длинный средний палец, чтобы доставать им насекомых из деревьев. Вот, как она предпочла эволюционировать, чтобы выжить.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост
Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Горилла ест траву, ей не нужно охотиться.

Почему эволюция - это факт Эволюция, Биология, Наука, Животные, Антропогенез, Происхождение видов, Антилопа, Научпоп, Длиннопост

Она развила мышцы, и сможет с их помощью защититься от хищников. Зачем ей развивать мозг до нашего уровня? У нее мозг развит достаточно, чтобы общаться с сородичами. Ей этого хватает для выживания. Возможно, какой-то вид обезьян по другим биологическом причинам стремится развить мозг до нашего уровня. Но даже тогда мы этого не увидим, так как эволюция длится миллионы лет.


"Человек произошел от обезьяны или от общего предка с обезьяной?"


Не правда не первое, не второе. Человек остался обезьяной. По биологическим признакам учёные классифицируют нас как узконосых обезьян.



"Вы знаете, что переходные звенья между человеком и обезьяной - подделки?"


Существовал поддельный череп(пилтдаунский человек), которого собрали из черепов орангтутанга и человека. Но к ископаемому относились подозрительно, ведь ученые просчитали по другим черепам, как со временем череп должен был изменяться в процессе эволюции, и пилтдаунский человек в эту модель не вписывался. Фторный анализ возраста окаменелостей и генетический анализ подтвердил, что это подделка. Подделать ДНК и возраст скелетов нельзя, и остальные окаменелости успешно прошли эту проверку. Истинных окаменелостей наших предков очень много и они соответствовали прогнозам ученых. Прогнозам о том, какие переходные звенья должны быть между определенными видами и какой возраст они должны иметь. Учёные предсказали это на основе генетического древа и затем нашли данные ископаемые в соответвующих слоях земной коры. Такие же эволюционные прогнозы делали с другими животными, и они подтвержались. Это доказывает, что эволюция - факт.

Показать полностью 24
1173

Эволюция от молекул до человека. Введение

Этот пост как бы открывает запланированную мной серию постов об истории развития всего живого. Если в теме разбираетесь,  то тут ничего нового не найдёте, только основы основ основ, значения терминов и немного про Дарвина.


Начнём со стандартной картинки:

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Шимпанзе наш ближайший эволюционный родственник (из ныне живущих)  с совпадающим на 99% генетическим профилем. Многих эта цифра удивляет - всего 1% разницы, как так?


Дело в том, что бОльшая часть генетического кода отвечает за внутриклеточную молекулярную кухню, общую для всех эукариотов. Поэтому у нас с бананом около 50% общих генов, и эта цифра наглядно отражает тот факт, что у всех животных и растений когда-то был общий одноклеточный предок.

Но я немного отвлёкся. Словосочетание "теория эволюции" состоит из двух слов "эволюция" и "теория". Так вот, с этими словами по отдельности и соответственно с их симбиозом у многих есть непонятки.


Что такое эволюция? Это изменение чего-то во времени. В случае биологической эволюции это изменение всего живого, но не в процессе развития отдельных особей в течение жизни, а в поколениях.


То, что эволюция является доказанным фактом, мало кто отрицает в наше время. Доказательства у нас под ногами -  если в прямом смысле слова копнуть поглубже, то окажется что в древних стоях животные выглядят малость (или не малость) по другому.


Гигантские ленивцы:

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Гигантские стрекозы (тут естественно макет):

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Древние камбалы, один глаз у которых ещё не переполз на другую сторону, но уже начал:

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

А если совсем глубоко копнуть, то там всё ну совсем другое:

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Это эпоха под названием Кембрий, когда в мире животных грянул так называемый кембрийский взрыв (тут хоть отдельный пост пили, но я обойдусь ссылкой для пытливых).


В общем идея такая - виды меняются со временем, вымирают, появляются, одним словом, эволюционируют. Это и есть эволюция видов, с ней вроде как разобрались.


Теперь "теория". Тут имеет место один крайне печальный момент. В общепринятом значении теория означает "предположение". Типа у меня есть теория, что это сосед сверху тырит картофан из подъездного ящика (рил стори...). Поэтому часто можно услышать что ТЕОРИЯ ЭТО ВСЕГО ЛИШЬ ТЕОРИЯ.


Однако в науке термин "теория" означает не предположение, а буквально "как это работает/устроено". По сути, перечень всех знаний о неком явлении. А вот гипотеза - это уже обоснованное предположение.


Например, теория устройства солнечной системы когда-то включала в себя гипотезы ГЕЛИОцентрического и ГЕОцентрического устройства, потом одна из гипотез подтвердилась и вошла в теорию как факт (на картинке одно из самых ранних обоснований ГЕЛИОцентрической гипотезы на основе траекторий планет).

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Причём теория НЕ превращается в закон после подтверждения, как многие думают, а по определению остаётся теорией, то есть сводом всех знаний о явлении.


Помимо прочего, любая научная теория обязана объяснять существующие факты и давать проверяемые предсказания. Это главные признаки научной теории, которые отличают её от всякой псевдонаучной ерунды. Поэтому когда всякие личности в интернете пытаются опровергать существующие научные теории, рекомендую в первую очередь спрашивать -"а какие новые проверяемые предсказания эта новая теория даёт?". Обычно этот вопрос ставит опровергателей в тупик.


Например, теория эволюции на заре своего появления давала предсказание о существовании в прошлом неких переходных форм (хотя это определение весьма условно) для всех животных, которое в итоге многократно подтвердилось, в том числе и для человека.

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Сейчас не существует вида с более подробной "летописью", чем Homo Sapiens, однако до сих пор можно услышать вопросы типа "а где переходная форма между двумя этими переходными формами?". Где-где, лежит в отложениях эпохи палеолита, лопату в руки и вперёд...

Итак, мы выяснили, что фраза "теория эволюции" означает "свод знаний о том, как работает эволюция видов".  По сути, она вмещает всё, что человечество знает о таком замечательном явлении как изменение видов во времени. А на картинке эволюция кита, как пример реконструкции эволюционных изменений на основе прекрасно сохранившихся останков:

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Основу понимания процесса эволюции видов заложил сам Чарльз Дарвин, рассказавший миру о замечательной тройке, везущей эволюционную колесницу: наследственности, изменчивости и отборе.


Жизнь и эволюция пара не разлей вода. Даже определение , которое использует NASA в задачах поиска жизни во Вселенной, звучит так -  «жизнь есть самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции». Дарвиновская эволюция это в первую очередь наследственность и изменчивость. То есть жизнь, при всём своём возможном разнообразии, сводится к химической системе, обладающей наследственностью и изменчивостью (про отбор я не забыл, он немного особняком).


Наследственность подразумевает способность организма передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение. Даже если это одна молекула - а жизнь видимо началась именно с отдельных молекул - это способность создавать копии самой себя. И копия тоже будет уметь делать свои копии, ведь она копия молекулы, которая умеет делать копии. Тут всё предельно просто (на самом деле нет: статья для пытливых).

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

комикс о молекулярной эволюции, которому около 4 млрд лет


Если рассмотреть ситуацию в перспективе, сразу ясно, зачем в эволюции изменчивость, ведь не обладай жизнь этим свойством, всё так бы и остановилось на маленькой молекуле, которая катализирует создание собственных копий. И она бы спокойно копировала себя, пока пока хватает ресурсов и пока стабильна среда.


Однако если привычный ресурс кончается или как-то меняется среда, может оказаться, что молекула в новых условиях неэффективна или вовсе неспособна к самокопированию. Но неизбежные ошибки при копировании породят молекулы, которые отличаются от исходной - это и есть изменчивость. Возможно ошибка будет критической для способности к самокопированию - тогда тупик. А если нет, то возможны варианты, когда ошибка изменит структуру молекулы в стороны большей устойчивости или активности.

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

на картинке представитель молекул РНК, которые предположительно дали старт дарвиновской эволюции


Логика наследственности и изменчивости у отдельной молекулы так же применима для сложных многоклеточных организмов. Собственно, у них носитель генетической информации это тоже одна молекула, только побольше. И свойства организма сводятся не только к умению копировать свою генетическую информацию. Поэтому сценарии эволюции у них сложнее и интереснее.


Минутка познавательного: размотанная нить ДНК из всего 1 клетки нашего организма имеет длину 1,74 метра, а так как тело человека состоит примерно из 100 000 000 000 000 клеток, общая длина молекул ДНК всех клеток одного человека около 200 миллиардов километров, что примерно в тысячу раз больше расстояния от Земли до Солнца.

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Ну и про отбор, который бывает естественный, а бывает искусственный. Дарвин писал свои труды на английском, и в оригинале использовал понятия "selection" и "natural selection", то есть "селекция" и "натуральная селекция". Это и была основа его логики -  в природе происходит натуральная селекция, аналогичная по сути селекции, которую осознанно или не очень производит человек, когда выводит породы животных и сорта растений, отбирая в каждом поколении те из них, которые обладают нужным признаком.

