Ученые биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова изучили, как изменяются относительные размеры органов насекомых в процессе в процессе миниатюризации — уменьшения размеров тела насекомых в ходе эволюции. Проведенная работа показала, что минимальные достижимые размеры насекомых ограничиваются размерами системы размножения и нервной системы. Исследователи представили свою работу в журнале Scientific reports.

Внутренние органы насекомыхВ ходе эволюции под действием различных факторов размеры тел насекомых отдельных видов могут становиться меньше. Этот процесс, называемый миниатюризацией, приводит к тому, что насекомые могут достигнуть размера одноклеточного организма.  Пример мельчайших насекомых — жуки перокрылки и перепончатокрылые мимариды.  Их размер составляет доли миллиметра.

Идея работы, по словам автора статьи, доктора биологических наук Алексея Полилова, состояла в том, чтобы установить закономерности изменения относительных объемов различных органов и систем при уменьшении размеров тела насекомого. Биологи проанализировали большой объем данных и построили 30 полных и 26 частичных трехмерных компьютерных реконструкций для 22 видов насекомых из 11 семейств, принадлежащих к пяти отрядам (щетинохвостки, сеноеды, трипсы, жесткокрылые и перепончатокрылые). Ученые исследовали насекомых длиной от 2 см до 0,22 мм. Таким образом, самое крупное из исследованных насекомых было больше самого мелкого в 100 раз по размеру и в 100 000 раз по объему.

Выяснилось, что большинство систем органов насекомых могут быть уменьшены во много раз, при сохранении пропорций. "Системы органов сохраняют организацию, а некоторые — даже неизменный относительный объем, несмотря на многократные уменьшения размеров", — отмечает Алексей Полилов. Интересно, что даже у мельчайших насекомых с уменьшением размеров тела, становится меньше относительный объем метаболических систем, тканей внутренней среды и трахейной системы. При этом половая и нервная системы при уменьшении размеров тела наоборот, демонстрируют многократное увеличение относительного объема.

"Видимо, именно эти системы ограничивают минимальные размеры тела насекомых. При сравнении наших результатов с литературными данными по позвоночным животным удалось показать, что при тех же масштабах изменения размеров тела, большинство органов позвоночных меняются непропорционально. Таким образом, мы показали, что конструкция насекомых лучше переносит масштабирование, особенно уменьшение размеров тела", — пояснил ученый.

В дальнейшем исследователи планируют расширить круг изучаемых объектов за счет привлечения насекомых из разных отрядов: коллембол, клещей и других членистоногих.
Выявленные принципы и закономерности миниатюризации  могут найти применение при разработке устройств биотехнологий и робототехники.

Источник: РИА Новости

Российские и зарубежные ученые впервые проследили за появлением большого числа вредных мутаций в ДНК людей и мушек-дрозофил и раскрыли механизм, препятствующий быстрому их накоплению в геноме, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

"Мы давно думаем над тем, как человечеству удается справляться с большим количеством мутаций. Каждый новорожденный имеет около 70 мутаций, отсутствующих у его родителей. По текущим оценкам, как минимум 10% будут вредными и будут постепенно накапливаться в геноме. Если бы это было бы так, то человечества в его текущих размерах не существовало бы, что порождает парадокс", — пишут Алексей Кондрашов из  МГУ имени М.В. Ломоносова и его коллеги.

Как рассказывают исследователи, эволюционисты уже несколько десятилетий спорят о том, как работает так называемый "отрицательный естественный отбор" – очистка популяции от вредных мутаций и связанная с ней защита от попадания в эволюционную "яму", тупик развития.

Проблема заключается в том, что не все вредные мутации ведут к смерти зародыша или резкому понижению жизнеспособности организма, и их накопление в геноме того или иного вида может постепенно привести к тому, что он станет неконкурентоспособным. Этого, однако, в большинстве случаев не происходит, что ставит перед учеными вопрос – что помогает естественному отбору "вычищать" такие мутации из генома?

Как рассказывает Кондрашов и его коллеги из Института проблем передачи информации РАН, Сколтеха и зарубежных научных центров, сегодня существует две точки зрения на счет того, как вредные мутации влияют на жизнеспособность их обладателя.

Сторонники первой считают, что каждая мутация вносит свой независимый "вклад" в гибель вида, и каждая из них уменьшает приспособленность на одинаковое относительное значение, постепенно понижая шансы на продолжение рода. Вторая теория говорит о том, что каждая новая вредная мутация наносит значительно больше ущерба, чем предыдущая. Подобная взаимосвязь, которую ученые называют эпистазом, приводит к тому, что индивидуумы, несущие слишком много вредных мутаций, крайне редко оставляют потомство.

