Когда появились древнейшие черепахи? Какие есть научные проблемы в установлении происхождения черепах? Чем черепахи отличаются от других пресмыкающихся? Чем уникально их строение, кроме панциря?
Об этом в мини-лекции по зоологии рассказывает Игорь Данилов, кандидат биологических наук, заместитель директора по научной работе, старший научный сотрудник Зоологического института РАН.
Собаки удивляются, когда человек неправильно называет знакомые предметы.
Владельцы собак часто говорят, что их питомцы всё понимают, и до некоторой степени они правы. Всё – не всё, но собаки действительно способны выучить некоторое количество слов; в конце концов, подчиняются же они нашим командам. Чемпионом тут считается бордер-колли Чейзер, знавшая более тысячи слов, большая часть которых обозначала разные игрушки. Но Чейзер была действительно чем-то исключительным. С обычными собаками, которых не тренируют специально различать тысячу предметов, возникает вопрос, как именно они всё-таки учат человеческие слова. Понимает ли собака, услышавшая слово «мяч», что речь идёт об определённом круглом предмете, который кажется мягким, если его взять в пасть? Понимает ли она, что мяч отличается от палки? Или же, когда пёс слышит команду «мяч», у него срабатывает просто что-то вроде рефлекса в ответ на знакомые звуки человеческого языка?
(Фото: Karsten Winegeart / Unsplash.com)
Сотрудники Будапештского университета полагают, что обычный пёс вполне способен понять концепцию предмета – то есть осознать, чем мяч отличается от палки, и что слово «мяч» палке не соответствует. Эксперимент ставили с двадцатью семью обычными собаками самых разных кровей, которых приводили в лабораторию хозяева. На голову псам надевали электроды, считывающие волны мозга, и отводили в комнату с удобным матрасиком – на этом матрасике собака должна была лежать и слушать, что ей скажут. На стене комнаты было окно, которое становилось то прозрачным, то непрозрачным: раздавался голос хозяина, окно становилось прозрачным, и в нём появлялся сам хозяин с игрушкой в руках.
Фокус был в том, что хозяйский голос говорил «Смотри, мяч!», а сам хозяин в «окне» показывал или мяч, или что-то другое, например, верёвочную игрушку. Если обычный пёс действительно понимает, как определённые звуки речи связаны с определённой игрушкой, он удивится, если на слове «мяч» в окне появится что-то другое. Удивление можно определить по активности мозга – это характерный сигнал, который, кстати, появляется и у нас, когда мы видим что-то неожиданное. И вот такой сигнал удивления исследователи увидели и у собак. На самом деле, способность собак схватывать смысл слов изучали и раньше, но сейчас опыты ставили с псами, которых специально этому не учили. То есть, можно сказать, что обычный пёс в прямом смысле понимает больше, чем вам кажется. Результаты экспериментов опубликованы в Current Biology.
О похожем исследовании мы писали два года назад – тогда шла речь о том, чувствуют ли собаки неправильную физику. Им показывали простые фокусы, в которых привычная механика не действовала, и собаки на это тоже удивлялись (хотя в тех экспериментах удивление оценивали не по волнам мозга, а по долгому взгляду и расширенным зрачкам). Котики тут, кстати, не отстают: ещё раньше мы рассказывали о подобных экспериментах с котиками, и они тоже удивлялись ненормальной физике. Может быть, всё это есть следствие приручения и долгой жизни рядом с человеком, а может быть, такие когнитивные умения есть у любых зверей с более-менее развитым мозгом.
24 марта 2024
Автор: Кирилл Стасевич
На первый взгляд может показаться, что это сюжет очередного голливудского триллера: мутировавшее десятилапое существо, которое клонирует само себя, вырывается из заточения и начинает захватывать мир. Атака клонов длится два десятилетия, за это время животное распространяется на двух континентах, что приводит к изменению экосистем и вымиранию некоторых местных видов.
Но на самом деле это история мраморного рака (Procambarus virginalis).
О происхождении вида почти ничего не было известно. Необычные членистоногие появились в 1990-х годах в Германии. Торговцы домашними питомцами начали продавать мраморных раков как украшение для аквариума, но в какой-то момент животные вырвались на свободу и стали рекордно быстро распространяться в дикой природе.