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

В природе отбор неизбежен, потому что не бывает ничего бесконечного в нашем материальном мире (кроме последнего месяца службы в армии - прим. автора). Любой организм, даже помещённый в сколь угодно идеальные условия для жизни и размножения, в конце концов упирается в некую планку.


Даже компьютерные программы, вирусы или эмуляции, заполнив всю имеющуюся в их распоряжении компьютерную память окажутся в ситуации, когда размножаться некуда, ибо ресурс "свободная память" закончился. Тогда преимущество получат программы, которые приобретут способность стирать/освобождать занятую память для своих копий (если они, конечно, способны к дарвиновской эволюции с изменчивостью).


Ну а живые организмы сталкиваются с ограниченностью еды, территории, доступных партнёров для размножения. Всё ограничено и за всё приходится конкурировать. А ещё есть условия среды, которые бывает меняются не просто, а глобально. Причём иногда настолько резко, что эволюция просто разводит руками.

Эволюция от молекул до человека. Введение Наука, Научпоп, Познавательно, Биология, Теория эволюции, Эволюция, Чарльз Дарвин, Длиннопост

Ещё важный момент. Наличие отбора порождает понятие приспособленности особи, которое измеряется в количестве оставленного потомства. Если знаете фарзу "выживает сильнейший", срочно её забывайте, потому что в оригинале выживает именно самый приспособленный.


Причём с точки зрения эволюции неважно, за счёт чего организм оставил больше потомства (а значит копий своих генов) - за счёт хитрости, скорости, умения нравиться самкам или оплодотворения всего, что движется. Главное, что после смерти хозяина копии его генов, остаются в популяции, и чем больше их осталось, тем лучше (а кому лучше?).


Представьте, жизнь прошла эволюционный путь длиной 4 млрд лет, а некоторые гены, появившиеся в те времена и оказавшиеся наиболее эффективными, передались по эволюционной цепочке нам с вами, и трудятся на благо своих организмов и за счёт них несут свои копии дальше в историю.


Более подробно об этих 4 миллиардах лет - в следующих постах. Нетерпеливым - читать книги "Хлопок одной ладонью" Кукушкина и "От атомов к древу" Ястребова.


Мои предыдущие посты на тему эволюции:

Мутация, которая изменила мир, или как на самом деле работает эволюция

Разбираемся с теорией эволюции (ч. 1)

Разбираемся с теорией эволюции - 2. Чудесный язык дятла

Номинация "Эволюционная перспектива" (ч. 2)

Номинация "Эволюционная перспектива"

Номинация "Эволюционная перспектива" (ч. 3)

Открытия в эволюции. Итоги 2017 года (txt version)

PS Сейчас на пикабу проходит эксперимент по поддержке авторов #comment_162454986.

Для желающих сказать "спасибо" автору в денежном эквиваленте номер карты Сбера - 4274 3200 4968 4171 или ссылка на Яндекс-кошелек - https://money.yandex.ru/to/410012168692324.

Показать полностью 12
53

Этическое будущее исследований органоидов мозга человека

Биологи и специалисты по этике пытаются разрешить вопросы, связанные выращиванием органоидов, лабораторных «мозгов в банке», которые всё больше становятся похожими на ткани мозга человека. В прошлом году мы уже писали о том, как исследовательская группа Йельской школы медицины сумела частично восстановить работу мозга свиней, забитых четыре часа назад, и еще шесть часов поддерживать их мозговую деятельность. Количество таких исследований увеличивается каждый год. Разбираемся в дебрях этических вопросов вместе с Quanta Magazine.

Этическое будущее исследований органоидов мозга человека Наука, Нейронаука, Биология, Нейробиология, Исследования, Перевод, Длиннопост

Клетки органоида дифферецируются и образуют структуры, напоминающие те, которые имеют эмбриональные ткани. Зелёные клетки — это предшественники нейронов, красные клетки — незрелые нейроны, формирующие кортикальный слой. Можно ли считать эту форму жизни по-настоящему живой? По мере того как различий между такими структурами и нашим мозгом становится всё меньше, перед исследователи возникает широкий круг этических проблем.


Привлекательность исследований мозга в том, что они могут помочь нам понять, кто мы на самом деле и что делает нас людьми. Этот факт также делает большую часть потенциальных экспериментов над мозгом чудовищными, независимо от того, какой благой цели они служат. Поэтому нейробиологам часто приходится умерить свой исследовательский пыл и изучать экспериментальных животных или изолированные человеческие нейроны, но даже эти несовершенные заменители имеют свои этические, практические и концептуальные ограничения.


Новый мир возможностей открылся в 2008 году, когда исследователи узнали, как создавать мозговые органоиды — крошечные капли, выросшие из стволовых клеток человека, которые самоорганизуются в структуры с электрически активными нейронами, похожие на мозг. Хотя эти органоиды не больше горошины, они обладают огромным потенциалом для улучшения нашего понимания работы мозга: с их помощью мы можем следить за развитием болезней, которые невозможно было исследовать в лабораторных условиях. Ученые уже использовали органоиды для изучения шизофрении, расстройств аутистического спектра и микроцефалии, вызванной вирусом Зика.


И все же изучение органоидов мозга также может быть сопряжено с этическими дилеммами. «Чтобы создать идеальную модель, вы постараетесь сделать её как можно более человечной», — сказал Хэнк Грили, профессор права в Стэнфордском университете, который специализируется на этических и юридических вопросах биологических наук. «Но чем более человечной она становится, тем больше мы вынуждены возвращаться к тем же вопросам этики, из-за которых не можем просто использовать живых людей».


В общественном сознании, подогреваемом чрезмерным красочным описанием органоидов как «мини-мозгов», вспыхивают споры о том, может ли ткань стать сознательной и ощущать свое противоестественную жизнь как пытку. Реально стоящие перед учеными вопросы менее сенсационные, но более существенные. Изучение подобных органоидов попадает в странный разрыв между другими областями исследований, усложняя формальный этический контроль, но никто не может отбросить мысль как о потенциале таких исследований, так и о проблемах, связанных с ними.

Например, Дональд О'Рурк, нейрохирург в Медицинской школе Перельмана при Университете Пенсильвании, использует органоиды, в том числе трансплантированные грызунам, для тестирования терапии при злокачественных новообразованиях мозга. Этика исследования органоидов не беспокоит его вообще: «Я имею дело со смертельной болезнью, которая убивает людей за 15 месяцев. Мы работает над усовершенствованной диагностикой, чтобы в реальном времени оценить, какие методы лечения могут помочь. На мой взгляд, это решает все этические проблемы».

Этическое будущее исследований органоидов мозга человека Наука, Нейронаука, Биология, Нейробиология, Исследования, Перевод, Длиннопост

Аксоны нейронов (красные) из органоида человеческого мозга в лабораторных условиях. Их ядра окрашены в синий цвет.


Итак, методики выращивания органоидов становятся всё совершеннее. И даже если эти ткани далеки от ощущения боли или осознания себя, специалисты по этике и биологи подчеркивают, что необходимо начать обсуждения прямо сейчас, если мы хотим избежать проблем в будущем. В качестве первого шага они начинают исследования, которые освещают различия между мозгоподобными органоидами и головным мозгом, и разрабатывают критерии для их сравнения.


Ещё бессознательные, но всё более сложные


Среди тех, кто работает в этой области, царит почти единодушное согласие в том, что доступные мозгоподобные системы и те органоиды, которые могут быть выращены в обозримом будущем, не будут обладать сознанием. «Они все еще очень примитивны и рудиментарны по сравнению даже с мозгом мыши, — говорит Хан-Чиао Исаак Чен, профессор нейрохирургии в Медицинской школе Перельмана, — не говоря уже о мозге человека».


Даже самые совершенные органоиды головного мозга не достигают размера, структуры и полноценных функций человеческого мозга. Им не хватает важных типов клеток и кровеносных сосудов, необходимых для поддержания их тканей полноценными и здоровыми. Они незрелые: одна методика оценки возраста их развития постоянно сравнивает их с мозгом плода второго триместра. И, возможно, самое главное, они не способны получать сенсорную информацию. «Мы те, кто мы есть, благодаря нашему опыту», — утверждает Хонгджун Сонг, нейробиолог из Медицинской школы Перельмана. «Органоид в банке на самом деле не имеет стимула для формирования мозговых структур таким образом, чтобы он развивался так, как это необходимо настоящему мозгу».


Короче говоря, лабораторные ткани находятся далеко от сознания. «Это дает нам запас прочности на несколько лет», — говорит Джон Аах, старший научный сотрудник Гарвардского университета и коллега Джорджа Черча, выдающегося генетика и синтетического биолога, который использует органоиды в своих исследованиях.


