Как минимум 15 тыс. лет назад бесстрашные сибиряки перешли по вновь открывшемуся Берингову перешейку и добрались до безлюдной Америки.

На протяжении многих лет археологи, генетики и лингвисты пытаются понять, каким образом происходило заселение Америки, и один из важнейших вопросов звучит так: в какое количество волн уложилась миграция из Восточной Азии?

Новое масштабное генетическое исследование показало, что крупных волн было три, и все с разным территориальным охватом.

Дэвид Райх из Гарвардской медицинской школы (США) и его коллеги проанализировали геном 493 человек, принадлежащих 52 индейским группам от Канады до южной части Южной Америки. Результаты сравнили с генетической картиной 245 человек, которые относятся к 17 этническим группам Сибири. Главной задачей было выявить варианты генов, уникальные для коренных американцев, которые с конца XV века постепенно «затемняются» вливанием европейского и африканского материала. Всего было изучено более 300 тыс. одиночных нуклеотидных полиморфизмов.

Прежние анализы митохондриальных ДНК и Y-хромосом показали, что миграция уложилась в одну волну; это противоречило выводам антропологов и лингвистов. Но эти методы позволяют выявить лишь предков по материнской и отцовской линиям, тогда как разбор одиночных нуклеотидных полиморфизмов даёт более широкую картину.

Оказалось, что потомки первой волны заселили практически всю Америку: самые древние варианты найдены и у яганов, живущих на юге Чили, и у большинства канадских индейцев, которые причисляют себя к так называемым первым народам. Последующие волны — эскимосско-алеутская и чипевская (не путать с чиппева) — ограничились Арктикой. Потомки последних наиболее тесно связаны с современным населением Восточной Азии.

Более поздние группы, по-видимому, быстро смешались с прежним населением севера Северной Америки, так что ДНК современных эскимосов и алеутов только на 43% напоминают геном предков, а чипевов — лишь на 10%. Остальное пространство заняли гены первой волны.

Полученная картина неплохо согласуется с некоторыми классификациями языков коренного населения Америки.

Кстати, прибрежное население продемонстрировало больше генетического разнообразия, чем обитатели глубин континента. Это говорит о том, что основные маршруты миграции пролегали вдоль берега. Возможно, древние индейцы были неплохими мореходами.

Любопытно, что с тех пор, как популяции разошлись по своим местам в глубине континента, они практически не смешивались, то есть очень мало мигрировали повторно. Исключение составляет одна группа из Латинской Америки, а именно носители чибчанских языков, которые живут в Коста-Рике, Панаме и Колумбии. Их ДНК имеет и северные, и южные черты, то есть их предки, по-видимому, некогда мигрировали в Южную Америку, а затем вернулись на Панамский перешеек.

Исследователи также обнаружили следы эскимосско-алеутских генетических вариантов у жителей прибрежных районов Восточной Сибири — чукчей и науканов. Видимо, Америка не всем пришлась по вкусу...

Увы, исследование не способно ответить на вопрос, когда всё это происходило. Кроме того, специалисты решили отказаться от генетического материала индейцев США, потому что не всегда есть уверенность в том, что он получен с согласия донора. В 2010 году Университету штата Аризона (США) пришлось выплатить $700 тыс. компенсации тем, чьи ДНК-образцы брались для изучения диабета, а затем — без ведома индейцев — были использованы для выяснения истории племени. Аборигенам особенно не понравилось то, что результаты не согласовывались с мифами.

Кстати, аналогичная правовая борьба идёт и за палеоиндейские скелеты. Индейцы долго судились за останки древнего человека, обнаруженные на юго-востоке штата Вашингтон в 1996 году. Учёные получили их в своё распоряжение только в 2005-м, когда другой стороне так и не удалось доказать, что это её предок. Сейчас аналогичное разбирательство идёт между тремя антропологами и калифорнийским племенем Кумеяай. На кону — ещё два скелета.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Исследователи увидели, как глобальное потепление через гены влияет на миграционное поведение рыб.

В последнее время резко возросло количество работ, посвящённых тому, как животные и растения приспосабливаются к изменениям климата. Естественно, людей в первую очередь интересует судьба промысловых видов: будет ли из чего делать суши лет так через пятьдесят? Исследователи из Университета Аляски в Фэрбенксе (США) как раз задались вопросом о судьбе лососёвых: сумеют ли эти привычнейшие «кухонные» рыбы приспособиться к повышению температуры?

Сосредоточились учёные на горбуше. Этот вид, как и другие лососёвые, каждый год поднимается из морей в верховья рек, чтобы отложить икру. Миграционное поведение у рыб зависит от генов. В 1970-е зоологи заметили, что некоторые горбуши начинают миграцию месяцем позже, чем основная масса. Подозрение пало на генетическую мутацию, которая была у 26% поздно мигрирующих рыб (среди тех, кто шёл на нерест в обычные сроки, эта мутация была всего у 3%). Исследователи на этом не остановились и продолжили «коллекционировать» мутации, которые могли иметь хоть какое-то отношение к миграционному поведению.