Изучение нового вида, которое предприняли биологи и генетики, преподносит один сюрприз за другим. Как выяснила команда из Немецкого онкологического исследовательского центра в Гейдельберге, основная особенность мраморных раков заключается в том, что все они – генетически идентичные клоны, поскольку самки освоили партеногенез (или "девственное размножение", при котором женские половые клетки развиваются во взрослом организме без оплодотворения).
Ещё в 2015 году исследователи обнаружили, что с видом, вероятно, произошёл какой-то "эволюционный глюк": из-за мутации самцы мраморных раков не могут оплодотворять самок (потому-то последние и развили способность к самоклонированию, которой, кстати, не обладает ни один вид среди 14 тысяч ракообразных).
Учёные признавались также, что P. virginalis их просто поразили быстротой и внезапностью появления. Чтобы популяцию классифицировали как новый вид, у животных должно развиться множество генетических отличий от родни, на что уходит немало времени. Мраморные раки же совершили этот эволюционный скачок мгновенно – такой феномен чаще наблюдается у растений, а среди животных это большая редкость.
Также авторы выдвинули версию о происхождении нового вида. У мраморных раков обнаружилось не два, как обычно, а три набора из 92 хромосом. Два из них практически идентичны, а вот третий сильно от них отличается. Биологи предположили, что особь нового вида возникла в результате спаривания двух раков, вероятно, родственного вида Procambarus fallax, которые были привезены из разных регионов и случайно оказались в одном аквариуме.
У P. virginalis и P. fallax в итоге нашлись различия в химических модификациях ДНК, которые объясняют плодовитость мраморных раков, говорят исследователи.
Учёные секвенировали геном P. virginalis и изучили их эпигенетические особенности.
Глава исследовательской группы молекулярный генетик Фрэнк Лико (Frank Lyko) рассказывает, что геном мраморного рака оказался примерно на 7% больше человеческого: в нём 3,5 миллиарда пар оснований. А вот вариативность генов совсем низкая, ведь все мраморные раки являются клонами.
Кроме того, исследователи выяснили, что раки-клоны прекрасно чувствуют себя в дикой природе: они уже широко распространены на побережьях европейских и африканских стран, а также в Японии, причём их "репродуктивный успех" и адаптивность к различным условиям стали полной неожиданностью.
Дело в том, что наследование различных копий генов от двух генетически отличающихся родителей обеспечивает потомству хорошую защиту от мутаций и позволяет адаптироваться к меняющимся условиям: генетические перетасовки и рекомбинации создают более вариативные геномы. Без такого разнообразия приспосабливаться к новым условиям окружающей среды очень сложно, потому-то учёные и были так удивлены.
Они уверены, что секрет адаптивности мраморных раков кроется в эпигенетических механизмах. Суть их в том, что к молекуле ДНК прикрепляются химические метки, которые помогают интерпретировать генетическую информацию и работают как переключатели, активируя или дезактивируя те или иные гены.
Лико поясняет: эпигенетические варианты часто зависят от генетических. Но не в случае с мраморными раками, у которых генетической вариативности практически нет.
Особые механизмы эпигенетической регуляции делают новый вид очень интересным не только с точки зрения биологии, но и с точки зрения медицины. Как говорят авторы, раки помогут в исследовании рака (болезни).
Если провести параллель, модель клонального размножения мраморных раков очень напоминает систему размножения раковых клеток, которые тоже умеют хорошо адаптироваться к разной "окружающей среде", например, развивая устойчивость к противоопухолевым препаратам. Более того, опухоли также задействуют собственные эпигенетические механизмы.
Кстати, ещё одно сходство животного и одноимённой болезни – это вредительство, которое они учиняют. Мраморные раки, как оказалось, наносят большой вред экосистемам, в которых распространяются.
По словам Лико, они пожирают улиток, мелких рыбёшек, насекомых, а также некоторые растения. Например, на Мадагаскаре популяция P. virginalis уже угрожает вытеснить семь эндемичных видов. А в странах Европейского союза мраморные раки и вовсе "вне закона": ими запрещено торговать, разводить их и выпускать в дикую природу.
