Когнитивная нейронаука, этология

Шмели решили задачу с инструментом без подсказки

Ученые показали, что шмели могут сами решить задачу, в которой нужно не просто повторить выученное действие, а соединить две знакомые вещи в новый план. В эксперименте со шмелями Bombus terrestris насекомых помещали в небольшую арену: под потолком был закреплен синий искусственный цветок, до которого нельзя было дотянуться с пола, а рядом лежал легкий пенопластовый шарик. Чтобы справиться с задачей, шмелю нужно было перекатить шарик под цветок, забраться на него и коснуться цветка усиком или передней ногой. Важно, что во время теста сахарную награду уже не давали: цветок был объектом, который шмели раньше научились связывать с сахарным раствором.

Сначала исследователи проверили, какой именно опыт нужен шмелям. Одну группу заранее знакомили и с цветком, и с шариком, вторую — только с цветком, а третья вообще не получила предшествующего контакта ни с одним из объектов. Задачу решали именно те шмели, которые до этого отдельно сталкивались и с цветком, и с шариком. При этом им ни разу не показывали, что шарик можно использовать как подставку. Поэтому результат нельзя свести к простому повторению трюка: шмелям нужно было понять, как связать знакомый предмет с новой целью — переместить шарик в нужное место и использовать его, чтобы добраться до цветка.

Чтобы убедиться, что шмели не просто случайно катали шарик, авторы провели более строгий тест. В прямоугольной арене было два скрытых отсека, а цветок находился только с одной стороны. Сначала шмель мог увидеть, где он расположен, но затем шарик ставили в центр так, что из этой точки цветок уже не был виден. Значит, насекомому нужно было запомнить нужную сторону и перекатить шарик туда без зрительной подсказки. С первой попытки правильную сторону выбрали 23 из 30 шмелей; модель оценивала вероятность успеха примерно в 0,77, то есть выше случайного уровня. Лучше всего успех предсказывало не то, сколько времени шмель возился с шариком, и не то, насколько прямой была траектория, а то, как часто он заранее осматривал сторону с цветком. Поэтому авторы считают, что шмели действовали не методом случайных проб, а удерживали цель и направляли шарик туда, где он был нужен. — Bees just did something no other insect has been shown to do.

Нейронаука

Расширены возможности органоидов среднего и заднего мозга

Ученые создали подробный атлас клеток органоидов среднего и заднего мозга человека с помощью одноклеточного мультиомного анализа. Для отдельных клеток они одновременно оценивали активность генов и доступность участков хроматина — то есть потенциальную регуляцию этих генов. Анализ более 100 тысяч клеток показал, что существующие протоколы выращивания органоидов воспроизводят не только структуры среднего мозга, но и многие области заднего мозга, включая мозжечок и продолговатый мозг.

На основе этих данных авторы проследили, какие типы клеток появляются в органоидах и какие регуляторные программы направляют их развитие. Затем они провели скрининг морфогенов — сигнальных молекул, которые задают «координаты» развивающейся нервной ткани. Изменяя их концентрации и сочетания, исследователи смогли управлять тем, какие клеточные типы формируются в органоидах. Так удалось направленно получить типы нейронов, которые раньше были плохо представлены в таких моделях: например, глицинергические нейроны продолговатого мозга и глутаматергические нейроны мозжечка. Авторы считают, что новый атлас и результаты скрининга помогут создавать более точные модели развития мозга и неврологических заболеваний. — Single-cell multi-omic atlas and morphogen screening informs midbrain and hindbrain organoid engineering.

Нейротехнологии

Стимуляция спинного мозга помогла пациентам после инсульта лучше двигать рукой

Недавно провели небольшое исследование осуществимости нового метода — имплантируемой эпидуральной стимуляции шейного отдела спинного мозга. Биологи проверяли, может ли такая стимуляция помогать движениям руки у людей с хроническим гемипарезом после инсульта — стойкой слабостью или частичным параличом одной стороны тела. В отличие от привычных подходов, включающих интенсивную реабилитацию, стимуляцию коры или электростимуляцию мышц, разрабатываемый подход направлен на усиление работы сохранившихся нервных путей, которые управляют рукой — своеобразный нейропротез. В исследовании участвовали семь человек с выраженными двигательными нарушениями: им на четыре недели установили электроды рядом со спинным мозгом в шейном отделе позвоночника и оценивали силу, движения руки и кисти, спастичность и другие показатели двигательных функций.

Когда стимуляция была включена, двигательная функция улучшалась сразу: в среднем сила увеличивалась на 32%, а результат по шкале Фугл-Мейера (Fugl—Meyer) для оценки моторного восстановления после инсульта — на 5,6 балла (чем выше балл, тем лучше контроль движений). У трех из семи участников, у которых сохранялись связи между головным мозгом и мышцами пальцев, улучшались движения кисти и пальцев. К концу исследования показатель Фугл-Мейера вырос в среднем на 6,6 балла, а спастичность снизилась у всех участников. Шкала Фугл-Мейера для руки обычно оценивает двигательную функцию от 0 до 66 баллов; у участников на старте было 15–35 баллов, поэтому прирост на 5–7 баллов считается заметным для такой тяжелой хронической группы.

Серьезных побочных эффектов не было выявлено, но из-за малого размера выборки результаты пока следует считать предварительными. — Spinal cord stimulation for upper limb motor function in people with chronic post-stroke hemiparesis: a feasibility trial, «Биомолекула»: «Сосудистые катастрофы и травмы ЦНС: можно ли спасти поврежденный мозг».

