177

Вероятность зарождения жизни

Борис Штерн, Александр Марков, Армен Мулкиджанян, Евгений Кунин, Михаил Никитин

«Троицкий вариант — Наука» №6(275), 26 марта 2019 года

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Изображение: pixabay.com


Предисловие Бориса Штерна  Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН.

Мы давно планировали провести дискуссию, связанную с вечным вопросом о месте человека во Вселенной. Это, конечно, про внеземную жизнь и планеты у других звезд. В настоящий момент известно чуть меньше 6 тыс. экзопланет, из которых две с лишним тысячи ждут независимого подтверждения. Но для статистических исследований можно использовать все 6 тысяч.


Среди них очень мало планет, предположительно пригодных для жизни. Это естественно, потому что их труднее всего искать: против землеподобных планет работает очень мощный эффект селекции. Они слишком легкие, чтобы их можно было вылавливать методом лучевой скорости звезды, а год у них слишком длинный, чтобы их транзиты можно было бы уверенно раскопать в данных космического телескопа «Кеплер»1. Исключение — планеты в зоне обитаемости красных карликов, которые открыты у нас под самым носом, их искать гораздо легче. Таких планет очень много, но, увы, красные карлики очень неудобны для жизни рядом с ними. Однако экстраполяция данных «Кеплера» по «горячим землям» у звезд типа Солнца дает весьма оптимистический результат: по крайней мере 15% таких звезд имеют планеты в своей зоне обитаемости. Эта оценка получена независимо многими авторами, и со временем она становится всё более оптимистичной: 20% и даже четверть солнц обладают землями. Это значит, что ближайшая к нам звезда класса G или К с землей на орбите в области обитаемости находится в пределах 15 световых лет. Таких звезд немного, и уже появляются кандидаты, например Тау Кита. А в радиусе, скажем, 30 световых лет таких планет множество.


Методы наблюдений постепенно прогрессируют. С помощью усовершенствованного инструмента HARPS будут обнаружены новые близкие землеподобные планеты. В следующем десятилетии с помощью таких инструментов, как исполинский Чрезвычайно большой телескоп (ELT) и космический телескоп «Джеймс Вебб», мы узнаем кое-что об атмосферах некоторых планет земного типа. И не исключено, что в спектре поглощения атмосферы какой-то транзитной планеты (проходящей по диску звезды) проявится кислород. Если звезда не чрезмерно активна и достаточно стара, кислород может быть только биогенным. Так может быть обнаружена внеземная жизнь.


Реально ли это? Если жизнь возникает в любом углу как только для нее появляются условия — почему бы и нет? Но так ли это? Часто приводится аргумент, что жизнь на Земле появилась очень быстро, значит, дело обстоит именно так — достаточно немногих сотен миллионов лет, чтобы она появилась в каком-нибудь бульоне. Но есть и контраргумент — подходящий «бульон» может существовать только на молодой планете — жизнь возникает либо быстро, либо никогда.


И, конечно, есть противоположная точка зрения: жизнь — редчайший феномен, основанный на совершенно невероятном совпадении. Наиболее обстоятельная точка зрения на этот счет, профессиональная и с количественными оценками высказана Евгением Куниным. Жизнь основана на копировании длинных молекул, изначально это были молекулы РНК. Копирование производится неким устройством, называемом «репликазой» (эти строки написаны физиком, потому терминология с точки зрения биолога несколько неуклюжая). Репликаза ниоткуда не возьмется, если она не запрограммирована в той же копируемой РНК.


По оценке Кунина, для того, чтобы стартовало самовоспроизведение РНК, а с ним и эволюция, «как минимум, необходимо спонтанное появление следующего.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Никакого противоречия в том, что результат у нас перед глазами, нет: согласно теории инфляции, Вселенная огромна, на десятки порядков больше ее видимой части, и если понимать под вселенной замкнутое пространство, то и вселенных с таким же, как у нас вакуумом, гигантское множество. Самая ничтожная вероятность где-то реализуется, породив удивленного созерцателя.


Эти две крайности много значат с точки зрения нашего места во Вселенной. В любом случае мы одиноки. Но если жизнь существует в десятках световых лет от нас — это технологическое одиночество, преодолеваемое развитием и тысячелетним терпением. Если справедлива оценка Кунина — это фундаментальное одиночество, не преодолеваемое ничем. Тогда мы и земная жизнь — единственный в своем роде феномен в причинно-связанном объеме Вселенной. Единственный и ценнейший. Это важно для будущей стратегии человечества. В первом случае основа стратегии — поиск. Во втором случае — посев (есть даже такой термин «направленная панспермия»), который тоже включает в себя поиск подходящей почвы.


Всё это заслуживает дискуссии. Нет ли лазеек сквозь аргументацию Кунина? Не просматриваются ли какие-либо механизмы в обход «неупрощаемой сложности» репликатора РНК? Правда ли она такая уж неупрощаемая? И т. д.


Мы обратились к нескольким биологам с просьбой высказать свое мнение.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Александр Марков, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН, заведующий кафедрой биологической эволюции биофака МГУ:


Оценка Евгения Кунина, из которой следует, что мы безнадежно одиноки во Вселенной, основана на одном ключевом допущении. Кунин полагал, что для того, чтобы стартовал процесс репликации РНК (а с ним и дарвиновская эволюция; этот момент логично считать собственно моментом зарождения жизни), было необходимо, чтобы чисто случайно — в результате случайного комбинирования полимеризующихся (например, на минеральных матрицах) рибонуклеотидов — появился рибозим с РНК-полимеразной активностью, т. е. длинная молекула РНК, обладающая вполне определенной (а не какой попало) последовательностью нуклеотидов и благодаря этому способная эффективно катализировать репликацию РНК.


Если другого пути, другого «входа» в мир живых из мира неживой материи не существует, то Кунин прав, и нам следует оставить надежду найти во Вселенной какую-либо жизнь, кроме земной. Можно предполагать, что всё начиналось не с одной-единственной высокоэффективной полимеразы, а, например, с некого содружества небольших, малоэффективных полимераз и лигаз (рибозимов, умеющих сшивать короткие молекулы РНК в более длинные): возможно, это сделает оценку чуть-чуть более оптимистичной, но принципиально ситуацию не изменит. Потому что всё равно первый репликатор был весьма сложным, а появиться он должен был без помощи дарвиновской эволюции — по сути случайно.


Реальной альтернативой является неферментативная репликация РНК (НР РНК): процесс, в ходе которого молекулы РНК реплицируются без помощи сложных рибозимов или белковых ферментов. Такой процесс существует, его катализируют ионы Mg2+, но идет он слишком медленно и неточно — по крайней мере, в тех условиях, которые успели перепробовать исследователи.


Однако есть надежда, что все-таки удастся найти некие правдоподобные условия (которые в принципе могли бы существовать на каких-то планетах), когда НР РНК идет достаточно быстро и точно. Может быть, для этого нужен какой-то относительно простой катализатор, способный синтезироваться абиогенным путем. Возможно, в роли таких катализаторов могут выступать простые абиогенные пептиды с несколькими отрицательно заряженными остатками аспарагиновой кислоты, удерживавшие ионы магния: похожие активные центры есть у белковых РНК-полимераз, и такая возможность сейчас прорабатывается.


Вопрос о возможности эффективной НР РНК имеет принципиальное значение для оценки вероятности зарождения жизни. Если НР РНК возможна, то живых планет в обозримой Вселенной может оказаться не так уж мало. Принципиальные различия между двумя сценариями — с возможной и невозможной НР РНК — отражены в таблице. Если НР возможна, то дарвиновская эволюция могла начаться практически сразу после появления первых коротких молекул РНК. Селективное преимущество должны были получить те молекулы РНК, которые эффективнее размножались посредством НР. Это могли быть, например, молекулы с палиндромными повторами, которые могли сами себе служить праймерами — «затравками» для репликации; палиндромы могут сворачиваться в трехмерные структуры — «шпильки», что повышает вероятность появления у молекулы РНК каталитических свойств. Так или иначе, после того, как дарвиновская эволюция стартовала, дальнейшее развитие жизни определялось уже не только случайностью, но и закономерностью.


Таблица. Почему неферментативная репликация (НР) крайне важна для оценки вероятности абиогенеза

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Оценки вероятности (частоты) зарождения жизни при этих двух сценариях должны различаться на огромное число порядков (хотя точные цифры, конечно, никто не назовет). Важно еще отметить, что если жизнь зародилась «по Кунину», т. е. благодаря случайной сборке эффективного рибозима-полимеразы, то принцип комплементарности (специфического спаривания нуклеотидов), на котором основана способность РНК к размножению и эволюции, оказывается неким «роялем в кустах», не имевшим никакого отношения к тому факту, что на планетах накопилось настолько огромное количество молекул РНК, что на одной из планет случайно появился эффективный рибозим с РНК-полимеразной активностью. Если же жизнь зародилась «по Шостаку» (нобелевский лауреат Джек Шостак сейчас активно изучает НР РНК и верит, что именно этот процесс является ключом к тайне происхождения жизни), то комплементарность не была «роялем в кустах», а работала с самого начала. Это делает весь сценарий происхождения жизни намного более убедительным и логичным. Я бы поставил на Шостака.


Таким образом, сейчас всё зависит от успехов специалистов в области пребиотической химии. Если они найдут реалистичные условия, в которых хорошо идет НР РНК, то у нас есть шанс обнаружить жизнь на других планетах. А если нет, то... надо искать дальше.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Армен Мулкиджанян, доктор биологических наук, Оснабрюкский университет (Германия), ведущий научный сотрудник МГУ:


Трудно спорить с тем, что жизнь возникла давно и на молодой Земле. Земля сложена из хондритных пород, как и метеориты. Разогрев этих пород при образовании Земли вызывал таяние принесенной с хондритами воды. Взаимодействие воды с разогретой, восстановленной породой должно было приводить к высвобождению электронов, образованию водорода и восстановлению двуокиси углерода (СО2) до различных органических соединений. Подобные процессы всё еще идут в зонах геотермальной активности, например на геотермальных полях, однако с малой интенсивностью. Так что образование органики в больших количествах можно ожидать и на молодых планетах других звезд. Вероятность того, что при этом может возникать жизнь, можно оценить, рассмотрев эволюцию земной жизни.