Теперь команда немецких учёных намерена более подробно изучить роль эпигенетических факторов в эволюции мраморных раков. Эти знания помогут лучше понять процессы, происходящие при онкологических болезнях в организме, а значит, создать новые подходы к их лечению.
Тем временем эволюционных биологов и экологов очень волнует бесцеремонное вторжение клонов: специалисты намерены пристально наблюдать за популяциями мраморных раков. Они признаются, что это редкое эволюционное явление вызывает как беспокойство, так и невероятный интерес.
Научная статья об изучении удивительных мраморных раков опубликована в издании Nature Ecology & Evolution.
Спойлер для ЛЛ: полёт шмеля противоречит не законам физики и аэродинамики, а только той модели, которую учёные применяли к изучению механики его полёта в 1930-е
«По законам физики шмель летать не должен, но он не знает об этом и поэтому летает» — эта расхожая шутка очень популярна в интернете. Она встречается в сборниках цитат, постах в Twitter и Instagram и даже в рекламе одной аудиторской фирмы! Вопрос, правда ли это, часто задают на сервисах вопросов и ответов. Мем про шмеля, который не должен летать, приобрёл настолько большую популярность в интернете, что попал даже на «Луркмор». Упоминал об этом и Михаил Веллер в книге «Ножик Серёжи Довлатова». Кстати, то же самое вменяют в вину и пчёлам, ближайшим родственникам шмелей, а создатели мультфильма «Би муви: Медовый заговор» даже вынесли эту фразу в эпиграф.
В 1934 году французский зоолог, а по совместительству авиаинженер Антуан Маньян написал книгу «Полёт насекомых», в которой доказывал, что по законам аэродинамики шмели летать не должны. Он опирался на расчёты, сделанные его помощником, математиком Андре Сент-Лагом. Маньян писал: «Я применил законы сопротивления воздуха к насекомым и пришёл вместе с господином Сент-Лагом к заключению, что их полёт невозможен». Учёные считали, что размер крыльев шмелей (Маньян «запретил» летать не только им, но и некоторым другим насекомым) слишком мал для того, чтоб поднять в воздух тело такого размера. А ведь шмели и пчёлы собирают пыльцу, от чего их вес ещё увеличивается.
С математикой сложно спорить, и тем не менее шмели как летали до выхода книги Маньяна, так и продолжили после. Неужели их существование действительно нарушает законы физики? На самом деле, конечно, нет. Многие учёные-энтомологи уже не раз опровергали заявление Маньяна. Были ли его расчёты неверны? Нет, они были сделаны корректно, вот только, будучи ещё и авиаинженерами, учёные предполагали, что крылья насекомых движутся по тому же принципу, что и крылья самолёта. И если бы это было так, шмели, пчёлы и некоторые другие насекомые действительно могли бы разве что ползать.
Но не стоит строго судить Маньяна за это заблуждение. Шмели совершают от 150 до 300 взмахов крыльев в минуту, и уследить за этим процессом невооружённым глазом действительно непросто. Современные технологии позволили учёным точнее изучить полёт насекомых. Так, физик из Университета Корнелла Чжэн Джейн Ван доказала, что шмели не нарушают никаких принципов аэродинамики. Для этого ей понадобилось провести несколько сотен часов за суперкомпьютером, который производил моделирование и расчёты. Конечно, таких инструментов в 30-е годы XX века ещё не было.
Так как же летают шмели? Они не просто машут крыльями вверх-вниз (это, кстати, видно и на видео выше), а совершают сложные движения, создавая вокруг себя вихревые потоки воздуха, которые и держат их в полёте. В книге «Беспозвоночные. Новый обобщённый подход» Роберт Барнс, Питер Кейлоу и ещё несколько учёных зоологов описывают этот процесс так: «Когда крылья насекомого смыкаются и затем расходятся, передние, более жёсткие их края разъединяются первыми и воздух устремляется в область низкого давления, возникающую между крыльями. Работа затрачивается на ускорение массы воздуха, закручивающегося вокруг крыла, а сила противодействия включает как подъёмную, так и тяговую составляющие. Как только движение воздуха достигает максимальной скорости, крылья перестают совершать полезную работу до тех пор, пока вихрь не будет "сброшен", что произойдёт при смене крылом направления движения в нижней его точке».
