Мир дикой природы на wwlife.ru
Вы находитесь здесь:Новости>>Новости Эволюции


Новости Эволюции (142)

3D-реконструкция спинного хребта четвероногих показала, что первые сухопутные животные передвигались подобно современным тюленям.

Ихтиостега (реконструкция Джулии Молнар)Ихтиостега (реконструкция Джулии Молнар)В числе участников исследования была ихтиостега — зубастое создание свирепого вида, жившее 374−359 млн лет назад и являвшееся переходным видом между рыбами и сухопутными животными. Ихтиостега обитала в мелководье и болотах, привлечённая туда, скорее всего, изобилием пищи. По-видимому, она могла вылезать на пологий берег на передних лапах, либо подскакивая в манере илистых прыгунов, либо, что более вероятно, подтягивая тело наподобие ластоногих.

Позвонки ихиостеги (изображение Julia Molnar)Позвонки ихиостеги (изображение Julia Molnar)Ведущий автор исследования Стефани Пирс из Кембриджского университета (Великобритания) полагает, что полученный результат заставит переписать учебник по эволюции позвоночника среди ранних животных с конечностями.

Хребет изучался следующим образом. Первым делом останки возрастом около 360 млн лет обрабатывались синхротронным излучением высокой энергии. Тем самым удалось получить рентгеновское изображение с высоким разрешением. Это и позволило произвести реконструкцию вымершего позвоночного с исключительной детализацией.

Сегодня все четвероногие обладают позвоночником, который сформирован костяными сегментами (позвонками), связанными в один ряд от головы до хвоста (или таза). У современных тетраподов (в том числе у человека) каждый позвонок представляет собой одну кость, тогда как у ранних позвоночных они состояли из нескольких частей.

Грудной отдел ихтиостеги под разными углами. Цветом обозначены (по легенде слева направо) шейные рёбра, клейтрум, грудные рёбра, нейральные дуги, интерцентры, плевроцентры и грудинные элементы. (Изображение Royal Veterinary College / S. Pierce.)Грудной отдел ихтиостеги под разными углами. Цветом обозначены (по легенде слева направо) шейные рёбра, клейтрум, грудные рёбра, нейральные дуги, интерцентры, плевроцентры и грудинные элементы. (Изображение Royal Veterinary College / S. Pierce.)На протяжении более чем ста лет считалось, что позвонки ранних тетраподов состояли из трёх наборов костей: кость спереди, кость сверху и пара сзади. Новое исследование показало, что всё наоборот. Первая кость (intercentrum) в действительности задняя. Это важно, поскольку понимание того, как состыковывались кости, позволяет оценить подвижность позвоночника и тем самым составить модель распределения сил между конечностями.

Сканирование позвонка в ESRF (изображение ESRF / I. Montero)Сканирование позвонка в ESRF (изображение ESRF / I. Montero)Специалисты не только установили, что ихтиостега ползала подобно тюленю, но и обнаружили ряд костей, простиравшийся сверху до середины её груди. Вероятно, это одна из наиболее ранних попыток создания грудины. Такое образование помогало поддерживать вес во время передвижения по суше.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

 


 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

Современное учение об эволюции представляет собой сложнейший сплав самых разных биологических дисциплин, от старых и уважаемых систематик животных и растений до новейшей молекулярной биологии. Что бы ни появлялось нового в смысле концепций, теорий и методов, эволюционное учение попробует это применить к своему предмету. Предмет же эволюционного учения сложен чрезвычайно, ведь теория эволюции изучает саму жизнь в её самых универсальных проявлениях, в развитии и взаимоотношениях с неживой природой. (Хотя мы допускаем, что с научной точки зрения такое определение предмета теории эволюции будет не вполне строгим.) В этом смысле можно сказать, используя уже весьма подзатёртое сравнение, что теория эволюции — это царица биологии.

Схема молекулы рибозима. С похожих молекул могла начаться жизнь на Земле (рисунок Laguna Design).Схема молекулы рибозима. С похожих молекул могла начаться жизнь на Земле (рисунок Laguna Design).И, разумеется, не проходит и года, чтобы биологи-эволюционисты не придумали, не подправили, не опровергли какую-нибудь из эволюционно-экологических закономерностей. Уходящий год не стал исключением, и тут, пожалуй, следует начать с концепций и гипотез, касающихся происхождения жизни — вечной темы, что волнует умы не только учёных мужей, но и весьма далёких от науки представителей рода человеческого. (Опять-таки в скобках заметим, что вопросы происхождения жизни, возможно, в теорию эволюции не входят, но мы их сюда на свой страх и риск включили, исходя из, может быть, весьма наивного соображения: ведь должна же эволюция жизни с чего-то начинаться!) Любая гипотеза о происхождении жизни должна объяснять несколько важных моментов: во-первых, живой организм должен копировать и передавать наследственную информацию; во-вторых, он должен быть отделён от окружающей среды мембраной или чем-то подобным; в-третьих, у него должен быть какой-никакой метаболизм, чтобы строить биомолекулы и самого себя из этих биомолекул.

Как известно, одной из самых популярных гипотез, объясняющих появление механизма сохранения и передачи информации в живых системах, стала гипотеза мира РНК. Наследственной информацией у нас заправляют нуклеиновые кислоты, но — только с помощью белков. Однако после открытия рибозимов стало понятно, что иногда нуклеиновые кислоты могут обходиться и без помощи белков. Это и подтолкнуло создание гипотезы мира РНК. Согласно ей, первыми молекулами на Земле были РНК, которые сами себя копировали, а уже потом к ним присоединились ДНК и белки, информация о которых уже могла записываться на нуклеиновых носителях. И в этом году группе исследователей из нескольких научных центров в США удалось поставить любопытный эксперимент, который показал, как в таком РНК-супе могла начаться эволюция. Оказалось, что в смеси рибозимов преимущество получают те молекулы, которые копируют других, а не себя. То есть запуск эволюции, процесс передачи информации вовсе не обязательно должен начинаться с самокопирования (этого, кстати, с рибозимами никому не удавалось достичь). Важно, чтобы молекулы-прародители могли работать не только со своей последовательностью, но и с чужой. Здесь, конечно, можно сказать о молекулярной взаимопомощи, но это уже будет чистой воды антропоморфизм.