Мы знаем, что эти [органоидные] нейроны функционируют. ... Но что это на самом деле означает?
Bruna Paulsen, Harvard University


Но все в этой области признают, что эксперименты с искусственными тканями становятся все более сложными и реалистичными. Инсу Хен, биоэтик из Case Western Reserve, недавно отметил в онлайн-эссе, что в течение следующих пяти лет учёные, вероятно, попытаются создать органоиды с сетями функциональных кровеносных сосудов и полным набором типов клеток мозга. Органоиды могут быть предназначены для эмуляции (точного копирования — прим. пер.) определенных областей мозга, для обработки входных данных нервной системы и для получения электрических выходных данных. Более того, многие из экспериментов включают пересадку клеток крысам или другим лабораторным животным, у которых своя функционирующая нервная система, в которую органоиды могут интегрироваться. Поэтому, даже если органоиды не переступят порог сознания и не начнут испытывать боль в течение следующих нескольких лет, не следует забывать, что у них есть такая возможность.


Неполная книга правил


Исследования органоидов развиваются не в вакууме. Существующая нормативно-правовая база для смежных видов биологических исследований предлагает множество этических мер защиты для органоидов.


Поскольку органоиды мозга выращены из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (клеток, которые могут дифференцироваться как любая как ткань — прим. пер.), они в частично находятся в области о этической инфраструктуры, которая управляет экспериментами с использованием человеческих тканей. Конкретные правила и рекомендации определяют, откуда ученые могут получить эти клетки и в каких лабораторных животные можно их пересаживать. Приматы даже не обсуждаются. Комитеты, состоящие из ученых, а также специалистов, разбирающихся в юридической, этической и социальной экспертизах, следят за тем, как используются эти клетки. Точно так же, когда органоиды пересаживаются животным, они попадают под компетенцию комитетов по защите животных.


Но сама природа органоидов заставляет задуматься, насколько хорошо действуют некоторые из старых систем правил и должны ли они действовать вообще.


Возьмём «правило 14 дней», которое ограничивает продолжительность выращивания человеческих эмбрионов in vitro (это технология выполнения экспериментов, когда опыты проводятся вне живого организма, «в пробирке» — прим. пер.). Определенные структуры появляются в зародыше через две недели с момента оплодотворения, и это говорит о том, что нервная система начала собираться. Но правило 14 дней не работает для органоидов, потому что они не связаны с реальными эмбрионами. Органоиды мозга следуют совершенно другим путем нейронной архитектуры. Весь смысл работы над ними заключается в создании реальных структур мозга. И поэтому органоиды «вызывают такое специфическое ощущение, когда вы знаете, что приближаетесь к чему-то, что в прошлом создавало этические затруднения», говорит Аах.


Эти исследования не относятся к определённой категории надзорных комитетов: они не базируются исключительно на людях, животных или стволовых клетках ex vivo (проведение экспериментов на живой ткани, перенесённой из организма в искусственную внешнюю среду — прим. пер.) Для органоидов не существует регулирующей структуры. Сейчас это не страшно. Но это пробел, который необходимо заполнить, потому что проблемы становятся ближе с каждым днём.


Этики и ученые сейчас работают вместе, чтобы выяснить, нуждаются ли эти исследования в новом своде правил. Этические дискуссии продвигаются стремительно, далеко опережая науку. Национальные институты здравоохранения выступили спонсорами совещаний и семинаров, велись обсуждения создания другого вида комитета по надзору. Ученые обратились к специалистам по этике в частном порядке, чтобы обсудить особенности своего исследования: еще в 2013 году Хэнк Грили, директор Центра по праву и бионаукам при Стэнфордском университете в Калифорнии, вспоминал, что получал электронные письма от экспериментаторов, стремящихся начать диалог. А Алиссон Муотри, биолог из Калифорнийского университета в Сан-Диего, организовал конференции, чтобы связать специалистов по этике как с биологами стволовых клеток, так и с исследователями сознания.

Этическое будущее исследований органоидов мозга человека Наука, Нейронаука, Биология, Нейробиология, Исследования, Перевод, Длиннопост

Исследователь Алиссон Муотри держит блюдо для культивирования, содержащее мозговые органоиды в своей лаборатории в Калифорнийском университете в Сан-Диего (слева).


Органоиды (справа) — крошечные самоорганизующиеся комки клеток, которые могут заменять ткани мозга человека в экспериментах, — в настоящее время довольно просты, но ученые работают над тем, чтобы они по форме и функциям напоминали структуры реального мозга.



Объединённый этический брейншторм


Особый интерес представляет «Brainstorm Project», двухлетняя программа, финансируемая Национальными институтами здравоохранения, сопредседателями которой являются Хен и Джантин Лунсхоф, специалисты по этике в Гарварде. Программа обеспечивает институциональную поддержку для объединения этиков и ученых в небольшие рабочие группы, чтобы они могли определить, на каких этических проблемах сосредоточиться и какие области исследований органоидов в мозге они рекомендуют для будущего финансирования Национального Института Здравоохранения.


Brainstorm Project частично смоделирован на основе повседневной практики Лунсхоф, специалиста по этике и философии: с 2006 года она работает с исследовательскими группами в Гарварде. Она сотрудничает с биологами в их полномасштабном исследовании от начала до конца — посещая еженедельные собрания исследователей, изучая экспериментальные проекты, исследуя новые статьи, и оживленно беседуя о методах и целях текущей работы.


Лунсхоф называет это улицей с двусторонним движением: она задает вопросы и узнает о текущих экспериментах, в то время как учёные лучше знакомятся с мнением специалистов по этике. Регулярный контакт побуждает исследователей консультироваться с Лунсхоф, когда они думают, что вошли или собираются войти в этически серую зону. «Это непрерывный процесс обучения», — сказала Лунсхоф. «И это взаимно». Это то, что она называет «этика сотрудничества».


Она старается воздержаться от осуждения. «Я не полиция по этике. У меня нет никакой официальной надзорной роли. Это тоже не моя цель». Вместо этого в совместных обсуждениях «...ученые, работающие с нами, и мы, работающие с ними, выясняем, каким может быть будущее и как, по их мнению, нам всем следует к тому относиться».

Этическое будущее исследований органоидов мозга человека Наука, Нейронаука, Биология, Нейробиология, Исследования, Перевод, Длиннопост

Джантин Лунсхов — специалист по этике, которая работает с биологами при Гарвардском университете в Виссе, чтобы помочь составить программу исследований по органоидам.


Brainstorm Project, безусловно, не является немедленной попыткой создать набор руководящих принципов исследования органоидов. «Для этого еще рано», — утверждает Инсу Хен, профессор биоэтики. Прямо сейчас, «на самом деле никто не готов сказать:"Вот та самая граница, которую никто не должен пересекать"». Хотя он действительно хочет использовать сегодняшние обсуждения для создания будущих правил исследований, сейчас речь идет о «...необходимости развития этики и науки вместе. Этики не должны слепо контролировать науку, но могут быть вовлечены на раннем этапе, чтобы помочь сформировать направление исследований социально ответственным образом».


Хотя обсуждения появления органоидного сознания, ощущения боли, самопознания и других тревожных вещей неизбежно встречается на собраниях Brainstorm Project, это не является их главной задачей — все эти события все еще слишком далеки. Вместо этого Лунсхоф, Хен и их коллеги пытаются найти неотложные этические проблемы, которые требуют решения уже сейчас. Обсуждение сознания имеет решающее значение, «но концентрация внимания только на этой проблеме отвлекает нас намного более существенных, важных и удивительных вещей», — сказал Хен.


Сопоставление с мозгом


В приоритете для Хен стоит задача убедиться, что дела на самом деле обстоят так, как утверждает наука. Многие из затронутых вопросов, возможно, не относятся к этике напрямую, но определение практической эффективности этих подходов имеет важное значение для этической стороны исследований. Если они не приносят пользы, то любой вред от них становится неприемлемым. Действительно ли органоиды моделируют то, что утверждают ученые? Как наиболее приемлемо создавать и использовать их? Можно ли основывать лечение пациентов на исследованиях, проводимых в органоидных системах или использовать органоиды для диагностики?


По мере продвижения исследований будет важно определить различия между органоидами мозга и реальным мозгом, помимо разницы в размерах и количестве нейронных связей. «Мы знаем, что эти [органоидные] нейроны функционируют. И уверены, что они связаны», — говорит Бруна Полсен, научный сотрудник лаборатории известного исследователя органоидов Паолы Арлотты в Гарварде. «Но что это на самом деле означает для нас?»