Результаты почти 32-летней работы зоологи опубликовали в журнале Proceedings of the Royal Society B. Частота мутации, отвечающей за позднюю миграцию, оставалась постоянной — до поры. Но где-то с начала 90-х началось постепенное вымывание мутации из популяции, и обнаружить её в нынешних поколениях горбуши — большая удача. Исследователи сделали вывод, что в это время произошло какое-то изменение в условиях обитания рыб, из-за которого поздняя миграция стала невыгодной.

Оказалось, что скачок в частоте мутации случился как раз тогда, когда температура рек, по которым горбуша поднималась на нерест, заметно повысилась. Чтобы нерест прошёл успешно, рыбам важно успеть до того, как температура воды станет совсем летней. Поэтому те, кто начинал нерест позже, оказались эволюционными неудачниками.

Существует много работ, посвящённых поведенческим изменениям у животных под влиянием глобального потепления. Но это исследование — одно из немногих, где изменения в поведении увязываются с генетическими изменениями; можно сказать, авторам работы удалось подсмотреть кусочек эволюционного процесса. Не все популяции горбуши идут на нерест весной: есть такие, что отправляются в реки осенью. Так что исследователи могут подтвердить свои результаты, если покажут, что осенние популяции со временем начинают выдвигаться на нерест всё ближе к зиме.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Физики с помощью компьютерной симуляции показали, что необычное ступенчатое распределение воды в теплых океанах вызывается солевыми пальцами. Работа ученых опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее краткое содержание приводится на сайте Американского физического общества.

Воды в океанах обычно распределяются по слоям разной температуры и солености, и нижние слои обычно более холодные и соленые. Холодная и соленая вода имеет большую плотность, чем теплая и менее соленая, поэтому такое распределение неудивительно.

Однако, в некоторых местах океанов, особенно в южных широтах, наблюдается аномальное распределение плотности. Верхние слои воды в этих местах теплые, но из-за сильного испарения содержат больше соли и имеют большую плотность, чем нижние. Интересно, что плотность и соленость в глубину меняется не постепенно, а ступенями толщиной от 10 до 30 метров - океан в таких местах разделен на достаточно устойчивые слои, площадь которых составляет сотни квадратных километров.

Ученые разработали ресурсоемкую гидродинамическую модель (без использования периодических границ) и провели симуляцию поведения воды с разной соленостью и температурой. Оказалось, что из состояния с плавным распределением температуры и солености в слоистое состояние система переходит самопроизвольно, а главную роль в этом играют солевые пальцы.

Гипотеза солевых пальцев была предложена еще в 60-е годы прошлого века, однако показать ее справедливость в настолько подробном моделировании до сих пор не удавалось. Солевые пальцы представляют собой выпячивания верхнего слоя жидкости, которые быстро падают вниз. Высокая скорость и устойчивость их движения объясняются тем, что скорость диффузии тепла гораздо выше скорости обмена солью. Падая вниз, солевой палец быстро приобретает температуру окружающего слоя, но не теряет солености. Из-за этого он оказывается тяжелее окружающего слоя и устремляется еще ниже.

Проведенное авторами статьи моделирование показало, что образование солевых пальцев самопроизвольно приводит к расслаиванию жидкости в океанах, - там, где скорость испарения оказывается достаточно высокой.

Источник: lenta.ru

Болезнетворные штаммы обычной кишечной палочки, поражающие мочевой пузырь и другие части выделительной системы человека, крадут основное оружие иммунных клеток - ионы меди, что позволяет им защищаться от попыток организма уничтожить очаг заражения, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Chemical Biology.

"И хотя многие пациенты избавляются от таких болезней без особых проблем, в других случаях инфекция продолжает существовать или неоднократно возвращается, несмотря на многократные курсы антибиотиков. В некоторых случаях, болезнь распространяется в почки или кровь и начинает угрожать здоровью пациента. Мы изучали, чем же отличаются наиболее опасные кишечные палочки от других патогенных штаммов этого микроба", - заявил руководитель группы биологов Джеффри Хендерсон (Jeffrey Henderson) из Медицинской школы университета штата Вашингтон в Сент-Луисе (США).

Хендерсон и его коллеги изучали продукты жизнедеятельности, которые выделяют различные штаммы кишечной палочки Escherichia coli, поражающие мочеполовые пути человека.

Как отмечают исследователи, в своей предыдущей работе они выяснили, что болезнетворность кишечной палочки зависит от того, насколько активно она выделяет молекулы иерсиниябактина. Это вещество позволяет бактерии "отнимать" ионы железа у пораженного организма и использовать их для собственных нужд - размножения и транспортировки энергии.

