Экология и эволюция

Благие намерения помогают колибри менять облик

В Science обсуждают исследование, опубликованное в журнале Global Change Biology. Этот журнал собирает сообщения об изменениях окружающей среды. В этот раз исследование посвящено калипте Анны (Calypte anna), виду колибри, который обитает на западе Северной Америки. За последние десятилетия ареал этой птицы увеличился, и отчасти от того, что они всегда желанные гости. Распространение кормушек, наполненных нектаром из сахара и воды, помогло этим птицам распространить свой ареал на север. Сейчас их можно встретить вплоть до провинции Британская Колумбия (Канада).

Изучив музейные коллекции птиц, а также результаты учетов с 1938 по 2019, ученые определили, что птицы не только распространились, но и изменили свои клювы. С появлением кормушек клювы стали длиннее и больше, так как кормушки позволили высасывать больше нектара, чем из цветов. Интересно также, что у птиц, которые живут на севере нового ареала, клювы тоньше и меньше. Исследователи предполагают, что это связано с теплорегуляцией. Вдобавок там, где кормушек много, самцы колибри обладают более острым клювом. Это связано с тем, что самцы территориальны и борются за доступ к кормушкам.

Для таких изменений понадобилось всего 10 поколений птиц, что еще раз показывает: эволюционные изменения могут проходить чрезвычайно быстро. — Bird feeders have caused a dramatic evolution of California hummingbirds, «Биомолекула»: «Морские животные в ходе эволюции становятся крупнее».

У китов большие глаза, но не для того, чтобы лучше вас видеть

Nature делится исследованием, которое показывает, что размер глаза в случае некоторых животных вовсе не имеет значения. Как оказалось, глаза горбатого кита дают им всего лишь распознавать силуэты, но не видеть детали. Он не способен их видеть на расстоянии 3–4 длины тела (около 50 метров). Это связано с более коротким фокусным расстоянием глаза. Кроме того, оказалось, что у кита всего 180 ганглионарных нейронов на квадратный миллиметр сетчатки. Это где-то в 200 раз меньше, чем у человека.

Обычно китам нормально жить с таким зрением. Однако в океане появляется достаточно много предметов, которые могут угрожать их жизни, например, рыболовных сетей. Это значит, что в случае опасности киту сложнее увернуться от нее. Непонятно, есть ли статистика таких ситуаций, но мы хотя бы можем понять, откуда они возникают. — What big eyes this whale has — but not the better to see you with, «Биомолекула»: «Почему киты — это не рыбы».

Кто первым одомашнил адзуки?

Бобы адзуки (фасоль угловатая) известны тем, кто пробовал азиатские сладости. Японские моти, китайские лунные пироги и другие дальневосточные сладости заполняют пастой из его семян. Однако где их впервые начали культивировать, в Китае или Японии — предмет споров. Археологические находки не позволяют дать точный ответ, поэтому авторы исследования обратились к них геномам.

Изучив 700 сборок геномных данных об адзуки, авторы определили, что превращение адзуки в культивируемое растение была многоэтапным. Авторы предполагают, что первичная доместикация произошла в Японии 3–5 тысяч лет назад. Это раньше, чем предполагалось, так как считалось, что древние жители Японии были исключительно охотниками и собирателями. Далее одомашненная адзуки попала в Китай, где ее скрещивали с дикими популяциями, которые распространились в южном Китае. — A single domestication origin of adzuki bean in Japan and the evolution of domestication genes, «Биомолекула»: «Мультиомики в сельском хозяйстве: когда ДНК встречается с трактором».

Палеобиология

Исследование палеобелков помогает нам лучше понять мир древних людей

Коллаборация европейских и африканских исследователей позволила заглянуть в жизнь парантропа массивного — одного из вымерших видов Гоминид (к этому семейству которому относимся и мы).

Парантропы жили 2 миллиона лет назад — методы палеоДНК здесь уже неприменимы. Однако исследование белков, в частности, белков эмали, дает возможность узнать о генах и жизни наших родственников. Во-первых, сравнивая распространение отдельных белков, авторы смогли определить пол находок. Это важно в отсутствие ДНК или полного скелета. Во-вторых, исследования белка энамелина показали, что парантропы хоть и схожи к человеком, но при этом обладали достаточным генетическим разнообразием, несмотря на то, что зубы, использовавшиеся в исследовании, найдены в одной пещере. Благодаря этому авторы предполагают, что существовало несколько популяций южно-африканских парантропов. — Enamel proteins reveal biological sex and genetic variability in southern African Paranthropus, «Биомолекула»: «Мамонты, кости и лекарственная устойчивость: новые технологии позволяют изучать эволюцию возбудителей инфекционных заболеваний».

Древние корни китайского разнообразия

Китайская провинция Юннань отличается своим особым лингвистическим и этническим разнообразием. Как давно это наблюдается, и как жители данной территории повлияли на то, кто сейчас населяет восток и юго-восток Азии? Ответить на это помог анализ 127 древних геномов возрастом 7100–1500 лет.