«Мы не до конца понимаем, какие типы основной электрической активности характерны мозгоподобным системам» — говорит Чен. Например, Муотри и несколько его коллег недавно вызвали настоящий переполох, когда они сообщили, что записали электрические сигналы, напоминающие мозговые волны новорожденного ребенка в органоиде коры больших полушарий. Но не все учёные с такой интерпретацией результатов: они утверждают, в что электрическая активность человеческого мозга зависит от анатомических структур и типов клеток, которых не может быть у органоидов. Пока этому не найдется логичное объяснение, подобные выводу будут вводить в заблуждение научное сообщество. Муотри, со своей стороны, подчеркивает важность этих споров, чтобы указать на необходимость обсуждения и объединения с экспертами по человеческому развитию, сознанию и другим областям, с которыми исследователи стволовых клеток могут быть не знакомы.


Также обсуждаются вопросы о том, как долго стоит поддерживать жизнедеятельность органоидных систем, где компромисс между созданием сложных органоидов и простотой управления, и как публично говорить об исследованиях. Лунсхоф и Грили отметили, что популярное описание органоидов мозга как «мини-мозг», хотя многим оно и нравилось, вызывает излишнюю тревогу.


То, как исследователи берут разрешение на использование биоматериала в органоидных экспериментах, также находится под пристальным контролем. Биологи и этики обсуждают, следует ли говорить участникам исследований о том, что частички их кожи могут стать плюрипотентными стволовыми клетками и будут использованы для создания некого подобия головного мозга, и если да, то сколько информации следует и нужно раскрыть. В свете своих недавних открытий Муотри пересмотрел форму информированного согласия для доноров материала и включил в нее обсуждения органоидов мозга и их способность генерировать некоторые типы электрических волн. «После этого я впервые увидел семью, которая решила не участвовать в исследовании. Не всем захочется жертвовать свои клетки, зная, к чему это потенциально может привести».


Сознание под сомнением


Несмотря на то что мы не ждём значительного прорыва в ближайшем будущем, Муотри не ждет, когда органоиды станут более сложными, чтобы приступить к амбициозным исследовательским вопросам. Работа, которую он планирует, может помочь составить карту биологической и этической среды для будущих исследований органоидов. В частности, Муотри хочет отслеживать ЭЭГ органоидов с помощью новых экспериментов, разработанных специально для поиска следов потенциального сознания.


Большинство предложенных вариантов таких исследований представляли собой аналоги тестов для пациентов-людей. Например, некоторые ученые предложили использовать алгоритмы, разработанные для оценки мозговых волн пациентов с комой, на наличие признаков осознания и настроить их для применения при изучении активности органоидов.


Пока что нельзя сказать, дадут ли что-то подобные эксперименты. Активность органоидов минимальна, поэтому пока не так много идей для исследований. Поскольку такие измерения никогда не проводились до этого, и пока мы не можем сравнить разные результаты для клеточных систем в чашке или клеток животных.


Чем больше вы принимаете участия в этих исследованиях, тем больше у вас вопросов и тем меньше уверенности в ответах

Jeantine Lunshof, Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering


Тем не менее, по словам Чена, исследования в этой области сместились с изучения клеточного состава, экспрессии генов и условий для их выращивания и развития, к пониманию их электрической активности. «Единственное, что мы сейчас можем, — это просто измерить их электрическую активность и посмотреть, что мы видим», — сказал он. «Я думаю, что в течение следующих пяти лет мы увидим гораздо больше работ, посвященных характеристике этой электрической активности».


Муотри намерен стать одним из основных участников этого исследования. Один эксперимент, который он хочет провести, включает анестезию органоида и тест его реакции: если определенные электрические сигналы исчезают из записей под наркозом, но появляются вновь после выхода из него, можно сделать интересные выводы (хотя Муотри осторожно отмечает, что это не означает значительное доказательство сознательности, а скорее только первый шаг к подобным выводам). Он также планирует подавать больше сенсорной информации в органоиды, создав нейроны с рецепторами боли, и проверить, реагируют ли эти нейроны на стимуляцию. «Мы не на 100 процентов уверены, что это правильный путь», — признается исследователь. Но это «может предложить что-то новое» или указать полезное направление.


Сейчас он работает над «картой, которая скажет нам, где сейчас находятся органоиды на своём пути к сознанию». На данный момент это набор вопросов «да» или «нет», которые могут помочь исследователям отслеживать, как далеко они продвинулись в своей работе: есть ли у органоида кора головного мозга? Генерирует ли эта кора сигналы, похожие на мозговые волны? Какие есть структуры помимо коры и как они связаны? Может ли органоид контролировать часть тела? Может ли он проводить информацию?


Найти границу между этически неприемлемым и недопустимым на такой «дорожной карте» «гораздо сложнее, чем может показаться», считает Лунсхоф. «Чем больше вы принимаете участия в этих исследованиях, тем больше у вас вопросов и тем меньше уверенности в ответах». Но она надеется на будущий успех совместных усилий ученых и специалистов по этике. «Чтобы применить эти результаты на практике, я потратила 15 лет. И да, это работает».

Наши переводы и статьи на пикабу и VK | Telegram | Яндекс.Дзен | medicalrave@gmail.com

Показать полностью 3
950

Топ - 5 «старперов» из живой природы

Ты переключал плоскогубцами каналы на телевизоре, ел мороженое за 2 коп., являешься современником кого-то из председателей ЦК КПСС или заряжал банку от слов Кашпировского и мнишь себя OLD-ом? Так вот у меня для тебя плохие новости. Ты не самый старый! В природе есть олды и постарше. Например: животные, которые живут несколько веков. Обо все этом кратенько, но понятненько с небольшими теоретическими выкладками я попробую рассказать. Поехали.


5 место. Открывает наш топ - образец долгожития. Когда мы говорим про продолжительность жизни, многим сразу на ум приходят черепахи. Megalochelys gigantea - гигантские сейшельские черепахи. Они вполне могут жить до 250 лет! Какова причина такого долголетия? Секрет прост: хладнокровие. Невысокая скорость метаболизма позволяет этим животным жить 2,5 века.

Топ - 5 «старперов» из живой природы Биология, Наука, Научпоп, Жизнь, Образование, Кит, Медуза, Черепаха, Длиннопост

4 место. Следующий участник - Гренландский кит (200 лет). Это самое долгоживущие млекопитающие. Нет, нет, нет, это не вредные бабки на лавке, которые всех кличут «наркоманами» и «…». Именно этот могучий представитель живет дольше из тех, кто питается молоком! Секрет долголетия? Организм гренландского кита располагает механизмами, отчасти подавляющими основные недуги старения, включая рак. Вот так!

Топ - 5 «старперов» из живой природы Биология, Наука, Научпоп, Жизнь, Образование, Кит, Медуза, Черепаха, Длиннопост

3 место.  Гренландская полярная акула может дотянуть свою лямку до 500 лет!! Однажды выловили представителя данного вида с крючками для ловли рыбы, изготовленных за 400 лет до того как ее поймали второй раз! Почему же она так долго живет? Обитая в стуже и темноте, где некуда спешить и некого бояться, у рыбины развился замедленный обмен веществ, что, видимо, и стало главной причиной долголетия. Да и размножаться быстро ни к чему — питательная база у грозного хищника не такая уж и безграничная. Поэтому детенышей рождается мало, а половозрелости самка акулы достигает только к 150 годам.

Топ - 5 «старперов» из живой природы Биология, Наука, Научпоп, Жизнь, Образование, Кит, Медуза, Черепаха, Длиннопост

2 место. А теперь организм перед которым все остальные - щеглы малолетние! Bacillus permians — 250 миллионов лет!!! Но не надо сразу падать в обморок с криком: «Боже, как долго!». Существовали эти бактерии в виде спор, которые смогли пробудить после обнаружения в соляных отложениях штата Нью Мексико. Но сам факт того, что споры смогли просуществовать 250 миллионов лет, не может не удивлять. Ведь от динозавров того периода редко остается что-то стоящее.

Топ - 5 «старперов» из живой природы Биология, Наука, Научпоп, Жизнь, Образование, Кит, Медуза, Черепаха, Длиннопост

1 место.  Закрывает наш топ Дункан Маклауд из клана медуз. Бессмертное существо, по имени Turritopsis dohrnii. На счет бессмертия я не пошутил. Штука реально может не умирать, если ей не помочь. Как же так выходит? Если условия среды не благоприятны, то медуза превращается в свою первую стадию (как у покемонов, только наоборот) – полип. Прилипает к субстрату и снова тянет лямку. Затем полип снова порождает медузу… И, похоже, в цепи этих метаморфоз нет места смерти.

Топ - 5 «старперов» из живой природы Биология, Наука, Научпоп, Жизнь, Образование, Кит, Медуза, Черепаха, Длиннопост

На этом сегодня все, потом соберем топ олдов среди растений!


Живите долго, живите счастливо! С наилучшими пожеланиями искренне Ваш - #БородатыйХимик! Счастья, здоровья, любви, процветания!

Показать полностью 4
414

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена

Наверняка все уже посмотрели прекрасный фильм "Пробуждение" с Робертом де Ниро и Робином Уильямсом в главных ролях.