Хорошо, пусть у нас существуют молекулы РНК, которые могут хранить и копировать информацию. Вопрос: как они встречаются в бескрайнем первичном океане? Если предположить, что они плавали в мембранных пузырьках, то получается, что, кроме одних сложных биомолекул, РНК, на заре жизни существовали и другие, которые организовывали мембраны, например, те же липиды. Однако, как показали эксперименты учёных из Пенсильванского университета (США), молекулы РНК могли группироваться и без участия сложносочинённых мембран. Оказалось, РНК любят концентрироваться в смеси довольно простых веществ, декстрана и полиэтиленгликоля, — их появление в видном растворе собирает РНК в ограниченной зоне. Существование на заре времён таких простых веществ, как декстран и полиэтиленгликоль, вполне вероятно. И с их помощью мир РНК мог обходиться без мембран.

Молекулярная модель большой частицы рибосомы дрожжей; разными цветами выделены разные белки. (Рисунок Laguna Design.)Молекулярная модель большой частицы рибосомы дрожжей; разными цветами выделены разные белки. (Рисунок Laguna Design.)Однако далеко не все согласны отдавать лавры основателей жизни одним лишь РНК. Учёные из Университета Иллинойса (США) полагают, что белки и РНК возникли и какое-то время существовали бок о бок, и лишь спустя какое-то время РНК позвали полипептидные цепи на помощь. Исследователи попробовали восстановить генеалогию и возраст разных фрагментов рибосомы, сложной нуклеопротеидной машины, которая и переводит язык нуклеиновых оснований в аминокислотную последовательность. Оказалось, что белки, образующие рибосому, ничуть не моложе соответствующих фрагментов РНК. Более того, важнейший реакционный центр рибосомы оказался моложе других её частей. Но даже если белки существовали до того, как объединились с РНК, остаётся вопрос, как они поддерживали свою структуру? Как они хранили информацию о самих себе?

Что же до происхождения метаболизма, то специалистам из Института Санта-Фе (США) удалось вроде бы вполне убедительно показать, что химические реакции, с помощью которых живые организмы манипулируют углеродом, существовали в древнейшей геохимии, хотя и были довольно неэффективными. То есть живые организмы подобрали из неживой природы что-то неочевидное и плохо работающее и с помощью миллионов лет эволюции сделали из этого вполне действенный метаболический аппарат. Другой вопрос, где живые организмы этим занимались. Общепризнанному мнению о том, что «жизнь возникла в океане», в уходящем году предъявили контраргументы. Группа исследователей, среди которых есть и наши соотечественники из МГУ, весьма небезосновательно предположила, что первые организмы не смогли бы выжить в тех солевых пропорциях, которые существовали в доисторическом океане. А потому первые эволюционные шаги жизнь должна была делать не в океанских глубинах и просторах, а на суше, в грязевых лужах, чей состав был более щадящ к первым живым существам.

Хоанофлагеллаты одиночные (слева) и образующие колонии после питания бактериями (справа). (Фото Rosanna A. Alegado / University of California, Berkeley.)Хоанофлагеллаты одиночные (слева) и образующие колонии после питания бактериями (справа). (Фото Rosanna A. Alegado / University of California, Berkeley.)Следующее эволюционное событие, которое в уходящем году пользовалось особым вниманием исследователей, это появление многоклеточных организмов. Эпизод этот относится, если можно так сказать, к проблемам повышенной фундаментальности, а чем фундаментальнее проблема, тем труднее найти для неё непротиворечивую теорию. Многоклеточность имеет очевидные плюсы, но что заставило древних одноклеточных перейти к такому состоянию? Тем более что в современном мире одноклеточные не такая уж забитая и угасающая группа, достаточно вспомнить бактерии и океанический одноклеточный планктон. Остроумное объяснение предложили исследователи из Калифорнийского университета в Беркли (США), работавшие с хоанофлагеллятами, которые, как считается, стоят на грани между одно- и многоклеточностью. По мнению учёных, предки многоклеточных объединились благодаря бактериям, точнее, благодаря некоторым веществам, которые содержат бактерии. Одноклеточные питались бактериями, а то вещество, которое в бактериях содержалось, склеивало многоклеточных вместе, в колонию. Не слишком аппетитная гипотеза, если вдуматься.

Ещё один удивительный результат получили учёные из Университета Миннесоты (США), у которых дрожжи превратились из одноклеточных в многоклеточные образования всего за… 60 дней. Движущей силой тут стала гравитация: чтобы быстрее осесть на дно, клетки дрожжей объединялись со своими родственниками, причём в получившихся кластерах разные клетки вели себя по-разному, то есть демонстрировали основные признаки зарождающегося многоклеточного «самосознания». Но самое удивительное тут, конечно же, сверхсжатые сроки, за которые это произошло. Ну и самая, пожалуй, удивительная гипотеза о происхождении многоклеточности вышла из-под пера Стюарта Ньюмана из Медицинского колледжа Нью-Йорка (США). Уважаемый профессор сравнил базовые структурные блоки, которые есть у самых разных животных, с вязкоупругими химическими субстанциями и пришёл к выводу, что первые многоклеточные сформировались под действием физико-химических сил, которые не влияют на одиночные клетки, но неизбежно вступают в свои права, если клеткам вздумается объединиться.

Вообще, эволюционное учение в последнее время стало необычайно широко пользоваться экспериментальными методами, хотя, казалось бы, с эволюцией ассоциируются миллионы и миллионы лет, о каких экспериментах тут может идти речь? Тем не менее исследователи вдруг поняли, кто им поможет поверить экспериментом тайны эволюции. Помощниками оказались бактерии и дрожжи: благодаря высочайшей скорости размножения они могут проявить эволюционные закономерности за вполне разумное время, нужно лишь правильно спланировать эксперимент. И с помощью этих микроскопических помощников в прошлом году удалось проверить ряд важнейших эволюционных концепций, которые до сих пор существовали только в виде умозрительных рассуждений. Так, исследователи из Мичиганского университета (США) сумели сопоставить генетическое понятие мутации и фенотипическое понятие признака. У вируса новый признак формировался за четыре мутации, бактериям для этого требовалось больше полусотни. В данном случае важна не столько абсолютная цифра (понятно, что для разных организмов и для разных признаков она будет разной), сколько сам способ, позволяющий оценить взаимодействие генов при формировании признака и число мутаций, которые должны в них попасть. И опять же с помощью бактерий удалось наблюдать увидеть целый эволюционный цикл: 56 тысяч поколений бактерий и 20 лет эксперимента позволили учёным увидеть три стадии формирования признака и сопоставить их с фенотипическими изменениями.