Первые два миллиарда лет на Земле жили только микробы. Так продолжалась бы и дальше, но где-то 2,5 млрд лет назад фотосинтезирующие бактерии научились использовать энергию света для разложения воды. Фотосинтез исходно возник как замена затухавшим геохимическим процессам «сброса» избыточных электронов. При фотосинтезе энергия света используется для окисления различных соединений, т. е. для «отбирания» у них электронов, фотоактивации этих электронов и восстановления ими в конечном счете СО2 до органических соединений. Система разложения воды возникла в результате постепенной эволюции более простых фотосинтетических ферментов, сохранившихся у некоторых бактерий. Есть несколько весьма правдоподобных сценариев того, как такие ферменты, используя свет и хлорофилл, сперва окисляли сероводород (да и сейчас у кое-кого окисляют), потом, по мере исчерпания сероводорода в среде, стали отбирать электроны у ионов двухвалентного железа, потом — у ионов марганца. В итоге они как-то научились разлагать воду. При этом отбиравшиеся у воды электроны шли на синтез органики, а как побочный продукт высвобождался кислород. Кислород — очень сильный окислитель. Пришлось от него защищаться. Возникновение многоклеточности, теплокровности и в конце концов разума — это всё разные этапы защиты от окисления атмосферным кислородом.


Разложение воды осуществляется в уникальном каталитическом центре, содержащем кластер из четырех атомов марганца и одного атома кальция. В этой реакции, требующей четырех квантов света, разлагается сразу две молекулы воды (2H2O) с образованием одной молекулы кислорода (О2). Для этого нужна энергия четырех квантов света. На атомах марганца в ответ на поглощение трех квантов света последовательно накапливаются три электронные вакансии («дырки»), и только при поглощении четвертого кванта света обе молекулы воды окисляются, дырки заполняются электронами и образуется молекула кислорода. Хотя структуру марганцевого кластера недавно определили с высокой точностью, как работает это четырехтактное устройство до конца не понятно. Неясно также, как и почему в каталитическом центре, где у первобытных фотосинтезирующих бактерий, по-видимому, окислялись ионы марганца, четыре его атома объединились с атомом кальция в кластер, способный разлагать воду. Термодинамика участия хлорофилла в окислении воды тоже загадочна. Теоретически, хлорофилл при освещении может окислять и сероводород, и железо, и марганец, но только не воду. Однако окисляет. В общем, это как про шмеля: «По законам аэродинамики шмель летать не может, но он об этом не знает и летает только поэтому».


Оценить вероятность возникновения системы разложения воды очень сложно. Но эта вероятность весьма мала, так как за 4,5 млрд лет такая система возникла лишь однажды. Никакой особой нужды в ней не было, и без нее микробы процветали бы на Земле, будучи включенными в геохимические циклы. Более того, после появления кислорода в атмосфере большая часть микробной биосферы должна была погибнуть или, точнее, сгореть — взаимодействие органики с кислородом и есть горение. Выжили только микробы, научившиеся дышать, т. е. быстро восстанавливать кислород обратно до воды прямо на своей внешней оболочке, не допуская его внутрь, а также обитатели немногих оставшихся бескислородных экологических ниш.


Эта история может служить примером относительно недавнего (каких-то 2,5 млрд лет назад) и относительно понятного события, приведшего к резкому увеличению сложности живых систем. При этом всё началось с постепенных изменений фотосинтетических ферментов. Потом имело место разовое и очень нетривиальное эволюционное изобретение (марганцево-кальциевый кластер), которого могло бы и не быть. Последующие грандиозные изменения были реакцией на появление в атмосфере «ядовитого» кислорода: на полную мощность включился дарвиновский отбор, пришлось учиться дышать глубже и шевелить мозгами.


Итого имеем процесс, проходящий в три стадии: (1) постепенные изменения — (2) разовое маловероятное событие — (3) дальнейшая эволюция, но уже на другом уровне или в других условиях. Можно рассматривать эту схему как молекулярный аналог классической схемы ароморфозов Северцова.


Если посмотреть на посткислородную эволюцию, можно идентифицировать еще несколько таких маловероятных разовых событий, менявших ход эволюции. Это и «сборка» сложной эукариотической клетки, и появление сосудистых растений, и разнообразные «прорывы» в эволюции животных, о которых, собственно, Северцов и писал.


Возникновение жизни, которое в рамках гипотезы «мира РНК» понимается как появление самовоспроизводящихся ансамблей молекул РНК (репликаторов), также можно представить как трехстадийный процесс.


Подготовительная стадия: рибонуклеотиды, образующие РНК, умеют спонтанно «собираться» из простых молекул вроде цианида или формамида под действием ультрафиолетового (УФ) света. Его на молодой Земле было в достатке; поглощающего ультрафиолет озона в атмосфере еще не было, так как не было кислорода, см. выше. Как показали Поунер и Садерланд (Манчестерский университет), на УФ-свету «отбираются» нуклеотиды в особой, «активированной», циклической форме, такие нуклеотиды способны спонтанно образовывать цепочки РНК. Причем двойные, уотсон-криковские цепочки РНК существенно устойчивее к УФ-излучению, чем одиночные, — этот результат описан Евгением Куниным в его самой первой опубликованной работе в далеком 1980 году. То есть на молодой Земле за счет потока «лишних» электронов могли образовываться самые разные органические молекулы, но под действием жесткого солнечного излучения «выживали» в первую очередь РНК-подобные молекулы, предпочтительно свернутые в спиральные структуры.

Разовое, маловероятное событие: ансамбль из нескольких РНК-подобных молекул начал сам себя копировать (миллиарды лет спустя подобные самокопирующиеся РНК-ансамбли удалось получить РНК-селекцией в лабораторных условиях).

Последующая эволюция: РНК-репликаторы стали конкурировать между собой за ресурсы, эволюционировать, объединяться в большие сообщества и т. д.

Недостаток этой гипотетической схемы в том, что не известны ни молекулярные детали возникновения РНК-репликаторов, ни природные факторы, способствовавшие их отбору. Надежду дает то, что в случае следующего по значимости (и по очереди) эволюционного события, а именно возникновения рибосом, машин для синтеза белка, молекулярные детали реконструировать удалось. Это было сделано различными методами в четырех лабораториях; результаты реконструкций очень похожи. Говоря кратко, предком современных очень сложных рибосом был конструкт из двух петель РНК по 50–60 рибонуклеотидов каждая, способный объединять две аминокислоты пептидной связью. Промежуточные стадии на пути от этой двухпетлевой структуры до современных рибосом детально отслежены Константином Боковым и Сергеем Стадлером (Университет Монреаля), нобелевским лауреатом Адой Йонат и коллегами (Вейцмановский институт), Джорджем Фоксом и коллегами (Университет Хьюстона) и Антоном Петровым с коллегами (Университет Джорджии).


Рибосома, имевшая сперва одну каталитическую РНК-субъединицу, постепенно усложнялась и увеличивалась в размерах, всё это время синтезируя белковые последовательности из случайного набора аминокислот. Только на последних стадиях ее эволюции произошло объединение с другой молекулой РНК, ставшей малой субъединицей рибосомы, и начался кодируемый синтез белка. Таким образом, возникновение генетического кода — это отдельное от возникновения рибосомального синтеза белка маловероятное эволюционное событие.


Скорее всего, дальнейшие исследования позволят реконструировать и возникновение репликаторов, и другие маловероятные события, например, связанные с возникновением первых клеток, обменом генами между первыми клетками и вирусами и т. д.


Возвращаясь к поставленным вопросам о вероятностях: наше детальное рассмотрение показывает, что эволюция земной жизни — это не одно «совершенно невероятное совпадение», а много последовательных чрезвычайно маловероятных событий.


Мощная генерация органики шла, скорее всего, и на других молодых планетах. Но это не обязательно могло приводить к возникновению жизни. Если бы самовоспроизводящийся РНК-ансамбль не собрался бы на Земле, никакой жизни и не было бы. Производство органики постепенно бы затухло, и стала бы Земля похожа на Марс или Венеру.


Но даже в случае возникновения жизни на других планетах эта жизнь могла «застрять» на любой начальной стадии, причем вероятность навсегда остаться на примитивном уровне развития была несравненно выше вероятности вскарабкаться на следующую ступеньку и продвинуться дальше.


Поэтому вероятность встретить на другой планете мудрых инопланетян неизмеримо ниже шанса вляпаться там в немудреную, но живую слизь (и это если очень повезет). Вероятность того, что где-то есть кислородная жизнь, тоже неизмеримо мала: разложение воды с образованием кислорода — это очень нетривиальная четырехэлектронная реакция.


Так что строить какую-либо стратегию в надежде найти инопланетный разум как раз не очень разумно. То, что на Земле есть (пока) разумные существа, — это очень большая удача. Поэтому гораздо осмысленнее инвестировать в создание «запасных аэродромов» для уже имеющейся разумной жизни на тот случай, если подведет природа или сами носители разума. Значит, нужна запасная Земля, а еще лучше несколько.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Евгений Кунин, ведущий научный сотрудник Национального центра биотехнологической информации, член Национальной академии наук США:


Я могу ограничиться очень краткими замечаниями, поскольку вполне согласен со всем, сказанным Александром Марковым... кроме, конечно, выводов. Действительно, лимитирующая стадия в возникновении жизни — спонтанное образование популяции молекул рибозима-полимеразы с достаточно высокой скоростью и точностью самокопирования. Вероятность такого события исчезающе мала. Чтобы ее существенно повысить, нужен некий процесс, создающий возможность эволюции без участия таких рибозимов, в гораздо более простой системе. Неферментативная репликация, обсуждаемая Александром, — хороший кандидат на роль такого процесса. Беда только в том, что на основе всего, что мне известно из химии и термодинамики, нет никаких шансов довести эти реакции до уровня достаточно точной репликации длинных молекул. Репликация совсем коротких олигонуклеотидов была бы очень интересна как возможная промежуточная стадия, но вероятности существенно не повысит. Таким образом, мой вывод остается прежним: возникновение жизни требует исключительно маловероятных событий, и, следовательно, мы одни в нашей Вселенной (вопрос о множественных вселенных здесь обсуждать необязательно). Не только мы — разумные существа, но шире — живые существа вообще.