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

Фильм, конечно, потрясающий, и если он вдруг прошёл мимо вас, срочно смотреть (ссылко на КП https://www.kinopoisk.ru/film/2950/).

Помимо актерской игры и режиссёрской работы, в нём примечательно и то, что сценарий фильма написан по мотивам абсолютно реальных событий. Дальше будут спойлеры, так что не смотревшие сей шедевр, можете прервать чтение и сначала его посмотреть, поверьте оно того стоит...

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение
Нью-Йорк, 1926 г. Молодая светская женщина из богатой семьи, вошедшая в историю под псевдонимом Роуз Р., ложится спать, и ей снится кошмар. Она заточена в неприступном замке. Она сама и есть этот замок, каменный, неподвижный. Когда Роуз просыпается, ее сон сбывается. Она смотрит в пустоту, в зеркало, но не может пошевелиться, не может сдвинуть с места ни тело, ни даже ум. Она как будто бесконечно скитается в собственной голове, запертая, как в стойле, в пустых, бесконечно повторяющихся цепочках мыслей. Квадратным кольцом крутится мелодия «Povero Rigoletto» из оперы Верди. Родные пытаются растолкать Роуз, но та продолжает просто сидеть и ничего не делать. Так продолжается 43 года.

Загадочную болезнь, прокатившуюся по миру в начале века, назвали летаргическим энцефалитом. Развивалась она стремительно, сопровождаясь различными нарушениями поведения, в итоге больные до конца жизни впадали в состояние "овоща". Они не могли говорить, самостоятельно есть, теряли интерес ко всему и просто лежали без движения. Сейчас мы знаем, что происходило в головах больных, потому что однажды они сами об этом рассказали.


Всё было примерно как в фильме - в 1969 году в нью-йоркском госпитале вели существование 80 человек с диагнозом "летаргический энцефалит", когда молодой невролог Оливер Сакс (в фильме его играет Робина Уильямс) заметил, что некоторые симптомы летаргического энцефалита похожи на болезнь Паркинсона.

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

Поэтому он решает применить экспериментальный препарат от болезни Паркинсона - "L-Dofa", представляющим из себя предшественника нейромедиатора дофамина (сейчас продаётся под названием Леводопа).


Если вы помните свои эмоции от просмотра фильма, когда больные стали в прямом и переносном смысле просыпаться, то представьте что чувствовали свидетели и участники всего этого в реальности, когда после 40-летнего сна "овощи" за пару дней превратились в полностью здоровых людей. В том числе проснулась и Роуз, с радостью и в полном рассудке, будто и не было этих 43 лет. Она и другие проснувшиеся в деталях рассказали о своих ощущениях, так что мы теперь знаем, что происходит с сознанием человека, мозг которого полностью лишён дофамина.


Считается (хотя многие детали покрыты мраком), что летаргический энцефалит развивался после аутоиммунного (т.е. когда иммунитет атакует клетки собственного организма) поражения особой части мозга - чёрной субстанции, центрального узла системы вознаграждения.

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

(Она же поражается при болезни Паркинсона, хоть и по другим причинам.)


Название системы вознаграждения не вполне отражает ее значимость для сознания и поведения. Этот отдел мозга не только «вознаграждает», но и наказывает, мотивирует, оценивает, направляет. Распределяя по мозгу произведённый дофамин, он контролирует внимание, запоминание и планирование, указывая нам, куда идти, куда смотреть, что запоминать, о чем думать и что любить.


Дофамин – это валюта мозга, которой система вознаграждения финансирует выгодные статьи мозгового бюджета, от мыслей до движений. Наверное, так и было бы правильнее ее назвать: система финансирования. Если так, то история Роуз Р. это трагический эксперимент, показывающий, что происходит, если у мозга заканчиваются деньги.

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

В нормальном режиме чёрная субстанция постоянно выстреливает в мозг небольшие порции дофамина, чем обеспечивается некий базовый уровень. Однако, если с нашей точки зрения происходит что-то хорошее, дофамина выстреливается больше. Субъективно это ощущается как удовольствие, радость, удовлетворение. Физиологически - это сигнал для усиления только что сработавших нейронных связей.


То есть усиливаются именно те связи, которые привели нас с чему-то хорошему. Неважно, за что они отвечают - за физические движения, или некие мысли, в итоге эти связи после дофаминового усиления будут превалировать над остальными и определят течение мозговых сигналов в ту сторону, где наш мозг получает вознаграждение в виде дофамина.

Именно так формируются навыки и привычки, но точно так же цементируются и более абстрактные паттерны поведения.


Движения мыслей, в общем, не так сильно отличаются от движений мышц. Мозгу совсем необязательно как-то влиять на окружающий мир, чтобы вызвать выброс дофамина. Достаточно задуматься о чем-то, что раньше вызывало удовольствие. С точки зрения системы вознаграждения нет особой разницы, происходят ли события «вживую» или воскрешаются из памяти. Так что наш мозг способен стимулировать сам себя – чем он и занимается большую часть времени.


Если на минуту отвлечься от телефонов, наших карманных дофаминовых стимуляторов, то мысли по большей части либо мусолят прошлое, пытаясь найти в каждом воспоминании спрятанный дофамин, либо планируют будущее, пытаясь найти спрятанный дофамин в потенциальных возможностях...

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

И да, если вы ешё не забыли, в заголовке упоминался буддизм. Дофамин и буддизм, какая тут связь?

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

А в чем, собственно, идея буддизма? Если переводить на современный язык, человеческая природа, согласно учению Будды, ориентирована на то, чего нет, и поэтому в конечном итоге всегда страдает. Если удовлетворить одно желание – появится другое, побольше. Если решить одну проблему – появятся десять других. Поэтому единственный способ не страдать – ничему не сопротивляться и ничего не хотеть. Для этого нужно сознательно концентрировать свое внимание на текущем моменте, принимая его таким, какой он есть. В разработке этой техники концентрации внимания на текущем и состояло «просветление» Будды.


«Нирвана», эта мистическая цель практикующих буддистов, буквально означает «затухание». Будда фактически учил, что для того, чтобы увидеть свет, надо сначала потушить свечи.

Это идеально соответствует сегодняшним представлениям о механике системы вознаграждения. Удовольствие вызывается чем-то непредвиденно превышающим ожидания. Это соответствует выбросу дофамина в момент получения нежданной награды. Но через несколько повторений награда уже не будет неожиданной и дофамин перестанет выделяться. Само по себе это, конечно, обидно, но еще терпимо.


Самая же главная подлость в том, что если этой когда-то неожиданной, а теперь ожидаемой награды вдруг не поступает, то уровень дофамина падает ниже нормы. Ощущается это как раздражение и гнев, то есть страдание.


Таким образом, сам факт того, что нам во внешней среде что-то нравится, постепенно ставит нас в зависимость от этой внешней среды. Неожиданные радости, от которых нам хорошо, со временем обязательно становятся ожидаемыми потребностями, без которых нам плохо. И мы двигаемся дальше по бесконечной дофаминовой лестнице все возрастающих желаний и их удовлетворения.

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

С каждым повторением события, которое когда-то приносило удовольствие, дофаминовые нейроны реагируют все меньше и меньше. Но воспоминание о былом удовольствии пока еще вызывает в них возбуждение. Это толкает нас к дальнейшим повторениям, толкает дворовых чемпионов на карьеру в спорте, а успешных бизнесменов – на расширение бизнеса. Система вознаграждения постоянно требует от нас повторения одних и тех же действий, но никогда не доводит до полной удовлетворенности, сопоставимой с первой, изначальной реакцией на приятную неожиданность.

В общем, в полном соответствии с учением Будды: удовольствие порождает желание, а желание порождает страдание. Смысл системы вознаграждения – не сделать нас счастливыми, а как раз наоборот, сделать нас неудовлетворенными.


Зачем же может понадобиться такая подлая система? На этот вопрос отвечает теория эволюция (вы же понимали, что без неё не обойдется, правда?)


Болезнь Роуз Р. и других жертв летаргического энцефалита можно назвать злой пародией на буддийское просветление. Поражение черного вещества, центральной области в системе вознаграждения, привело у них к отмиранию дофамин-производящих нейронов, а вместе с ними – способности чего-то желать и чему-то радоваться.


Роуз настолько ничего не хотелось, что она не могла даже захотеть встать или заговорить, хотя физически этому не было никаких преград, как показало ее краткосрочное выздоровление. Человек, которому не хочется вообще ничего, превращается в "овощ", несмотря на работающий в остальных отношениях мозг

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

На этом примере как раз и видно, в чем заключается смысл системы вознаграждения: она заставляет нас двигаться вперед. Нашим предкам была нужна система усиленного запоминания приятных неожиданностей, и под эту роль был приспособлен дофамин, который превращает эти неожиданности в ожидания. Древние животные не могли себе позволить довольствоваться приятными неожиданностями: любой источник пищи рано или поздно закончится, любая среда рано или поздно изменится. В эволюции побеждали те из них, кому дофамина все время не хватало, которых мучили воспоминания о приятном, потому что они никогда не стояли на месте и в итоге достигали большего. Что же касается душевного спокойствия, то без него вполне можно было жить.


