Испанские учёные из Университета Гранады и Университета Малаги выявили наиболее крупную структурную единицу генома человека.
Хромосомы человека под сканирующим электронным микроскопом (иллюстрация Biophoto Associates / Science Photo Library) Ранее самыми большими элементами структуры ДНК считались изохоры — сегменты, длина которых доходит до сотен тысяч пар оснований. Изохоры отличаются друг от друга по содержанию азотистых оснований гуанина (Г) и цитозина (Ц). Каждому семейству изохор соответствует своё ГЦ-содержание, которое поддерживается на одном уровне во всём сегменте.
Искать более крупные структурные единицы авторам помогал вполне обычный алгоритм, основанный на понятии энтропии. Термодинамическая энтропия, как известно, связана со статистическим весом состояния — числом способов, которыми можно перейти в это состояние. Если при подбрасывании монеты, к примеру, пять раз подряд выпадали решки, а потом выпала аналогичная последовательность орлов, то весь ряд имеет высокую «энтропию», так как получить в десяти опытах равное количество орлов и решек можно самыми разными способами. Последовательности из пяти одинаковых результатов имеют прямо противоположные свойства.
В процессе поиска нуклеотидный ряд разбивался на сегменты так, чтобы энтропийная разность между отдельными отрезками и всей последовательностью оказалась максимальной. Полученные результаты сравнивались с теми, которые дало бы случайное расположение нуклеотидов в геноме. Заметим, что здесь исследователи учитывали важную особенность реальной ДНК: вероятность появления в ней конкретного азотистого основания зависит от предшествующих нуклеотидов. Обычно при сравнении использовали простую случайную последовательность оснований.
Как выяснилось, каждая хромосома составлена из нескольких огромных (~107 пар оснований) сегментов со сравнительно стабильным ГЦ-содержанием. Эти сегменты содержат в среднем по 200 генов.
Если открытые «суперструктуры» реальны, они должны иметь некий биологический смысл. Учёные показали, что это условие выполняется, задействовав базу данных, в которой каждому гену присваивается набор терминов, описывающих его функции. У любых двух генов из одной «суперструктуры» совпадают около 18 терминов, тогда как гены, выбранные случайным образом, схожи лишь по шести характеристикам.
Полная версия отчёта опубликована в журнале Physical Review E.
Источник: КОМПЬЮЛЕНТА
При моделировании эволюции двух штаммов кишечной палочки тот, что был на грани вымирания, в конечном счёте опередил «лидера». Как оказалось, изначально плохая мутация у «лузера» при взаимодействии с другой мутацией оказалась эволюционно выгодной.
Кишечная палочка и её ДНК (фото Dr. Gopal Murti) Эволюция — дама капризная и непредсказуемая. Не успеешь оглянуться, как её вчерашние фавориты уже на грани вымирания. И наоборот: те, что раньше плелись в хвосте эволюционного процесса и не блистали численностью, через какое-то время вырываются вперёд. Одна и та же мутация может служить как на благо вида, так и во вред.
Группа американских микробиологов из Университета штата Мичиган попробовала экспериментально показать, как изменения в ДНК обуславливают разный эволюционный потенциал у разных организмов. Учёные выращивали два штамма кишечной палочки Escherichia coli, у каждого из которых было по мутации в одном и том же белке topA — топоизомеразе, который необходим для расплетания молекулы ДНК при её копировании или синтезе матричной РНК.
Эти две мутации по-разному влияли на белок. Бактерии одного штамма размножались гораздо медленнее, зато второй в результате мутации получил «усовершенствованный» белок, который через 500 поколений обеспечил полное доминирование этого штамма бактерии. Первый же, «неудачник», оказался к тому моменту на грани вымирания.
Однако к поколению номер 883 наметился перелом. Первоначальные «лузеры» стали размножаться чуть быстрее «чемпионов» — на какие-то 2,1%. И уже к полуторатысячному поколению роли поменялись — «чемпионы» вымерли, «лузеры» пили шампанское. И такой исход «эволюции в бутылке» воспроизводился в большинстве случаев, хотя и не всегда.