Энтомология, биофизика

Секрет пчелиной матки нашли в стенках ее ячейки

В недавнем исследовании выяснилось, что развитие пчелиной матки зависит не только от знаменитого маточного молочка, но и от особых условий внутри маточника — специальной ячейки, которую строят рабочие пчелы.

Долгое время считалось, что главную роль в определении судьбы личинки играет питание. Однако новое исследование показало, что сами маточники обладают уникальными механическими и химическими свойствами, которые отличаются от обычных рабочих ячеек. Более того, эти особенности возникают не случайно. Рабочие пчелы целенаправленно создают такие конструкции, а во время строительства у них даже меняется активность генов и физиологическое состояние.

Чтобы проверить значение этой среды, исследователи искусственно изменяли условия, в которых развивались будущие матки. Оказалось, что нарушение физических и химических характеристик маточника мешает нормальному развитию личинок. Иными словами, одной только специальной диеты недостаточно — для формирования полноценной матки необходима и особая среда, созданная другими членами семьи.

Авторы работы считают, что результаты меняют представления о роли построек животных. В случае медоносных пчел маточник оказался не просто местом для выращивания личинки, а своеобразным инструментом управления развитием организма. Получается, что рабочие пчелы буквально помогают определить судьбу будущей королевы улья, создавая для нее подходящую физико-химическую среду еще до рождения. — Queen cell architecture shapes honey bee queen development.

Иммунология

Грибной компонент помог мРНК-вакцине сильнее защищать от вариантов коронавируса

В статье рассказывают о том, как к мРНК-вакцине против исходного spike-белка SARS-CoV-2 добавили маннадъювант — смесь грибкового маннана и гидроксида алюминия. Эта добавка «подсвечивает» вакцину для врожденного иммунитета через рецептор dectin-2. В опытах на мышах и нечеловекообразных приматах такой состав вызывал более сильный и долгий иммунный ответ, чем мРНК-вакцина без добавки.

Главный результат — у животных появлялись нейтрализующие антитела не только к исходному варианту вируса, но и к вариантам, которые обычно лучше ускользают от иммунитета. Авторы также разобрались с механизмом: в ближайших к месту укола лимфоузлах дольше работал интерферон I типа и усиливался сигнал интерлейкина-1. Когда эти сигналы воспроизводили в человеческих клетках, эффект маннадъюванта тоже появлялся. — A glycan-based adjuvant expands the breadth and duration of protection of mRNA-based vaccines, «Биомолекула»: «мРНК-вакцина на страже коллективного иммунитета: за что вручили Нобелевскую премию в 2023 году», «SARS-CoV-2».

Медицина

ВИЧ может превращать часть зараженных CD4-клеток в CD8-клетки

С помощью секвенирования T-клеточных рецепторов и одноклеточного РНК-секвенирования ученые проследили, как меняется экспрессия CD4 у T-клеток после заражения HIV-1. Обычно вирус входит именно в CD4+ T-клетки: это клетки, которые помогают координировать иммунный ответ. CD8+ T-клетки обычно выполняют другую роль — распознают зараженные или измененные клетки и могут их уничтожать. Поэтому неожиданным оказалось то, что часть зараженных CD4+ T-клеток не просто теряла CD4, а начинала экспрессировать CD8 — маркер другого типа T-клеток. Механизм оказался связан с вирусным белком Vpr: он повышал уровень трансформирующего фактора роста бета 1 (TGF-β1; сигнальной молекулы иммунной системы), а этот сигнал запускал перепрограммирование клеточной линии в сторону CD8-фенотипа.

При этом такие клетки не становились обычными CD8+ T-клетками. Хотя они начинали экспрессировать CD8, они сохраняли признаки тех CD4+ клеток, из которых произошли: регуляторный профиль и особенности работы генов. Это важно, потому что скрытый резервуар HIV-1 обычно связывают прежде всего с CD4+ T-клетками. Новые данные показывают, что частью этого резервуара могут быть и необычные CD8+ T-клетки, возникшие из зараженных CD4+ клеток, что может мешать полному выведению вируса из организма. — HIV-1 infection converts CD4+ T cells to HLA class II–restricted CD8+ T cells, «Биомолекула»: «ВИЧ/​СПИД».

Экология

Добыча кобальта и меди усиливает вырубку лесов в Африке

Добыча полезных ископаемых может влиять на плотные тропические леса Африки к югу от Сахары. Так, ученые проанализировали 16 627 шахт и карьеров за 2001–2020 годы и показали, что напрямую с горнодобывающими объектами связано 187 тысяч гектаров вырубки. Речь идет о лесах, уничтоженных под сами рудники, отвалы, хвостохранилища и другие элементы инфраструктуры.

Но основной ущерб оказался шире самой территории добычи. В радиусе 1 км от шахт вырубка была выше, чем в сопоставимых районах без добычи, а повышенный уровень потери леса сохранялся даже на расстоянии до 20 км и спустя десять лет. В среднем, каждый гектар леса, уничтоженный непосредственно под рудник, порождал еще 34 гектара дополнительной вырубки в течение пяти лет — из-за дорог, поселений, сельского хозяйства и другой сопутствующей активности. Особенно большой вклад внесли шахты, добывающие кобальт и медь — минералы, необходимые для энергетического перехода. — Mining triggers extensive additional deforestation in sub-Saharan Africa.