Самый древний образец в исследовании был получен из археологической площадки Синьи. Как оказалось, ДНК этого человека имеет ранее неизвестные характеристики, отличающие его от современников на востоке Азии. Авторы предполагают, что эта группа людей связана с предками тибетцев. Исследование более молодых образцов ДНК показали, что эта популяция исчезла, и ее заменили популяции, которые схожи с восточно-азиатскими, но отличаются от них. Характеристики этих популяций смогли найти у современных носителей австроазиатских языков (к ним относятся языки Юго-Восточной азии и некоторые китайские языки). Кроме того, в образцах с востока и запада провинции Юннань уже видны признаки различных группо восточно-азиатов.

Таким образом, разнообразие языков и культур в провинции Юннань — не новое событие. — Prehistoric genomes from Yunnan reveal ancestry related to Tibetans and Austroasiatic speakers, «Биомолекула»: «Музейная ДНК проливает свет на эволюцию среднеазиатских осетровых».

Биотехнологии

Тромб-на-чипе

Технологии органов-на-чипах помогают не только рассмотреть в деталях работу нормальных органов, но и заглянуть в патологические физиологические процессы. Тромбовоспаление — это нарушение работы эндотелия мелких сосудов, которое может привести к их закупорке. Особенно опасно оно в органах, где процесс может занимать долгое время, а результатом может стать как прекращение работы органа, так и смерть человека. Тромбовоспаление наблюдается при инфарктах, инсультах и других сосудистых заболеваниях.

Американские исследователи применили технологию органов-на-чипе, чтобы воссоздать и пронаблюдать этот процесс. Они имитировали воспаление, добавляя провоспалительный фактор TNF, а затем пропускали кровь через сосуды-на-чипе. Так они смогли изучить все этапы образования тромба, включая его взаимодействие с иммунной системой. Кроме того, они смогли наблюдать, как терапия, в том числе та, которая используется для лечения инфарктов и инсультов, способна разрушить тромб. Впервые удалось поддерживать тромбы in vitro достаточно долгое время.

Это очень важное исследование, которое позволяет более детально изучать патологические механизмы без ограничений, связанных с использованием животных. — Clinically relevant clot resolution via a thromboinflammation-on-a-chip, «Биомолекула»: «Органы-на-чипе: когда технология сплетается с жизнью».

Жизнь печени, воссозданная в органоидах

Два исследования, опубликованные американскими и японскими исследователями, показывают, что различные аспекты работы печени можно воссоздать с использованием органоидов.

В первом исследовании авторам удалось вырастить печеночные органоиды, которые сохраняют свою функцию in vivo. Исследователям удалось побороть одну из основных проблем выращивания гепатоцитов в культуре. Когда их долго культивируют, гепатоциты превращаются в клетки протоков. Так они делают в печени, балансируя энергетические процессы. Активация белка STAT3, как оказалось, блокирует этот процесс, сохраняя функцию и морфологию гепатоцитов в культуре.

Другая черта гепатоцитов — это различие функций в различных зонах печени. Воспроизвести это in vitro — достаточно сложная задача, однако использование билирубина и аскорбиновой кислоты помогло проучить органоиды печени с характеристиками разных зон. Такие улучшенные модели печени помогут нам понимать как физиологические процессы, так и использовать их для моделирования различных заболеваний. — Generation of human adult hepatocyte organoids with metabolic functions, Multi-zonal liver organoids from human pluripotent stem cells, «Биомолекула»: «От эксперимента до индустрии: как органоиды строят мост между наукой и бизнесом».

Эпигенетика

Еще одно исключение в мире метилирования ДНК

Термин «метилирование ДНК» традиционно ассоциируется с добавлением метильной группы к 5’-цитозину (5mC). Однако у прокариот встречаются и другие виды метилирования: N6-метиладенозин и N4-метилцитозин (4mC), которые описаны у бактерий. Первый встречается также и у некоторых эукариот, например, хламидомонады и тетрахимены. Однако до настоящего времени 4mC не был достоверно описан у эукариот. Публикация в журнале Cell меняет эту парадигму.

У печеночного мха маршанции, как оказалось, 4mC играет важную роль в сперматогенезе, репрограммируя геном будущих спермиев. 5mC, как и у многих других организмов, маркирует транспозоны, предупреждая их активность. Однако при сперматогенезе у маршанции эта метильная марка распространяется по всему геному: кодирующему и некодирующему. Далее идет следующая волна метилирования: 4mC распространяется по примерно половине динуклеотидов CG в сперматозоидах в кодирующих последовательностях. Это происходит за счет новой метилтрансферазы MpDN4MT1a — фермента, необходимого для дальнейшего развития сперматозоидов.

Такое метилирование необходимо для выключения транскрипции в зрелых сперматозиодах маршанции. — Extensive N4 cytosine methylation is essential for Marchantia sperm function, «Биомолекула»: «Шестое ДНК-основание: от открытия до признания».