ЗАГАДКА ВЫДЕЛИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
ЗАГАДКА. У костистых рыб органы выделения выводят только мочу. Половые продукты у самцов выводятся через специальные семяпроводы, а у самок – либо в короткий яйцевод, либо сразу в половое отверстие. У хрящевых рыб вольфовы каналы у самцов выводят, кроме мочи, ещё и половые продукты, а у самок созревшие яйца выпадают сначала в полость тела. Однако у амфибий, как считается произошедших от костистых рыб, вольфовы каналы у самцов выводят опять и мочу, и сперматозоиды. А у самок как амфибий, так и рептилий, птиц и млекопитающих яйца из яичников сначала выпадают в полость тела.
ВОПРОС. Почему мочеполовая система костистых рыб отличается от всех и предшествующих и последующих эволюционных групп?
«Бесполезные» плавники двоякодышащих рыб оказались более чем полезны
Группа ученых под руководством Нила Шубина из Чикагского университета проследила за тем, как африканские двоякодышащие рыбы — протоптеры (Protopterus annectens) — используют свои, как считали учёные-эволюционисты, «бесполезные» конечности для ползания по дну озера. Об этом пишут американские палеонтологи в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Африканская двоякодышащая рыба протоптер ползает по дну озера на плавниках, считавшиеся рудиментарными органами, примерно так же, как используют свои конечности при ходьбе четвероногие животные.
«Если бы вы показали мне скелет этого существа и мы бы поспорили, умеет ли оно ходить, я бы сделал ставку на то, что оно не умеет делать этого. Мне вообще бы показалось, что плавники протоптера меньше всего приспособлены для ходьбы», — пояснил руководитель исследовательской группы Нил Шубин (Neil Shubin) из Чикагского университета (США).
Учёные проследили за тем, как африканские двоякодышащие рыбы — протоптеры (Protopterus annectens) — используют свои «бесполезные» конечности для ползания по дну озера.
Африканские бурые протоптеры — это уникальные рыбы, которые дышит в основном через легкие и мало полагается на жабры. Их плавники похожи на тонкие усики, которые мало помогают ей плавать — протоптеры двигаются как угри, изгибая все свое тело. Шубин и его коллеги серьезно изучили то, что многие другие биологи раньше рассматривали только в формате научной шутки — «ходьбу» протоптеров. Авторы статьи соорудили небольшой аквариум, по периметру которого они установили несколько высокоскоростных камер, подключенных к компьютеру.
В эту емкость палеонтологи поместили взрослого протоптера и записывали траектории движения тела и плавников рыбы при помощи специальных компьютерных программ.
Оказалось, что протоптеры постоянно используют свои передние и задние плавники для отталкивания от дна аквариума. В большей части случаев главным «мотором» рыбы выступали задние плавники — их силы было достаточно для запуска тела протоптера в «полет». В отличие от настоящих четвероногих животных, передние и задние плавники протоптера не синхронизированы — они двигаются независимо друг от друга.
Как выяснили исследователи, протоптеры могут двигаться в двух режимах — в виде «шага», поочередно двигая левым и правым плавниками в одной паре конечностей, или в формате «прыжков», одновременно перемещая оба плавника.
Источник: санторум точка ру
Лосось использует магнитный GPS-навигатор для поиска родного водоёма
Ученые наблюдали за лососевыми рыбами, пытаясь понять, как они запоминают и находят дорогу к той же самой реке, в которой они когда-то вылупились. Им удалось выяснить, что канадские лососи-нерки используют магнитную навигацию для поиска нерестилищ.
«Юный лосось, уплывая из родной для них реки в океан, запоминает свойства магнитного поля в ее окрестностях. Эти данные выступают в качестве своеобразного географического ориентира, который рыбы используют для возвращения на нерестилище во взрослой жизни. «Биокомпас» позволяет им найти устье реки у берегов океана, где они уже начинают ориентироваться по другим, менее «глобальным» приметам», — заявил Нейтан Путман (Nathan Putman) из университета штата Орегон в Корваллисе (США).
Лососи и многие другие виды красной рыбы действительно обладают особым набором нервных клеток внутри их носа, которые работают как магнитный GPS, позволяющий этим рыбам безошибочно находить ту реку, в которой они родились, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.
Путман и его коллеги уже долго наблюдают за лососевыми рыбами, пытаясь понять, как они запоминают и находят дорогу к той же самой реке, в которой они когда-то вылупились. В начале 2013 года им удалось выяснить, что канадские лососи-нерки используют магнитную навигацию для поиска нерестилища, сопоставив маршруты их миграций и расположение магнитных аномалий.
Ободренная такими результатами, группа Путмана попыталась найти «магнитную GPS» в лаборатории. Для этого они закупили тысячу мальков тихоокеанского лосося-чавычи (Oncorhynchus tshawytscha) и поместили их в особый аквариум, стены которого были покрыты сеткой из проводов, позволявших создавать слабое магнитное поле.