Средний мозг, этот древний орган контроля за поведением, до сих пор продолжает диктовать нам волю наших предков. Но кора, автономный орган индивидуального понимания реальности, говорит нам, что это бессмысленно. «Разве я – это гены?» – спрашивает кора и стремится жить по-своему, но неизменно натыкается на дофаминовые волны страдания, которыми гены пытаются вернуть себе контроль и направить тело по стандартной программе: живи и создавай копии....

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

Как же спастись от страдания? Есть ли выход из постоянного цикла желаний и зависимостей?


Буддийский вариант - избавиться от привычки постоянно думать о прошлом или будущем - крайне сложен. Это требует коренной перестройки мотивационной системы, накопленной за годы веселой и насыщенной жизни.

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение

Но есть способ проще, он заключается в обычной экономии.


Если воспринимать этот дофамин как конечный ресурс, то все встает на свои места. Можно растратить весь свой дофамин на игры в телефоне и схватки в соцсетях. Но тогда не остается дофамина на чтение книг, которые на фоне яркого, звенящего, переливающегося экрана оказываются слишком скучными.


Иногда можно бросить весь имеющийся дофамин на вечеринку века – просто надо заранее понимать, что остаток недели придется сидеть на хлебе и воде, в дофаминовом смысле. Зато если сэкономить, воздержаться от ненужных трат на суету, то настоящие радости жизни становятся еще радостнее.


Самое интересное, что это касается не только и даже не столько активных действий, сколько мыслей. Чем больше чего-то хотеть – тем больше дофамина тратится на холостое повторение приятной мысли, которая постепенно приедается и становится ожидаемой. Если человек годами мечтает о чем-то конкретном, то при достижении этой заветной мечты обычно он в лучшем случае ничего не чувствует, а в худшем – чувствует глубокое разочарование.


В долгосрочной перспективе не так важно, откуда вы черпаете счастье, – важно, как вы с ним обращаетесь. Неважно, какая у вас профессия, какая машина и сколько у вас денег. Наше поведение ведет нас в сторону повышения дофамина, но эта дорога ничем не заканчивается. Никакое целенаправленное действие не может привести к долгосрочному повышению счастья, потому что любое достижение цели ведет к появлению новой цели – человек реагирует на изменения, а не на конкретное состояние.


Если принять этот факт как данность, то становится понятно, что счастье в принципе можно найти только в процессе, а не в результате.

_____________________________________________________________________________


Данный текст написан не мной (помимо пары абзацев в начале), это отрывок из прекрасной во всех отношениях книги "Хлопок одной ладонью" нейробиолога Николая Кукушкина.


Как пишет сам автор в предисловии "...задача этой книги – взглянуть на человека одновременно изнутри и со стороны, с позиций прошлого и с позиций настоящего, с точки зрения биолога и с точки зрения философа, с точки зрения вида Homo sapiens и с точки зрения других видов: бактерий, растений, медуз, птиц. Эта книга – обо всем не-человеческом, что предвосхитило и определило все человеческое: от зарождения жизни до полового размножения, от происхождения животных до социальных инстинктов, от нейронных сетей до абстрактного мышления."


По итогам прочтения книги понял, что давно не получал такого удовольствия от науч-попа. Причём обычно я для пикабу процентов на 30-50 адаптирую исходный текст книг, а тут получилось как в том стишке про пингвина - он и так вышел хорошо (только пришлось немного сократить, полную версию само собой ищите в оригинале).


Так что в ваш список помимо фильма "Пробуждения" и/или книги "Пробуждения" крайне советую добавить "Хлопок одной ладонью".

О нейровалюте, буддизме, счастье и длинной руке гена Наука, Теория эволюции, Буддизм, Нейробиология, Биология, Познавательно, Длиннопост, Спойлер, Пробуждение
Показать полностью 10
290

Охота адского муравья

Охота адского муравья Палеонтология, Наука, Насекомые, Муравьи, Янтарь, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Древний хищник, терзающий жертву, — это излюбленный сюжет для палеохудожников. Какую популярную книжку по палеонтологии ни открой, обязательно увидишь в ней тираннозавра, обгладывающего трицератопса, или саблезубого тигра, вонзающего клыки в холку вымершего копытного. Увы, далеко не всегда понятно, какое отношение все эти красочные картинки имеют к реальности. Однако в этом куске бирманского янтаря вы можете наблюдать сцену доисторической охоты своими глазами, не полагаясь на воображение иллюстратора. В роли хищника тут выступает адский муравей Ceratomyrmex ellenbergeri, в роли жертвы — нимфа алиеноптеры (Alienopteridae) Caputoraptor elegans. Находка позволила ученым увидеть в действии уникальный ловчий аппарат адских муравьев, состоящий из двух серповидных челюстей и длинного рога (см. картинку дня Адские муравьи).

Адские муравьи (Haidomyrmecinae) — это вымершее подсемейство муравьев, известное из верхнемеловых янтарей, таких как бирманский (99 млн лет) и канадский (78 млн лет). Свое латинское название, которое происходит от греческого слова Ἀΐδης (Аид — царство мертвых), эта группа получила неслучайно. В отличие от остальных муравьев, у которых челюсти смотрят вперед, у их адских собратьев передние концы челюстей загнуты вертикально вверх и напоминают клинок ятагана. К тому же у нескольких родов этого подсемейства вдобавок к челюстям-саблям имеется и длинный «рог» — вырост клипеуса (наличника), то есть лицевой части головной капсулы. Ученые давно предполагали, что рог и загнутые вверх челюсти работали сообща, зажимая добычу, и новая находка стала блестящим подтверждением этой гипотезы.

Охота адского муравья Палеонтология, Наука, Насекомые, Муравьи, Янтарь, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Филогенетическое древо муравьев и строение их голов и ротовых частей. 3D-реконструкции: A — Haidomyrmex, B — Protoceratomyrmex, C — Linguamyrmex, D — Ceratomyrmex, E — Dhagnathos, F — Chonidris, G — Aquilomyrmex. Фотографии в сканирующем электронном микроскопе: H — Leptanilla, I — Amblyopone; J — Anochetus, K — Aneuretus, L — Nothomyrmecia, M — Tetraponera. Оранжевым показаны челюсти, голубым — клипеус (наличник), желтым — верхняя губа и фиолетовым — лобный треугольник. Изображение из статьи P. Barden et al., 2020. Specialized predation drives aberrant morphological integration and diversity in the earliest ants

Из всех адских муравьев наиболее внушительными челюстями и рогом обладают представители рода Ceratomyrmex — именно такого муравья и посчастливилось обнаружить ученым в куске бирманского янтаря. Он вцепился в «шею», то есть суженный участок переднегруди, неполовозрелой алиеноптеры Caputoraptor elegans. Алиеноптеры — это вымерший отряд насекомых с неполным превращением, родственный тараканам и богомолам и нередко встречающийся в бирманском янтаре. У алиеноптеры Caputoraptor elegans, ставшей добычей муравья, по краям переднегруди располагались зубчики, служившие, возможно, для захвата мелких насекомых или же для удержания половых партнеров (см. картинку дня «Чужие» из янтаря). Но муравья зубчики не смутили — снизу он зажал переднегрудь алиеноптеры челюстями, а сверху — длинным рогом, исключив любую возможность сопротивления.

Охота адского муравья Палеонтология, Наука, Насекомые, Муравьи, Янтарь, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Смертельная хватка адского муравья Ceratomyrmex ellenbergeri, зажавшего алиеноптеру Caputoraptor elegans. Условные обозначения: amd — передние концы челюстей муравья, e — глаз алиеноптеры, mib — медиовентральная (срединно-брюшная) лопасть челюсти муравья, pg — заглазничная часть головной капсулы алиеноптеры (гена; см. gena). Изображение из статьи P. Barden et al., 2020. Specialized predation drives aberrant morphological integration and diversity in the earliest ants

Такой борцовский захват был возможен только при условии вертикальной подвижности челюстей. Иными словами, адские муравьи могли двигать челюстями не только влево и вправо, в горизонтальной плоскости, как все остальные муравьи, но и вверх-вниз, оттягивая их и поднимая. То есть фактически челюсти адских муравьев двигались примерно так же, как и нижняя челюсть позвоночных животных. Рог при этом выступал в качестве аналога верхней челюсти позвоночных, то есть неподвижной точки опоры, к которой прижимается пища. Челюстной «сустав» подобного строения не известен ни у одного из более чем 12 000 ныне живущих видов муравьев. Но зато похожий ловчий аппарат можно найти у водных личинок жуков-плавунцов Hyphydrus. С помощью «капкана» из загнутых верх челюстей, движущихся в вертикальной плоскости, и противолежащего рога на голове они ловят остракод — рачков с округлым панцирем.