Российские биологи и их зарубежные коллеги проверили, какая из этих двух теорий верна, изучив наборы мутаций в ДНК нескольких групп людей, участвовавших в масштабных проектах по секвенированию ДНК в Нидерландах и странах Восточной Азии и Африки, а также мушек-дрозофил, которых другие ученые выращивали в своих лабораториях.

В этих наблюдениях они опирались на простую математическую закономерность – если теория равного вклада верна, то число потомства, оставляемого мушками и людьми, должно плавно понижаться по мере накопления мутаций. Если же для эволюции дрозофил и человека характерен эпистаз, то тогда такие изменения будут нелинейными.

Оказалось, что появление новых вредных мутаций и в геномах мушек, и в ДНК человека влияло на их жизнеспособность больше, чем предыдущие негативные изменения в структуре генов. Как поясняют ученые, это хорошо объясняет то,  почему мы до сих пор не вымерли – негативные мутации усиливают действие друг друга и их накопление резко снижает шансы на то, что их носители продолжат род и распространят свои мутировавшие гены по популяции.

Источник: РИА Новости

Биологи нашли в гиппокампе, центре памяти в мозге, особую зону, которая является своеобразным датчиком температуры, следящим за тем, чтобы мозг не перегрелся и не возник эпилептический припадок, говорится в статье, опубликованной в журнале Neuron.

"Мыши, у которых регион CA2 был отключен, вели себя нормально, но при этом периодически испытывали симптомы, похожие на эпилепсию. Нормальные волны активности нейронов исчезли и были заменены на эпилептоподобные разряды электричества из-за того, что скорость работы других частей гиппокампа никто не контролировал", — объясняет Томас Макхью (Thomas McHugh) из института RIKEN в Саитаме (Япония).

Гиппокамп состоит из нескольких слоев пирамидальных нейронов. Нервные клетки в этих областях собирают и обрабатывают информацию, поступающую из других отделов мозга. Считается, что гиппокамп участвует во всех процессах, связанных с сохранением долговременных воспоминаний, однако все его функции пока не известны.

В прошлом году Махью и его команда обнаружили, что информация хранится в гиппокампе в относительно разрозненном виде. Для ее "чтения" нужны так называемые тета-волны — медленные импульсы мозговой активности, помогающие клеткам гиппокампа вспоминать, в каком порядке нужно воспроизводить воспоминания.

Если тета-волны подавить, то воспоминания будут случайным образом перемешаны. Источником этих волн был регион СА3, один из участков гиппокампа, участвующих в первичной обработке информации. Его открытие заставило ученых выяснить, нет ли в мозге других "генераторов волн".

Для их поиска ученые вывели две особые породы мышей, у которые разные части гиппокампа и других отделов мозга можно было отключать при помощи импульсов синего света или молекул нейротоксина TeTx.

Как показали эксперименты, ближайший сосед CA3, регион CA2, оказался "термодатчиком" и системой безопасности мозга, защищающей гиппокамп от перегрева и чрезмерно высокой активности.

Отключение этого участка мозга у мышей привело к любопытным и почти непредсказуемым последствиям. После блокировки СА2 грызуны в целом вели себя нормально, но в некоторых случаях, когда смотрели на определенные фрагменты клетки или совершали определенные действия, их гиппокамп, образно выражаясь, взрывался мощнейшими вспышками активности, похожими на импульсы, возникающие во время приступов эпилепсии.

Дальнейшие эксперименты с мышами показали, что регион СА2 вырабатывает особые волны, которые заставляют нервные клетки в других частях гиппокампа подавлять активность при превышении некого предела. Это защищает их и от формирования эпилептических очагов, и от перегрева. Длительное отсутствие подобной защиты приводит к ухудшению памяти и потере способности быстро учиться.

Нарушения в работе внутреннего термометра мозга, как считают ученые, могут играть роль в развитии различных нарушений памяти и некоторых форм эпилепсии. Они планируют выяснить, как именно возникают эти нарушения, в ходе более длительных и масштабных опытов на мышах.

Источник: РИА Новости

Генетики выяснили, что прорыв в куроводстве произошел после того, как с подачи монахов-бенедиктинцев жители Европы отказались на время постов от мяса коров, свиней и прочих четвероногих животных.

КурыК такому выводу пришли британские специалисты из Оксфордского университета, чья статья опубликована в журнале Molecular Biology and Evolution.