Несмотря на столь важную роль иерсиниябактина в жизни кишечной палочки, оставалось непонятным, как это вещество влияет на устойчивость бациллы к иммунной системе человека. Авторы статьи нашли ответ на этот вопрос при помощи простого опыта - они добавили иерсиниябактин в образцы мочи здоровых людей и проследили за тем, с ионами каких металлов соединяются молекулы этого вещества.

Оказалось, что молекулы иерсиниябактина присоединяют не только ионы железа, но и меди. Как объясняют ученые, ионы меди токсичны для кишечной палочки и других бактерий и их повышенная концентрация в среде обитания может привести к гибели микробов. В частности, некоторые иммунные клетки используют ионы меди в качестве оружия для борьбы с инфекцией мочевого пузыря.

Таким образом, иерсиниябактин выполняет сразу две функции - он нейтрализует свободные ионы меди и конкурирует за доступ к ним с иммунными клетками, лишая их возможности использовать медь для защиты организма. Это позволяет бактериям выживать внутри мочевого пузыря и переносить дополнительные нагрузки, такие как курсы антибиотиков.

Авторы статьи полагают, что результаты их работы могут быть приспособлены для диагностики инфекции на ранних этапах ее развития - чем больше в моче пациента соединений иерсиниябактина и меди, тем сложнее будет вылечить заражение. Это поможет подобрать адекватные методы борьбы с кишечной палочкой до того, как болезнь начнет угрожать жизни пациента, заключают ученые.

Поврежденные клетки кожи при солнечном ожоге выделяют большое количество деформированных молекул сигнальной РНК, которые проникают в здоровые клетки и заставляют их вырабатывать белки, вызывающие воспаление и другие характерные признаки "перезагара" - покраснение и болезненную чувствительность, заявляют ученые в статье, опубликованной в журнале Nature Medicine.

"Некоторые болезни, в частности псориаз, лечатся при помощи ультрафиолетового облучения. Основная проблема такой терапии - повышенная вероятность развития рака кожи. Благодаря нашему открытию мы можем получить положительные эффекты УФ-облучения без собственно самого облучения. Кроме того, теперь мы можем блокировать данный механизм для защиты организма особо чувствительных людей, к примеру, больных волчанкой, от ультрафиолета", - заявил руководитель группы биологов Ричард Галло (Richard Gallo) из университета штата Калифорния в Сан-Диего (США).

Галло и его коллеги изучали последствия облучения ультрафиолетовым излучением на культурах кожи человека и на коже здоровых мышей.

В ходе первого эксперимента биологи вырастили несколько культур клеток кожи, разделили их на две группы и облучали половину из них ультрафиолетом в течение минуты. Сила такого облучения имитирует сильный солнечный ожог, при этом часть клеток в пробирках или умирает, или необратимо повреждается. Через некоторое время после облучения ученые очистили питательную среду от клеток и добавили ее в пробирки со здоровыми культурами.

Это привело к необычным последствиям - здоровые клетки начали выделять большое количество молекул белков TNF-альфа и интерлейкина-6. Данные соединения относятся к классу противовоспалительных белков, стимулирующих обмен веществ, переводящих здоровые клетки в режим "чрезвычайной ситуации" и запускающих механизмы самоуничтожения в поврежденных клетках.

Биологи проанализировали содержимое экстракта из питательной среды, в которой обитали облученные клетки, и обнаружили множество деформированных молекул сигнальной РНК. По словам Галло и его коллег, данные молекулы соединялись с особыми белковыми выростами на стенках здоровых клеток - рецепторами врожденной иммунной системы TLR-3. Этот рецептор относится к классу так называемых Toll-like рецепторов, управляющих защитной реакцией на некоторые виды бактерий и появление раковых клеток.

Ученые синтезировали искусственные молекулы РНК, аналогичные тем, которые производят здоровые клетки и облучили их ультрафиолетом. Они добавили полученные молекулы в питательную среду к здоровым клеткам и проследили за их реакцией. Синтетические РНК произвели такой же эффект, что и их природные аналоги.

В следующем эксперименте Галло и его коллеги нейтрализовали данный эффект, удалив ген рецептора TLR-3 из генома мышей. По словам ученых, отключение этого гена сделало кожу грызунов нечувствительной к ультрафиолету и инъекциям поврежденной РНК, - покраснения кожи отсутствовали, так как здоровые клетки перестали выделять противовоспалительные белки.

Как отмечают биологи, препараты на основе молекул РНК можно использовать в качестве "замены" облучения в некоторых видах терапии.

Первооткрыватели "внеземных" бактерий, использующих мышьяк вместо фосфора для строительства молекул ДНК, опровергли свои собственные выводы, попытавшись вырастить колонию таких микробов при полном отсутствии фосфора в питательной среде, говорится в двух статьях, опубликованных в журнале Science.