Пекарские дрожжи — одни из главных «рабочих лошадок» современной биологии (Dennis Kunkel Microscopy.)Пекарские дрожжи — одни из главных «рабочих лошадок» современной биологии (Dennis Kunkel Microscopy.)В свою очередь, дрожжи помогли исследователям из Университета Окленда (Новая Зеландия) подтвердить экспериментально одну из главных концепций в биологии: половое размножение с эволюционной точки зрения лучше, чем бесполое. Однако можно возразить, что все эти эксперименты ставятся на довольно специфических объектах, бактериях и одноклеточных грибах, а у них эволюция может идти иными путями. Но, как оказалось, по крайней мере у бактерий новые виды образуются так же, как у животных: за счёт генетического разнообразия внутри популяции, которое проявляется при смене экологических условий. То есть нет необходимости придумывать для бактерий какую-то свою, отдельную эволюцию.

Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.)Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.) Безусловно, нельзя не упомянуть эксперимент исследователей из Университета Род-Айленда (США), которые сумели увидеть эволюцию не в пробирке, не среди бактерий, а среди ящериц. Учёные задумали проверить, существует ли на самом деле эволюционно-генетический эффект, называемый эффектом основателя, когда расселяющиеся маленькие популяции оказываются между молотом и наковальней — между естественным отбором и собственным небогатым (из-за расселения) генофондом. Так вот, в течение нескольких лет учёные воочию наблюдали борьбу между двумя эволюционным факторами, которые раньше существовали только в теории. Правда, нельзя не признать, что с условиями эксперимента зоологам повезло: в их распоряжении оказались острова, очищенные от большей части фауны сильнейшим ураганом.

Из других новостей на тему общеэволюционных законов следует отметить два сообщения о молекулярных механизмах эволюции. В Стэнфорде (США) на примере колюшки была подтверждена известная гипотезу о том, что большая часть эволюционных изменений заключается в перетасовке уже имеющихся генов, нежели в создании новых. То есть у вида создаётся несколько генетических сценариев для жизни, из которых один работает, а другие спят. Если же возникает надобность, происходит переключение между этими генетическими наборами, благодаря мутациям в нескольких управляющих последовательностях ДНК. Именно так, по словам учёных, колюшкам удалось быстро перейти из морей в солёные водоёмы. И именно так, кстати говоря, мог возникнуть человек: по мнению некоторых исследователей, мы отличаемся от обезьян в первую очередь способом управления генами.

В другой работе, опубликованной учёными из Массачусетского технологического института (США), говорится о том, что главным молекулярным инструментом эволюции, главным молекулярным механизмом, обеспечивающим приспособление вида к среде, может быть альтернативный сплайсинг РНК. Во всяком случае, согласно результатам этой научной группы, разные виды отличаются друг от друга не столько активностью генов, сколько способами альтернативного сплайсинга.

Из более частных эволюционных исследований, которые касаются развития отдельных групп животных, можно напомнить о работе исследователей из Смитсоновского института изучения тропиков (США) и Университета Вагенингена (Нидерланды), которые пришли к выводу, что мелкие грызуны благодаря своим воровским повадкам спасли доисторические леса от вымирания. А исследователи из Университета Монаша в Австралии попробовали посчитать, сколько времени требуется эволюции, чтобы превратить мышь в слона и обратно — и тут эволюция поразила своей медлительностью. И, конечно, отдельная тема — это происхождение человека и эволюция самого человека. Про переход от обезьян к человеку и его эволюционно-генетические причины можно узнать в соседнем материале. Здесь же стоит упомянуть об экспериментах исследователей из Тринити-Колледжа (Ирландия), которые с помощью симулятора эволюции показали, что сложная общественная жизнь идёт рука об руку с развитием больших нейронных систем. То есть, грубо говоря, развитие мозга лучше происходит в обществе.

Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.)Ящерицы из рода анолисов стали участниками уникального эволюционного эксперимента. (Фото Jim Merli.)Однако, отделившись от обезьян и сформировав первые цивилизации, человек отнюдь не вышел из-под власти эволюции и естественного отбора. Так, учёные из Университета Шеффилда (Великобритания) показали влияние естественного отбора на человека на примере популяционной динамики в нескольких финских деревнях. Оказалось, что даже в моногамном обществе есть эволюционные изменения признаков, которые можно наблюдать на протяжении нескольких сотен лет. Можно предположить, что в современном мире, с развитием медицины, средств контрацепции, и т. д. и т. п. не найдётся места не только для старых традиционных сообществ, но и для эволюции. Однако исследователи из Университета Гронингена (Нидерланды) утверждают, что естественный отбор по сей день действует даже на такой важный с точки зрения эстетики и моды параметр, как рост: хотя современные мужчины и женщины предпочитают высоких партнёров, эволюция благоприятствует высокорослым мужчинам, но низкорослым женщинам.

 Долгое время феномен менопаузы не мог найти объяснения у учёных. Человек — одно из редчайших исключений среди животных, наши особи женского пола с некоего возраста теряют способность давать потомство. Эта странная и эволюционно нерациональная стратегия, кажется, нашла своё объяснение в теории: менопауза нужна, чтобы бабушки смогли заботиться о потомстве своих детей, тем самым повышая его выживаемость. Именно благодаря менопаузе, по мнению исследователей из Университета Турку (Финляндия), пожилая женщина может отдать своё время и силы ребёнку своей дочери или невестки, не отвлекаясь на собственных малышей. Эта гипотеза и раньше существовала, но на этот раз её проверили на человеческой популяции. Забота бабушек принесла свои плоды — антропологи из Университета Юты и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (оба — США) подтвердили, что благодаря бабушкам человек стал жить дольше.