Куры были одомашнены около 6000 лет назад в Азии, однако до сих пор было неизвестно, как и почему эти птицы приобрели качества, облегчающие их разведение в неволе. Авторы статьи ответили на этот вопрос, проанализировав ДНК, выделенную из куриных костей, которые были найдены в археологических памятниках. Возраст древнейшего из образцов составил 2200 лет. Кроме того, ученые включили в анализ 24 современные породы европейских кур.

Ученые сосредоточились на двух генах - TSHR и BCD02. Благодаря мутации в первом их них, гене рецептора тиреотропного гормона, куры перешли к круглогодичному размножению, что сделало их постоянным источником яиц. Также изменения в гене TSHR привели к снижению агрессивности и страха перед человеком, что позволило содержать кур более скученно. Наконец, из-за мутации в гене BCD02 ноги кур приобрели желтый цвет.

Выяснилось, что активная селекция кур, обладающих этими благоприятными для людей мутациями, началась в Европе около 920 года нашей эры. Примерно тогда же, а также в X-XI столетиях, судя по археологическим данным, кур стали гораздо активнее разводить в Скандинавии и Северной Германии, что совпало с приходом христианства в эти регионы.

По словам ученых, европейцы всерьез взялись за выведение новых пород кур благодаря монахам-бенедиктинцам. Этот религиозный орден популяризовал практику постов, во время которых нельзя было есть мясо четвероногих животных, зато можно было употреблять в пищу птицу, яйца и рыбу. Примерно к 1000 году такие посты под влиянием бенедиктинцев сделались популярными и среди мирян.

В то же время исследователи не исключают, что интенсификация куроводства произошла из-за урбанизации. На небольших придомовых участках европейцы больше не могли содержать скот, как в деревне, а вот куры были идеальны в условиях города.

Источник: infox.ru

Ученые нашли в протерозойских отложениях на юге Африки окаменелость, похожую на мицелий гриба. Находка доказывает, что древнейшие грибы жили на дне моря.

Об этом говорится в статье палеонтологов из Швеции и Австралии, опубликованной в журнале Nature Ecology & Evolution.

В осадочных породах нередко встречаются образования, напоминающие клубок переплетенных нитей. Обычно их интерпретируют как окаменевшие грибницы. Авторы статьи обнаружили нечто подобное, но только в весьма неожиданном месте - в базальтовых породах возрастом 2,4 млрд лет, которые явились результатом деятельности подводных вулканов.

Открытие было сделано при бурении 900-метровой толщи древних базальтов в ЮАР. В образцах породы ученые заметили переплетение нитей толщиной 2-12 микрометров. Некоторые из нитей соединяются, другие несут округлые вздутия, похожие на грибные споры. Судя по размерам, эти образования больше напоминают именно грибницу, а не бактериальные нити.

Исходя из молекулярных данных, по возрасту первые грибы в 2-3 раза уступают найденной окаменелости. Поэтому ученые не исключают, что перед ними всё же не настоящий гриб, а представитель какой-то неизвестной группы эукариотических организмов. Если же это гриб, то остается предположить, что древнейшие грибы заселяли вулканические породы в морских глубинах.

Напомним, недавно британские ученые заявили, что им удалось найти в канадских породах возрастом 4,3 млрд лет возможные остатки микроорганизмов. Подобно некоторым современным бактериям, они могли обитать в гидротермальных источниках на дне океана.

Источник: infox.ru

Голые землекопы, "бессмертные" африканские грызуны, могут переживать до 20 минут полного лишения кислорода благодаря способности их клеток использовать чистую фруктозу для обеспечения себя энергией, что роднит их с растениями, говорится в статье, опубликованной в журнале Science.

Голый землекоп"Нам первыми удалось показать, что, по крайней мере, одно млекопитающее может переключаться с глюкозного метаболизма на фруктозу при недостатке кислорода. Наш мозг и другие органы необратимо повреждаются через пару минут после остановки сердца или инсульта. Так как ДНК мышей и голых землекопов на 94% идентична, вполне возможно, что мы сможем "позаимствовать" этот необычный метаболизм в будущем", — заявил Гэри Левин (Gary Lewin) из Центра молекулярной медицины в Берлине (Германия).

Голый землекоп (Heterocephalus glaber) — уникальное млекопитающее, обладающее множеством удивительных свойств. Этот безволосый подземный грызун размером с мышь и весом 30-50 грамм обитает в восточной Африке. В 1970-е годы ученые обнаружили, что эти существа живут необычайно долго для своего размера и не подвержены раковым заболеваниям. Кроме того, землекопы практически не чувствуют боли и не реагируют на раздражение кожи кислотами.