Исследователи более подробно проанализировали геном обоих штаммов и выяснили, что у конечных победителей мутация topA комбинируется с мутацией в гене spoT. Несмотря на то что у тех, кто сначала шёл впереди, мутация в topA давала преимущество, она не сотрудничала со второй мутацией, что в итоге приводило этот штамм в эволюционный тупик.
Статья с результатами работы опубликована в журнале Science.
Коллеги авторов подчёркивают, что гипотеза о взаимовлиянии разных мутаций, разных участков ДНК и пр. в процессе эволюции широко обсуждается, но проверить её на практике было довольно трудно. Эта работа стала первым экспериментальным доказательством на молекулярном уровне эволюционного «сотрудничества» разных мутаций в ДНК. И, конечно, относительности «добра» и «зла» в эволюционном процессе.
Источник: КОМПЬЮЛЕНТА
Что будет, если вдруг в результате катастрофы все люди исчезнут с лица Земли? Сможет ли кто-нибудь из животных создать хоть что-то вроде цивилизации? Скорее всего, да. На это способны забавные роющие грызуны, которых называют землекопы. Доказано, что уровень организации их сообществ не ниже, а даже выше, чем таковой у человека.
Традиционно считается, что люди смогли преуспеть как вид отчасти еще и потому, что у них эволюционно сложилась самая прогрессивная форма социальной организации среди млекопитающих. Проще говоря, давным-давно наши предки смогли создать наиболее устойчивое общество. Однако это не так. На самом деле, среди млекопитающих есть виды, обладающие более прогрессивной формой социальной организации. Это два вида грызунов, голый (Heterocephalus glaber) и дамарский (Cryptomys damarensis) землекопы. У этих общественных животных наблюдается настоящая эусоциальность, которая считается самой высшей формой общественной организации среди животных.
Напомню, что эусоциальность — это такой тип общества, где имеется репродуктивное разделение труда между плодовитыми матками и стерильными рабочими особями, совместное выращивание потомства и четкое разделение труда между представителями разных групп (каст). Подобная организация сообщества весьма распространена среди насекомых из группы перепончатокрылых (осы, пчелы, муравьи) и термитов. Долгое время считалось, что среди млекопитающих эусоциальность не развита. Однако исследования, сделанные в конце прошлого столетия, опровергли это заблуждение.
Лучше всего известен образ жизни голых землекопов, которые обитают в сухих саваннах и полупустынях Кении, Эфиопии и Сомали. Эти небольшие забавные зверьки (длина тела — 8-10 сантиметров, хвоста — 3-4 сантиметра, вес — 30-35 граммов) получили свое название за то, что их волосяной покров практически полностью редуцировался. Густые волоски растут только между пальцами лап, увеличивая их поверхность, что помогает зверькам копать. Хотя эти подземные животные при прокладке тоннелей чаще пользуются не лапами, а зубами — их большие, выступающие резцы сзади изолированы выростами губ, благодаря чему земля во время работы не попадает в ротовую полость. Интересно, что около 25 процентов всей мышечной массы этих грызунов приходится именно на мышцы челюстей (у человека такая доля приходится на мышцы ног).
Голые землекопы достаточно скрытны, на поверхность земли, как правило, не выходят. Впрочем, им это и не зачем — ведь они питаются подземными частями растений, в том числе сочными клубнями и луковицами. Именно поэтому они иногда наносят значительный ущерб сельскому хозяйству стран Африки, уничтожая посевы батата и ямса.
Запасы еды эти хозяйственные зверьки хранят в специальных подземных кладовых, где они, как это ни странно, даже в жарком африканском климате достаточно долго не портятся. А вот воду они совсем не пьют, получая ее вместе с пищей. Наблюдения за землекопами, живущими в неволе, показали, что, вообще-то, эти зверьки легко осваивают новые корма и весьма непривередливы.