Барнс Р., Кейлоу П., Олив П., Голдинг Д. Беспозвоночные: Новый обобщённый подход. М., 1992
Биолог Майкл Дикинсон из Вашингтонского университета и его коллеги из Калифорнийского технологического института с помощью технологии высокоскоростной фотографии изучили полёт шмелей, пчёл и других насекомых. Они выяснили, что весь секрет заключается в нетрадиционной комбинации коротких, прерывистых взмахов крыльев, быстрого вращения крыла, когда оно переворачивается и меняет направление, и очень высокой частоты взмахов крыльев. Но даже сейчас, спустя почти 90 лет после исследований, проводимых Маньяном, полёт шмелей, пчёл и других подобных насекомых изучен не до конца. Физики и зоологи продолжают их исследовать, меняя внешние условия среды, как сделали учёные Стэнфордского университета. Они заметили, что в зависимости от плотности воздуха движения крыльев насекомых меняются.
Таким образом, механика полёта шмеля довольно сложна и, главное, далека от принципов полёта самолётов, которые брал за основу Маньян. А значит, то, что шмели могут летать, противоречит не законам физики и аэродинамики, а только той модели, которую учёные применяли к изучению механики полёта шмеля в 1930-е.
Наш вердикт: заблуждение
В сообществах отсутствуют спам, реклама и пропаганда чего-либо (за исключением здравого смысла)
Аудиоверсии проверок в виде подкастов c «Коммерсантъ FM» доступны в «Яндекс.Подкасты», Apple Podcasts, «ЛитРес», Soundstream и Google.Подкаст
Большие и маленькие собаки стареют по-разному
Известно, что собаки небольших пород часто живут дольше, чем собаки больших пород. Значит ли это, что крупные собаки начинают стареть раньше и быстрее? Сотрудники Будапештского университета (а в Будапештском университете вообще очень плотно занимаются собаками) решили изучить собачье старение подробнее. Они проанализировали ветеринарные данные более 15 тыс. собак. В этих данных были и масса, и размеры, и «породность», и сведения о продолжительности жизни и возрастных особенностях. Причём под возрастными особенностями имеется в виду не только чистая физиология, но и поведение: с возрастом ведь домашние животные начинают вести себя иначе, что-то забывают, чего-то не понимают, становятся агрессивными или вялыми и т. д.
Выяснилось, что с собачьим старением всё не так просто. В статье в GeroScience говорится, что у небольших собак первые признаки старения начинаются примерно в 10–11 лет, а у больших, весящих не менее 30 кг – в 7–8 лет. Но при этом небольшие собаки начинают сдавать быстрее, у больших же старение более сглажено. Причём у больших всё начинается с телесных болезней, они слабеют физически, у них притупляются органы чувств, и лишь к глубокой старости у них могут начаться проблемы с головой. У собак поменьше когнитивные проблемы с возрастом начинаются быстрее; более того, если взять собак, которые весят меньше 7 кг, то у них возрастные проблемы с поведением вообще случаются в четыре раза чаще, чем у псов покрупнее. Попутно выяснилось, что чистопородные собаки и собаки с длинными мордами, вроде борзых, с большей вероятностью сходят с ума, чем собаки смешанных пород и те, у которых морда средней длины или вообще короткая.
Если вернуться к килограммам – вообще отличия в старении сильнее всего видны между очень большими и очень маленькими собаками. Иными словами, если ваш пёс весит где-то между 10 и 30 кг, он вряд ли совсем сойдёт с ума от старости и точно так же у него вряд ли к 7–8 годам начнут подкашиваться ноги. Кстати, по словам исследователей, многие хозяева начинают считать своих собак старыми ещё до того, как у тех начинаются сколько-нибудь серьёзные проблемы со здоровьем – возможно, тут отчасти виновата седина, которая у собак может появиться очень рано, задолго до настоящей старости.
Здоровье
Злокачественные опухоли расселяются по телу не столько из-за особых метастазных мутаций, сколько из-за ослабления иммунитета.
