Генетики выяснили, как "лишняя" женская Х-хромосома сворачивается в так называемое тельце Барра и остается неактивной в организме здоровых женщин и самок млекопитающих, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Люди и все другие виды млекопитающих обладают ХY-системой определения пола – у мужчин и самцов есть по одной "женской" Х-хромосоме и "мужской" Y-хромосоме, а у женщин и самок – по две Х-хромосомы.

Одной из главных генетических загадок жизни является то, как организм "узнает" о наличии лишней копии Х-хромосомыи отключает одну из них, превращая ее в так называемое тельце Барра – туго закрученный "сверток" ДНК, хорошо видный под микроскопом.

Мириам Хантли (Miriam Huntley) из Гарвардского университета (США) и ее коллеги выяснили, что заставляет лишнюю Х-хромосому свернуться в клубок и как его формой можно гибко управлять, изучив строение тельца Барра на молекулярном уровне.

Наблюдая за структурой этого клубка ДНК при помощи технологий компьютерного моделирования, ученые выяснили, что нити генома в тельце Барра заплетены в гигантские петли, содержащие в себе десятки миллионов "букв"-нуклеотидов. Если смотреть на этот клубок в трехмерном виде, нити в этих петлях были расположены очень близко друг к другу, несмотря на то, что в "двумерной" проекции их отделяли сотни тысяч и миллионы нуклеотидов.

Эти гиперпетли, как их называют ученые, были заплетены в сверхсложный клубок благодаря одной простой вещи – небольшим фрагментам "бессмысленного", как считалось ранее, генетического кода DXZ4, копии которого были вставлены в те части Х-хромосомы, которые при ее "отключении" становились кончиками ДНК-петель. Схожие петли и DXZ4-участки, по словам генетиков, присутствуют не только в геноме человека, но и мышей и обезьян.

Когда ученые удалили этот участок из ДНК при помощи универсального геномного редактора CRISPR/Cas9, структура клубка нарушилась и он фактически развалился, многократно увеличившись в объеме. Это происходило потому, что белок когезин, сплетающий ДНК в тельце Барра, не находил меток DXZ4 на поверхности "выключенной" Х-хромосомы.

Нарушения в его работе, как считают ученые, могут вызывать те редкие проблемы, которые возникают у женщин, чья "лишняя" Х-хромосома не бывает выключена полностью. В их число входит аутизм, болезнь Ретта и ряд других расстройств умственного развития.

Источник: РИА Новости

Ученые выяснили, что предки черепах обзавелись зачатками панциря в процессе рытья нор. Кости, которым в будущем предстояло выполнять защитную роль, первоначально служили опорой для мощных копательных конечностей.

Об этом говорится в статье американских и немецких палеонтологов, опубликованной в журнале Current Biology.

Известно, что карапакс (верхняя часть панциря) черепах образован сросшимися позвонками и расширенными ребрами. Древнейшим известным предком черепах считается пермская рептилия Eunotosaurus, жившая 260 млн лет назад на территории ЮАР - у нее еще не было карапакса, но ребра уже расширились.

До сих пор оставалось неясным, что послужило причиной первоначального расширения ребер. Дело в том, что ребра - это одна из самых консервативных костей скелета. Малейшее изменение их формы ведет к целому ряду проблем. «Ребра китов, змей, динозавров, людей и подавляющего большинства других животных выглядят одинаково», -- подчеркнул Тайлер Лайсон, соавтор статьи.

На первых стадиях эволюции расширение ребер не давало черепахам никаких преимуществ в плане безопасности, зато создавало массу неудобств с вентиляцией легких и укорачивало длину шага и, следовательно, снижало подвижность. То есть естественный отбор, на первый взгляд, никак не мог благоприятствовать этой особенности. Тем не менее, изучив новые находки Eunotosaurus, авторы статьи показали, что это не так.