Тут важно заметить следующее: исключительно низкая вероятность возникновения жизни никак не означает, что это всё произошло чудом. Напротив, всё это серии нормальных химических реакций, только включающие стадии с очень низкой вероятностью. Следовательно, изучать механизмы, которые как-то облегчают возникновение жизни, не только не бессмысленное, а исключительно важное и интересное дело. Просто не видно (пока), чтобы это могло существенно повысить вероятность, но созданию сценария событий вполне может помочь.


Ну, и закончу квазифилософским, но, по-моему, имеющим отношение к делу соображением. Сверхнизкая вероятность возникновения жизни нарушает принцип посредственности (mediocrity principle): события, произошедшие на нашей планете, исключительны, даже уникальны во Вселенной. Принцип посредственности в данном случае проигрывает антропному принципу: как бы невероятно возникновение жизни ни было a priori, при условии существования разумных существ, да и просто клеток его вероятность в точности равна 1.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Михаил Никитин, научный сотрудник отдела эволюционной биохимии НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ:


Мне кажется, что жизнь бактериального уровня сложности широко распространена во Вселенной, а вот развитие до многоклеточных животных и потенциально разумных существ гораздо менее вероятно.


Почему я считаю, что возникновение бактериальной жизни высоко вероятно?

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Почему я считаю, что эволюция жизни от простых клеток к многоклеточным животным может быть очень маловероятной? Здесь есть два соображения, одно скорее геологическое, другое — чисто биологическое. Начнем с первого.


В палеонтологии надежно установлено, что эволюция организмов происходит очень неравномерно. Кризисы и революции чередуются с периодами стазиса, иногда очень долгими. Самый долгий период стазиса получил название «скучный миллиард» и продолжался большую часть протерозоя — примерно с 2 до 0,8 млрд лет назад. Ему предшествовало появление кислорода в атмосфере, возникновение эукариотных клеток и глобальное Гуронское оледенение, а закончился он крупнейшим в истории Земли Стертским оледенением, ростом содержания кислорода до почти современных значений и появлением многоклеточных животных. Так же относительно медленно шла эволюция в архейском эоне между 3,5 и 2,5 млрд лет назад по сравнению как с предшествующим катархейским эоном (временем появления жизни и поздней метеоритной бомбардировки), так и с последующей кислородной революцией. Причины такой неравномерности до конца неизвестны. Мне лично кажется убедительным, что «кислородная революция» (массовое распространение выделяющих кислород цианобактерий) была связана с исчерпанием запасов восстановленного (закисного) железа в океанской воде. Пока железа в океане хватало, там процветали микробы, использующие более простой и безопасный железо-окисляющий фотосинтез. В нем выделяется не кислород, а соединения окисного железа — магнетиты и гематиты, которые на протяжении всего архея откладывались на морском дне. Поступление нового железа в море (в основном из гидротермальных источников на дне) снижалось по мере затухания геологической активности планеты, и наконец ресурсный кризис вынудил фотосинтезирующих микробов перейти на более сложную «технологию» кислородного фотосинтеза. Аналогично, причиной «скучного миллиарда» могло быть постоянное потребление кислорода на окисление различных минералов на суше, не позволяющее поднять содержание кислорода выше 1–2%. В протерозойских морских осадках есть много следов шедшего на суше окисления сульфидных руд, из-за которого реки несли в океан сульфаты, мышьяк, сурьму, медь, хром, молибден, уран и другие элементы, которых почти не было в архейском океане. Позднепротерозойский кризис с глобальными оледенениями, быстрым ростом содержания кислорода и появлением многоклеточных животных, возможно, был вызван исчерпанием на суше легкоокисляемых минералов.


Таким образом, время наступления двух ключевых революций (кислородный фотосинтез и многоклеточные животные), вероятно, определялось балансом биологических (фотосинтез) и геологических (выделение закисного железа и других окисляемых веществ гидротермами и наземными вулканами) процессов. Вполне возможно, что на других планетах эти революции наступают гораздо позже. Например, более массивная планета (суперземля) будет медленнее терять геологическую активность, дольше выделять железо в океан и может оттянуть кислородную революцию на миллиарды лет. Планеты в зоне обитаемости красных карликов будут получать мало видимого света, пригодного для фотосинтеза, и их биосферы тоже рискуют застрять на бескислородной стадии. Количество воды на планете тоже важно. Если вся планета покрыта глубоким океаном, то в нем будет дефицит фосфора, поступающего в основном из сухопутных вулканов, а если воды мало, то мала будет и площадь океана, доступная фотосинтезирующим микробам (до появления многоклеточных растений продуктивность наземных экосистем была пренебрежимо малой по сравнению с морями). То есть полно причин, по которым биосфера может застрять на бескислородной микробной стадии и не развиться до животных. Время на развитие, кстати, ограничено: светимость звезд со временем растет, и Земля через 1,5–2 млрд лет станет необратимо разогреваться, ее океаны — испаряться, и нарастающий парниковый эффект превратит ее во вторую Венеру. У красных карликов светимость растет медленнее, но их планеты могут стать непригодными для жизни из-за исчезновения магнитного поля и последующей потери воды в космос, как это произошло на Марсе.


Второе соображение относится к появлению эукариот — клеток с ядром. Эукариотные клетки намного крупнее и сложнее клеток бактерий и архей и появились позже, скорее всего, во времена «кислородной революции». Эукариотная клетка появилась как химера из архейной клетки, поселившейся внутри нее симбиотической бактерии и, возможно, заразившего их вируса (а то и не одного). Устройство генома эукариот однозначно показывает, что их ранняя эволюция происходила не благодаря естественному отбору, а во многом вопреки. В малочисленных популяциях отбор не очень эффективен, и слегка вредные признаки могут закрепляться благодаря генному дрейфу и другим чисто случайным процессам. Это подробно изложено в соответствующей главе «Логики случая» Кунина и наводит на мысль, что появление эукариот может быть очень маловероятно даже в подходящей обстановке (бактериальная биосфера, вступающая в кислородную революцию). Как минимум, случаи внутриклеточного симбиоза между бактериями и археями практически неизвестны — хотя внутри эукариотных клеток бактерии селятся легко.


Подводя итоги: я думаю, что сочетание описанных факторов должно приводить к тому, что в нашей Галактике будут миллионы планет с бактериальной жизнью и намного меньше (возможно, единицы) — с жизнью эукариотного и многоклеточного уровня сложности.


Постскриптум Бориса Штерна

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Отсюда следуют, по крайней мере, два важных оргвывода. Первый: Развитая жизнь — редчайший и ценнейший феномен во Вселенной. Поэтому см. последний абзац заметки Армена Мулкиджаняна: у человечества есть благородная тотальная цель — распространение этого феномена. О возможностях и методах достижения этой цели поговорим отдельно.


Второй оргвывод: уничтожение этой жизни станет невосполнимой потерей галактического или даже космологического масштаба. Это следует учитывать в собственной оценке «ястребов» и политиков, готовых прибегнуть к ядерному шантажу ради надувания собственного «величия». То же самое относится к цивилизации безудержного потребления.

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434611/V...

Найдены возможные дубликаты

+7

Судя по некоторым просматривающимся вероятностям, оказаться одинокими во Вселенной - далеко не самый худший вариант.

раскрыть ветку 16
+2
какой худший?
+2

Поверьте, те кто могут до нас долететь на нас смотрят как мы на обезьян.

раскрыть ветку 14
+1
Может, как на дикарей, но отличить разум от животных они смогут. Так, может быть, смотрели конкистадоры на индейцев. Дикие, тёмные, но в разумности им не отказывали.
раскрыть ветку 9
0

Так и не сомневаюсь.

Ну что ж. Есть мотивация первыми долететь до них... :)

раскрыть ветку 1
-2

Скорее как на тараканов.

-2
Поаерьте этой обезьяне, она точно знает о чем говорит
+4

Вообще это все пустые заумствования. Ок, мы получили некоторую вероятность (высосали из пальца большей частью). Вот только это вероятность для события в конкретной КАПЛЕ доисторического бульона, вероятность мы получили на основе одной из моделей того, как это возможно произошло на Земле...

У нас есть примерная оценка пригодных для земной жизни планет, вот только эта цифра постоянно растет - просто мы плохо видим что-то меньше звезды %) Так что если подходящих планет окажется на порядки больше - не удивлюсь... И напоминаю, у нас вероятность для возникновения жизни в микрокапле бульона на одной из этого множества планет..

А ещё может быть и немного другая жизнь, и другие принципы возникновения. А, да, а что если не основе углерода, а что если в совсем других условиях..

А теперь маленький прикол, вероятность посчитана для конкретной последовательности, а не для всех последовательностей имеющих возможность к саморепликации..


В общем все эти рассуждения мне напоминают то, что я читал ещё в школе про то, что наша земля супер-пупер уникальная и вероятность найти планету с подобными условиями так же стремилась к нулю, а потом лет через 20 (интернет тогда был по карточкам и читал я старые статьи) начали находить и находить..


С другой стороны у нас парадокс Ферми имеется.. Собственно все эти рассуждения логически из него проистекают.

раскрыть ветку 12
-1

Ну, во-первых, планет, подобных щемлён ( каменистых шаров с примерно земной массой, находящихся на примерно таком же расстоянии от своих звёзд, примерно похожих на солнце) мы и сейча. Почти не знаем. Это, конечно, не говорит о том, что их нет, просто их искать сложнее.

А про то, что это вероятность появления жизни в одной капле... Даже если так, все равно это неизбежно приводит нас к выводу, что жизнь на земле появиться не могла. 10^-1000 - это цифра настолько катастрофически малая, что даже если заполнить гигантским океаном всю обозримую вселенную и потребовать, чтобы в каждой из бесчисленного множества капель этого грандиозного океана шли случайные химические реакции, времени, превосходящего возраст вселенной в миллиард миллиардов раз, все равно не хватит для появления жизни.

Жизнь невозможна. Точка. Но ведь она существует, в этом можно убедиться, просто подняв руку! Это парадокс: я существую в мире, в котором этого не может быть в принципе. Единственный способ разрешения этого парадокса - признание существования высшего инженера, способного творить невозможное.

раскрыть ветку 11
+4

Вообще это говорит скорее о том, что наши теории неверны.

А создание бога нифига не решает парадокс , а только отодвигает его.

раскрыть ветку 10
+1
К сожалению политики и "ястребы" таких статей не читают, в них слишком много букв и мало прикладной пользы. А хотелось бы...
раскрыть ветку 2
+4

Политики есть продолжение общественного мнения и запроса, продолжайте смотреть дом-2 и винить во всём политиков.