Злокачественные опухоли возникают благодаря мутациям, из-за которых клетки начинают бесконтрольно делиться. Потом в них появляются другие мутации, обеспечивающие устойчивость к лекарствам. Таких дефектов в ДНК может быть не один, и не два, и не десять: недавно мы писали о том, как исследователи из Медицинского центра Чикагского университета и Геномного института в Пекине насчитали около 100 000 мутаций в опухоли размером 3,5 см в диаметре.
Клетки колоректального рака.
Клетка рака лёгких.
С другой стороны, не все генетические изменения, происходящие в раковых клетках, одинаково важны; некоторые из них ничего не дают опухоли, но зато могут пригодиться потом, когда условия изменятся (например, если одна терапевтическая схема придёт на смену другой).
Одна из самых известных и самых неприятных особенностей рака – это его способность к метастазированию: некоторые злокачественные клетки покидают первичную опухоль и отправляются блуждать по организму, чтобы сформировать где-нибудь вторичный очаг болезни. Поведение метастазных клеток – одна из самых «горячих точек» в современной биологии и медицине, мы едва ли не каждый день узнаём что-то новое, например, о том, как рак выбирает место для вторичной опухоли, как его клетки путешествуют по другим тканям и т. д.
Однако о том, что именно заставляет рак рассылать своих агентов на соседние «территории», до сих пор известно было мало. Логично было бы предположить, что и способность к метастазированию у опухолевых клеток появляется в результате каких-то специальных мутаций.
Жером Галон (Jerome Galon) и его коллеги из института INSERM и других европейских научно-исследовательских центров проанализировали генетическую активность в опухолевых образцах, взятых у 800 пациентов с колоректальным раком. Цель была в том, чтобы найти особые молекулярно-генетические факторы, которые способствовали бы метастатическому распространению злокачественных опухолей.
Среди больных, чьи клетки были взяты для анализа, были как те, у кого рак вёл себя более-менее смирно, так и те, у кого начали появляться вторичные очаги – однако, как пишут авторы работы в Science Translational Medicine, никаких мутаций, которые можно было бы однозначно связать с метастазной активностью, обнаружить не удалось.
Зато отличия были в активности некоторых генов, в частности, тех, что регулируют синтез белка, эндоцитоз и некоторые другие клеточные и иммунные процессы. (На всякий случай заметим, что изменения в активности генов могут происходить без мутационных поправок в ДНК, а просто под действием молекулярных, биохимических, физиологических механизмов – в конце концов, наши гены безо всяких мутаций умеют по-разному работать утром и вечером, в молодости и в старости, и т. д.)
Также удалось заметить, что в метастатических опухолевых образцах было сравнительно мало иммунных цитотоксических Т-лимфоцитов, чья задача – уничтожать раковые клетки. Таких Т-лимфоцитов также было мало у тех больных, у которых вторичных опухолей ещё не было, но блуждающие злокачественные клетки в крови уже появились. Связь между распространением опухоли и активностью Т-клеток удалось показать в опытах на животных: у мышей с пониженным уровнем иммунных «убийц» рак расселялся по организму быстрее.
В целом вывод можно сделать такой: у опухоли изначально есть молекулярно-генетические инструменты, которые позволяют ей колонизировать новые территории, но до поры до времени она не может себе такого позволить – из-за противораковой иммунной защиты. Однако, как только иммунитет ослабеет, злокачественные клетки отправляются в странствие.
С практической точки зрения это означает, что для предотвращения метастазов нужно не искать новые лекарства, которые работали бы против особых метастазных мутаций (таких особых мутаций, как выясняется, просто нет), а стимулировать иммунную систему, в частности, цитотоксические Т-киллеры. Считается, что иммунотерапия в онкологии в принципе может быть намного эффективнее, нежели другие методы лечения, однако у самих опухолей есть целый ряд трюков, которые позволяет им скрыться от внимания иммунной системы, и задача тех, кто занимается онкологическими проблемами, состоит как раз в том, чтобы помочь иммунитету увидеть внутреннего врага.
Автор: Кирилл Стасевич
Наука
Никотинамид помогает иммунным клеткам бороться с клетками злокачественными.
Человеческий естественный киллер, или NK-клетка.