В 2010 году группа биологов под руководством Роузмари Редфилд (Rosemary Redfield) из университета Британской Колумбии в Ванкувере (Канада) изучала колонии микробов на дне калифорнийского озера Моно, воды которого отличается высоким содержанием щелочей и солей, в том числе высокой концентрацией солей мышьяка. Здесь ученые обнаружили уникальный микроорганизм GFAJ-1, клетки которого содержали высокую долю мышьяка (As) и крайне низкую - фосфора (P), одного из шести "элементов жизни". Исследователи заключили, что данная бактерия использует атомы мышьяка в качестве замены фосфора, что считалось немыслимым ранее.

Многие ученые крайне скептически отнеслись к открытию "мышьяковой жизни", что побудило ее первооткрывателей проверить первоначальные выводы. Редфилд и ее коллеги провели два новых эксперимента, тщательно изучив химический состав клеток GFAJ-1 и проследив за темпами роста бактерии в питательном растворе с высоким содержанием мышьяка и полным отсутствием фосфора.

Оказалось, что ДНК бактерий содержала лишь микроскопические следы мышьяка, и ни один из атомов As не был присоединен к молекуле ДНК при помощи прочной ковалентной связи. Это означает, что мышьяк не играл существенной роли в работе генетических механизмов клетки.

Кроме того, повышение концентрации мышьяка в питательной среде, где обитали клетки, никак не влияло на темпы размножения бацилл. С другой стороны, уменьшение доли фосфора в растворе крайне негативно сказывалось на здоровье колонии - рост постепенно приостанавливался и бактерии начинали медленно погибать.

Ученые изучили химический состав продуктов метаболизма бактерии. Это помогло им понять, что все молекулы белков, сахаров и других органических веществ с включениями в виде атомов мышьяка появились в ходе реакций, не связанных с обменом веществ в клетке бактерии.

Как отмечают ученые, данные новых опытов позволяют утверждать, что GFAJ-1 обладает крайне высокой устойчивостью к мышьяку, но при этом ее жизненные процессы ничем не отличаются от метаболизма нормальных бактерий. Таким образом, авторы гипотезы "мышьяковой жизни" были вынуждены опровергнуть свое сенсационное открытие двухлетней давности.

Фосфор в форме фосфатов (солей фосфорной кислоты) образует основу нитей молекул ДНК и РНК, а также входит в состав "топлива" для живых организмов - аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Мышьяк находится точно под фосфором в таблице Менделеева и очень похож на него по своим физико-химическим свойствам. Именно это сходство обуславливает его токсичность - организм не может отличить мышьяк от фосфора и "пропускает" его в процессы обмена веществ.

Экзоскелет насекомых прочнее костей позвоночных. Состоящий из кутикулы, он соединяет в себе несоединимое — исключительную жёсткость и беспримерную прочность.

Подробнее...

Первые биологические часы появились 2,5 млрд. лет назад. Предположительно первыми их обладателями были сине-зеленые водоросли.

Подробнее...

Самая большая из живших черепах жила 60 млн. лет назад. Длина панциря гигантской черепахи составляет 172 сантиметра, диаметр ее головы был равен 24 сантиметрам.

Подробнее...

Близкородственные виды птиц, если им довелось жить на одной территории, стараются как можно сильнее отличаться от соседей в пении и окраске — чтобы в поисках брачного партнёра не путать «своих» с «чужими».

Если два похожих вида живут рядом, они будут всячески стараться подчеркнуть свою непохожесть. То есть их оперение и песни будут развиваться в эволюции так, чтобы спутать их было ни в коем случае нельзя.

Чтобы прийти к такому заключению, группе канадских зоологов пришлось проанализировать 250 видов птиц, сравнив их песни и внешний вид с особенностями ареала. О результатах работы учёные доложили на Первом объединённом конгрессе биологов-эволюционистов в Оттаве.

Птицы определяют друг друга по песням и оперению, и дополнительные различия нужны для того, чтобы точнее искать брачного партнёра, не путать песни «своих» с руладами «чужих». Чем сильнее различия, тем меньше вероятность, что самец или самка потратят время и силы на поиск того, с кем всё равно не удастся создать семью — по видовым соображениям. Поэтому даже близкородственные виды (например жёлтая древесница и пестрогрудый лесной певун), вынужденные жить на одной территории, должны выглядеть так, чтобы их невозможно было бы спутать.

И наоборот — те виды, которым не нужно постоянно встречаться, могут вполне походить друг на друга как в песнях, так и в оперении.

По словам Пола Мартина, руководителя исследований, в своей работе его группа пыталась выяснить, как могут возникать столь сильные различия между видами, которые, очевидно, не были разделены никакой географической или экологической преградой.