Эта сетка позволяла ученым имитировать магнитное поле Земли, вырабатываемое в разных ее уголках — у берегов Аляски, Дальнего Востока или же в южной Калифорнии. Меняя «регион», авторы статьи следили за тем, куда двигались мальки и менялся ли их вектор движения при сдвигах в магнитном поле.
Оказалось, что чавыча очень чутко реагировала на изменения в силе и направлении магнитного поля и меняла направление движения. Это позволяет с уверенностью говорить о том, что лососи умеют использовать магнитное поле Земли для навигации, заключают авторы статьи.
«Что особенно интересно в этих экспериментах — наша рыба никогда не покидала пределов искусственных нерестилищ. Это говорит о том, что этот навык не был приобретен ими в результате жизненного опыта, а является «встроенным» в их геном. Вполне возможно, что лососи оснащены полным набором навигационных «приборов», которые помогают им ориентироваться по Солнцу, запахам и другим вещам», — говорит Нейтан Путман.
Источник: санторум точка ру
Мельчайшее животное с уникальной нервной системой
Крошечная оса Megaphragma mymaripenne не превышает 200 микрометров в длину и сравнима по размерам с амебой и инфузорией. При этом 95% нейронов осы лишены ядра (!), что не мешает ей вести обычный образ жизни насекомого.
Нормальных, полноценных нервных клеток, в которых присутствует ядро, в ее ЦНС менее 400 штук (и менее 300 непосредственно в мозге). Для сравнения, мозг мухи содержит порядка 340 000 нейронов, мозг рабочей пчелы – 850 000. Даже в мозге осы вида T. evanescens, принадлежащей тому же роду, что и M. Mymaripenne, в мозге находится 37 000 нейронов. На этом фоне общее число нервных клеток мозга осы M. Mymaripenne, включая безъядерные, крайне мало — около 4 600 штук.
Примечательно, что массовая потеря ядер происходит в процессе метаморфоза: в нервной системе личинки нейроны, как и полагается, с ядрами. Но при переходе к взрослой стадии наблюдается интенсивный лизис, нейроны значительно сокращаются в размерах и объем мозга уменьшается.
Поведение M. Mymaripenne подробно пока не изучено. Но здравый смысл подсказывает, что животное как минимум умеет летать, обладает зрением, способно находить «хозяев» для откладки своих яиц, и поверить, что для обеспечения всей этой деятельности достаточно четырехсот нейронов, весьма затруднительно. Естественно предположить, что работает нервная система, состоящая из безъядерных нейронов. Иными словами, поведением насекомого управляют клетки, лишенные хромосом.
Такого уровня сложности у вирусов и бактерий никто не ожидал!
Израильские ученые из Института имени Вейцмана (Weizmann Institute of Science) сделали новое открытие, касающееся вирусов-бактериофагов. Оказалось, что вирусы, которые заражают бактерий из рода Bacillus, передают друг другу сообщения. Вирус, атакующий бактерию, способен «прочитать» сообщение своего предшественника и в зависимости от его содержания выбрать, что делать дальше – убить свою цель или только заразить ее.
Израильтяне работали над гипотезой о том, что бактерии могут предупреждать другие бактерии об атаке вирусов. Исследователям было известно, что бактерии могут определенным образом координировать свои действия, оставляя друг другу сигналы, которые называются quorum sensing – «чувство кворума», дистанционное микробное взаимодействие. Однако вместо общения между бактериями сотрудники института имени Вейцмана, к своему удивлению, обнаружили коммуникации между вирусами. Бактериофаги phi3T производили химические соединения, которые влияли на поведение других вирусов того же вида.
Некоторые бактериофаги способны атаковать свои цели двумя разными способами. Они могут заразить клетки носителя и делиться там, пока те не погибнут – или встроиться в геном бактерии и «уснуть», пока какой-либо триггер не пробудит их к активности. С помощью химических сигналов вирусы phi3T «командовали» друг другом, заставляя своих «коллег» выбрать определенный способ заражения. Чтобы проверить свое предположение, ученые поместили некоторое количество вирусов в сосуд с бактериями Bacillus subtilis, и отметили, что вирусы предпочитают сразу убивать бактерии. Затем они аккуратно убрали из сосуда и бактерии, и вирусы, не трогая белковые следы, оставленные вирусами. Эти белки добавили к свежей культуре Bacillus subtilis и phi3T. В новом эксперименте вирусы вели себя иначе – они предпочитали засыпать, оставив свой геном внутри бактерий. Молекулу, которая при этом была активна, назвали «arbitrium» (от латинского «решение»).