Мы часто слышим, что иммунитет должен защищать нас не только от инфекций, но и от онкологических заболеваний – и столь же часто мы слышим, что у злокачественных клеток есть вполне эффективные способы защиты от него. Соответственно, исследователи упорно ищут способы подействовать на иммунную систему так, чтобы она активно истребляла злокачественные клетки, не обращая внимания на их ухищрения. Но на что именно нужно подействовать? Часто здесь говорят про Т-лимфоциты, точнее, про одну их разновидность – цитотоксические Т-лимфоциты, которые убивают больные клетки, чем бы они ни были больны. Однако они не единственные, есть ещё так называемые естественные киллеры, или NK-клетки. Они тоже лимфоциты, но если Т-лимфоциты относятся к приобретённому, или адаптивному, иммунитету, то NK-клетки – к врождённому.
Чем занимаются естественные киллеры, понятно по их названию – они, как и цитотоксические Т-лимфоциты, уничтожают бактерии и больные клетки тела, заражённые вирусами или подвергшиеся злокачественному перерождению. Любопытно, что NK-клетки умеют различать хромосомные аномалии в других клетках, то есть недостачу хромосом или наличие лишних хромосом, а ведь именно такие аномалии часто свойственны злокачественным клеткам. Естественных киллеров уже сейчас используют в противораковой терапии – их пересаживают больным с некоторыми видами лейкозов и лимфом (специалисты не используют слово «рак» для онкологических заболеваний крови, но мы позволим себе такую вольность). NK-клетки для пересадки берут от здоровых доноров, у которых лимфоидные органы, костный мозг и клетки крови в порядке, без признаков злокачественности; естественно, донора приходится подбирать так, чтобы его NK-клетки по минимуму возмущали иммунитет того, кому их пересадят.
При этом, как оно бывает и с другими противораковыми методами, естественные киллеры срабатывают не всегда. В статье в Science Translational Medicine сотрудники Университета Миннесоты пишут, что противораковые свойства NK-клеток можно усилить, если перед пересадкой обработать их интерлейкином-15 (IL-15) и никотинамидом. IL-15 – это один из большого класса иммунных сигнальных белков-цитокинов, он активирует лимфоциты (как Т-клетки, так и естественные киллеры) и стимулирует их деление. А никотинамид – это витамин В3. Вообще витамином В3 называют ещё никотиновую кислоту, но в данном случае исследователи работали именно с никотинамидом. Естественные киллеры, которых какое-то время растили в питательной среде с IL-15 и витамином, активнее синтезировали один из специальных лимфоцитных белков клеточной адгезии. Он помогает им связываться – или, грубо говоря, прилипать – к другим клеткам и межклеточному матриксу. Кроме того, тот же адгезионный белок побуждает NK-клетки искать путь в лимфатические узлы. Наконец, витаминная обработка давала естественным киллерам бо́льшую устойчивость против окислительного стресса; одновременно у них усиливались цитотоксические свойства, то есть способность убивать другие клетки.
Исследователи не ограничились наблюдениями за NK-клетками в лабораторной культуре. Они пересадили их девятнадцати больным с неходжкинской лимфомой; болезнь у них была устойчивой к терапии и рецидивировала раз за разом. У 74% пациентов «витаминизированные» естественные киллеры сумели ощутимо ударить по раку. Хотя не у всех больных этот удар был в одинаковой степени сильным, но, по крайней мере, устойчивость к лечению у злокачественных клеток пошатнулась. Стоит уточнить, что с болезнью сражались не только NK-клетки, их вводили вместе лекарственным и антителами, но положительный эффект случился именно с предварительной обработкой витамином. Что важно, противораковые NK-клетки оставались с больными как минимум две недели, не теряя боевых свойств. Конечно, число участников эксперимента было достаточно небольшим, и в перспективе результаты нужно будет проверить как на большем числе добровольцев, так и на других видах злокачественных заболеваний. Но пока что всё говорит о том, что витамином В3 действительно можно усиливать противораковые свойства наших иммунных клеток.
Автор: Кирилл Стасевич
Отличное и достоверное видео на тему кофе и кофеина есть у известного токсиколога Водовозова
Налейте чашечку кофе и смотрите)