Землекопы образуют подземные колонии из нескольких десятков особей, которые возглавляет самка — "царица", единственная особь, производящая потомство в колонии. Все остальные члены колонии остаются на положении рабочих и не участвуют в размножении, так как их половые органы не способны производить потомство. Такая социальная структура — обычное дело у пчел и муравьев, но редчайший случай у млекопитающих.

Как рассказывает Левин, у землекопов есть еще одна "суперспособность" – они спокойно переносят недостаток кислорода и выживают даже в тех случаях, когда их полностью лишают доступа к кислороду на протяжении 18-20 минут. По словам биолога, даже по прошествии этого времени землекопы не испытывают никаких проблем со здоровьем и в их организме не происходит массовой гибели клеток.

То, зачем им нужно такое умение, не является тайной – землекопы живут в узких и "перенаселенных" тоннелях и лабиринтах, где концентрация кислорода всегда ниже нормы. С другой стороны, то, как именно им удается выживать в таких условиях, не было известно и оставалось предметом споров среди ученых.

Левин и его коллеги решили раскрыть эту тайну, поместив нескольких землекопов из берлинской колонии этих грызунов в специальные клетки, где концентрацией кислорода можно было гибко управлять, и проследили за тем, как менялась работа их организма при понижении доли О₂ в воздухе до нуля и ее возвращении к нормальным значениям.

Оказалось, что землекопы используют несколько приемов для защиты от недостатка кислорода. Во-первых, скорость их метаболизма понижается при нехватке О₂, и со временем, примерно через пять часов после его падения до смертельных для человека значений, эти грызуны впадают в анабиоз.

Во-вторых, землекопы в очередной раз оказались самыми уникальными животными на Земле. Как выяснили ученые, в клетках из мозга и всех остальных органов этих грызунов присутствует особый набор ферментов, позволяющий им питаться не глюкозой, а фруктозой. Разложение фруктозы, в отличие от глюкозы, не требует кислорода, что позволяет клеткам выживать более часа, переключаясь на альтернативный источник пищи.

Что интересно, у других млекопитающих только клетки печени и кишечника могут поглощать глюкозу, а другие органы и ткани не имеют такой способности. В этом отношении голые землекопы гораздо ближе к растениям, чем к животным, так как разложение фруктозы является одним из главных способов извлечения энергии из питательных веществ для представителей флоры. Соответственно, можно говорить, что землекоп временно превращается в "растение", пытаясь выжить при недостатке кислорода.

Источник: РИА Новости

Палеонтологи обнаружили древнего ракоскорпиона с изогнутым хвостом с длинной иглой на конце. Возможно, он убивал своих жертв, нанося удар сбоку.

Slimonia acuminataОб этом говорится в статье канадских ученых из Университета Альберты, опубликованной в журнале The American Naturalist.

Ракоскорпионы – это группа вымерших водных (преимущественно морских) существ, существовавшая 460-248 млн лет назад. К ним относятся крупнейшие из когда-либо живших на Земле членистоногих, достигавшие в длину 1,5 метров и более. Авторы статьи откопали в Шотландии ракоскорпиона меньшего размера, который, тем не менее, отличался впечатляющим вооружением.

Ракоскорпион, найденный в силурийских породах возрастом 430 млн лет, относится к виду Slimonia acuminata. Его длина составляла 40 см. Находка свидетельствует, что на конце тельсона (анальной лопасти) ракоскорпион нес длинный шип. При этом, судя по положению хвоста на отпечатке, ракоскорпион мог легко двигать им в горизонтальной плоскости, изгибая конец тела вперед.

Хвост ракоскорпиона не был приплюснут, так что он не мог использоваться в качестве весла при передвижении. Зато представители S. acuminata, по-видимому, задействовали его при охоте: зажав жертву передними конечностями, они протыкали ее шипом, нанося боковой удар.

Интересно, что современные скорпионы, которые также используют хвостовое жало, наносят удар не сбоку, а сверху, изгибая хвост над спиной. Напомним, недавно было показано, что зрение самых крупных ракоскорпионов не отличалось остротой, так что они не могли проявлять проворность при ловле добычи.

источник: infox.ru

Палеонтологи обнаружили в Швейцарии гигантскую щетинохвостку, жившую 240 млн лет назад. Она стала первым известным ископаемым насекомым, у которого сохранилась нервная система.

Мозг Gigamachilis triassicusОписание находки, подготовленное итальянскими и немецкими специалистами, опубликовано в журнале Scientific Reports.

В отличие от раковин и скелетов, нервная ткань очень нежна и потому крайне редко сохраняется в ископаемом состоянии. До сих пор ученым удалось найти ее следы лишь у некоторых морских членистоногих, вроде кембрийской Lyrarapax и Fuxianhuia. Авторы статьи показали, что иногда нервная система может сохраняться и на отпечатках наземных членистоногих.