Все свободное от еды и сна время эти зверьки заняты сооружением подземных ходов. Общая длина туннелей, занимаемых одной колонией, может достигать трех-пяти километров, а при их сооружении на поверхность выбрасывается до пяти тонн земли! Обычный диаметр туннеля составляет примерно четыре-шесть сантиметра. Они проходят на глубине до двух метров, соединяя гнездовые камеры, уборные (у землекопов это отдельные камеры) и кормовые участки.
Сами понимаете, что рытье туннелей — занятие коллективное. Как правило, эта работа начинается сразу после дождей, когда почва становится более мягкой. Опытная рабочая особь (проходчик), идущая впереди, вгрызается резцами в твердую почву, которая затем отгребается к выходу из туннелей по "живому конвейеру" — цепочке из пяти-шести животных. Периодически переднего рабочего подменяет один из задних. Было замечено, что в процессе работы старые землекопы обучают молодых всем приемам прокладки ходов, которые знают сами.
Голые землекопы живут подземными колониями из 70-80 особей, хотя наблюдались колонии численностью до 300 особей. Во главе подобной "семьи" находится единственная самка-производительница (королева), которая спаривается только с двумя-тремя фертильными (способными к размножению) самцами. Все остальные члены колонии, как самки, так и самцы, являются рабочими особями. Интересно, что физиологически они способны к размножению, однако не участвуют в нем, пока находятся в колонии (у большинства это продолжается всю жизнь).
Было отмечено, что королева всячески подавляет данную способность у членов других каст, причем делает это разными способами. Она может выделять особые вещества (феромоны), которые блокируют половое поведение рабочих, а также время от времени издает специальный высокочастотный свист, ввергающий рабочих в состояние стресса (как мы знаем, в таких условиях грызуны размножаться не могут). Подобные механизмы репродуктивного контроля свойственны пчелам и многим муравьям (у них химические способы также сочетаются с акустическими.
Тем не менее, если королева умирает, то несколько наиболее крупных и агрессивных рабочих самок вступают в яростную борьбу за "престол". Победительница убивает всехсвоих соперниц, после чего ее тело изменяется — она заметно увеличивается в размерах, это происходит за счет увеличения расстояния между позвонками. С этого времени она занята лишь любовными утехами и выкармливанием потомства, поскольку в отличие от насекомых, у эусоциальных млекопитающих королева не может поручить это стерильным особям. Впрочем, у некоторых примитивных муравьев царица, даже после появления первых рабочих, все равно принимает участие в выкармливании молоди.
Интересно, что каждый раз королева рожает от 12 до 27 детенышей (кстати, максимальное число среди млекопитающих), тогда как сосков у нее всего 12. Однако никто из молодняка не умирает от голода! Недавние исследования, проведенные американскими зоологами, показали, что молока у королевы очень много, поэтому детеныши могут кормиться по очереди. Таким образом, у голых землекопов основа социального поведения закладывается еще в раннем возрасте. Плодовитость королев огромна — в одном случае за 12 лет глава колонии родила 900 детенышей, и все выжили!
Функции рабочих особей напрямую зависят от их размера. Как правило, мелкие являются проходчиками и относчиками земли, а крупные — солдатами, защищающими гнезда от змей и мелких подземных хищников из семейства куньих. Однако четкой привязанности к касте у них нет (это свойственно также пчелам и большинству видов муравьев), поэтому иногда встречаются и крупные рабочие, а также мелкие солдаты.
У дамарского землекопа (он обитает на юге Африки и, в отличие от голого, весь покрыт шерстью) также было отмечено наличие "нерегулярных" рабочих. Они составляют 25-40 процентов от общей численности колонии, но выполняют только пять процентов общей работы. Зачем же семье нужны подобные "лентяи"? Оказывается, после дождей, когда земля становится мягкой, эти рабочие начинают трудиться с удвоенной интенсивностью, и благодаря этому территория проживания семьи существенно увеличивается (подобное, кстати, отмечено и у многих видов муравьев). На тех же "нерегулярных" рабочих, которые, роя туннели, уходят очень далеко, перестает действовать репродуктивный контроль королевы, и они основывают новые колонии, становясь нормальными самцами и самками. Предполагается, что подобный феномен есть и у голых землекопов.
Интересно, что землекопы являются достаточно устойчивыми к различным неблагоприятным явлениям. Смертельный уровень радиации, который они могут выдержать превышает таковой у человека в 50 раз! Клетки кожи голого землекопа лишены нейротрансмиттера (вещества, передающего сигналы), известного как "вещество P", которое отвечает за передачу болевых импульсов в центральную нервную систему. Поэтому голые землекопы не чувствуют порезов и ожогов.
Также установлено, что эти зверьки не подвержены образованию раковых опухолей, благодаря защитному механизму, контролирующему рост клеток. Это является одной из причин столь рекордной для грызунов продолжительности жизни (королевы живут около 26 лет, рабочие — в среднем 20). При этом землекоп не дряхлеет подобно нам — с момента наступления половой зрелости и до самой смерти физиологически его организм не изменяется.
Правда, в отличие от большинства млекопитающих эти зверьки не способны поддерживать постоянную температуру тела, она колеблется у них в пределах десяти градусов в зависимости от температуры окружающей среды. Впрочем, во время холодов они научились замедлять потерю тепла, собираясь большими группами в нижних помещениях. Зато такая "холоднокровность" привела к тому, что обмен веществ у них более медленный, чем у остальных млекопитающих. Она позволяет землекопам выживать в подземных туннелях при очень низком уровне кислорода.
Землекопы также могут выдерживать высокие концентрации СО2 в воздухе — до десяти процентов. Для людей такое большое количество углекислого газа чрезвычайно вредно, оно вызывает удушье, жжение век и дыхательных путей. А вот землекопы в такой ситуации даже ничего не замечают. Недавние исследования показали, что нейроны этих животных способны полностью восстановить свою функцию после более чем получасового кислородного голодания. Это является рекордом для млекопитающих (предел человека — четыре минуты).
Теперь, я думаю, вы прекрасно понимаете, кто сменит человечество на Земле, если оно погибнет в результате какого-нибудь стихийного бедствия. Это будут землекопы! Их физиология позволит им выжить и при ядерной катастрофе, и при глобальном потеплении, и при других несчастьях. А эусоциальность может подвигнуть этих зверьков на создание цивилизации.
Несмотря на то, что сейчас уровень развития общества землекопов соответствует таковому у человека в эпоху собирательства, это не значит, что в дальнейшем они не могут освоить другие формы хозяйственной деятельности. Примитивные муравьи, как мы знаем, тоже занимаются лишь собирательством, а высокоразвитые разводят грибы в теплицах (земледелие) и тлей на растениях (скотоводство). У низших муравьев формой "государственного строя" является абсолютная родовая монархия (как и у землекопов), а у высших возможно рабовладение и даже демократия! Так что и землекопы в перспективе могут выработать подобные формы общественного устройства.
Что касается разумного поведения, то сейчас землекопы не могут им похвастаться. Но первые обезьяны, появившиеся около 40 миллионов лет назад, тоже не были разумными! В то же время, то, что у землекопов присутствует элемент обучения, говорит о том, что у этих зверьков возможна эволюция в "сторону разума". Просто для того, чтобы стать разумными, им потребуется время. И следует заметить, его-то у них вполне достаточно.
Источник: Pravda.ru
Генетики выяснили, кто же настоящие предки человека. А также откуда и как взялись они, сами приматы и, собственно, люди. Древо получилось загибистым и ветвистым.
Руконожка мадагаскарская Большая международная команда исследователей из США, Бразилии, Франции и Германии секвенировала фрагменты 54 ядерных генов (34927 пар оснований) от 186 видов приматов. Эти виды принадлежат к 61 роду, что составляет 90% всех живущих на земле родов отряда приматы. В результате ученые составили новое молекулярно-генетическое древо приматов и уточнили многие спорные вопросы их систематики. Они проследили, как приматам удалось достигнуть такого разнообразия (например, лемур совсем не похож на орангутана), как происходило образование новых видов и освоение ими новых территорий. И заодно узнали много нового об эволюции человеческих генов.
Ученые сравнили строение аналогичных участков генома у разных приматов и нашли места точечных мутаций – нуклеотидных замен, выпадения (делеции) фрагментов ДНК и иные хромосомные перестройки. Это позволило им выяснить, кто, когда и от кого произошел. Происхождение всего отряда приматов до сих пор оставалось спорным вопросом. Полина Перельман (Polina Perelman) из National Cancer Institute–Frederick, Frederick, Maryland и ее соавторы показали, что ныне живущие приматы появились примерно 85 млн лет назад от общего предка. По-видимому, это произошло в Азии, где живут наиболее близкие родственники приматов – как ни удивительно, это шерстокрылы. Это древесные млекопитающие, имеющие перепонки между лапами, что позволяет им планировать в прыжке с ветки на ветку наподобие летяг. За ними по близости родства к приматам следуют тупайи.
ТупайяБиологи уточнили место на эволюционном древе самой примитивной группы приматов – мокроносых обезьян (Strepsirrhini), которых раньше некоторые специалисты относили к полуобезьянам. Гены показали, что они отделились от сухоносых обезьян (Haplorrhini) 87 млн лет назад. А примерно 68,7 млн лет назад мокроносые разделились на две ветви. Одна из них колонизировала остров Мадагаскар, и здесь от общих предков произошли лемуры, индриды и руконожки (современный представитель — руконожка мадагаскарская). Другая ветвь породила семейства лори и галаго. От ветви сухоносых обезьян первыми отделились долгопяты (Tarsius), которых раньше тоже обезьянами не считали. О древности долгопятов свидетельствуют 25 делеций в исследуемых участках генома, накопившихся за время их истории.
Широконосые, или обезьяны Нового света (Platyrrhini) отделились от общего предка с узконосыми обезьянами Старого света (Catarrhini) примерно 43,5 млн лет назад. Открытым остается вопрос, как им удалось завоевать Америку, и повлияли ли на это изменения климата. Но разделение широконосых на отдельные семейства произошло 24,8 млн лет назад в тропических лесах Амазонки. Исследователи уточнили, в какой последовательности и в какое время возникли паукообразные обезьяны, ревуны, цебусы, саймири, мармазетки и тамариски. Они выяснили, какие точечные мутации привели к возникновению ночных обезьян (Aotidae) – единственной группы приматов Нового света, которые перешли к ночному образу жизни.
Среди узконосых обезьян Старого света мартышковые (Cercopithecidae) разделились на подсемейства и роды 18 млн лет назад. Биологи уточнили, когда и как появились колобусы, тонкотелы, павианы, макаки, мандрилы и, собственно, мартышки. Один из самых известных родов – макаки, возник 5,1 млн лет назад.
Наконец, гоминоиды (Hominoidea) – высшие узконосые обезьяны, появились примерно 13 млн лет назад. Первыми от них отделилась ветвь гиббонов, затем – ветвь орангутанов. Подсемейство гоминин (Homininae), к которым принадлежат роды горилла, шимпанзе и человек (Gorilla, Pan, Homo), продолжала развиваться дальше. Отделение гориллы не сопровождалось делециями в изучаемых участках ДНК, а отделение шимпанзе от человеческой ветви произошло с участием двух делеций.
Анализ показал относительно недавние генетические изменения у мартышковых и более древние у мокроносых обезьян. Средняя скорость нуклекотидных замен у приматов – 6,163 х 10−4 на точку в миллион лет, но она сильно различается в разных группах. Ученые показали, что у более «продвинутых» узконосых обезьян изменения происходят с меньшей скоростью, чем у широконосых и мокроносых. А самая высокая скорость оказалась у лори и у ночных обезьян. То есть, эволюция приматов от древних к современным замедляется.
Авторы считают, что их результаты имеют практическое значение для человека: «Понимание генетической природы разных заболеваний не может быть полным без знания предыдущей генетической истории».
Источник: Infox.ru
28-11-2012 Просмотров:11661 Новости Зоологии Антоненко Андрей
В ответ на атаку гусениц растения выделяют летучие вещества, привлекающие насекомых-паразитоидов, которые заражают гусениц своими личинками. В роли таких паразитоидов обычно выступают осы-наездники. Личинки наездников питаются гусеницами и тем самым...
29-08-2014 Просмотров:7520 Новости Микробиологии Антоненко Андрей
Исследование вируса лихорадки Эбола и его распространения и особенностей предпринято в Гарвардском университете (США). Исследователи секвенировали 99 геномов вируса Эбола от 78 пациентов в Сьерра-Леоне, одной из стран, затронутых эпидемией....
10-04-2014 Просмотров:8100 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей
Неуклюжие травоядные ринхозавры, весьма многочисленные во времена триасового периода, могли похвастаться отличным обонянием. К такому выводу пришли бразильские палеонтологи, изучавшие строение черепа южноамериканского представителя этой группы Teyumbaita sulcognathus. Teyumbaita sulcognathus. Реконструкция:...
11-03-2015 Просмотров:7510 Новости Цитологии Антоненко Андрей
Ученые из The Scripps Research Institute смогли изучить всю структуру динеинового комплекса, выполняющего ряд важнейших функций внутри клеток, в частности, преобразование химической энергии в механическую и перемещение грузов между клетками....
05-02-2012 Просмотров:11339 Новости Микробиологии Антоненко Андрей
На дне впадин в окрестностях Багамских островов, кои принято называть голубыми дырами, обнаружена богатая микробная жизнь. Сбор планктона и бактериальных матов (фото Tamara Thomsen)Многие из этих организмов неизвестны науке. По-видимому, они...
Биологи выяснили, что когда электрические угри сталкиваются с особенно крупной добычей, они располагают свое тело так, чтобы подвергнуть ее в два раза более сильному удару током, чем обычно. Электрический угорьОб этом…
Ученые из Университета штата Огайо (США) описали механизмы, позволяющие плющу прочно прикрепляться к различным поверхностям, что его не способны оторвать ураган и торнадо. Статья об исследовании опубликована в журнале Proceedings of…
Старейшее дерево России растет на острове Ольхон: лиственнице "Страж Ольхона" 777 лет, сообщает пресс-служба ФГБУ "Заповедное Прибайкалье". В пятерку старейших деревьев России вошли два дерева Прибайкальского национального парка. Одно из них возглавило…
В споре о причинах мел-палеогенового вымирания очередной залп сделали сторонники гипотезы об извержениях вулканов на Деканском плато в Индии, которые продолжались десятки тысяч лет. По их мнению, дело вовсе не…
Пьеранджело Лупорини и его коллеги из Университета Камерино (Италия) впервые предоставили прямые доказательства того, что две географически разнесённые популяции микроорганизмов могут успешно спариваться и обладают общим генофондом. Один из представителей рода…
Следы использования огня прослеживаются практически с начала существования Денисовой пещеры на Алтае, ранние слои которой датируются 300 тыс. лет. Об этом рассказал на заседании президиума Сибирского отделения РАН в пятницу…
Эукариоты Надцарство Животные Грибы Растения Протисты Царство Эуметазои Прометазои Водоросли Простейшие Слизевые плесени Подцарство Раздел Билате-ральные Радиаль-ные
Ученые разобрались с предназначением бивней нарвалов. Вероятнее всего, они помогают самцам этих морских млекопитающих привлекать самок. НарвалыК такому выводу пришли канадские биологи из Университета Манитобы, чья статья опубликована в журнале Marine Mammal Science. Нарвалы…
В фантастических произведениях разного пошиба (в литературе, кино, компьютерных играх) регулярно встречаются рассказы о «заброшенных мирах» — потаённых местах планеты, о которых как будто забыло время. Вера Ржичанкова из Университета…