раскрыть ветку 1
+1
Блин, 2? Как я отстал от жизни.
+1
Заебись!!!! Мы уникальны, пришельцев не существует, Голливуд на хуй.
0
Меня в этих разговорах умиляет то, что учёные ищут именно углеродную биологическую жизнь и оуенивают вероятность самообразования РНК. Но ведь не факт. Жизнь может быть и неорганической.
раскрыть ветку 1
0

Меня умиляет то, что совершенно не сведущие в вопросе люди считают, что они знают лучше специалистов. Можете почитать научно-популярную статью о ксенобиологии от микробиолога. https://www.elite-games.ru/science/xenobiology.shtml

+1
я всегда думал, что образование жизни это когда несколько миллионов лет молнии лупили по лужам с кислотой под спиртовым дождём и возникновение в таких лужах нужных кирпичиков жизни не так уж невероятно. А как много планет с такими условиями это еще предстоит выяснить.
раскрыть ветку 20
+3
возникновение в таких лужах нужных кирпичиков жизни не так уж невероятно

В приближениях, используемых в посте, вероятность 10^(-1081). Это бесконечно мало.

Для сравнения. В наблюдаемой вселенной 10^82 атомов, а возраст вселенной 13*10^9 лет.

раскрыть ветку 19
+3

ну не знаю. какие-то химики же показывали реакцию получения нуклеотидов што ли практически из гавна и палок простых компонентов, которые встрчались на молодой Земле. Нужны были грозы (вулканическая активность поспособствовала), нужны были кислоты (опять же серы вследствие вулканов хватало), нужна была вода (видимо, была), нужен был спирт - недавно открыли спиртовые облака в солнечной системе, а сколько их было мииллиарды лет назад. Весь вопрос только в с сочетании условий на планете, чтобы появились вот такие лужи. Вот например, ежу понятно, что для интересных органических соединений мало одной молекулы аминокислоты. Для сборки оных в сложные кислоты типа РНК нужно было очень много материала, а значит молодая Земля производила органику в промышленных масштабах. А так ли невероятно возникновение производства на одной планете во Вселенной?

ещё комментарии
0

Статью можно значительно сократить )


"Ученые просчитали вероятность случайного образования самокопирующейся молекулы и получили вероятность 10^(-1081). Это бесконечно мало.

Для сравнения. В наблюдаемой вселенной 10^82 атомов, а возраст вселенной 13*10^9 лет.

Из этого можно заключить, что в обозримой вселенной другой жизни, кроме как на нашей планете, скорее всего, нет"

0

Почему то под ценностью жизни ученые подразумевают ценность жизни приматов, а не вообще живого.

0
На самом деле в посте посчитали вероятность зарождения точно такой же жизни, как и на Земле. Это не значит что нет другой формы жизни. Не такая, как мы привыкли ее представлять.
0
Слишком узкий взгляд, исходя из нашей реальности, рамки которой мы сами определили
0

Какая прекрасная статья, спасибо большое.

"О возможностях и методах достижения этой цели поговорим отдельно."

Это на сайте элементов нужно отслеживать, правильно я понимаю?

раскрыть ветку 1
0

Это скорее в газете Троицкий вариант, на элементах появляется не всё и с запозданием.

0

очень интересно , но нихуа не понятно.

0
Слишком сложно, не раскрыта терминология. Просто приходится верить выводам. Я не биолог, но поедаю все популярные статьи на эту тему и мое мнение, надеюсь, выражает мнение многих непрофессионалов, у которых дух захватывает тема зарождения жизни и поиска братьев по разуму.
-8

Второй оргвывод: уничтожение этой жизни станет невосполнимой потерей галактического или даже космологического масштаба. Это следует учитывать в собственной оценке «ястребов» и политиков, готовых прибегнуть к ядерному шантажу ради надувания собственного «величия». То же самое относится к цивилизации безудержного потребления.


Да, давайте откажемся от оружия сдерживания и будем традиционно каждые 20-30 лет устраивать мочилово в Европе. Бомбить АЭС ведь гораздо безопаснее!

Сук, даже сюда умудрились политоту всунуть.

раскрыть ветку 10
+5

Проблема в том, что вероятность ядерной войны намного больше вероятности возникновения жизни. И чем быстрее люди осознают свою ценность и опасность войн, тем больше шансов нам уцелеть и распространиться.

Вряд ли мы способны сейчас уничтожить всю жизнь на земле, но вот разумную - запросто. А Солнышку осталось не так-то много коптить, больше половины времени, пригодного для жизни на Земле, уже прошло.

раскрыть ветку 8
+4

Большую часть этого времени 3,5 миллиарда лет жизнь была одноклеточной, а за полмиллиарда до разумной доросла, любой прогресс будь то эволюционный или технологический идёт с ускорением.

раскрыть ветку 7
+5
Иллюстрация к комментарию
-10
Похоже, есть и третий орг вывод: все это делает жизнь уж очень похожей на чей-то детально продуманный гениальный инженерный проект.
раскрыть ветку 38
+5

А откуда взялся  инженер? В чем принципиальная разница между зарождением жизни здесь или где-то еще?

ещё комментарии
+3

Нет такого вывода, потому что сразу следует вопрос о вероятности возникновения того кто это придумал.

раскрыть ветку 35
-3

Такой вопрос следует, только если мы заранее постулирует, что он когда-то возник. Если мы предполагаем, что Нихон существовал всегда и является первопричиной всего, не подчиняясь никаким известным нам законам, вопрос отпадает.

Так или иначе совершенно очевидно из данного поста( если только в её нет ошибок), что вероятность возникновения жизни без помощи чрезвычайно разумного инженера - ноль.

раскрыть ветку 34
ещё комментарии
-2
По поводу инженеров,чудес и вероятностей.1 Вероятность могла бы сработать один раз вопреки всему и жизнь зародилась одна во вселенной. Грустно,но всё же возможно. Но что бы в эту единственную во вселенной планету как молнии били все вероятности,необходимые для последующего усложнения и развития жизни,разума- и раз и ещё раз и ещё много много раз-это перебор.Слишком много счастья для одного места во вселенной,где и так уже практически невероятным образом появилась жизнь.Не бывает.
2. Чудеса и инженеры-практически означает одно понятие-высшая сила,мотивы и методы воздействия нам очень сложно либо невозможно понять. Пожалуйста,я вовсе не против,почему нет. Не бывает,потому что я не верю в чудо(инженера)-не вариант. Но,чёрт возьми,как же странно это тогда работает-щелкнули пальцами и зародилась жизнь,подождали 2 миллиарда лет(!) А может усложнить? Трах тибидох усложнили,через какое то время добавили ещё условий или чудес а потом подождали и ещё слегка наинжинерили или начудили.Не похоже всё это на проект,на чью то волю,похоже,что работает природа. И как же тогда совмещать несовместимое?
3. Подозреваю наличие поля информации во всей вселенной,связанного с пространством-временем. Откуда взялось х.з.,может из предыдущих вселенных,которые уже существовали,исчезли,а информация осталась,может из параллельных просачивается это не чудо и не чья то воля,это даёт время и место( может вселенных уже было достаточно для возникновения всех возможных вероятностей или поле связывает все существующие). Как работает х.з., но информация помогает пойти теории вероятностей в нужное русло,создаёт вектор развития так сказать.И вот,к примеру,есть условия для возникновения разума и он начинает возникать то в одном месте Земли,то в другом,с жизнью так же. Поле взаимодействует с материей. Почему нет?
раскрыть ветку 20
+2
А может, с точки зрения инженера два миллиарда лет - так себе срок? Наделал дел, лег спать, проснулся - а тут уже два миллиарда лет прошло. Ясно ведь, со этот инженер не из нашей вселенной. Информационное поле изменяющее вероятность, - интересы интересная идея для фантастики. Но в реальности оно тогда должно менять вероятность многих событий. Почему тогда мы живую природу видом такой, какой ожидаем, исходя из наших представлений? И только жизнь выглядит необъяснимым чудом
раскрыть ветку 19
0
Ноосфера,по Вернадскому,действует только на живые организмы,что то работает на уменьшение энтропии вселенной? Хотя хрен с ним,с полем,я ж не настаиваю,тем более ни разу не учёный вообще,сужу очень очень поверхностно,интересно просто,как оно на самом деле всё работает.Мне просто кажется,что моё поле,что ваш инженер суть одно и то же-бог из машины,искуственный приём,в попытке объяснить необъяснимое.Чего то не может быть- ну это бог,чудо,инженер,святой Пантелеймон снизошел к нам милостью своей.. Просто мы не всё ещё узнали,не всё поняли,не все вероятности просчитаны,не все законы открыты,вот пока тупик и получается.Но я очень верю в разум,мне кажется что рано или поздно мы вообще до всего докапаемся,всё сможем,займёмся распространением и созданием новой жизни и через милиарды лет на других планетах будут сидеть на пикабу новые разумные и размышлять-откуда ж мы появились))
раскрыть ветку 18
0

нужно коротко и ясно

-3

Можно одной строчкой для ЛЛ?

раскрыть ветку 22
+11
Иллюстрация к комментарию
раскрыть ветку 19
-4

Короче говоря, ноль. Мы однозначно чей-то проект.

раскрыть ветку 17
-2

Значит ученые доказали, что брехня это все.

"Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над водою".

0

Если совсем коротко: ХЗ.

-4
Всё,пиздец.Я властилин колец.
-2
Вероятность зарождения жизни исчезающе мала,но она не нулевая,и ВОТ случилось и на Земле жизнь таки появилась.Допустим,хотя от сравнения этих цифр(10^21 планет и 10^1000 или пусть даже 10^100 ) как -то уже сомнения берут.Но тут нам говорят,что этого явно не достаточно и что бы жизнь усложнялась необходимо ещё совпадение множества факторов с настолько маленькой вероятностью,что если найти множество планет с примитивной жизнью,то разума там ТОЧНО не будет.Я верю,что они могут быть правы,и всё это не на пустом месте придумано,но какого тогда шурика на Земле сбылись все эти вероятности вместе?! И если мы не обсуждаем здесь теорию вмешательства высшей силы,остается признать,что какие-то факторы нам не известны.и утверждать что-либо попросту рано.
раскрыть ветку 13
+2

Вероятность есть? Есть, выпала на нашу планету, в чем сомнения?  Выпала бы на какую-нибудь планету другую мы бы сейчас не писали тут комментарии.