Находка была сделана в триасовых отложениях горы Сан-Джорджо (Швейцария). В руки ученых попало 8-сантиметровое существо, относящееся к щетинохвосткам, примитивным первичнобескрылым насекомым. В наши дни с щетинохвостками можно столкнуться даже в собственной ванной и в других сырых уголках дома.

Триасовая щетинохвостка получила название Gigamachilis triassicus. После смерти она упала в мелководную лагуну и подверглась быстрой фосфатизации. Поэтому на ее отпечатке видна как мускулатура, так и детали строения головного мозга - протоцеребрум и оптические доли, а также часть брюшной нервной цепочки с четырьмя ганглиями.

По строению нервной системы G. triassicus не отличается от современных представителей того же семейства Machilidae, что свидетельствует о консервативности анатомии шетинохвосток. Интересно, что в этих же слоях найдена и щетинохвостка меньшего размера Dasyleptus, известная еще из пермского периода. Ей удалось пережить пермо-триасовое вымирание.

Кстати, судя по строению груди, щетинохвостка G. triassicus была неплохим прыгуном.

Источник: infox.ru

Ученые собрали на Филиппинах метровых корабельных червей и изучили их образ жизни. Оказалось, что в отличие от большинства своих сородичей они отказались от питания древесиной и стали жить исключительно за счет симбиотических бактерий.

Корабельный червьОб этом говорится в статье американских биологов, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Корабельные черви - это двустворчатые моллюски. В отличие от своих дальних родичей, мидий и устриц, они перешли на питание древесиной, которую расщепляют благодаря наличию бактерий-симбионтов. Самым крупным корабельным червем, и, соответственно, самым крупным двустворчатым моллюском считался червь Kuphus polythalamia, однако о его биологии было мало что известно.

Авторам статьи посчастливилось наткнуться на этих существ благодаря сюжету на филиппинском телевидении, где демонстрировались загадочные организмы, торчащие, подобно морковкам из грядки, из грязного дна в одной из бухт. Ученые сразу узнали в них K. polythalamia и отправились на поиски. Им удалось выкопать несколько этих гигантов, длина тела которых достигает 155 см, а диаметр - 6 см.

Выяснилось, что, несмотря на обилие плавающих в бухте деревяшек, в пищеварительном тракте червей отсутствуют следы древесины, редуцирован у них и сверлильный аппарат, отвечающий за проникновение внутрь бревен и стволов. Зато на жабрах K. polythalamia обнаружились бактерии, расщепляющие сероводород - им обильна богатая гниющей органикой черная грязь на дне бухты.

Скорее всего, червь перешел к такому образу жизни, сменив состав своей микрофлоры - вместо бактерий, которым требовался приток органики в виде древесины, моллюск обзавелся микроорганизмами, существующими без всяких усилий с его стороны. Похожим образом, говорят ученые, могли эволюционировать и некоторые двустворчатые моллюски, живущие на дне океана рядом с термальными источниками за счет серобактерий.

Источник: infox.ru

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 Сенниковым из Палеонтологического института РАН совместно с коллегами из США и Британии, опубликовано в свежем выпуске журнала Nature.

До сих пор возникновение динозавров оставалось тайной – древнейшие известные представители этой группы из позднего триаса уже имеют типично динозавровую анатомию. Промежуточные формы, которые объединяли бы динозавров с другими группами архозавров, были неизвестны.

Авторы статьи смогли восполнить этот пробел, изучая остатки рептилии Teleocrater rhadinus из отложений среднего триаса возрастом 247-242 млн лет. Впервые она была обнаружена еще в 1930-х годах в Танзании, но тогда в руки ученых попал лишь неполный скелет. Однако авторам работы удалось собрать новый материал, который позволил детально реконструировать внешний облик животного.

Оказалось, что по строению черепа, туловищных позвонков и плечевой кости рептилия напоминает динозавров, а по строению пяточной кости и голеностопного сустава – крокодилов. Ноги у Teleocrater rhadinus были короткие, и внешне неспециалист не отличил бы его от крокодила. Ученые считают, что рептилия занимает промежуточное положение между предками крокодилов и предками птерозавров, динозавров и птиц.

На основе изучения находки ученые выделили новую группу архозавров, получившую название Aphanosauria. Помимо танзанийской рептилии, к ней относится рептилия Dongusuchus из Южного Приуралья (Оренбургская область). Получается, такие «крокодилодинозавры» в середине триасового периода разгуливали и по территории России.

Источник: infox.ru