Можно ли вылечить рак с помощью теории Дарвина? (Фото Moredun Animal Health.)Можно ли вылечить рак с помощью теории Дарвина? (Фото Moredun Animal Health.)Выше мы назвали эволюционное учение царицей биологии. Злые языки могли бы сказать, что это в полном смысле царица: пользуясь результатами и методами других областей, она ничего не даёт взамен в смысле практической пользы, что пользы от неё как от козла молока (эволюционно совершенно непредставимая вещь, хотя и возможная с точки зрения генной инженерии). Это не совсем так — выводы, сделанные в рамках эволюционного учения, могут пригодиться другим, более практическим областям. Вот примечательный пример: учёные из Онкоцентра имени Х. Ли Моффита (США) опубликовали работу, в которой именно с помощью эволюционной теории объясняют удивительную способность раковых клеток противостоять химиотерапии. Собственно, исследователи рассматривают опухоль как популяцию, которая подчиняется соответствующим эволюционно-экологическим законам. Если гипотеза верна, то онкологам, чтобы справиться с раком, нужно в корне пересмотреть подходы к лечению. И, возможно, что именно благодаря эволюционной теории мы когда-нибудь победим рак. (Заметим, что уподобление рака популяции ещё не столь радикальный шаг — по сравнению с прошлогодней работой, в которой рак уподоблялся единому организму и предлагался едва ли не на роль нашего предка.)

Из иных результатов эволюционных изысканий, которые могут пригодиться с практической точки зрения, можно упомянуть о том, как климатические изменения играют на руку паразитам, а также о генеалогии зловещих лихорадок Эбола и Ласса, которые оказались гораздо старше, чем о них думали. И то, и другое пригодилось бы для эпидемиологов и вообще врачей, которые много бы дали за то, чтобы знать, чего можно ждать от инфекции в будущем.

Златокрот (фото Inspector Lewis)Златокрот (фото Inspector Lewis)В действительности, как легко заметить, современная теория эволюции больше всего напоминает некий призрак, неуловимую сущность, которая возникает на стыке самых разных дисциплин, от психологии до иммунологии. Так что имеет смысл говорить не столько об отдельной дисциплине, сколько об эволюционном подходе, который может стать мощным оружием в познании живого мира — всё равно, идёт ли речь об отвлечённо-высокой загадке происхождения жизни или о «низменных», повседневно-медицинских иммунологических вопросах. 

Однако, несмотря на всё величие и мощь эволюционного подхода, срабатывает он не всегда. И уходящий год дал нам два любопытных примера, когда биологам-эволюционистам оставалось только развести руками. Первый пример — это бактерии из пещеры Лечугия, что в американском штате Нью-Мексико. Местные микробы сумели приобрести устойчивость к большинству современных антибиотиков, хотя были изолированы от окружающей среды в течение последних тысячелетий, — феномен, который нельзя объяснить с эволюционно-генетической точки зрения. Вторым номером идёт златокрот: появление у этого удивительного животного переливающегося золотистого меха невозможно объяснить никакой эволюционной потребностью, и учёным приходится говорить, что в данном случае мы имеем дело с «побочным и бесполезным продуктом каких-то других эволюционных превращений».

 


 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

Устройство головы зародышей миксин — примитивных бесчелюстных и беспозвоночных животных — оказалось идентичным аналогичной части тела древних панцирных рыб, и ее изучение поможет биологам прояснить историю эволюции челюстей, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature.

Зародыш миксины внутри икринки. Темное пятно слева - его будущая голова
Зародыш миксины внутри икринки. Темное пятно слева - его будущая голова
Первые позвоночные существа обладали хорошо развитым черепом и позвоночником, но у них отсутствовали челюсти и костистые конечности-плавники. Считается, что первые челюстные рыбы появились в девонском периоде, который начался 416 миллионов лет назад. Большинство палеонтологов связывают появление челюстного аппарата с возникновением двух независимых ноздрей и их отделением от ротовой полости.

Группа биологов под руководством Ясухиро Оиси (Yasuhiro Oisi) из университета Кобе (Япония) нашла способ изучить процесс разделения единого обонятельного органа на две половины, изучив структуру будущих органов обоняния и некоторых частей мозга в зародыше миксин (Eptatretus burgeri).

Миноги (Lethenteron japonicum) и миксины относятся к числу ближайших родственников современных рыб. Зародыши миног достаточно долго изучаются учеными в качестве наглядного пособия по эволюционной истории позвоночных. С другой стороны, яйца и личинки миксин практически не изучались в последние 100 лет из-за их необычного цикла размножения.

Оиси и его коллеги восполнили этот пробел в биологии, вырастив несколько эмбрионов из искусственно оплодотворенных икринок миксин в лаборатории. Ученые непрерывно следили за развитием зародыша миксины, отмечая то, как развиваются ее обонятельные органы и передняя доля гипофиза — участок мозга, структура которого быстрее всего менялась по мере эволюции рыб.

Оказалось, что зародыши миног и миксин развиваются примерно одинаково, несмотря на существенные различия в устройстве органов обоняния и передней доли гипофиза у взрослых особей.

По словам биологов, обонятельные органы и гипофиз в зародыше миксин развиваются из одной и той же клеточной пластинки. Это крайне примитивная черта — аналогичные части тела в голове современных рыб формируются из отдельных зародышевых "листков".

Данный факт позволил ученым предположить, что зародыш миксин может быть близким по своему устройству к телу примитивных рыб, населявших моря Земли в палеозое. Они проверили эту гипотезу, сравнив структуру органов обоняния и гипофиза зародыша и некоторых древних обитателей океана, в том числе костнопанцирных (Osteostracans) и беспанцирных (Anaspida) рыб, а также галеаспидов (Galeaspida).

Как отмечают исследователи, структура обонятельных центров и гипофиза в мозге этих рыб была несколько ближе к зародышам миксин, чем к примитивным челюстным рыбам. Это позволяет говорить о том, что миксины сохранили в себе черты, присущие для общего предка челюстных и бесчелюстных рыб.