раскрыть ветку 3
-1
Вероятности по факту нет. Далее если всю вселенную заполнить первичным бульоном, статистически жизнь там появиться не может никогда. Вывод один: это чудо. Появление высшей сверхприродной необъяснимой силы.
раскрыть ветку 1
-1
Написал ответ в общий чат
+1

"Ошибка выжившего". Если бы на Земле это все не совпало, не было бы кому об этом сейчас судить. Так что вероятность зарождения может быть сколь угодно мала, но для Земли это в любом случае правда.

раскрыть ветку 1
-2
Написал ответ в общий чат
0

Просто очень много лет - каждую минуту что-то происходит, в течение миллиарда лет - вот и сработали все эти вероятности.


Жизнь на земле возникала много раз, но вот появление ядерных клеток - это очень маловероятное событие - на нашей планете сработало только один раз.

-1
Ответ один: мы - результат воплощения разумного плана высшего инженера.
раскрыть ветку 5
0

Ответ один — никаких высших инженеров нет.

раскрыть ветку 3
-2
Написал ответ в общий чат
-1

Заебись у нас планета , прижилась эта галактическая труха. Такое разнообразие видов

Похожие посты
250

Знали, что светятся не только газы?

На фотографии представлены газоразрядные ампулы. Фокус в том, что газы закачаны в ампулы под низким давлением, а ампулы с веществами вообще под вакуумом! Именно такие условия позволяют им светится при наведении на них электромагнитного поля. И это явление называется газовым разрядом. Суть поста не в объяснении самого явления, про которое можно почитать в Википедии, а в демонстрации самих результатов работы. Просто полюбуйтесь на эти уникальные «спектры» элементов! Это их натуральные цвета за исключением фтора, так как фтор перемешан с азотом в целях безопасности и долговечности ампулы, так что фиолетовый оттенок это скорее всего азот! Мы вообще не были уверены, что такой фокус пройдёт с некоторыми веществами, просто никогда не видели газоразрядных трубок с серой и фосфором, но всё сработало. Поэтому существует подозрение, что можно расширить список светящихся элементов, ну хотя бы на сурьму!

Знали, что светятся не только газы? Химия, Физика, Наука, Периодическая система, Таблица Менделеева, Благородные газы, Эксперимент, Опыт, Химические элементы, Длиннопост
Знали, что светятся не только газы? Химия, Физика, Наука, Периодическая система, Таблица Менделеева, Благородные газы, Эксперимент, Опыт, Химические элементы, Длиннопост
Знали, что светятся не только газы? Химия, Физика, Наука, Периодическая система, Таблица Менделеева, Благородные газы, Эксперимент, Опыт, Химические элементы, Длиннопост
Показать полностью 2
74

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» 

Пост был создан как дополнение к посту Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость

и комментарию #comment_182545347

Может ещё кому-то интересно будет

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» Кот, Пушистые, Милота, Ярость, Химия, Наука, Ответ, Комментарии на Пикабу, Ответ на пост, Длиннопост

Наталья Резник,

кандидат биологических наук

«Химия и жизнь» №10, 2017

Задолго до того, как люди придумали почту и газеты, кошки обменивались информацией с помощью химических сигналов — неоценимого средства коммуникации для тех, кто ведет одиночный образ жизни.


Так сложилось, что исследователи уделяли обонятельным возможностям кошек гораздо меньше внимания, чем собачьим, поэтому у многих людей сложилось впечатление, что обоняние у кошек так себе. Это мнение ошибочно.


Понюхать и прочувствовать

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» Кот, Пушистые, Милота, Ярость, Химия, Наука, Ответ, Комментарии на Пикабу, Ответ на пост, Длиннопост

В мире кошек запахи играют колоссальную роль, снабжая их значительной, чтобы не сказать львиной долей информации об окружающем мире. Кошачье тело покрыто особыми железами, которые синтезируют и выделяют феромоны — смесь нескольких низкомолекулярных пахучих веществ. Эти железы находятся в тесном соседстве с потовыми и сальными железами, мочевыводящими путями и анальным отверстием, поэтому практически любое выделение животного служит феромоновой меткой.


Эти метки сообщают другим кошкам, кто их оставил: знакомый зверь или незнакомый, здоровый или не очень, самец или самка, и влияют на многие важные виды поведения, включая агрессию, материнское поведение, ухаживание и спаривание. Помимо кошачьих феромонов мир полон обычных, но не менее интересных ароматов: пахнут мыши, птицы, собаки, люди, кошачья мята, валериана и множество других объектов.


Чтобы воспринимать и анализировать всю эту нюхопись, необходим развитый обонятельный орган. У кошек их два (рис. 1). Прежде всего, это обычное обоняние, функционирующее одновременно с дыханием. Примерно треть воздуха, вдыхаемого через ноздри, попадает из носовой полости на обонятельную слизистую. Там находятся рецепторы обонятельного эпителия, покрытые слизью, которая защищает эпителий от прямого контакта с воздухом. Слизь вырабатывают боуменовы железы, вкрапленные между обонятельными клетками. Пройдя через слой слизи, летучие молекулы достигают обонятельных рецепторов. От них сигналы поступают в обонятельные луковицы и другие области мозга, образующие обонятельную долю. Таким путем кошки чувствуют и различают запахи.


Однако чтобы воспринимать информацию, которую содержат феромоны, нужна другая структура — вомероназальный орган (ВНО). О нем, как и о феромонах, мы писали неоднократно, см., например, «Химию и жизнь» № 7, 2015.

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» Кот, Пушистые, Милота, Ярость, Химия, Наука, Ответ, Комментарии на Пикабу, Ответ на пост, Длиннопост

ВНО — парный орган, расположенный в нёбной части, в небольших углублениях по бокам носовой перегородки. Он представляет собой две замкнутые эластичные трубочки, наполненные жидкостью и соединенные через носонёбный канал с ротовой и носовой полостями. Внутри трубочек находятся рецепторы и слизистые железы. Рецепторы взаимодействуют с молекулами, попадающими в ВНО вместе с жидкостью из ротовой полости. Слизь содержит белки, которые имеют сродство к молекулам феромонов, то есть помогают их улавливать.


Вызванные феромонами стимулы по вомероназальному нерву передаются в обонятельные луковицы, миндалину и гипоталамус. В отличие от обычной обонятельной системы, ВНО не связан с корой головного мозга


Рис. 2. Флемен — гримаса восприятия феромонов. Пасть открыта, верхняя губа приподнята, язык движется. Фото: flickr.com / Malingering


Есть у него еще одно принципиальное отличие: в то время как обоняние совмещено с дыханием, ВНО при обычном дыхании малодоступен. Чтобы феромоны попали на соответствующие рецепторы, его надо специально раскрыть. Для этого кошки, как и другие млекопитающие, имеющие ВНО, складывают губы в гримасу, называемую флемен: верхняя губа поднимается, рот приоткрыт, язык движется (рис. 2).


Поднятие верхней губы вызывает сокращение гладких мышц, открывающих протоки ВНО. Расширение протоков создает перепад давления, жидкость, несущая феромоны, всасывается из ротовой полости в просвет ВНО, и сигнальные молекулы получают физическую возможность связаться с рецепторами. Через некоторое время диаметр трубочек уменьшается, слизь с феромонами из них удаляется в ротовую полость, орган промыт и готов распробовать новую порцию информации.

Как животные узнают, что надо открыть ВНО? Возможно, по запаху феромонов, который они чуют носом. Поскольку флемен обычен и для кастрированных животных, можно заключить, что его вызывают любые феромоны, не только половые.


ВНО воспринимает и обычные запахи, для чего служат три типа рецепторов: V1R, V2R и FPR. У домашних кошек исследованы только V1R. Существует несколько их вариантов, и, согласно одной из гипотез, чем их больше, тем лучше животное различает запахи. У тигра, например, 21 вариант рецепторов, а у домашней кошки — 30. Конечно, им далеко до крыс со 120 типами V1R, однако они значительно превзошли собак, у которых только 9 вариантов.


Две исследовательницы кошачьего обоняния из университета штата Орегон, Кристин Витале Шрив и Моника Юделл, предлагают использовать кошек для поиска наркотиков или взрывчатки и людей под завалами или для диагностики по запаху рака или туберкулеза (Applied Animal Behaviour Science, 2017, 187, 69–76). Если собаки со своими девятью типами V1R на такое способны, то кошки и подавно! Исследовательницы полагают, что кошки благодаря своей гибкости, легкости, небольшим размерам и способности балансировать с поиском людей справятся даже лучше собак.


Правда, у кошек репутация труднообучаемых существ, однако Кристин Шрив уверяет, что их можно многому научить, если правильно взяться, и даже открыла при университете школу для котят и их владельцев. О Юрии Куклачеве она, кажется, не слыхала. Методику подготовки служебных кошек исследовательница не раскрывает. Возможно, ее проект — лишь тактический ход для получения гранта на исследование.


Генераторы ароматов


Итак, феромоны. Их вырабатывают пахучие железы, которыми кошка покрыта от усов до хвоста и с ног до головы (рис. 3).



Вдоль хвоста расположены каудальные железы, и кошки иногда проводят по разным предметам вытянутым хвостом, однако в основании хвоста желез значительно больше. Диаметр одной железы около миллиметра, у самцов они крупнее, чем у самок, и расположены между протоками сальных желез. Скорее всего, их феромоны регулируют отношения полов.


Вокруг ануса находятся циркуманальные железы, которые у кошек развиты слабее, чем у собак. Их функции малоизученны, возможно, циркуманальные феромоны участвуют в социальной жизни. Есть еще парные анальные мешочки, населенные аэробными и анаэробными бактериями, которые перерабатывают секрет этих желез, производя алифатические кислоты и амины, например путресцин, кадаверин, метиламин триметиламин. У кошек анальные мешочки открываются в задний проход, их секрет выделяется с фекалиями, и он жирный, поскольку мешочки содержат много сальных желез. В фекалиях присутствует белок Fel d1, который выделяют сальные железы. Его также синтезируют слюнные железы и кожа, именно этот белок вызывает у людей аллергию на кошек. По-видимому, у Fel d1 есть и более важная функция — он связывает феромоны и способствует их сохранению во внешней среде.