Дальнейшие исследования показали, что arbitrium выделяется тогда, когда зараженная вирусом бактерия умирает. Если умерло большое количество бактерий – уровень arbitrium повышается, и вирусы прекращают убивать бактерии, засыпая на некоторое время, пока бактерии снова не размножатся в достаточном количестве. Возможно, arbitrium – не единственный способ коммуникации вирусов, и, скорее всего, не только бактериофаги могут общаться между собой. Есть вероятность, что передавать друг другу сигналы могут и те вирусы, которые поражают гораздо более сложные, чем бактерии, организмы – в том числе людей.
То, что бактерии способны общаться друг с другом с помощью электрохимических сигналов – наподобие того, как общаются между собой нервные клетки – обнаружили специалисты из Калифорнийского университета в Сан-Диего (University of California in San Diego) осенью 2015 года. Они заинтересовались особенностями роста и питания больших бактериальных скоплений – их увеличение носило скачкообразный характер, периодически колонии переставали расти. Выяснилось, что когда бактерии, находящиеся в середине колонии, начинают голодать, они посылают особый электрохимический сигнал на периферию. Получив этот сигнал, бактерии по краям перестают употреблять питательные вещества (а колония прекращает расти), и начинают передавать их в центр, пока его обитатели не насытятся и не прекратят сигналить. После этого колония снова начинает расти.
Сейчас исследования на эту тему продолжаются, и сотрудники Калифорнийского университета в Сан-Диего открыли новые взаимодействия. Бактерии, заявили специалисты, общаются не только с себе подобными, но и с другими микроорганизмами. Ученые обнаружили, что Bacillus subtilis, формирующие вместе с грибками и одноклеточными биопленку, регулируют численность микроорганизмов в своей среде обитания. Биопленка – это тонкий слой таких организмов, располагающийся на какой-либо поверхности. Благодаря совместной работе бактерии и их соседи эффективно сопротивляются антибиотикам и химическим воздействиям. Если бактерии «решают», что их биопленка имеет слишком маленький объем – они посылают электрические сигналы наружу, выпуская ионы за ее пределы. Другие микроорганизмы, получив такой сигнал, воспринимают его как пригласительный билет и присоединяются к биопленке.
Как лапы геккона помогают решать проблему космического мусора
Прямо сейчас более полумиллиона единиц космического мусора (в основном это фрагменты спутников и зондов) вращаются вокруг нашей планеты. Этот мусор представляет угрозу для спутников, космических аппаратов и космонавтов на борту этих транспортных средств.
Учёные ищут самые разные способы избавления от космических загрязнений. Один из самых перспективных проектов стартовал ещё в 2014 году, когда совместными усилиями учёных и инженеров из NASA, Стэнфордского университета и Агентства передовых оборонных исследовательских проектов DARPA была создана уникальная технология, позволяющая людям карабкаться по абсолютно гладким стеклянным стенам.
Эту систему учёные создали, вдохновившись ящерицами гекконами, которые могут часами висеть на гладком потолке или стекле, не прикладывая практически никаких усилий. Даже мёртвые животные сохраняют свою уникальную способность. Секрет в том, что лапки геккона покрыты множеством микроскопических волосков, сцепляющихся с опорной поверхностью посредством ван-дер-ваальсовых сил.
Исследователи из Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) решили адаптировать эту технологию под захват и утилизацию космического мусора, который скапливается на орбите Земли. Захваты, разработанные инженерами, имитируют структуру лапок геккона до мельчайших подробностей благодаря наличию пучка из синтетических волосков, называемых стебельками. Кончик каждого стебелька фактически представляет собой крошечную присоску. Как только захватам сообщается некоторая сила, поверхность контакта волосков и объекта увеличивается, они сцепляются, то есть при прижатии захвата к поверхности можно захватывать любой объект. А как только сила надавливания уменьшается, то «липкость» захвата постепенно сходит на нет.
И вот теперь специалисты впервые продемонстрировали, как технология работает на практике. Они представили небольшого (размером с тостер) робота, конструкция которого во многом повторяет анатомию гекконов.
Устройство способно захватывать, удерживать и перемещать даже предметы в условиях микрогравитации, при этом форма объекта и его гладкость не имеют значения. А всё потому, что в разработке присутствует личное изобретение учёных из Стэнфорда – так называемый сухой клей.
По словам члена исследовательской группы и разработчика «космического клея» Хао Цзяна (Hao Jiang), стандартный липкий материал не очень хорошо работает в космосе. Некоторые клеи замерзают в холодном пространстве или плавятся на солнечных лучах. Они также могут кипеть, испаряться, высыхать или денатурироваться в бесполезную слизь или порошок. Хуже того, многие клеи работают только в том случае, если два объекта плотно прижаты друг к другу, однако в космосе (вспоминаем первый закон Ньютона) они могут просто оттолкнуться друг от друга.