Оиси и его коллеги полагают, что дальнейшее изучение зародышей миксин поможет нам лучше понять, почему возникли челюсти, и какие части тела рыбы были задействованы в процессе их "рождения".

 


 

Источник:  РИА Новости


 

Понедельник, 10 Декабрь 2012 23:20

День, когда фотосинтез изменил мир

Автор

Миллиарды лет назад маленькая сине-зелёная водоросль расщепила молекулу воды и выпустила яд, результатом действия которого стали смерть и разрушения в огромных масштабах. Речь о фотосинтезе, кислороде и гибели анаэробных жителей Земли.

Фото Michael HunterВпервые геологи обнаружили свидетельства важнейшего эволюционного этапа, непосредственно предшествовавшего расщеплению воды цианобактериями. Это уникальный «снимок» момента перед тем, как мир приобрёл современный облик: с появлением фотосинтеза атмосфера наполнилась кислородом, и тем самым была проложена дорога к нынешнему разнообразию форм жизни. Это самое большое изменение в истории биосферы. 

Фотосинтез как метод производства энергии организмом возможен при наличии света и источника электронов. В нашем мире таким источником выступает вода, а кислород становится побочным продуктом реакции. Фотосинтез появился около 3,4 млрд лет назад, но нет никаких признаков образования кислорода в те далёкие времена. Скорее всего, древние организмы вместо воды пользовались сероводородом. Судя по окисленным минералам, фотосинтез в том виде, в котором мы знаем его сегодня, возник примерно 2,4 млрд лет назад.

Как же это произошло? Для ответа на этот вопрос Вудворд Фишер из Калифорнийского технологического института (США) и его коллеги изучили южноафриканские породы, сформировавшиеся незадолго до знаменательного рубежа. Анализ показал, что, несмотря на образование пород в бескислородных условиях, весь марганец находится там в окисленной форме.

При отсутствии атмосферного кислорода марганец нуждался в каком-то катализаторе для окисления. Учёные считают, что некий фотосинтезирующий организм пользовался марганцем в качестве источника электронов. Остававшиеся от этих реакций нестабильные ионы марганца реагировали с водой и образовывали оксиды.

Комментаторы приветствуют гипотезу, ибо она согласуется с предсказаниями эволюционной теории. Окисление марганца по-прежнему играет важную роль в фотосинтезе. В фотосинтезирующих структурах современных растений и водорослей расположены богатые марганцем кристаллы, которые становятся источником электронов. Для восполнения дефицита кристаллы отбирают электроны у проходящих мимо молекул воды. Именно этот «грабёж среди бела дня» расщепляет последние и производит тот кислород, которым мы дышим.

У этого сложного процесса, скорее всего, очень простые корни. В 2007 году Джон Аллен из Колледжа королевы Марии Лондонского университета (Великобритания) и Вильям Мартин из Дюссельдорфского университета (ФРГ) предложили следующий сценарий: по их мнению, современный фотосинтез родился, когда ранняя цианобактерия случайно оказалась в водной среде, богатой марганцем, и быстро адаптировалась к новому источнику электронов.

Поскольку марганец — сравнительно редкий ресурс, запасы которого не бесконечны, цианобактерии позже выработали другую стратегию. Они включили марганец непосредственно в свои фотосинтезирующие структуры и стали пользоваться последними как аккумуляторами: как только электроны заканчивались, они брали их из другого, более обильного источника, то есть воды.

Поэтому то, что нашла группа г-на Фишера, почти наверняка является остатком деятельности примитивных цианобактерий.

Результаты исследования были представлены на конференции Американского геофизического союза.

 


 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

Считается, что хлоропласты — фотосинтетические органеллы растений и водорослей — возникли в результате симбиоза: когда-то давным-давно нефотосинтезирующие клетки предоставили внутри себя убежище фотосинтезирующим. Постепенно фотосинтетики, поселившиеся внутри, упростились и превратились в хлоропласты. Однако не все хлоропласты имеют одно происхождение. Чаще всего, полагают учёные, они образовывались из цианобактерий. Однако зелёные и красные водоросли получили свои хлоропласты, по-видимому, «проглотив» какие-то эукариотические, небактериальные клетки, которые уж имели к тому времени хлоропласты. В некоторых случаях от ядра поглощённых клеток-фотосинтетиков остался так называемый нуклеоморф — редуцированное клеточное ядро, находящееся между мембранами хлоропласта. И это помимо собственного генома пластиды, оставшегося от бактерии, которую поглотил первый хозяин.

Схема развития эндосимбиоза, благодаря которому возникли водоросли-«матрёшки» (рисунок John M. Archibald / Dalhousie University)Схема развития эндосимбиоза, благодаря которому возникли водоросли-«матрёшки» (рисунок John M. Archibald / Dalhousie University)Иными словами, перед нами двойной эндосимбиоз: сначала один эукариот поглощает цианобактерии, а потом второй эукариот поглощает первого с его хлоропластами, в которые превратились цианобактерии. Чтобы лучше понять эволюционный путь такой «матрёшки», исследователи из Объединённого института геномных исследований (США) и Университета Дальхауз (Канада) сравнили геномы двух микроскопических водорослей, Bigelowellia natans и Guillardia theta, относящихся к криптофитовым и хлорарахниофитовым водорослям. Обоих называют «живыми ископаемыми» — из-за нуклеоморфа в хлоропластах. Учёные проанализировали последовательности всех геномов: собственного ядерного генома водоросли, ДНК митохондрий, ДНК хлоропласта и ДНК нуклеоморфа хлоропласта. Причём отдельно сравнивались полные геномы водорослей и транскриптомы, то есть РНК, синтезированная на активных генах.