Обычно домашние кошки свои фекалии закапывают, но иногда оставляют их лежать и пахнуть. Скорее всего, это территориальная метка, хотя редко используемая. Коты и кошки дольше исследуют фекалии незнакомых особей, чем знакомых, демонстрируя при этом флемен. Аналогичным образом они изучают метки, оставленные мочой.


У кошек есть пахучие железы, которые открываются в мочевыводящие протоки, в этих железах также обитают бактерии. Уриной чаще помечают вертикальную поверхность: коты поворачиваются к ней задом и орошают небольшим количеством жидкости. У самцов разбрызгивание мочи — проявление сексуальной активности, но и самки во время эструса могут это делать.


Урина содержит информацию о сексуальном статусе или эмоциональном состоянии животного. Есть еще железы, расположенные вокруг половых органов котов и кошек, но они плохо изучены.

На подушечках лап много потовых желез, которые активизируются, когда кошки напуганы. Они же вырабатывают феромоны опасности. Легко заметить, что места, натоптанного испуганной кошкой, другие животные избегают. Возможно, поэтому четвероногие посетители ветеринарных клиник испытывают сильный страх.

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» Кот, Пушистые, Милота, Ярость, Химия, Наука, Ответ, Комментарии на Пикабу, Ответ на пост, Длиннопост

Рис. 4. Затачивая когти о ветку, кот оставляет на видном месте царапины и пахучий секрет межпальцевых желез

Железы между пальцами служат для разметки территории. Кошки оставляют пахучие метки, когда точат когти о разные предметы, чаще всего о вертикальные поверхности (рис. 4). Эти царапины, как и пятна мочи, хорошо заметны и подобны QR-коду на стенах исторических памятников. Увидел такой код, подошел, состроил флемен и считал информацию. Очень удобно!

Больше всего пахучих желез на кошачьей мордочке (см. рис. 3). Кошка часто трется ими о разные объекты.


Если животное подобным образом метит человека или другую кошку, такое поведение расценивается как аффилиативное (рис. 5). При этом животные обмениваются и тактильными, и химическими сигналами. По данным Кристин Шрив, коты, встретившись, прежде всего обнюхивают друг друга, на что уходит до 30% времени, посвященного общению. Очевидно, химическая информация облегчает им дальнейшее выстраивание отношений.


К сходным выводам еще 40 лет назад пришли физиологи Амстердамского университета Герда Верберн и Яп де Бур (Zeitschrift für Tierpsychologie, 1976, 42, 86–109). Ученые заметили, что взаимное обнюхивание часто переходит в другие формы поведения: трение друг о друга или флемен. Кто знает, вдруг это замена брудершафта, который, как известно, «ни один кот никогда ни с кем не пил».


Детальнее прочих, хотя и явно недостаточно, изучены пять лицевых феромонов (Veterinary Clinics of North America: Small Animal Practice, 2003, 33, 187–211). Их состав известен лучше, чем функции (см. таблицу).

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» Кот, Пушистые, Милота, Ярость, Химия, Наука, Ответ, Комментарии на Пикабу, Ответ на пост, Длиннопост

Таблицы к сожалению на Пикабу нельзя добавить. Смотрите в источнике.


Феромоны F2 выделяют коты, заявляя о себе как о половых партнерах. Они трутся мордочкой о различные объекты, расположенные вблизи сексуально активной самки, и таким образом предположительно усиливают эффективность своего полового поведения. Феромон F3 часто оставляют на разных объектах, и ученые полагают, что он помогает кошке ориентироваться в пространстве. Это своего рода химическая «нить Ариадны». F4 используют для мечения других кошек, людей или представителей иных видов. Это феромон миротворцев, он снижает агрессию и вероятность возникновения конфликта. Животные часто оставляют метки F4 в присутствии знакомых собратьев по виду. Функции F1 и F5 пока неизвестны.


Исследователи давно заметили, что коты и кошки по-разному метят территорию и воспринимают химические сигналы. Самцы чаще самок брызгают мочой и трутся о разные предметы на своей территории. Оба пола активно исследуют чужие метки, хотя коты проявляют больше интереса к разбрызганной моче и чаще демонстрируют флемен, чем самки (Zeitschrift für Tierpsychologie, 1976, 42, 86–109).


Но что-то мы все о взрослых, меж тем химическая информация необходима и доступна даже новорожденным котятам.


Островок комфорта


Котята рождаются слепыми и глухими, однако с развитыми тактильной чувствительностью и обонянием. В первые две недели жизни они воспринимают окружающий мир исключительно по запаху и на ощупь. В это время им нужны только забота матери и ее молоко. У кошки между двумя рядами сосков расположены сальные железы, которые спустя 3–4 дня после родов начинают выделять феромоны, содержащие олеиновую, пальмитиновую и линоевую кислоты. Это базовые соединения, одинаковые для всех известных околомолочных феромонов, а есть еще видоспецифичные добавки. У кошек это миристиновая, лауриновая и стеариновая кислоты в определенных соотношениях. Значительную роль играют обитающие в железах сапрофитные бактерии, которые перерабатывают нелетучие жирные кислоты в летучие эфиры. Синтез феромонов прекращается через 2–5 дней после того, как котята перестают сосать молоко (им в это время исполняется 6–12 недель).


Уже в первые два дня жизни у котят вырабатывается стойкое предпочтение определенного соска — из другого они сосут значительно хуже или вовсе к нему не прикладываются. «Постоянство соска» сохраняется до 32-го дня, после чего котята становятся менее зависимыми от матери и могут даже сосать молоко другой кошки, если она согласится. По мнению исследователей, к этому времени ослабевает реакция котят на химические сигналы, вызывающие зависимость от определенного соска.


В том, что котята ориентируются на запах соска, а не запоминают его расположение, исследователи убедились еще в 1960-х годах. В возрасте 2–6 дней малышам удаляли обонятельные луковицы, и они даже спустя четверо суток не могли найти нужный сосок, при этом операция не повлияла на их способность пить из бутылочки. Исследователи предположили, что функцию индивидуального химического маркера в данном случае выполняет слюна. У котят она пахнет по-разному, из-за чего каждый сосок приобретает неповторимый запах.


Не менее важен для выживания котят запах родного дома. Кошка метит гнездо секретами расположенных на теле желез, с их запахами смешиваются ароматы шерсти, мочи и слюны котят. Кошкин дом приобретает характерное амбре, которое служит для котят ориентиром. Лишенные обоняния, они реже находят дорогу домой, хотя и могут ориентироваться на слух, по мяуканью матери и собратьев.


Не чувствуя привычного домашнего запаха, котята испытывают стресс. Если унести их от гнезда, они вопят, и чем дальше, тем громче. Когда домашний уголок моют, котята ведут себя, как в незнакомом месте: отступают и поднимают крик. Запах дома их успокаивает, создает зону комфорта.

Не менее важна эта зона и для взрослых кошек. Многие специалисты полагают, что кошки, будучи территориальными животными, отмечают границы участка, но есть и другая гипотеза, согласно которой запахи помогают животным ориентироваться на местности. Хилари Фелдман, этолог из Кембриджского университета, 16 месяцев наблюдала за поведением двух групп кошек (один самец и пять самок), каждую из которых она поместила на огороженный участок площадью 800 м2 (Canadian Journal of Zoology, 1994, 72, 1093–1099). У каждого животного на этом участке была своя территория. Обходя ее, они когтили деревья не по периметру участка, а по пути следования. Деревья выбирали с мягкой корой, чтобы метка была хорошо видна. Фекалии в основном закапывали, хотя кое-где оставляли на виду. Животные также брызгали мочой и терлись о разные предметы, опять-таки внутри участка. И коты, изучив чужие метки, их не избегали. По мнению Хилари Фелдман, кошки используют химические сигналы для того, чтобы ориентироваться на местности, подобно тому, как котята ориентируются на запах гнезда.


У этого исследования, к сожалению, есть один недостаток. Все участники эксперимента были хорошо знакомы друг с другом и не испытывали недостатка в еде. Что было бы, забреди на этот участок посторонний кот или в случае нехватки пищи, неизвестно.


Феромонотерапия


Благополучие животного зависит от того, насколько естественно оно может себя вести. Кошкам для комфорта нужен их собственный запах, обозначающий безопасное пространство. Следовательно, им жизненно необходимо метить территорию. Хозяева домашних кошек с умилением наблюдают, как животное трется о ножку стула или их собственную ногу, но когда оно когтит диван или, что еще хуже, разбрызгивает мочу, такое поведение не встречает понимания. Более того, естественное стремление пометить дом — основная причина, по которой домашние кошки оказываются в приюте или на улице. Люди, которые жалеют свою мебель и мечтают удалить кошке когти (в некоторых странах такую операцию делают), фактически лишают ее права переписки. Разумнее подарить ей «блокнот» — поверхность, которую можно царапать.

Что касается разбрызгивания мочи в неположенных местах, важно понять, почему кошка это делает. Возможно, ее лоток неудобно расположен, а может быть, животное испытывает стресс и метит дом, чтобы успокоиться. Кошки предпочитают жить среди знакомых запахов. Если это так, обычная в таких случаях рекомендация удалить запах, чтобы предотвратить повторное мечение, только усугубит кошачью тревогу и возымеет обратный эффект. Убирая дом, хозяевам следует позаботиться о сохранении привычного запаха, иначе кошка почувствует себя на необитаемом острове и начнет его обживать.


И наконец, на помощь приходит химия. Появились синтетические феромоны, и первым удалось создать аналог F3, получивший коммерческое название Feliway. В природных условиях кошка, нанося эту метку, трется подбородком и шеей. Препарат успокаивает кошек, смягчает стресс. Под влиянием Feliway они реже оставляют уриновые метки, меньше царапают мебель, прекращают беспрерывно вылизываться, становятся более спокойными и игривыми. У кошек явно улучшается настроение и аппетит. По-видимому, запах F3 означает, что данное пространство населено кошками, то есть включено в кошачий мир, и беспокоиться не о чем. Иногда синтетическим аналогом феромона пропитывают объекты, предназначенные для царапанья, что побуждает кошку оставлять метки именно в этом месте.


Комната, лишенная кошачьих запахов, — это пустое, необитаемое пространство. В такой ситуации и люди вели бы себя настороженно, агрессивно и стремились бы застолбить участки, как первые поселенцы Дикого Запада.