Там, где даже случайный толчок может отправить тело в далёкий полёт (а космический мусор, кстати, подчас разгоняется до скорости), нужно что-то принципиально новое, полагают эксперты. Здесь важнее всего манёвренность.
Отталкиваясь от этой идеи, инженеры сделали для своего робота-уборщика захваты, покрытые шипами – каждый шириной в 0,1 миллиметра. Они имитируют волоски на лапках геккона: при контакте с объектом они прилипают к гладкой поверхности.
Листов, покрытых шипами и нанесённых на захваты, использовали по два на каждую «роборуку»; кроме того, учёные добавили шкивы (фрикционные колёсики, которые передают движение приводному ремню или канату за счёт силы трения). При контакте с объектом эти шкивы помогали листам с шипами равномерно распределять нагрузку, а также двигаться – таким образом увеличивалась прочность захвата (цель захватывали сразу два набора шипов).
Такая технология помогает небольшому роботу удерживать даже крупные обломки космического мусора, отмечают авторы. Кстати, по приблизительным оценкам, из полумиллиона фрагментов мусора порядка 20 тысяч в поперечнике более десяти сантиметров.
Разработчики протестировали своего робогеккона в условиях временной невесомости – в параболическом полёте и в сжатом воздухе на базе Лаборатории реактивного движения NASA, а также отправили прототип на МКС – для проверки в реальных условиях. Первый тест показал, что устройство способно аккуратно захватывать и перемещать предметы форме куба, цилиндра и даже сферы, в JPL робот автономно крепился на объектах, которые более чем в сто раз превышали его размеры и массу, а на МКС аппарат провисел на стене в течение нескольких недель.
Одним из заданий для робота было догнать другого и вернуть его на место. И робогеккон успешно с этим справился, несмотря на то, что вес его цели составлял порядка 300 килограммов.
Теперь команда планирует протестировать захват объектов в вакууме, но для этого прототип ещё нужно будет доработать. В частности, инженерам предстоит усовершенствовать материалы, из которых создан робот: они должны быть долговечными и не бояться радиации и экстремальных температур.
К слову, разработчики уже отметили ещё одно потенциальное применение для их роботизированного геккона: теоретически он может помогать при стыковке космических аппаратов, а также перемещаться по ним снаружи для починки.
Полный текст исследования с описанием робота-уборщика космического мусора опубликован в издании Science Robotics.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Растения запоминают случаи засухи и включают гены для борьбы с ними
Растения способны запоминать, как часто за сезон происходят случаи засухи, и включают гены борьбы с недостатком воды сообразно количеству и периодичности безводных дней, которые они пережили до этого, заявляют американские биологи в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
Многие растения способны «запоминать» некоторые события в их жизни или даже передавать их следующему поколению при помощи так называемых эпигенетических механизмов. В этих случаях меняется не сама молекула ДНК, а «сложность» ее считывания клеточными механизмами. Добавление небольших молекул (метильных групп) к отдельным нуклеотидам, «кирпичикам» ДНК, затрудняет их считывание, благодаря чему тот или иной ген будет считываться реже, чем его обычная копия.
При помощи этих изменений некоторые арктические растения приспосабливаются к колебаниям климата, а черви-нематоды управляют работой генов долгожительства.
Группа биологов под руководством Зои Аврамовой из университета штата Небраска в городе Линкольн (США) обнаружила механизм эпигенетического приспособления к засухам, наблюдая за реакцией ростков арабидопсиса (Arabidopsis thaliana) на засушливые периоды.
Аврамова и ее коллеги вырастили несколько кустов арабидопсиса в пробирках с питательной жидкостью. Каждый день они извлекали растения из сосудов и помещали их в сушилку на два часа, после чего возвращали в благоприятные условия до наступления следующих суток. После каждого сеанса «засухи» они замеряли количество воды в листьях и брали небольшие пробы ДНК и других молекул из клеток арабидопсиса.
Оказалось, что растения постепенно приспосабливались к регулярным засухам: доля воды в их листьях после «высушивания» неуклонно увеличивалась с каждым эпизодом обезвоживания.
Этот феномен сопровождался одновременным ростом активности генов RD29B и RAB18 во время каждого сеанса сушки. Иными словами, при каждой новой «засухе» эти гены были активнее, чем во время предыдущего периода безводья. В частности, частота считывания этих генов увеличилась в три раза на четвертый день эксперимента.
По словам биологов, растения обладают достаточно слабой памятью — «воспоминания» о пережитых засухах исчезают уже через неделю после обитания в комфортных условиях. Ученые полагают, что именно поэтому другие группы исследователей не могли обнаружить данный феномен.
Аврамова и ее коллеги планируют продолжить свои исследования «для определения тех сигнальных путей и механизмов, которые формируют эпигенетическую «память» на засухи в клетках растений».