Охота адского муравья Палеонтология, Наука, Насекомые, Муравьи, Янтарь, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Ближайшие ныне живущие аналоги адских муравьев — личинка жука-плавунца Hyphydrus japonicus (A–D) и личинки водных жуков с обычным строением челюстей: плавунец Platambus optatus (E) и водолюб Enochrus simulans (F). Фото из статьи M. Hayashi, S.-Y. Ohba, 2018. Mouth morphology of the diving beetle Hyphydrus japonicas (Dytiscidae: Hydroporinae) is specialized for predation on seed shrimps

Зачем личинки плавунцов стали экспериментировать с ротовым аппаратом, вполне понятно — остракоды, похожие на крошечные бобы, из стандартных, горизонтально ориентированных челюстей просто выскальзывают. Но зачем необычные челюсти-сабли вкупе с рогами понадобились адским муравьям? На каких таких особых жертв они охотились? Ведь во второй половине мелового периода существовали и муравьи с нормальным устройством ротового аппарата. Судя по данным филогенетического анализа, у двух групп адских муравьев длинные рога независимо возникли из разных частей головы (это видно на втором рисунке, A–D и E–G) — то есть это не была чистая случайность морфогенеза, тут был замешан какой-то мощный внешний стимул. Но затем этот стимул почему-то исчез, адские муравьи вымерли, и за последующие 70 млн лет никакая другая группа муравьев не выработала у себя похожего приспособления. Так что вопросов всё равно пока больше, чем ответов...

Изображение из статьи P. Barden et al., 2020. Specialized predation drives aberrant morphological integration and diversity in the earliest ants.


Александр Храмов
https://elementy.ru/kartinka_dnya/1204/Okhota_adskogo_muravy...

Показать полностью 3
29

Горихвостки: мать и дитя

Горихвостки: мать и дитя Орнитология, Биология, Птицы, Животные, Фотография
Горихвостки: мать и дитя Орнитология, Биология, Птицы, Животные, Фотография

Перед вами две птицы: взрослая и слёток. Это две горихвостки (Phoenicurus phoenicurus). Взрослая птица - это самка.

Самец летал где-то неподалеку, но его я не смог нормально сфоткать.


Горихвостки успевают дать потомство дважды за лето. Это уже второй птенец у пары. Кормят птенца оба родителя, но самки все равно побольше участвуют в этом процессе.


Птенец уже довольно большой, может летать, но с трудом, т.к. перья, необходимые для полета, еще не отросли.


Родители кормят птенца, пока он сам не будет добывать себе еду.


Фото сделано в Перми на реке Ива.

Показать полностью
28

Тренируем крылья

Тренируем крылья Орнитология, Биология, Птицы, Животные, Лебеди, Фотография, Nikon
Тренируем крылья Орнитология, Биология, Птицы, Животные, Лебеди, Фотография, Nikon

На фотографиях лебедь-шипун (Cygnus olor) разминает свои крылья.
Лебедь-шипун - это большая агрессивная территориальная птица, которая тщательно бережет себя и свое потомство от любых угроз. Шипун - потому что шипит, когда раздражен.

Фотки сделаны в Перми на территории урочища Красава.

Фотоаппарат: Nikon d3400

Объектив: Nikon 70-300mm f/4.5-6.3G


P.S. Я создал телеграм-канал о птицах и бердинге в целом, новые посты там будут выходить чаще, чем на Пикабу. Если интересно, то заходи: https://t.me/birdinglife
Показать полностью
73

У анкилозавров биссектипельт была холодная голова и острый нюх

У анкилозавров биссектипельт была холодная голова и острый нюх Палеонтология, Наука, Динозавры, Копипаста, Elementy ru, Гифка, Длиннопост
Рис. 1. Реконструкция головы анкилозавра биссектипельты (Bissektipelta archibaldi), выполненная по аналогии с другими анкилозаврами. Эта группа динозавров была очень консервативной и не отличалась разнообразием форм на протяжении своей истории, которая началась в юрском периоде и длилась до конца мелового периода. В такой консервативности они похожи на черепах, чьим экологическим аналогом анкилозавры, вероятно, являлись. Рисунок Андрея Атучина

Тщательное исследование небольших фрагментов черепов трех особей панцирного динозавра биссектипельты позволило в буквальном смысле заглянуть в мозг этого представителя анкилозавров и увидеть его картину мира. Мозг биссектипельты одновременно изучали две группы палеонтологов: первая — по старинке, с помощью силиконовых слепков, вторая — новаторским методом компьютерного томографирования. Удалось выяснить, что биссектипельты хорошо слышали низкие частоты, обладали отличным обонянием и очень эффективной системой кровообращения в голове, которая помогала бороться с перегревом мозга.

В двадцатых годах XX века в Средней Азии геологи открыли несколько крупных захоронений с остатками динозавров. Все кости были разрозненными и разбитыми, словно скелеты пропустили через мясорубку и разбросали на огромной площади в сотни квадратных километров. Из-за выветривания и эрозии они часто попросту валялись на поверхности, покрываясь пустынным загаром.

Молодой палеонтолог, будущий профессор и писатель И. А. Ефремов писал, что лошадь может целыми днями идти в предгорьях Тянь-Шаня по костям динозавров, среди которых нет ни одной целой: только куски и осколки. Собирать и изучать их в те годы казалось бессмысленной тратой времени. Но постепенно появлялись новые палеонтологические методы и технологии, благодаря которым стало возможно извлекать ценную информацию даже из небольших обломков костей, совершенно затрапезных на вид.

Множество таких обломков собрали в пустыне Кызылкум в Узбекистане, в местонахождении Джаракудук. В восьмидесятых годах там много работал ленинградский палеонтолог Л. А. Несов. Затем началась большая многолетняя экспедиция, в которой участвовали ученые из России, США, Канады, Великобритании и Узбекистана. За десять лет (экспедиция работала с 1997 по 2006 год) в Джаракудуке были добыты десятки тысяч отдельных костей и зубов динозавров и сопутствующей фауны: акул, крокодилов, птиц, птерозавров, млекопитающих. В общей сложности были найдены остатки более ста видов древних позвоночных, которые населяли эти места в последней трети мелового периода, около 90 миллионов лет назад, когда в районе местонахождения проходила береговая линия древнего моря. Богатейшая коллекция напоминала салат: в ней было множество ингредиентов и все представлены крохотными обломками — такими же, по которым за век до этого бродила лошадь Ивана Ефремова.

Один из обломков принадлежал панцирному динозавру (анкилозавру), который после ряда уточнений обособили в новый род и вид, назвав его биссектипельта Арчибальда (Bissektipelta archibaldi) в честь колодца Биссекты и участвовавшего в экспедиции американского палеонтолога Дэвида Арчибальда (James David Archibald). Обломок представлял собой фрагмент черепа из области затылка, размером с большой смартфон. В нем полностью сохранилась мозговая полость (к счастью для ученых, мозг анкилозавров отличался крохотными размерами). Также были найдены еще несколько обломков черепов других особей биссектипельт.

Недавно изучением мозга этого животного занялись сразу две группы ученых. Московский палеонтолог В. Р. Алифанов и нейробиолог С. В. Савельев работали с силиконовым слепком полости одного из образцов и опубликовали свои выводы в 2019 году. Петербургские палеонтологи И. Т. Кузьмин, А. О. Аверьянов, П. П. Скучас, Е. А. Бойцова вместе с американским палеонтологом Х.-Д. Зуэсом (Hans-Dieter Sues) и петербургским школьником И. Петровым построили и изучили компьютерную томографию фрагментов двух черепов. Результаты их исследований увидели свет в июне 2020 года.

У анкилозавров биссектипельт была холодная голова и острый нюх Палеонтология, Наука, Динозавры, Копипаста, Elementy ru, Гифка, Длиннопост
Рис. 2. Биссектипельта принадлежала к группе панцирных динозавров анкилозавров, расцвет которых пришелся на меловой период. Анкилозавры были весьма консервативной группой и внешне мало менялись в течение всей эволюционной истории группы. Их внешние покровы окостеневали, зачастую превращаясь в эффектные шипы и колючки. У некоторых анкилозавров хвост заканчивался своеобразной костяной булавой. Крупнейшие особи вырастали до восьми метров в длину, из которых половина приходилась на хвост. Биссектипельта была средних размеров, около трех метров (размер вычислен по аналогии с остатками других анкилозавров). На рисунке для сравнения рядом с биссектипельтой изображен палеонтолог И. А. Ефремов, который отличался почти двухметровым ростом. Рисунок Андрея Атучина

Для изготовления слепка московские исследователи залили полиуретановую резину в мозговые полости биссектипельты через обонятельные и так называемое окципитальное отверстия и сделали тринадцать фрагментарных слепков, которые соединили воедино. «Резиновый» мозг получился размером с указательный палец — 8,5 сантиметров в длину. То есть был крошечным даже по меркам динозавров. Впрочем, об этом было известно и ранее: анкилозавры по соотношению размеров головного мозга и тела занимают среди динозавров второе место с конца после длинношеих завропод — только у этих гигантов мозг в пропорции к телу был еще меньше. Если бы у человека было такое же соотношение размеров мозга и тела, то наш мозг объемом около 1300–1600 см3 располагался бы в теле размером с железнодорожный состав из четырех-пяти вагонов.