Синтетический феромон F4 называется Felifriend и повышает кошачье дружелюбие. Обычно его используют, когда кошку надо ввести в кошачье общество. Он может быть полезен, если животное знакомят с новыми хозяевами или везут к ветеринару. В этом случае человек перед тем, как открыть переноску, должен обработать руки Felifriend, а потом несколько минут постоять спокойно и дать кошке возможность себя обнюхать. Когда кошки ощущают этот запах, они воспринимают чужих людей и кошек как знакомых и ведут себя неагрессивно. Натуральный F4 действует так же. Интересно было бы проверить, не облегчает ли этот феромон контакт с другими животными, например с собаками.


Поскольку химическая коммуникация — ключевой элемент кошачьего социального поведения, имеет смысл, прежде чем вводить животное в новое общество, представить ему образцы запахов этого места. Ведь в естественных условиях кошки именно так и знакомятся. Подобная тактика будет полезна, если животное предстоит поместить в приют или в дом, где уже есть несколько кошек, а если их нет, то пусть познакомится с запахом хозяев. Это позволит уменьшить стресс, неизбежный при смене обстановки.


Запахи, как естественные, так и синтетические, можно использовать для обогащения среды, особенно если кошки заперты в четырех стенах. Они остро нуждаются в химических стимулах и с интересом обследуют деревяшку, о которую потерся другой кот или пометил ее своей мочой. Кошек занимают не только феромоны. Несколько лет назад специалисты Линкольнского университета и Королевского университета Белфаста исследовали реакцию нескольких десятков приютских котов и кошек на разные стимулы (Applied Animal Behaviour Science, 2010, 123, 56–62). Им предлагали куски хлопчатобумажной ткани, пропитанной запахом лаванды, кошачьей мяты или фекалий и тела домашнего кролика, на которого коты не прочь поохотиться. Ткань, лишенная запахов, котов не интересовала, зато кошачья мята привлекала их чрезвычайно. Они подолгу возились с этими клочками ткани, стали игривыми и активными, даже запах кролика их так не возбудил. Правда, эффект со временем слабеет, потому что кошки постепенно привыкают к запаху. Исследовательницы решили, что кошкам для комфортной жизни важен не столько сам запах, сколько постоянная их смена. Для этой цели годятся и естественные ароматы, и синтетические. В конце концов, даже коту, который не покидает квартиру из соображений безопасности, можно обеспечить место, где он будет дышать свежим воздухом, набираясь обонятельных впечатлений (рис. 6).

Продолжение поста «Сдержанная, презрительная и смешная пушистая ярость» Кот, Пушистые, Милота, Ярость, Химия, Наука, Ответ, Комментарии на Пикабу, Ответ на пост, Длиннопост

Рис. 6. Глоток свободы. В заоконной клетке кот может в полной безопасности ощущать внешние запахи.


Понимание того, как разные химические сигналы влияют на поведение кошки и ее личное благополучие, поможет улучшить взаимоотношения человека и кошки и сделать более приятным и безопасным ее пребывание в доме. А чем комфортнее ей будет, тем приличнее она будет себя вести, тем легче мы с ней поладим. Постигнув механизм действия феромонов, мы сможем использовать их для лечения расстройств кошачьего поведения.


Распыленные в нужное время в нужном месте, феромоны улучшают эмоциональный статус животного и корректируют его поведение, если оно неприемлемо для владельца. Синтетические аналоги феромонов — своего рода психотропные средства для животных. Они не проникают в организм, поэтому не имеют побочных эффектов и не токсичны, что очень ценно. Однако феромонотерапия имеет свои сложности. В естественных условиях животные не просто оставляют пахучие выделения. Делая это, они принимают характерную позу, например демонстрируют анальное отверстие; подкрепляют запах визуальной меткой (царапают дерево), добавляют к запаху феромона свой собственный аромат. У этих действий одна цель — побудить адресата открыть ВНО. Люди не могут вести себя подобным образом, но выход есть: чтобы животное восприняло синтетическое послание, наносят больше феромона, чем в естественных условиях.

Так что химия не только в дела человеческие простерла руки, но и в кошачьи проблемы основательно лапы запустила.


Источник: https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434296/K...

Показать полностью 5
834

Селен в гифках

Температура плавления селена всего 220 °C

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

При резком охлаждении расплавленного селена некоторая часть вещества переходит в другую (красную) аллотропную форму

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Взаимодействие расплавленного селена с металлическим натрием

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

При растворении селенида натрия в соляной кислоте образуется селеноводород — ядовитый тяжелый газ с отвратительным чесночным запахом

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Взаимодействие расплавленного селена с алюминием при нагревании

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

При добавлении воды к селениду алюминия также образуется селеноводород, но тут же окисляется до красной аллотропной формы чистого селена

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Взаимодействие селена с азотной кислотой

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Чистый селен способен растворяться в сероуглероде и некоторых других неполярных растворителях

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Диоксид селена способен сублимироваться при температуре 315 °C и конденсироваться на холодных стенках пробирки

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Селен и многие его соединения горят ярким синим пламенем

Селен в гифках Химия, Лига химиков, Наука, Эксперимент, Селен, Гифка, Длиннопост

Предыдущие посты серии:

Литий. Бор. Углерод. Фтор. Натрий. Магний. Алюминий. Кремний. Фосфор. Сера. Хлор. Калий. Кальций. Титан. Ванадий. Хром. Марганец. Железо. Кобальт. Никель. Медь. Цинк. Галлий. Бром. Рубидий. Стронций. Серебро. Кадмий. Олово. Иод. Цезий. Барий. Вольфрам. Платина. Золото. Ртуть. Свинец. Висмут.

Показать полностью 7
65

Как млекопитающим регенерировать, а графену улучшить квантовые вычисления. Дайджест новостей науки за неделю

Каждый понедельник делаем подборку из самых интересных новостей науки и рассказываем о них подробнее. Смотрите видео или включайте фоном как подкаст.

В этом выпуске мы рассказываем как изменились мозги млекопитающих и птиц через 300 миллионов лет эволюции; где обнаружена вода в жидком состоянии на Марсе; что нужно для регенерации кожи млекопитающих; как личинки мух помогут от сельскохозяйственных болезней и как графен улучшил болометры для квантовых измерений?

Содержание ролика:

00:37 Эволюция мозга млекопитающих и птиц

03:16 Озера на Марсе

05:53 Регенерация кожи

07:35 Личинки мух могут бороться с сельскохозяйственными болезнями

09:19 Графен улучшил свойства болометров для квантовых измерений


(все ссылки на пруфы и исследования под роликом на ютубе)

191

Генетический вариант, повышающий риск тяжелого протекания COVID-19, унаследован от неандертальцев

Генетический вариант, повышающий риск тяжелого протекания COVID-19, унаследован от неандертальцев Наука, Генетика, Палеогенетика, Копипаста, Elementy ru, Коронавирус, Вирус, Неандерталец, Homo sapiens, Длиннопост

Рис. 1. Частота встречаемости неандертальского генетического варианта, повышающего риск тяжелой формы COVID-19. В Африке и Восточной Азии «аллель риска» практически отсутствует, а максимальная частота наблюдается в Южной Азии, особенно в Бангладеш. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature (по данным проекта The 1000 Genomes Project)


На сегодняшний день генетикам удалось выявить только один участок человеческого генома, нуклеотидные вариации в котором значимо влияют на шансы заболеть тяжелой формой COVID-19. Этот фрагмент третьей хромосомы длиной около 50 тысяч пар оснований встречается у современных людей в нескольких вариантах, один из которых повышает шансы попасть в больницу с тяжелой формой COVID-19 примерно в 1,6 раз. Палеогенетики Сванте Пэабо и Хуго Цеберг показали, что этот «аллель риска» имеет неандертальское происхождение. Вместе с другими неандартальскими генами он попал в генофонд внеафриканских сапиенсов в результате гибридизации, которая происходила около 50 тысяч лет назад. Частота встречаемости «аллеля риска» сильно варьирует в зависимости от региона: в Африке и Восточной Азии она близка к нулю, в Европе составляет 8%, в Южной Азии — 30%. Столь большие различия говорят о том, что в не очень далеком прошлом аллель подвергался сильному отбору, иногда положительному, иногда отрицательному. Скорее всего, это связано с тем, что аллель влияет на устойчивость к каким-то другим патогенам помимо нового коронавируса.

Как известно, COVID-19 — болезнь избирательная: кто-то заболевает, кто-то нет, одни переносят легко, другие — тяжело, вплоть до летального исхода. Это зависит от множества негенетических факторов, среди которых особенно важны возраст, пол и наличие определенных заболеваний. Логично предположить, что и генетические различия между людьми тоже вносят свой вклад в наблюдаемый разброс по восприимчивости к COVID-19 и тяжести протекания болезни.

Несмотря на усердные поиски, на сегодняшний день генетикам удалось идентифицировать только один участок человеческого генома, связь которого с риском заполучить тяжелую форму COVID-19 не вызывает никаких сомнений. Этот участок расположен на третьей хромосоме и включает гены SLC6A20, LZTFL1, CCR9, FYCO1, CXCR6 и XCR1. Его влияние на устойчивость к новой инфекции сначала было обнаружено при помощи полногеномного поиска ассоциаций (GWAS) на основе данных по 835 больным и 1255 здоровым итальянцам и 775 больным и 950 здоровым испанцам. Это исследование проводилось во время весеннего пика заболеваемости в Европе (D. Ellinghaus et al., 2020. Genomewide Association Study of Severe Covid-19 with Respiratory Failure).

В дальнейшем результат успешно воспроизвелся в нескольких независимых исследованиях на других европейских и азиатских выборках. Метаанализ, проведенный в рамках проекта COVID-19 Host Genetics Initiative, окончательно подтвердил, что один из вариантов этого участка генома («аллель риска»), характеризующийся определенными нуклеотидами в 13 полиморфных позициях, повышает шансы человека оказаться в больнице с тяжелой формой COVID-19 примерно в 1,6 раз (это несколько упрощенная формулировка, речь идет об отношении шансов, см. Odds ratio, которое, по результатам метаанализа, составляет 1,6 с 95-процентным доверительным интервалом от 1,42 до 1,79). По-видимому, этот генетический вариант повышает и шансы подцепить умеренно тяжелую форму COVID-19 (частота этого варианта выше у людей, госпитализированных с COVID-19, чем в среднем по популяции), и риск очень тяжелого протекания болезни среди уже заболевших (среди госпитализированных пациентов, которым потребовалась искусственная вентиляция легких, частота этого варианта выше, чем у тех, кто обошелся только дополнительным кислородом).