Криптофитовая водоросль-«матрёшка» Guillardia theta (фото Geoff McFadden / University of Melbourne)Криптофитовая водоросль-«матрёшка» Guillardia theta (фото Geoff McFadden / University of Melbourne)Как пишут авторы в журнале Nature, и Bigelowellia natans, и Guillardia theta имеют на удивление сложную систему ферментов, необходимых для фиксации углерода и вообще углеродного обмена. Но ответ на главный вопрос — зачем водорослям понадобилось сохранять нуклеоморф — оказался на удивление простым. У Bigelowellia natans и Guillardia theta перестал работать механизм переноса генов эндосимбионтов в ядро хозяина. У большинства других организмов эндосимбионт жертвовал своим геномом, который переходил во владение хозяина. У криптофитовых и хлорарахниофитовых водорослей механизм переноса и встройки генов в хозяйский геном перестал работать, поэтому ДНК симбионта до сих пор присутствует в хлоропластах в виде нуклеоморфа.

Иными словами, никакой нужды в дополнительном отдельном геноме у водорослей не было, просто во время установления эндосимбиотических отношений что-то пошло не так. Вместе с тем остаётся вероятность, что какой-то смысл в этой странной генетической «матрёшечности» всё же найдут: генетические и молекулярно-биологические исследования таких водорослей пока только набирают силу. Но уже сейчас можно сказать, что исследователи прояснили несколько важных этапов в эволюции фотосинтетических организмов: теперь мы знаем, что ДНК некоторых из них в действительности не принадлежит одному организму, а представляет собой результат смешения хозяйского генома и генома поглощённого эндосимбионта, от которого в клетке хозяина остались только хлоропласты.


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


Лонгрич и его коллеги пришли к такому выводу, восстановив устройство крыльев одной из древнейших протоптиц - археоптерикса (Archaeopteryx lithographica), и пернатого динозавра анхиорниса (Anchiornis huxleyi).

Ученые проанализировали устройство крыльев археоптериксов и пернатых динозавров и выяснили, что верхние конечности первых птиц были устроены значительно проще, чем у современных пернатых, что является неожиданностью с точки зрения палеонтологии, говорится в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

"Внимательно изучив окаменелости, мы теперь можем понять, как эволюционировали крылья. До нашей работы всем казалось, что птицы обладали относительно современными крыльями с Юрского периода. Теперь нам понятно, что крылья первых птиц были более примитивными и представляли собой переходные формы, связывающие настоящих пернатых и динозавров. Мы смогли проследить, как медленно эволюционировало крыло при переходе от анхиорниса к археоптериксу и к более поздним птицам", — заявил руководитель группы ученых Николас Лонгрич (Nicholas Longrich) из Йельского университета (США).

Лонгрич и его коллеги пришли к такому выводу, восстановив устройство крыльев одной из древнейших протоптиц — археоптерикса (Archaeopteryx lithographica), и пернатого динозавра анхиорниса (Anchiornis huxleyi).

Сравнение крыльев Анхиорниса, Архиоптерикса и современной птицыСравнение крыльев Анхиорниса, Архиоптерикса и современной птицыВ качестве исходного материала ученые избрали две ключевых окаменелости — так называемый "берлинский археоптерикс", найденный в Германии в 1880 году, и останки анхиорниса BMNHC PH828, обнаруженные его первооткрывателями в Китае в 2009 году.

Как отмечают исследователи, эти окаменелости содержат в себе достаточное число отпечатков перьев и костей крыла для получения некоторого представления об их устройстве. Ученые проанализировали расположение отдельных перьев в окаменелостях, определили их типы и подготовили модели крыльев анхиорниса и археоптерикса.

 Перо археоптерикса, обнаруженное в 1861 году немецким палеонтологом фон Майером Перо археоптерикса, обнаруженное в 1861 году немецким палеонтологом фон МайеромК удивлению Лонгрича и его коллег, устройство крыльев протоптицы и динозавра значительно отличалось от того, как сложены конечности их современных родственников. В целом, их крылья оказались гораздо примитивнее, чем считалось ранее.

"Археоптерикс обладал весьма странными крыльями, в которых присутствовало сразу несколько слоев длинных маховых перьев. Крылья динозавра анхиорниса состояли из множества простых перьев-полосок, наложенных друг на друга. Единственная птица, оперение которой хотя бы отдаленно напоминает крылья анхиорниса — это пингвин", — пояснил Лонгрич.

По словам палеонтологов, подобные крылья не были пригодны для настоящего полета. Единственный доступный для них стиль полета — интенсивное махание крыльями — был слишком энергозатратным для совершения длительных перелетов. Кроме того, пернатые рептилии и протоптицы не умели взлетать с места и медленно парить над землей, экономя силы, что еще больше ограничивало свободу их движения.

Так называемый “берлинский” скелет археоптерикса, обнаруженный в 1861 годуТак называемый “берлинский” скелет археоптерикса, обнаруженный в 1861 годуЛонгрич и его коллеги полагают, что древние протоптицы недолго пользовались такими крыльями. По их расчетам, современный вариант крыльев развился за первые десять миллионов лет эволюции птиц. Их форма практически не менялась в последующие 130 миллионов лет, пережив вымирание динозавров и расцвет млекопитающих.

"Мы постепенно начинаем "реставрацию" сложнейшей картины того, как перья и сами птицы развивались среди динозавров. К примеру, нам теперь кажется, что перья впервые появились для защиты от перегрева или охлаждения. Затем их структура усложнилась — вероятно, для привлечения самок или устрашения врагов. В последствии выяснилось, что большие перья-"украшения" подходят для удержания тела динозавра в воздухе", — заключает один из авторов статьи Джейкоб Винтер (Jacob Vinther) из Бристольского университета (Великобритания).


Источник: РИА Новости


Через 2,8 млрд лет умирающее Солнце  набухнет и превратится в красного гиганта, который опалит нашу планету уничтожив на ней всю жизнь. Примерно за миллиард лет до этого на Земле останутся только одноклеточные  организмы, дрейфующие в изолированных соленых горячих водных источниках.

Последние жители нашей планеты (изображение Jjguisado/Flickr/Getty)Последние жители нашей планеты (изображение Jjguisado/Flickr/Getty)Это конечно мрачная перспектива, ожидающая нашу планету, но она дает надежду для тех, кто ищет внеземную жизнь. Модель, предсказывающая эти карманы жизни в будущей Земле и намекающая, что обитающая жизнь вокруг других планет  может быть более разнообразной, чем считалось ранее,  дает новую надежду в поисках жизни в самых неожиданных местах.