Главным органом чувств биссектипельты было обоняние. Доли мозга, отвечающие за обоняние, у нее самые крупные. Неплохо обстояло дело и с анализом вкуса. Вероятно, животное хорошо различало вкус, состав и твердость пищи. Размер полости от соответствующего нерва указывает, что язык был крупным и подвижным. А вот слух биссектипельты оказался, по мнению московских ученых, плохим, равно как и вестибулярный аппарат, что в целом подтвердило взгляд на анкилозавров как на животных с пассивным образом жизни.


Через полгода после публикации московских ученых в свет вышла статья с результатами трехлетней работы петербургских специалистов. Они изучили не только образец, с которым работали московские коллеги, но и еще один фрагмент черепа с мозговой полостью, а также третий обломок черепа, на котором сохранились отпечатки кровеносных сосудов. Исследователи создали виртуальные модели двух мозгов биссектипельты (одну модель сделал школьник Петров, ставший соавтором статьи).


Петербургские специалисты также сделали вывод, что у животного был отличный нюх. По их подсчетам, обонятельные луковицы занимали около 60% размера больших полушарий. А вот слух, по их данным, нельзя было назвать плохим. Короткая и толстая базилярная мембрана на обеих виртуальных моделях указывала, что для одной особи оптимальная частота слуха составляла 682–1002 Гц, для второй — 576 Гц. Верхняя граница слышимости достигала 2889 и 2105 герц соответственно. То есть обе биссектипельты хорошо слышали в нижнем диапазоне частот (100–3000 герц) — как и современные крокодилы.


Это известное правило: чем крупнее животное, тем более низкочастотные звуки оно издает и слышит. Возможно, самые ранние, базальные, анкилозавры слышали высокие звуки, но в ходе эволюции, становясь все крупнее и больше, им пришлось переориентировать слух на низкие частоты. Человеческую речь биссектипельта бы услышала, а писк комара или свист зарянки — нет.

У анкилозавров биссектипельт была холодная голова и острый нюх Палеонтология, Наука, Динозавры, Копипаста, Elementy ru, Гифка, Длиннопост
Рис. 3. Трехмерная компьютерная реконструкция эндокаста мозговой полости и сосудов головы анкилозавра Bissektipelta archibaldi. Розовый цвет —внутреннее ухо, желтый — нервы, красный — крупные артерии, синий — вены и мелкие артерии, голубой — эндокаст мозговой полости. Анимация с сайта spbu.ru
Крайне любопытные подробности принесло изучение отпечатков и полостей вен и артерий, которые окружали мозг. Кровеносная сеть в голове биссектипельты оказалась крайне сложной и напоминала кровеносную систему ящериц, а не более близких к динозаврам крокодилов и птиц. Один из авторов исследования, аспирант СПбГУ Иван Кузьмин, сравнил систему этих отпечатков с запутанными железнодорожными путями. При жизни биссектипельты сосуды опутывали мозг сложной сетью, а кровь текла по ним в разных направлениях, эффективно охлаждая мозг. Кузьмин сравнил систему с панамкой. Возможно, более удачным было бы сравнение с постоянным прохладным душем, который охлаждал мозг животного. По словам палеонтолога Александра Аверьянова, охлаждение мозга здесь работало по такому же принципу, как и охлаждение атомного реактора проточной водой. С той разницей, что реактор нагревается изнутри, а температура мозга увеличивалась от внешнего нагрева — от солнечных лучей, которые падали на голову биссектипельты.

Для анкилозавров проблема перегревания мозгов стояла особенно остро, поскольку их череп и костяные выросты-остеодермы были очень толстой и теплоемкой конструкцией.

Подобные охладительные системы в лобно-теменной области ранее реконструировались и для других древних животных, в том числе пермских терапсид (M. F. Ivakhnenko, 2008. Cranial Morphology and Evolution of Permian Dinomorpha (Eotherapsida) of Eastern Europe), но у анкилозавров обнаружены впервые.

Сейчас петербургские специалисты продолжают начатую работу. Намечены еще два больших исследования. Во-первых, они собираются изучить мозговые полости других анкилозавров. Это поможет ответить на вопрос, была ли система охлаждения мозга и чрезвычайно острое обоняние признаком всей группы или отличительной чертой биссектипельты. Во-вторых, продолжается работа с «виртуальными» мозгами других динозавров из Джаракудука — утконосых гадрозавров.

По итогам обоих исследований можно нарисовать следующий портрет биссектипельты. Это был неповоротливый и малоактивный динозавр. Его картина мира состояла в первую очередь из запахов. С помощью тонкого обоняния биссектипельты искали пищу, отслеживали врагов, искали партнеров. Их слух, как и у других крупных животных, был заточен на низкий диапазон, но звуки, возможно, не играли большой роли в жизни животного. Совсем неразвитым оказалось зрение. Можно сказать, биссектипельты были полуслепыми. Специальные системы охлаждения мозга с большой вероятностью указывают на сухопутный образ жизни: для водных животных проблема перегрева не стоит сколько-нибудь остро. Ближайшим экологическим аналогом животного можно назвать крупную наземную черепаху, например, галапагосскую.

Источники:

1) В. Р. Алифанов, С. В. Савельев. Строение мозга и нейробиология панцирного динозавра Bissektipelta archibaldi (Ankylosauridae) из позднего мела Узбекистана // Палеонтологический журнал. 2019. № 3. С. 315–321.

2) I. Kuzmin, I. Petrov, A. Averianov, E. Boitsova, P. Skutschas, H.-D. Sues. The braincase of Bissektipelta archibaldi — new insights into endocranial osteology, vasculature, and paleoneurobiology of ankylosaurian dinosaurs // Biological Communications. 2020. DOI: 10.21638/spbu03.2020.201.

Антон Нелихов
https://elementy.ru/novosti_nauki/433667/U_ankilozavrov_biss...

Показать полностью 2
125

Зачем тубящая манукодиям такая длинная трахея?

Зачем тубящая манукодиям такая длинная трахея? Анатомия, Животные, Птицы, Орнитология, Зоология, Биология, Познавательно, Факты
Зачем тубящая манукодиям такая длинная трахея? Анатомия, Животные, Птицы, Орнитология, Зоология, Биология, Познавательно, Факты
Зачем тубящая манукодиям такая длинная трахея? Анатомия, Животные, Птицы, Орнитология, Зоология, Биология, Познавательно, Факты

Синим на картинке обозначена верхняя гортань. Зачем такая длинная трахея? Начнем издалека. Сириникс - нижняя гортань, которой птицы поют. Она находится в глубине трахеи. Таким образом характер звука изменяется, проходя через всю трахею. Такой звук привлекает самок. И так в процессе полового отбора развилась такая длинная гортань.

При длине тела 28 см трахея манукодий может достигать до 90 см!

Показать полностью 1
116

Птенец ушастой совы — залог хорошего дня!

Птенец ушастой совы — залог хорошего дня! Биология, Птицы, Орнитология, Сова, Птенец

Памятка для тех, кто на даче: встретите такого — не трогайте! С ним всё в порядке (ну если явно не сломано крыло/нога). Его родители где-то рядом. Но из-за того, что возле драгоценного птенчика стоит какое-то огромное чудовище, они не решаются подлетать близко.

НЕ надо уносить куда-то совёнка, а тем более — в свой дом. Если есть явная опасность в виде хищно стреляющей глазами кошки, которая прогуливается тут метрах в пяти, посадите птенца на ближайшую веточку/забор. И уходите. Не отбирайте у других родителей их детей, если очень хочется — заведите своих.


Это очень важно! Люди так губят многих прекрасных птиц, просто потому что включают сердобольность и отключают мозги. А совы далеко не самые простые в уходе, это я вам говорю как человек, который ни разу за ними не ухаживал)) Но слышал от других людей.


P.S. На фото птенца держит специально обученный человек, проводящий научную работу. Ни одна сова не пострадала.

Больше про птичек и природу — в моём Телеграме и ВКонтакте.

Фото Сергея Волкова.

Показать полностью
254

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, Микробы, 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, Микробы, 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, Микробы, 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, Микробы, 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, Микробы, 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
Похожие посты закончились. Возможно, вас заинтересуют другие посты по тегам: