Эволюция происходит на всех уровнях жизни, и белковые молекулы эволюционируют точно так же, как птицы и звери. Но если к эволюции животных мы уже более или менее привыкли, то в случае эволюции макромолекул многое остаётся загадкой: в какую сторону развиваются, например, те же белки, как быстро они это делают и т. д.

Формы пространственной конформации белков; разным цветом показаны стандартные элементы структуры, которые входят в конструкцию более высокого порядка. (Рисунок Cedric Debes / Heidelberg Institute for Theoretical Studies.)Учёным из Института теоретических исследований в Гейдельберге (Германия) удалось определить важное направление молекулярно-белковой эволюции, хотя, возможно, оно и не единственное. В статье, опубликованной в веб-журнале PLoS Computational Biology, сообщается, что эволюция белков шла по пути ускорения фолдинга, то бишь сворачивания белковой молекулы, приобретения ею функциональной пространственной конформации.

Авторы работы проанализировали данные о 92 тысячах белков. Сравнение, разумеется, проводилось с помощью компьютерных методов, при этом особое внимание обращалось на возраст пептидных структур. Был разработан специальный алгоритм, который позволял сравнивать их между собой во временнóм масштабе, с учётом времени возникновения. Так, можно было определить, в каком организме появился белок и когда именно. Одновременно исследователи моделировали фолдинг белков. Процесс фолдинга, при котором белок принимает уникальную пространственную структуру, у разных молекул занимает от наносекунд до минут.

При этом оценивалось сворачивание в двух точках молекулы — точнее, степень их сближения при сворачивании. Это отнимало гораздо меньше времени, чем воссоздание фолдинга всей молекулы, и позволяло оценить именно скорость процесса. Собственно говоря, исследователи сравнивали даже не столько сами белковые молекулы, сколько способы сворачивания: белки могут иметь разную пространственную форму, но идут к ней они сходным способом, и этот способ может быть как быстрым, так и не очень.

В итоге учёные пришли к выводу, что белки, от архейных до тех, что можно найти в многоклеточных организмах, с течением времени сворачивались всё быстрее. И одним из факторов такого ускорения оказалось, по-видимому, укорочение полипептидной цепи. То есть древнейшие белки были более громоздкими и использовали более долгие схемы сворачивания.

Авторы полагают, что на заре жизни это было вполне оправданным: белкам приходилось перестраховываться, чтобы случайно не свернуться неправильно. Потом, с развитием клеточной жизни, белковые молекулы оказались в более комфортных условиях, которые позволяли свернуться быстро и точно. Не следует забывать и о дополнительных клеточных механизмах, которые помогают правильному белковому фолдингу и исправят в случае чего ошибочную конформацию (как это делают шапероны). По мнению учёных, разные формы молекул как раз и произошли из-за того, что белки постоянно искали способ быстрого сворачивания.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Когда мы говорим о коллективном разуме, то обычно имеем в виду, что коллегиальное решение оказывается более адекватным задаче, нежели принятое одним человеком. Это можно наблюдать не только у нас, но и у многих социальных животных. Объединение в стаи, стада, косяки помогает избегать опасности, быстрее искать пищу или брачного партнёра. То есть предполагается, что есть такие проблемы, для решения которых индивидуальных опыта и знаний недостаточно.

Коллективный разум помогает животным в самых разных делах, от миграции до поиска пищи. (Фото Winfried Wisniewski.)Исследователи из Принстонского университета (США) показали, что коллективный разум у животных зависит, как и у человека, от социальных связей. Кроме того, животным нужна определённая численности группы: ниже неё коллективный разум начинает давать осечку. Опыты ставились на стайных рыбах: в аквариум запускали 256 особей и организовывали освещение так, чтобы в воде имелись тёмные и светлые участки, которые случайно двигались. Кроме того, была создана большая зона, освещённая по краям и тёмная в центре, которая тоже перемещалась по аквариуму. Рыбы, как и ожидалось, сбивались в стаи и старались оказаться в большой тёмной зоне. При этом, хотя одиночки тоже старались заплыть в затенённые участки, в группе им удавалось найти тень гораздо быстрее. То есть в косяке перемещения рыб становились более целенаправленными, если не сказать «разумными».

В статье, опубликованной в Science, биологи пишут, что отдельные особи не слишком стремились вернуться на затенённую территорию, хотя и плавали с той же скоростью, с которой двигались освещённые и затенённые участки. При этом группы рыб не только сразу заплывали в тень, но ещё и двигались вместе с ней. Иными словами, коллективный разум ускорял реакцию, помогал быстрее адаптироваться к изменениям среды. И чем больше был коллектив, тем быстрее он приспосабливался.

Исследователи обращают особое внимание на некоторые экологические следствия из полученных результатов. Для того чтобы поставить вид под угрозу, говорят они, вовсе не обязательно истребить как можно больше особей. Если речь идёт о социальных животных (к примеру, о птицах или морских животных, которые регулярно мигрируют стаями/стадами), то достаточно уменьшить численность популяции до какого-то значения, чтобы оставшиеся погибли сами собой. Миграция, как известно, зависит именно от коллективного разума, и если он вдруг обеднеет, у оставшихся особей возникнут серьёзные проблемы, а «естественные причины» довершат дело истребления, начатое человеком.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Кто не знает о замечательной способности сов поворачивать голову на 270˚! Птицам это как будто не доставляет никаких неудобств, головой они вертят легко и непринуждённо. Между тем исследователи долго не могли понять, почему совы при этом не падают с инсультом. Понять недоумение учёных легко: в шее проходят кровеносные сосуды, питающие мозг. Такой крутой поворот должен вызвать как минимум сжатие сонных артерий. У людей, кстати, подобное часто происходит при сильном и резком повороте головы — к примеру в момент автокатастрофы или при неумелой хиропрактике. И это притом, что такой поворот, как у сов, человек не может выполнить в принципе.

Неясыть северная пятнистая, фото википедияИсследователи из Медицинской школы при Университете Джонса Хопкинса (США) решили разгадать совиную загадку, вооружившись новейшими медицинскими методами, вплоть до ангиографии и компьютерной томографии. Опыты ставили на белой сове, пёстрой неясыти и виргинском филине (все птицы погибли естественным образом).

Совиные артерии у основания головы имеют баллонообразные расширения, которые ещё и увеличиваются под напором крови. (Рисунок авторов работы.)Во-первых, оказалось, что сосуды сов, лежащие в основании головы, в районе нижней челюстной кости, имеют баллонообразное расширение. Такая картина полностью противоположна тому, что можно видеть, например, у человека: у нас сосуды постепенно мельчают и сужаются по мере удаления от сердца. Ответвления от сонной артерии будут меньше в диаметре, чем исходный, «родительский» сосуд. Такие расширения позволяют совам создавать излишки крови, что-то вроде запасов, которые питают голову в случае, если кровоснабжение «снизу» сокращается. Кроме того, сосуды головы образуют обширную сеть, что опять-таки облегчает доставку крови.

Во-вторых, любопытные адаптации обнаружились в шейных позвонках птиц. Через специальные отверстия в этих позвонках проходят важные артерии, питающие мозг. При повороте головы позвонки могли бы передавить и повредить сосуды. Однако у сов отверстия в двенадцати из четырнадцати шейных позвонков необычайно широки — примерно в 10 раз шире, чем диаметр проходящей через них артерии. За счёт такого зазора сосуды сов спокойно переносят смещения позвонков шейного отдела, когда птице вздумается повернуть голову. Кроме того, сами сосуды входят в позвонки выше, чем у других птиц, — на уровне 12-го, а не 14-го позвонка (отсчёт ведётся сверху вниз). То есть в совиной шее сосудам вновь дана почти полная вольница.

Ещё одна адаптация: у сов нашли соединения-анастомозы межу сонными и позвоночными артериями, чего нет, например, у человека. Такие соединения улучшают циркуляцию крови в голове: если что-то не пошло через сонные сосуды, недостаток будет возмещён через позвоночные. Всё вместе — сосудистые «баллоны», позвоночные артерии, которые свободно болтаются в позвонках, и усовершенствованная сосудистая сеть в голове — защищает сов от головокружений и прочих следствий кислородной недостаточности, которая могла бы возникнуть при резком повороте головы. Впрочем, некоторые из совиных «изобретений» могут быть и у других птиц, что исследователи и собираются проверить в ближайшее время.

Работа, представленная на Международном конкурсе научно-технологических методов визуализации, была особо отмечена журналом Science.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Компания Google продолжает публиковать панорамные снимки природных достопримечательностей. На этот раз веб-корпорация предлагает полюбоваться красотами Гранд-Каньона — одного из глубочайших каньонов на Земле.

Панорамные снимки Гранд-Каньонар Гранд-Каньон находится на территории одноимённого национального парка на плато Колорадо (Аризона, США). Это один из самых необычных геологических объектов планеты; он формировался в течение примерно 10 миллионов лет. Длина каньона, прорезанного рекой Колорадо в толще известняков, сланцев и песчаников, достигает почти 450 км.

Панорамные снимки Гранд-КаньонаGoogle предлагает совершить виртуальную прогулку по знаменитой тропе Светлого ангела, насладиться мощью реки Колорадо, добраться до крутых склонов тропы Южный Кайбаб и полюбоваться живописными круговыми панорамами.

Изображения получены при помощи специальных треккеров — переносных 18-килограммовых установок в рюкзаке. Это оборудование под управлением Android с оптической системой из 15 линз позволяет делать фотографии там, куда нельзя попасть на колёсах.

Сейчас на картах Google доступно в общей сложности более 9 500 панорамных снимков Гранд-Каньона.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В конце эры динозавров эти гиганты жили удивительно близко друг к другу на прибрежных низменностях Северной Америки. Тайлер Лайсон и Николас Лонгрич из Йельского университета (США) решили выяснить, каким образом титаны делили между собой сравнительно небольшую территорию.

Схема обычного пейзажа позднего мела: гадрозавры и тесцелозавры пасутся на берегу, трицератопсы — чуть поодаль, а тираннозавры — везде. (Иллюстрация Николаса Лонгрича.) Учёные проанализировали 343 скелета из 43 музейных собраний и обнаружили связь между разновидностями динозавров и типами камня, в которых были обнаружены их останки. «То, что палеонтологи обычно выбрасывают при раскопках, может быть ключом к пониманию образа жизни ящеров», — подчёркивает г-н Лайсон.

Например, 180 скелетов трицератопсов в два раза чаще попадались в аргиллитах, глинистой породе, покрывавшей поймы рек, чем в песчанике. И наоборот, 80 скелетов утконосых динозавров в 15 раз чаще встречались в песчанике, чем в аргиллите. 19 скелетов тесцелозавров тоже были обнаружены преимущественно в песчанике (восемь к одному по сравнению с аргиллитами). Как видим, первые, подобно современному чернохвостому оленю, предпочитали пойменные луга, а вторые и третьи, как современный белохвостый олень, — берега рек. Нет ничего удивительного в том, что травоядные делили между собой территорию.

А вот анализ 45 скелетов тираннозавров показал, что эти хищники не имели никаких предпочтений. Они, по всей видимости, просто шли туда, где было много мяса.

Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

В самой длинной в мире и одной из самых глубоких океанических впадин кипит, как выяснилось, неожиданно насыщенная жизнь. На глубинах в семь-восемь километров, где учёные ожидают встретить разве что рачков, они обнаружили целые группы рыб. Как те выживают и как вписываются в местную экосистему — исследователи только начинают понимать и, похоже, узнали один из секретов.

Один из видов рыб, явно обрадовавшийся визиту дистанционно управляемого аппарата. За вкусную наживку обитатели глубин охотно позировали перед камерами много часов подряд (фото University of Aberdeen)Совершенно неизвестный науке вид рыб-улиток (snailfish) был запечатлён на глубине семь километров в Перуанско-Чилийском жёлобе. До сих пор биологи считали, что на его дне рыбы не водятся.

Яркое открытие – не единственное, совершённое в ходе экспедиции по проекту HADEEP ("Научная и образовательная программа по абиссальной окружающей среде"). Используя вместо дедовских сеток-ловушек глубоководные камеры с приманками, международная научная команда получила более 6000 снимков обитателей глубин.

Семейство рыб-улиток насчитывает 195 видов. Ещё один (на снимке), казалось бы, не сильно обогатит данную семью. Но найден этот вид на очень большой для рыб глубине, что делает новичка особенно интересным (фото University of Aberdeen)Проект HADEEP впервые принёс сенсацию в 2008 году: на глубине 7703 метра в Японском жёлобе учёные засняли на видео живых морских слизней (Pseudoliparis amblystomopsis), тоже относящихся к семейству рыб-улиток.

Позднее другой вид (Notoliparis kermadecensis) из того же семейства удалось зафиксировать на семикилометровой глубине у берегов Новой Зеландии в жёлобе Кермадек.

Неужели в каждой крупной впадине находится свой уникальный вид рыбы-улитки? Чтобы проверить — сработает ли это занятное правило, учёные и отправились за шесть тысяч миль на другую сторону океана.

Рыба-улитка, открытая в Перуанско-Чилийском жёлобе, подтвердила догадку. И вместе с тем экспедиция показала, что рыбы, живущие глубже семи километров, – не экстраординарные случаи, а, скорее, правило.

Помимо рыб-улиток участники вояжа впервые обнаружили на таких глубинах группы рыб из семейства ошибней (Ophidiidae).

Эти кадры экспедиция проекта HADEEP получила в Перуанско-Чилийском жёлобе на глубинах от 4,6 до 8 километров (фотографии University of Aberdeen, Oceanlab) Чтобы узнать, новый это вид или нет, необходимо будет провести дополнительные исследования. Кстати, среди ошибней есть разновидность Abyssobrotula galatheae, которой принадлежит рекорд глубины: в 1970 году единичные экземпляры данных рыбок выловили в 8370 метрах ниже поверхности океана. Это могло быть делом случая: как правило, места обитания Ophidiidae лежат гораздо выше. Потому новая находка – целые косяки живых ошибней на дне впадины — не рядовое событие.

Это живое ракообразное на глубине восьми километров немало удивило биологов, даже не столько своим присутствием, сколько тем, что плавало в окружении великого множества собратьев (фото University of Aberdeen)Ещё одним сюрпризом явилось обилие ракообразных-мусорщиков из отряда амфипод (Amphipoda). Ранее биологи не знали, что амфиподы могут присутствовать на таких глубинах в столь большом количестве.

"Само обилие этих больших амфипод поражает, особенно на 7000-8000 метрах. На такой большой глубине этих существ не находили ни в одной другой океанической впадине, – объясняет одна из участниц экспедиции Ниам Килгаллен (Niamh Kilgallen) из национального института водных и атмосферных исследований Новой Зеландии (NIWA). – Напрашивается вопрос, почему и как они могут жить так глубоко здесь, но не где-то ещё?"

Три года участники проекта — учёные из океанской лаборатории университета Абердина (Oceanlab), института исследования океана университета Токио (Ocean Research Institute) и NIWA — совершают вылазки к самым глубоководным местам Мирового океана.

Глава экспедиции Алан Джеймисон из Oceanlab говорит: "Наши находки показали разнообразие и обилие видов на глубинах, которые ранее считались лишёнными рыб". Внизу: Notoliparis kermadecensis (фото University of Aberdeen, Oceanlab). Биологи говорят, что каждая из океанических впадин в мире, как видно, даёт кров уникальному собранию живых существ. Пусть относятся они к семействам и родам, уже знакомым учёным, каждый раз попадаются новые виды. Кстати, крупных жёлобов в океане — чуть больше двух десятков. Из них тех, что уходят глубже восьми километров – всего девять (к ним относятся и Перуанско-Чилийский, и Японский и Кермадек).

В течение трёх недель сентября 2010 года группа учёных арендовала немецкое исследовательское судно Sonne. Управляет им компания RF Forschungsschiffahrt, и на нём регулярно гостят океанологи из множества институтов и университетов (фотографии RF Forschungsschiffahrt)Сама изоляция такого жёлоба создаёт подводный аналог островного правила Дарвина, влияющего на эволюцию и приспособление видов. Это один из главных выводов недавнего похода HADEEP.

Источник: MEMBRANA

    Важный элемент, помогающий подстраивать под циркадный ритм различные ткани и органы, идентифицировали учёные из Северо-Западного (Northwestern) и Техасского (UT Southwestern) университетов.

Детали новых опытов учёные изложили в статье в Science (фото с сайта thehouseofrayne.co.uk) Биологи давно знают, что у теплокровных существ происходит небольшое суточное колебание температуры тела. Это всегда считалось одной из реакций организма на команды биологических часов. Однако опыты, проведённые в Техасе, показали, что такое представление весьма не точное. Как гласит пресс-релиз, на деле всё наоборот: это температура управляет циркадными ритмами в клетках.

Главные часы организма – область мозга, называемая супрахиазматическим ядром (SCN). Внутри него есть клетки-часы, ведущие отсчёт благодаря активации и дезактивации генов (им помогают микроРНК)Cчитается, что супрахиазматическое ядро в гипоталамусе рассылает по организму сигналы, синхронизирующие внутриклеточные часы. Но теперь доктор Джозеф Такахаси (Joseph Takahashi) и его коллеги внесли существенное уточнение: SCN посылает сигнал, устанавливающий температуру тела. А уже в ответ на её изменение остальные клетки подстраивают свои процессы.

Это удалось узнать благодаря экспериментам с культурой клеток мышей. Учёные нашли, что гены, отвечающие за включение и выключение разных суточных функций, контролируются сменой температуры. Но при этом клетки SCN на колебания температуры не реагируют. Понятно почему: в противном случае обратная связь разрушила бы ход часов.

По словам Такахаси, эта система управления циркадными ритмами может представлять собой модификацию гораздо более древней, появившейся ещё у холоднокровных существ. У них многие процессы зависят от температуры тела, а значит, от температуры среды. В эволюционно продвинутых созданиях природа могла взять за основу тот же самый механизм, дополнив его звеном в виде контроля за суточными колебаниями температуры.

Читайте также о дополнительных биологических часах, о том, как на ритм организма влияют приём пищи и синий свет, а ещё о воздействии циркадного ритма на циклы деления клеток и настроение.

Источник: MEMBRANA

Грозные гиганты Tyrannosaurus rex поедали собратьев. Это установили Николас Лонгрич (Nicholas Longrich) из Йеля (Yale University) и его коллеги из других университетов США и Канады.

Тиранозавр РексОбладавший острым обонянием и мощным укусом тираннозавр был не прочь закусить и представителями своего вида. Доказательство: четыре кости ти-рекса, найденные в западной части Северной Америки. На всех — крупные отметины, которые могли быть сделаны только зубами другого хищника равного размера.

Кости тираннозавров с отметинами от укусов других ти-рексов (Nicholas R. Longrich et al./PLoS ONE) Все изученные останки относятся к последним пяти миллионам лет жизни динозавров, концу мела. А в эту эпоху тираннозавр был крупнейшим наземным плотоядным и единственным известным учёным созданием, достаточно большим, чтобы оставить увиденные отметины на костях.

Логичное объяснение только одно — каннибализм. Ведь крайне маловероятно, что для учёных остался незамеченным какой-то другой хищник равного размера, относящийся к тому времени и живший в тех местах: соответствующие слои пород давно перекопаны вдоль и поперёк.

Интересно, что в 2003 году в каннибализме уличили родственника тираннозавра — ящера Majungatholus atopus. Он стал первым дино с такой доказанной склонностью, а теперь T. rex оказался вторым.

Детали работы раскрывает пресс-релиз Йеля и статья в PLoS ONE. (Читайте также о каннибализме среди древних людей.)

Источник: MEMBRANA

Парижский Национальный музей естественной истории издал монографию, в которой содержатся сведения о 209 ранее неизвестных видах улиток Южнотихоокеанского региона.

«Наше исследование отличает даже не внушительное количество видов, а то, что все они относятся к родуНовые виды улиток рода Turbonilla», — замечает один из авторов монографии Ансельмо Пеньяс (Anselmo Peñas). По его словам, никогда ранее — даже в XIX веке — биологам не удавалось собрать такое число новых видов одного рода в одной работе.

Изучать улиток Turbonilla Ансельмо Пеньяс и его коллега Эмилио Ролан (Emilio Rolán) начали десять лет назад. Материалом для исследования послужили образцы, собранные за 30 лет у берегов Новой Каледонии, Соломоновых островов, Вануату, Фиджи, Королевства Тонга и Полинезии на глубине в 100–1 700 м. В монографии упомянуты 272 улитки, но 30 из них уже были известны науке, а данных по ещё 33 животным оказалось недостаточно для их надёжной классификации.

Род Turbonilla входит в надсемейство Pyramidelloidea. Отличать этих моллюсков друг от друга довольно трудно: они имеют небольшие (менее 10 мм) размеры, и у них нет радулы — предназначенного для соскребания и измельчения пищи аппарата, количество, форму и расположение «зубов» которого используют в качестве систематических признаков. «Нам пришлось задействовать электронный микроскоп, — вспоминает г-н Ролан. — Мы выполнили огромный объём работы — сделали около 1 300 снимков».

Стоит отметить, что представители Pyramidelloidea паразитируют на двустворчатых моллюсках и многощетинковых червях, успешно заменяя радулу так называемым стилетом.

В будущем испанские биологи планируют опубликовать аналогичные работы по другим родам того же надсемейства. 

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Новые виды растений биологи находят частенько, но открытие неизвестного рода — событие редкое. Удача улыбнулась Кармен Уллоа Уллоа (Carmen Ulloa Ulloa) из ботанического сада Миссури (Missouri Botanical Garden) и её коллегам из университета южного Иллинойса (SIU), лондонского музея естествознания (NHM) и дублинского колледжа (Trinity College).

Местные жители называют это растение guayabillo или guayaba de montana. Это всё варианты guayaba (гуавы): имя проистекает из внешнего сходства плодов (фото D. L. Kelly) Дерево, названное Hondurodendron urceolatum, впервые учёные заметили в ходе экспедиции 2004 года в национальном парке El Cusuco, расположенном в горах Sierra del Merendón на северо-западе Гондураса. В 2006 и 2008 годах удалось собрать дополнительные образцы таинственного растения, которое классифицировать сходу оказалось затруднительным.

Расположение плодов и листьев, а также трещиноватая кора H. urceolatum (фотографии parasiticplants.siu.edu, Jonathan Kolby, D. L. Nickrent)Понадобилось ещё два с лишним года исследований структуры этого растения и его генетических маркеров, чтобы поместить новичка на нужную ветвь филогенетического древа — в семейство Aptandraceae. Его представителей можно встретить не только в Южной Америке, но и в Африке, Азии и Индонезии. От сородичей новое дерево отличается рядом особенностей.

Высота его — более 12 метров, мужские и женские цветки необычайно мелкие (менее 2 миллиметров), появляются они, соответственно, на отдельных растениях. Двухсантиметровый плод по структуре напоминает орех. Он не сочный и для людей не съедобен, но зато мелкие млекопитающие, шастающие по веткам Hondurodendron urceolatum, лакомятся им охотно. Кстати, если первая часть названия нового растения означает "дерево из Гондураса", то вторая переводится как "имеющий форму кувшина" и отсылает как раз к облику фруктов.

Цветки H. urceolatum (проспиртованные) и их части, разрезанный плод, пыльца под электронным микроскопом (масштабная линейка – 6 микрометров). Авторы работы отмечают, что столь крошечные чашечки цветков поразительно сильно увеличиваются по мере роста плода. Они не только закрывают его полностью, но часто выступают за его пределы (фотографии parasiticplants.siu.edu, D. L. Nickrent) Дерево Hondurodendron urceolatum представлено несколькими разрозненными популяциями в пределах одного горного хребта. Между тем местные леса окружены сельскохозяйственными угодьями и страдают от лесозаготовки и выпаса скота. Потому ботаники объявили, что данный вид (а значит, и род) находится под угрозой исчезновения.

Детали открытия раскрывают пресс-релиз (PDF-документ) ботанического сада и статья в Annals of the Missouri Botanical Garden (в открытом доступе она выложена в PDF-документе). 

Источник: MEMBRANA