Выяснилось, что пермская проточерепаха обладала мощными передними конечностями, которые могли использоваться для копания. Расширенные ребра и уменьшение числа ребер и несущих их позвонков (9 по сравнению с 18 у предковых рептилий) укрепляли тело Eunotosaurus. Поэтому, когда она упиралась в землю конечностями, чтобы выкопать очередную порцию грунта, нагрузка более эффективно распределялась по ее скелету.

Сначала для рытья, потом для защиты

Похожую тактику используют и современные североамериканские черепашки гоферы, которые прокладывают под землей сложную систему нор. По мнению ученых, представители Eunotosaurus вели схожий образ жизни. Судя по довольно крупным глазам диаметром около 10 мм, проточерепахи не проводили всё время в норах, а лишь использовали их в качестве укрытия в периоды засух.

В данном регионе климат в конце перми - начале триаса становился всё более сезонным, так что рытье нор было эффективной стратегией выживания. Интересно, что в том же южноафриканском бассейне Кару, откуда происходят проточерепахи, недавно был найден другой копатель нор - предок млекопитающих цинодонт, в чьем жилище расположился незваный гость - темноспондильная амфибия.

Палеонтологи выяснили, что появление цветковых растений не повлияло на эволюцию орнитопод, одной из самых успешных групп растительноядных динозавров. Вплоть до последнего момента эти существа оставались специалистами по хвойным растениям.

К такому выводу пришли британские ученые из Бристольского университета, чья статья опубликована в журнале Scientific Reports.

Как известно, в середине мелового периода (около 120-125 млн лет назад) на Земле появились цветковые растения. Примерно тогда же начинается расцвет орнитопод, которые в лице гадрозавров (утконосых динозавров) к концу мела стали главными растительноядными динозаврами на Земле. Поэтому ряд специалистов полагал, что появление нового источника пищи - цветковых растений- ускорило эволюцию орнитопод.

Однако авторы статьи показали - между двумя этими событиями нет особой связи. Для этого они проанализировали, как варьировало строение зубов орнитопод на протяжении всей их истории, а также скорость, с которой появлялись новые их представители.

Выяснилось, что в эволюции орнитопод было четыре вспышки образования новых форм. Первая из них пришлась на вторую половину юры - тогда возникли родичи знаменитого игуанодона. Три следующих вспышки произошли одна за другой уже во второй половине мелового периода, около 90 млн лет назад. Именно тогда появились сверхобильные гадрозавры - по словам ученых, они составляют 30-80% всех останков динозавров, найденных в Северной Америке и Европе (и 40% видов всех орнитопод).

Первая вспышка видообразования орнитопод случилась до появления цветковых растений, а вторая - после. Следовательно, изменения в растительном покрове мало влияли на эволюцию этой группы. Скорее, она зависела от внутренних факторов, вроде инноваций в строении зубов. Например, гадрозавры обладали крайне сложно устроенной зубной эмалью, которая по своим качествам превосходит эмаль современных травоядных животных.

Как отмечают исследователи, вплоть до вымирания всех динозавровоколо 66 млн лет назад, орнитоподы продолжали специализироваться на питании хвойными растениями. Об этом свидетельствует содержимое их кишечников, копролиты (окаменевшие фекалии), а также их ареал - гадрозавров часто находят в высоких широтах, где доминировали (и продолжают доминировать) хвойные леса.

Источник: infox.ru

Ведущим, если не главным фактором в эволюции людей могли быть вирусы – ученые выяснили, что примерно треть "человеческих" белков, отличающих нас от обезьян, имеет вирусную или противовирусную природу, говорится в статье, опубликованной в журналеeLife.

"Когда в популяции животных происходит эпидемия в некоторой точке их эволюции, она или приспосабливается к инфекции, или вымирает. Мы знали, что такое происходило и с человечеством, но нас действительно удивило то, как сильно этот феномен проявлялся в нашей эволюции, и то, насколько четким был узор тех изменений, которые оставили нам вирусы. С таким мы сталкиваемся впервые", — заявил Дэвид Энард (David Enard) из Стэнфордского университета(США).

Энард и его коллеги выяснили, что вирусы управляли нашей эволюцией фактически с момента разделения предков людей и шимпанзе, наших ближайших родичей, изучая структуру почти 1,3 тысячи белков, которые так или иначе реагировали на появление вирусов в организме, соединяясь или взаимодействуя с их белками и генетическим материалом. Эти белки и связанные с ними гены, подчеркивают исследователи, не были обязательно частью иммунной системы – большая часть из них отвечала за работу совершенно других функций клеток и тела.

Как объясняют ученые, их интересовало то, как различные патогены, встраивающиеся в геном или меняющие его работу, могут влиять на эволюцию отдельных видов, родов и семейств животных. Для ответа на этот вопрос группа Энарда сравнила то, как сильно различаются гены, содержащие в себе инструкции по сборке этих "вирусных" белков, в ДНК людей, шимпанзеи других млекопитающих, а также то, как поменялись остальные гены, не связанные с вирусами.

Этот масштабный анализ раскрыл удивительную вещь – оказалось, что белки и гены, связанные с реакцией на присутствие вирусов, менялись в три раза быстрее, чем остальные участки генома и протеома. Это означает, что вирусы были одним из основных факторов в эволюции человека и других млекопитающих, который в нашем случае отвечает за примерно 30% изменений, которые произошли в нашем геноме с момента разделения предков человека и шимпанзе.

"Нас всех интересует, как эволюционировали мы и все остальные организмы на Земле, и те вещи и обстоятельства, которые сделали нас людьми. Открытие того, что наша вечная война с вирусами сформировала фактически все части нашего организма – не только горстку белков, борющихся с инфекциями, а абсолютно всё – является ошеломительным откровением для нас. Жизнь борется и сосуществует с вирусами уже миллиарды лет, и наша работа показывает, что это сосуществование затронуло все части клетки", — заключает Дмитрий Петров, коллега Энарда.

Источник: РИА Новости

Палеоэнтомологи нашли в янтаре мелового периода личинку насекомого с уникальной специализацией. Судя по ее удлиненным конечностям, личинка охотилась на пауков прямо в их паутине.

Описание находки, подготовленное китайскими и американскими учеными, опубликовано в журнале Current Biology.

В последнее время янтарь из Бирмы (возраст - около 99 млн лет) привлекает всё больше внимания ученых как источник информации о вымерших насекомых. Например, недавно в нем были обнаружены причудливый рогатый муравей, а также сетчатокрылое насекомое с колюще-сосущем ротовым аппаратом, при помощи которого оно сосало кровь из лягушек.

Авторам статьи посчастливилось обнаружить в бирманском янтаре еще одно удивительное насекомое. В их руки попала 5-миллиметровая личинка, относящаяся к отряду сетчатокрылых. На голове она несет изогнутые челюсти, а по бокам - длинные ноги, заканчивающиеся зубчатыми коготками.

Подобных коготков нет ни у одного современного сетчатокрылого, зато они имеются у клопов-хищнецов Emesinae. При помощи таких коготков клопы разгуливают по паутине, не прилипая к ней - это позволяет им подкрадываться к паукам. Примечательно, что эти клопы имеют такие же длинные ноги, как и обнаруженная личинка. Поэтому исследователи предположили, что она вела аналогичный образ жизни.

По мнению ученых, личинка является неполовозрелой стадией взрослого сетчатокрылого Pedanoptera arachnophila, обнаруженного в другом фрагменте янтаря. Подобно личинке, это насекомое также обладало длинными ногами. Открытие доказывает, что уже в эпоху динозавров среди насекомых встречались крайне специализированные формы, которые затем исчезли без следа. Во всяком случае, никто из современных сетчатокрылых на пауков не охотится.

Источник: infox.ru

Очередная экспедиция Национального управления океанических и атмосферных исследований (National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA) на судне Okeanos Explorer проводится с 20 апреля по 10 июля 2016 года.

Рыба семейства афионовых (Aphyonidae)Целью изучения является глубочайший океанский желоб. Он тянется вдоль Марианских островов на 1 500 километров, имеет V-образный профиль: крутые (7−9°) склоны и плоское дно шириной 1−5 км, которое разделено порогами на несколько замкнутых депрессий. У дна давление воды достигает 108,6 МПа, что примерно в 1072 раза больше нормального атмосферного давления на уровне Мирового океана. Самая глубокая точка Марианского желоба, «Бездна Челленджера», залегает на отметке 10 994 м ниже уровня моря.

Специалисты, работающие на Okeanos Explorer, опускают дистанционно управляемый аппарат, который ведет видеосъемку на разных глубинах, предоставляя специалистам бесценный научный материал. В числе самых необычных открытий — обнаружение рыбы семейства афионовых (Aphyonidae). В научных каталогах она описана только по пойманным или мертвым особям; в естественной среде обитания ее ранее никто не видел.

Лучеперая рыба семейства афионовых, как и другие представители отряда ошибнеобразных (Ophidiiformes), живет на глубинах около 2000−6000 метров. Ее узкое 10-сантиметровое тело с небольшой головой покрыто прозрачной кожей и лишено чешуи; спинной плавник длинный, а анальный совмещен с хвостовым. Среди других отличий Aphyonidae от большинства рыб — отсутствие плавательного пузыря.

Снятая на камеру рыба-призрак плавала на глубине 2400 метров. Смотрите полную видеотрансляцию со дна Марианской впадины.

Источник: Nat-geo

Меч-рыба, или меченос (Xiphias gladius) — крупная и быстрая хищная морская рыба. В длину она может достигать 4,55 м при весе 650 кг. Скорость ее плавания точно не измерена; по приблизительным данным, она может составлять 99 км/ч. Ранее было установлено, что острая форма головы позволяет меченосцу легко рассекать воду, уменьшая ее сопротивление. Однако не только это оказалось секретом высоких скоростей.

Меч-рыбаНовое исследование провели биологи из Нидерландов; его результаты опубликованы в Journal of Experimental Biology. Используя томографию и электронную микроскопию, ученые внимательно изучили анатомию черепа меченоса. Выяснилось, что в основании меча находится необычная слабо минерализированная костная ткань.

Она состоит из желез, которые производят жировую смазку. Далее жир выделяется на поверхность кожи, обволакивая голову. По оценкам ученых, трение в результате снижается более чем на 20%, и именно это, в сочетании с формой головы, позволяет меченосу развивать высокие скорости.

На следующем этапе специалисты планируют поставить серию экспериментов с живыми меченосами в аквариумах, чтобы закрепить данные, полученные на основе предыдущего теоретического исследования.

Источник: Nat-Geo

Эволюционный биолог Элизабет Тиббетс (Elizabeth Tibbetts) из Мичиганского университета (США) и ее коллеги исследовали коллективное взаимодействие бумажных ос. Они увидели, что передача неточных сигналов одной из особей дорого обходится всей группе. Поэтому «лжецы» среди ос подвергаются репрессии — наказанию суровому и длительному. О результатах исследования сообщается в пресс релизе Мичиганского университета.

Бумажная осаРисунок на брюшке у каждой осы — индивидуален. Таким способом эти насекомые сигнализируют о своих боевых качествах. Это позволяет сильным особям выигрывать больше поединков, а подчас — избежать реальных столкновений. Так почему бы не воспользоваться этим и не выдать себя за более сильную особь?

В ходе эксперимента ученые собрали нескольких маток осы Polistes dominulus в местности Анн-Арбор весной во время гнездования и помещали их в небольшую прозрачную коробку парами. При этом окрас одной из них был искусственно изменен предварительно в лаборатории таким образом, что сигнализировал о несуществующей агрессивности.

После схватки ученые оценили количество ран, а также уровень т.н. ювенильного гормона. Известно, что он, как и мужской половой гормон, у беспозвоночных отвечает за агрессию, доминирующее положение и фертильность.  

Ученые увидели, что обманщик получает больше укусов, и после боя уровень ювенильного гормона у него резко падает. Однако его содержание увеличивается после поединка.

«Один из самых интересных выводов нашей работы в том, что она показывает: обман влияет на физиологию "обманщиков" и особей, которые взаимодействуют с ними», — говорит Тиббетс.

По мнению исследователей, даже временные изменения уровня гормонов могут влиять на эволюционную пригодность индивида через воздействие гормонов на физиологию и поведение насекомых. У бумажных ос ювенильный гормон влияет на социальное положение и определяет прижизненные репродуктивные возможности. Ученые объясняют, что рисунок на теле осы имеет такую же эволюционную функцию как и узор на павлиньем хвосте или величина рогов самца оленя. Деактивация ювенильного гормона в период гнездования может иметь для «обманщика» долгосрочные нежелательные последствия.

Источник: Научная Россия

Ученые установили, что морские птицы фрегаты могут проводить до двух месяцев в полете, ни разу не опускаясь на землю. В этом им помогает умелое использование воздушных потоков.

ФрегатК такому выводу пришли французские и британские орнитологи, чья статья опубликована в журнале Science.

Фрегаты известны своей способностью к длительным беспосадочным перелетам, однако до сих пор никто не изучал их поведение в деталях. Авторы работы восполнили этот пробел, оснастив около 50 фрегатов, взрослых и только что вставших на крыло, датчиками на солнечных батареях. Датчики фиксировали координаты каждой птицы, ее сердцебиение и высоту, на которой она летит.

Выяснилось, что во время перелетов над Тихим и Индийским океанами фрегаты покрывают в день 200-600 километров, целыми неделями оставаясь в воздухе. Одна из птиц оставалась в непрерывном полете рекордно долгие 2,1 месяц. Во время перелета фрегаты то движутся на высоте 600-700 метров, то летят над поверхностью океана, выхватывая рыбу.

По словам исследователей, фрегаты часто используют восходящие потоки воздуха, создающиеся под кучевыми облаками. В таких потоках они могут подниматься вверх без единого взмаха крыла со скоростью до 5 метров в секунду. Обычным делом для фрегатом является быстро взмыть на высоту 1000-2000 метров, одна из особей поднялась даже на 4120 метров над уровнем моря.

Группа ученых из Швейцарии сумела доказать, что волосы, чешуя и перья гомологичны и произошли от общего предка — рептилии. Теоретические предпосылки и результаты экспериментов были подробно освещены на страницах журнала Science Advances и кратко — в пресс-релизе, представленном от имени Университета Женевы. Сегодня мы расскажем о том, что послужило доказательством столь смелого утверждения и какой вывод для дальнейших исследований позволяет сделать проделанная работа. 

Большинство млекопитающих, птиц, рептилий легко распознать по волосам, перьям и чешуе, соответственно. Тем не менее, отсутствие у ископаемых переходных форм между чешуйками и волосками и существенные различия в их морфогенезе и белковой композиции стали причиной споров относительно их потенциальной общей родословной, ведущихся в течение многих десятилетий. 

Ученым давно известно, что волосы млекопитающих и перья птиц развиваются из первобытной структуры плакоды — своеобразного утолщения эпидермиса со столбчатыми ячейками, уменьшающие скорость их пролиферации и вырабатывающие специфические гены. Это наблюдение, опять таки, провело грань между сторонниками единого предка у птиц и млекопитающих и противников такого предположения, утверждающих что те и другие — это абсолютно разные виды с различной родословной. При этом сторонники последней версии как-то закрыли глаза на то, что она вынуждает принять тот факт, что два совершенно разных, по их утверждениям вида «изобрели» плакоду независимо друг от друга. 