Упомянутые 13 полиморфных позиций разбросаны по участку хромосомы длиной около 50 тысяч пар оснований. При этом нуклеотидные варианты, коррелирующие с повышенным риском тяжелого протекания COVID-19, во всех 13 позициях почти всегда присутствуют все вместе, дружно, образуя единый гаплотип. Иными словами, для них характерно то, что генетики называют «неравновесным сцеплением» (см. Linkage disequilibrium).

Именно такая картина — несколько прочно сцепленных полиморфизмов, расположенных по соседству, — характерна для фрагментов ДНК, полученных предками современных людей от неандертальцев и денисовцев в результате гибридизации.

Поэтому палеогенетики Сванте Пэабо и Хуго Цеберг (Hugo Zeberg) решили проверить, не совпадает ли этот гаплотип с неандертальскими или денисовскими геномными последовательностями. Для этого нужны геномы вымерших видов людей, прочтенные очень качественно, то есть с высоким покрытием. Таких геномов на сегодняшний день четыре: три неандертальских и один денисовский.

Результат получился вполне однозначный: из 13 полиморфизмов, характерных для «гаплотипа риска», 11 присутствуют в гомозиготном состоянии у неандертальца из пещеры Виндия в Хорватии (Vindija 33.19). Три полиморфизма есть у двух других неандертальцев с качественно прочтенными геномами — из Денисовой и Чагырской пещер на Алтае (Denisova 5 и Chagyrskaya 8, см.: Между сапиенсами и неандертальцами существовала частичная репродуктивная изоляция, «Элементы», 03.02.2014; F. Mafessoni et al., 2020. A high-coverage Neandertal genome from Chagyrskaya Cave). В денисовском геноме (см.: Геном денисовского человека отсеквенирован с высокой точностью, «Элементы», 06.09.2012) не оказалось ни одного из 13 полиморфизмов.

Этот результат уже сам по себе является убедительным доводом в пользу того, что «гаплотип риска» унаследован современными людьми от неандертальцев, близких к индивиду из пещеры Виндия. Остальные неандертальские примеси в современных геномах тоже ближе к геному хорватского неандертальца, чем к индивидам с Алтая. Объясняется это тем, что те неандертальцы, с которыми скрещивались вышедшие из Африки сапиенсы 60–50 тысяч лет назад, были более близкой родней хорватского неандертальца, чем алтайских.

Дополнительные тесты подтвердили вывод о неандертальском происхождении «гаплотипа риска». В частности, вероятность того, что такой длинный гаплотип мог быть унаследован хорватским неандертальцем и современными людьми от общего предка, оказалась, по расчетам авторов, пренебрежимо низкой. За более чем полмиллиона лет раздельного существования сапиенсов и неандертальцев гаплотип должен был бы покрошиться на мелкие кусочки из-за кроссинговера. Авторы также построили филогенетическое дерево для всех имеющихся у современных людей вариантов (аллелей) рассматриваемого участка генома. На этом дереве все современные аллели, связанные с повышенным риском тяжелой формы COVID-19 (они отличаются друг от друга лишь единичными нуклеотидными заменами), образовали единую компактную ветвь с хорватским неандертальцем, а сестринскими к этой ветви оказались неандертальские варианты с Алтая. Иными словами, «аллель риска» (во всех его незначительных вариациях) ближе к любому из трех неандертальских вариантов, чем к любому другому варианту этого участка генома, встречающемуся у современных людей. Таким образом, неандертальское происхождение «гаплотипа риска» доказано вполне надежно.

Частота встречаемости неандертальского «гаплотипа риска» в современных человеческих популяциях сильно варьирует в зависимости от региона (рис. 1). Его практически нет в Африке, что логично, поскольку приток неандертальских генов в генофонд современных африканцев, живущих к югу от Сахары, был незначительным (и, вероятно, непрямым). Почти нет его и у жителей Восточной Азии (китайцев, японцев). Это неожиданный результат, потому что других неандертальских генов у восточноазиатов немало — даже чуть больше, чем у европейцев. В Европе неандертальский гаплотип встречается с частотой около 8%, в Южной Азии — 30%. Наибольшая частота характерна для Бангладеш: 63% жителей этой страны несут по крайней мере одну копию неандертальского гаплотипа, а 13% — две копии (то есть являются гомозиготами), что дает общую частоту 13 + (63 − 13)/2 = 38%. Это согласуется с тем, что в Великобритании, по официальным данным, шансы умереть от COVID-19 у выходцев из Бангладеш примерно вдвое (95% доверительный интервал: 1,7–2,4) выше, чем у белых британцев. У выходцев из других стран ситуация заметно лучше, чем у бангладешцев.

Объяснить, почему в Восточной Азии частота встречаемости неандертальского гаплотипа почти нулевая, а в Южной — очень высокая, по-видимому, можно только сильным отбором, который действовал по-разному в разных регионах. Логично предположить, что главным фактором отбора были какие-то патогены. Может быть, неандертальский гаплотип, снижающий сопротивляемость новой короновирусной инфекции, подвергался отрицательному отбору в Китае во время каких-то прежних эпидемий, вызванных другими коронавирусами, а в дельте Ганга на него действовал положительный отбор, потому что он обеспечивал защиту от каких-то других патогенов. Но пока все это — только домыслы, потому что неизвестно, какие именно особенности неандертальского гаплотипа ответственны за повышенный риск тяжелого протекания COVID-19 и каков механизм их действия. Как уже говорилось, в состав гаплотипа входит шесть генов, среди которых не удается однозначно определить кандидата на роль главного фактора риска. Им может оказаться, например, ген SLC6A20, потому что белок, кодируемый этим геном, взаимодействует с белком ACE2 — «входными воротами» нового коронавируса. Не сняты подозрения и с генов CCR9 и CXCR6, потому что они кодируют рецепторы хемокинов, причем работа второго из них имеет прямое отношение к иммунным процессам в легких, например, при гриппе.

Когда-нибудь, возможно, мы узнаем, от каких патогенов защищал этот гаплотип неандертальцев (а также предков нынешнего населения Южной Азии), но пока фантазировать об этом рано. Одно можно сказать наверняка: в 2020 году с некоторыми нашими современниками неандертальское наследие сыграло злую шутку.


Источник: Hugo Zeberg & Svante Pääbo. The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neanderthals // Nature. 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2818-3.


См. также: Неандертальские гены влияют на здоровье современных людей, «Элементы», 20.02.2016.


Александр Марков


https://elementy.ru/novosti_nauki/433709/Geneticheskiy_varia...
Показать полностью
183

Да-да, читали мы про этих пингвинов у Лавкрафта

В Антарктиде оттаяла древняя колония пингвинов Адели возрастом около пяти тысяч лет

Да-да, читали мы про этих пингвинов у Лавкрафта Биология, Пингвины, Наука, Новости, Интересное, Интересное событие, Длиннопост

В Антарктиде обнаружены следы древней колонии пингвинов Адели возрастом около пяти тысяч лет. На протяжении последних столетий мыс Иризар, где была сделана находка, покрывал ледник, но теперь из-за климатических изменений остатки пингвинов и их гнезд вновь оказались на поверхности. Интересно, что сегодня пингвины Адели в данной местности не живут. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Geology.


По мере климатических изменений объем ледников по всему миру быстро сокращается. Этот процесс не обошел стороной даже самый холодный континент — Антарктиду. Специалисты предупреждают, что потеря ледового щита Земли чревата ростом уровня моря, нехваткой пресной воды и исчезновением целых экосистем. Однако порой исчезновение ледников приносит археологам и палеонтологам неожиданные открытия. Так, недавно в Норвегии отступивший горный ледник обнажил оживленную дорогу эпохи викингов.


В Антарктиде человеческих поселений не было до XIX века. Тем не менее на месте отступивших ледников здесь тоже можно найти немало интересного — например, следы древних птичьих колоний. Орнитолог Стивен Эмсли (Steven D. Emslie) из Университета Северной Каролины в Уилмингтоне решил поискать их на мысе Иризар, который вдается в антарктическое море Росса.


Предыдущие исследования обнаружили на мысе следы пингвиньего помета возрастом 4700-840 лет. Однако Эмсли, который отправился сюда в 2016 году, удалось сделать более интересную находку: скопления гальки, напоминающие гнезда пингвинов Адели (Pygoscelis adeliae), а также мумифицированные тушки, кости и перья этих птиц.

Да-да, читали мы про этих пингвинов у Лавкрафта Биология, Пингвины, Наука, Новости, Интересное, Интересное событие, Длиннопост

Мумифицированная тушка пингвиненка с мыса Иризар.

Находки выглядели подозрительно свежими: казалось, что остаткам птиц всего пять-десять лет. Однако с 1901 года, когда был открыт мыс Иризар, пингвины Адели никогда здесь не гнездились. Хотя колонии этих птиц расположены по всему морю Росса и насчитывают около миллиона пар, Иризар для них недоступен из-за наличия постоянного ледового припая.

Анализ спутниковых снимков показал, что мыс Иризар был покрыт постоянным слоем снега и льда до 2013 года. Затем, под действием растущих температур, здесь начали появляться участки голой земли. Это означает, что «современные» остатки пингвинов появились из-подо льда лишь за несколько лет до экспедиции Эмсли.


Согласно радиоуглеродному анализу находок указал, пингвины Адели заселяли Иризар трижды. Первые колонии появились здесь 5135–4815 лет назад и существовали до 2750 лет назад. Затем птицы еще дважды колонизировали мыс: 2340-1375 лет назад и 1100-685 лет назад. К последнему периоду относятся хорошо сохранившиеся мумии птенцов. Интересно, что последняя попытка заселить мыс перекрывается с периодом температурного оптимума 1300-800 лет назад. А закончилась она с наступлением холодного периода, во время которого температура поверхности моря Росса была на два градуса холоднее, чем в наши дни.


По мнению Эмсли, периоды существования колоний связаны с ледовыми условиями в море Росса. Когда припай вокруг Иризара исчезал, а полыньи становились более крупными, у пингвинов Адели появлялась возможность заселить мыс. Однако когда климатические условия становились менее благоприятными, поселения этих птиц исчезали.


Самая крупная современная колония пин