Используя то, что мы знаем о Земле и Солнце, учитывая увеличение размеров нашего светила и превращение его в красного гиганта, исследователи из Великобритании рассчитали сроки для различных этапов жизни на нашей планете.

Ранее уже публиковалось исследование, моделирующее этот сценарий жизни на Земле, но Джек О’Мэлли-Джеймс из университета Сент-Эндрюс из Великобритании и его коллеги рассмотрели возможность того, что жизнь обитающая в различных экстремальных местах планеты способна просуществовать намного дольше, чем говорилось в предыдущих исследованиях.

Существует множество звезд находящихся на разных этапах эволюции подобных нашему Солнцу, поэтому ученые смотрели на то, как долго может процветать простая и сложная жизнь вокруг звезд различного размера.

О'Мэлли-Джеймс  говорит  - "Обитаемость это не столько набор атрибутов планеты, но еще что-то, что имеет срок своего существования".

Исследователи смоделировали повешение температуры на поверхности Земли на различных широтах, а так же учли долгосрочные изменения в параметрах орбиты планеты. Их модель показывает, что по мере старения Солнца происходит нагрев Земли, и как в связи с этим будут исчезать растения, животные, рыбы, беспозвоночные и остальные живые организмы. Испарятся океаны, и остановится тектоника литосферны плит. Последним пристанищем живых микроорганизмов останутся бассейны горячего рассола расположенные на высоких широтах, закрытых пещерах или глубоко под землей. Микробы, обитающие в этих бассейнах, могут править Землей еще в течение миллиардов лет, прежде чем иссякнут и эти источники.

Применяя эту модель обитаемости к различным звездным системам на разных этапах эволюции можно сказать, что жизнь на планете будет одноклеточной в течение первых 3х миллиардов лет и в конце жизни звезды. Это показывает, что наибольшей вероятностью найти жизнь на других планетах будет нахождение одноклеточных организмов.

“Тем не менее, любое доказательство жизни за пределами нашей планеты было бы большим достижением” говорит О'Мэлли-Джеймс. Сейчас он работает над тем, чтобы определить, какие химические признаки микробной жизни будут на Земле в далекой будущем и сможем ли мы обнаружить подобные знаки на других планетах, которые, в настоящее время считаются безжизненными. “Вместо того, чтобы планета была мертвой – она может находится ближе к концу своего обитаемого цикла”  говорит он.

Эван Монаган из Открытого университета в Милтон Кейнс, Великобритании, считает, что нам следует думать о жизни на планете, как цикл - от простых до сложных и, возможно, обратно к простым. Это поможет в охоте за внеземной жизнью, говорит он. "Если жизнь существует во многих местах, мы должны определить в каком диапазоне могут существовать многоклеточные”.


Источник: NewScientist


Пятилетняя работа зоологов из университетов Шеффилда (Великобритания), Йеля (США), Тасмании (Австралия) и Саймона Фрезера (Канада) увенчалась успехом: учёным удалось создать «древо жизни» птиц, которое включает в себя все ныне живущие виды пернатых. Чтобы дать представление об объёме работы, достаточно сказать, что зоологам нужно было установить родственные связи между 9 993 видами, опираясь на анатомические, генетические и палеонтологические данные. Построение филогенетического дерева заняло годы, несмотря на то что анализ проводился с помощью современных компьютеров.

011110bird-family-tree2«Древо жизни» пернатых (рисунок авторов работы)На диаграмме, представляющей древо жизни птиц в виде спирали, в центр помещён общий предок пернатых, а концентрические круги, светло- и тёмно-серые, соответствуют 20 миллионам лет каждый. Ответвления от спирали — это группы видов, а цвет этих ответвлений показывает, с какой скоростью эволюционировала (диверсифицировалась) каждая группа. Дольше всего развивались и образовывали новые виды «синие» ветки, быстрее всех — красные. Например, довольно много видов и за короткое время сформировалось у дятлов, а вот у их ближайших родственников, птиц-носорогов, видообразование шло медленно. 

Древо жизни позволяет по-новому взглянуть на то, как эволюционировали птицы с момента их появления. В частности, как пишут исследователи в журнале Nature, наиболее интенсивно разнообразие видов пернатых увеличивалось в Западном полушарии и на островах. Если же смотреть по широтам, то особой разницы между географическими зонами не заметно. Это сильно расходится с привычной точкой зрения, согласно которой самыми разнообразными по составу видов являются тропики. А вот исследователи полагают, что видовое разнообразие в тропических экосистемах не отражает их динамику. Это лишь следствие того, что данные экосистемы существуют довольно долго; скорость же птичьей эволюции всегда была в них не слишком высокой, и новые виды появлялись там не часто. В целом же быстрее всего птицы развивались в последние 50 млн лет.

Кроме общетеоретической значимости результатов, авторы работы полагают, что их «древо птиц» поможет экологам: сравнив разнообразие в разных группах, можно понять, какие из них требуют повышенного внимания со стороны природоохранных организаций.

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

Масштабное исследование зоологов из Техасского университета в Остине (США) способно окончательно подтвердить ту гипотезу, по которой все млекопитающие вышли из ночной тьмы — то бишь были ночными животными на заре своей эволюции. В мезозое, когда возникли первые звери, у них не было никакой возможности конкурировать с динозаврами, которые были активны днём. Чтобы их не съели прежде времени, млекопитающим пришлось уйти в тень, где они и пребывали до тех пор, пока динозавры не вымерли.

Лишь человекообразные приматы приобрели в ходе эволюции истинно «дневные» глаза. (Фото Jami Tarris / Corbis)Лишь человекообразные приматы приобрели в ходе эволюции истинно «дневные» глаза. (Фото Jami Tarris / Corbis)Подтвердить эту гипотезу зоологи смогли, сравнив строение глаз у 266 современных видов млекопитающих. Среди них были как те, что активны и днём и ночью, так и предпочитающие строго дневное время суток. Глаза тех и других сравнивали по соотношению площади роговицы и длины глаза. Это важный параметр, от которого зависит светочувствительность органа зрения и способность чётко видеть окружающее. Оказалось, что разницы в этом параметре у разных видов млекопитающих нет, то есть глаз в этом смысле устроен одинаково и у дневных, и у полудневных видов. 