В 2015 году ученые из Йельского университета (США) опубликовали статью, в которой продемонстрировали, что чешуя, волосы и перья на раннем этапе развития имеют общую молекулярную подпись. Опубликованные результаты вновь подлили масла в огонь давнего спора существующего между двумя школами эволюционистов. Приверженцы одной из которых продолжали отстаивать жизненность гипотезы о том, что идентичные молекулярные подписи свидетельствуют об общем эволюционном происхождении придатков кожи, а сторонники другой, что для развития разных придатков кожи в ходе эволюции на каком-то этапе одни и те же гены были использованы повторно.

Точки над «И»

Последняя работа биологов Николя Ди-Пой (Nicolas Di-Poï) и Мишель Милинкович (Michel C. Milinkovitch) из отдела генетики и эволюции Университета Женевы (UNIGE) и Швейцарского института биоинформатики (SIB) позволила положить конец этой многолетней дискуссии. Ученые доказали, что чешуя у рептилий развилась из плакоды с анатомическими и молекулярными подписями, аналогичными подписям плакод птиц и млекопитающих на ранних стадиях развития. 

В ходе исследований были проанализированы морфологические и молекулярные характеристики кожи в процессе эмбрионального развития крокодилов, змей и ящериц. «Наше исследование не только дает новые молекулярные данные, которые дополняют работу американской команды, но и выявляет ключевые микроанатомические факты», — объясняет Мишель Милинкович. — «Действительно, мы определили у рептилии новые молекулярные подписи, идентичные тем, которые наблюдаются при развитии волосков и перьев, а также наличие плакоды анатомической формы, схожей с формой плакоды млекопитающих и птиц. Это указывает на то, что три типа придатков кожи являются гомологичными: чешуя — у рептилий, перья — у птиц, и волосы — у млекопитающих, несмотря на их очень разные конечные формы, эволюционировали от их общего предка, рептилии».

Ключевой ген развития придатков кожи

На следующем этапе исследования авторы работы изучили бородатых драконов, представленных тремя формами. Первая форма — это обычный дикий вид, вторая форма характеризуется меньшими размерами, а третья, в свою очередь, мутировала по двум направлениям со множеством различных дефектов, включая полное отсутствие чешуи. Сравнивая геномы трех рассмотренных подвидов бородатых драконов, ученые сумели определить дефектный ген, который повлек за собой известное разнообразие форм. Это эктодисплазин-А (EDA), мутация которого в конечном счете повлекла за собой освобождение одной из форм бородатых драконов от чешуи. 

«Мы определили, что своеобразный внешний вид этих голых ящериц происходит из-за нарушения работы Ectodysplasin-A, гена, мутация которого в организме человека и мышей, как известно, генерирует значительные отклонения в развитии зубов, желез, ногтей и волос», — пояснил Мишель Милинкович. На основании данных исследований и сравнительного анализа швейцарские ученые показали, что у ящериц с мутированным геном EDA структура плакоды нарушается, точно так же, как у млекопитающих или птиц, пораженных подобными мутациями в том же гене не могу развиваться из плакод собственные волосы или перья. Эти данные все вместе когерентно указывают на общее происхождение чешуи, перьев и волос.

Получив столь убедительные свидетельства единства происхождения, ученые намерены продолжить исследования, определить и описать те механизмы, которые лежат в основе развития специфической формы кожных придатков. Это, в свою очередь, позволит дать ответ на другой важнейший вопрос: каким образом древнейший чешуйчатый кожный покров дал начало существующему морфологическому разнообразию чешуи, перьев и волос. «Эти исследования, как мы надеемся, дополнят наше понимание физических и молекулярных механизмов, порождающих сложность и многогранность жизни в ходе эволюции» — резюмировал Малинкович. 

Источник: GT