При этом, как пишут исследователи в журнале Proceedings of the Royal Society B, такое соотношение размера роговицы и длины глаза чрезвычайно напоминало аналогичную величину у ночных ящериц и ночных птиц. То есть все млекопитающие, независимо от своего нынешнего образа жизни, всё ещё несут в себе наследство далёких ночных предков. У рептилий и птиц такой проблемы — уворачиваться от дневных динозавров — не было, поэтому у них дневные и ночные виды по строению глаз различаются довольно сильно. 

65 млн лет назад, в конце мезозоя, динозавры исчезли, и млекопитающие вышли из тени, но жёсткой нужды переделать глаза так, чтобы они приобрели острое дневное зрение, у зверей не было. Лишь одна группа млекопитающих озаботилась дневной специализацией зрения — человекообразные приматы. Как и у дневных птиц и дневных рептилий, у человекообразных обезьян небольшая площадь роговицы относительно длины глаза. По мнению учёных, это связано с тем, что приматы при их дневном образе жизни сильнее зависят от зрения. Действительно, с плохим дневным зрением обезьяны и предки человека вряд ли смогли бы научиться совершать сложные движения, необходимые для овладения орудиями труда.

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

Биологи проанализировали скорость увеличения размеров мозга и массы тела у приматов, летучих мышей и хищников и пришли к выводу, что масса мозга менялась медленнее, чем тело этих животных по мере их эволюции, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences

Биологи проанализировали скорость увеличения размеров мозга и массы тела у приматов, летучих мышей и хищников и пришли к выводу, что масса мозга менялась медленнее, чем тело этих животных по мере их эволюции, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Когда мы использовали соотношение массы мозга и тела в качестве показателя интеллекта животного, мы всегда считали, что этот показатель меняется из-за увеличения или уменьшения размеров мозга. Наша работа показала, что это соотношение меняется по другим, более сложным правилам", - пояснил руководитель группы биологов Джерон Смаерс (Jeroen Smaers) из университетского колледжа Лондона (Великобритания).

Смаерс и его коллеги проверили, насколько быстро меняется размер мозга и масса тела трех отрядов млекопитающих - приматов, рукокрылых и хищников. Такой выбор был обусловлен тем, что эти животные эволюционировали под давлением трех различных сред обитания - древесной для приматов, воздушной для летучих мышей и наземной для хищников.

Авторы статьи вычислили массу тела и мозга у современных представителей этих отрядов и их вымерших предков, и сопоставили то, как менялась относительная масса мозга и мускулов по мере эволюции млекопитающих. В частности, ученые вычисляли массу мозга и тела у всех представителей одной эволюционной цепочки, построили графики эволюции мозга и тела, и отметили, какой из показателей изменялся больше всего с течением времени.

Оказалось, что в подавляющем числе случаев масса тела млекопитающих менялась гораздо быстрее и сильнее, чем размеры мозга. При этом каждый отряд животных эволюционировал по своей собственной программе.

В частности, масса тела летучих мышей уменьшалась значительно быстрее, чем их мозг, однако рост массы тела сопровождался примерно аналогичным увеличением объемов черепной коробки. Приматы эволюционировали несколько иным образом - скорость роста их массы мускулов была заметно выше, чем мозга, однако мозг уменьшался чуть быстрее, чем тело. По словам биологов, хищники развивались схожим образом, за исключением того, что масса их мозга уменьшалась быстрее, чем вес мускулов.

Таким образом, Смаерсу и его коллегам удалось показать, что мозг приматов, рукокрылых и хищников менялся несколько медленнее, чем мускулы и остальные части их тела. Это ставит под сомнение теории, описывающие универсальный механизм увеличения относительных размеров мозга у млекопитающих по мере их эволюции, заключают авторы статьи.


Источник: РИАНОВОСТИ


 

Случайные статьи

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Предыдущая Следующая

Новый вид растений найден в Бразилии

10-05-2011 Просмотров:9631 Новости Ботаники Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Новый вид растений найден в Бразилии

Британские ботаники из комплекса Королевских ботанических садов в Кью нашли в горах на востоке Бразилии необычное растение с тонкими серебристо-серыми листьями. Находка получила статус нового вида. Энхолириум (Encholirium)Новый вид растения...

Ластоногие заводили себе гаремы еще на заре эволюции

24-02-2014 Просмотров:5627 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Ластоногие заводили себе гаремы еще на заре эволюции

Прояснить подробности возникновения резкого полового диморфизма у ластоногих (Pinnipedia) удалось аспиранту Карлтонского университета Томасу Каллену. Он убедительно показал, что большая разница в размерах самцов и самок возникла у этой группы...

Найдено переходное звено между крокодилами и динозаврами

14-04-2017 Просмотров:2666 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Найдено переходное звено между крокодилами и динозаврами

Ученые из США, Британии и России обнаружили в Танзании рептилию, которая сочетала в себе признаки крокодилов и динозавров. Открытие проливает свет на раннюю эволюцию этих рептилий. Teleocrater rhadinusОписание находки, подготовленное Андреем...

Свиньи питаются отбросами из-за отсутствия генов вкусовых рецепторов

17-11-2012 Просмотров:9890 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Свиньи питаются отбросами из-за отсутствия генов вкусовых рецепторов

Ученые впервые расшифровали полный геном домашней свиньи и показали, что он содержит значительное количество генов, отвечающих за иммунитет и обоняние. Гены же, связанные со способностью ощущать вкус, в нем представлены...

Прояснён ход эволюции системы впрыскивания яда у змей

18-11-2010 Просмотров:7885 Новости Эволюции Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Прояснён ход эволюции системы впрыскивания яда у змей

Палеонтологи из США изучили останки вымершего пресмыкающегося Uatchitodon и реконструировали ход эволюции системы впрыскивания яда у змей. Зубы двух видов Uatchitodon. Чёрной стрелкой обозначен канал для доставки яда, а белой —...

top-iconВверх

© 2009-2018 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.