Глубинная сибирская бактерия

В Восточной Сибири на глубине двух километров нашли бактерию, которая может жить без кислорода и солнечного света.

Исследователи из Томского государственного университета вместе с коллегами из Федерального исследовательского центра «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН описывают в The ISME Journal бактерию Desulforudis audaxviator, выловленную в Восточной Сибири из подземных вод на глубине 2 км. Сразу стоит сказать, что о существовании этой бактерии знали и раньше: около 10 лет назад следы её ДНК обнаружили в образцах, добытых из шахтных вод в Южной Африке, которые подняли с глубины в 1,5–3 км. Так случается довольно часто: в мешанине бактериальной ДНК вдруг обнаруживаются последовательности, не принадлежащие ни одной из известных бактерий, но при этом явно относящиеся к геному одного и того же организма. Саму бактерию удаётся увидеть далеко не всегда.

С тех пор ДНК от Desulforudis audaxviator находили на территории США и Финляндии, так что, строго говоря, ничего специфически сибирского в ней нет. Но вот именно саму бактерию, в виде полноценной клетки, удалось поймать только сейчас, во глубине подземных сибирских вод. D. audaxviator обходится без солнечного света и без кислорода – в общем, не такая уж редкость среди микроорганизмов, которые освоили самые разные способы получения энергии.

Суть энергетических реакций в клетках состоит в том, чтобы одно вещество окислить другим, а энергию, которая при этом выделяется, запасти в удобной для организма форме. D. audaxviator относится к сульфат-редуцирующим бактериям: в качестве окислителя они используют сульфат-ионы, на который передают электроны, отобранные от разных субстратов.

 Сама D. audaxviator оказалась в этом смысле всеядной – в лабораторных экспериментах она окисляла и сахара, и спирт, и многое другое, но любимой едой для неё был водород, как и для многих других сульфатредуцирующих бактерий и архей. Но, в отличие от большинства «коллег по метаболизму», D. audaxviator оказалась вполне терпима к кислороду, который обычно губителен для микробов, живущих глубоко под землёй или под водой. (Сульфатредуцирующих микробов часто находят рядом с горячими источниками на океанском дне.)

Очевидно, благодаря толерантности к кислороду бактерия может путешествовать по воздуху – иначе она не могла бы оказаться в столь разных местах, как сибирские подземные воды и южноамериканские шахты, которые геологически никогда не соседствовали. В клетках D. audaxviator есть пузырьки-вакуоли, заполненные газом, которые могли бы как-то помогать им подниматься в воздух. Впрочем, огромная масса бактерий странствует без всяких воздушных пузырей (не так давно мы писали о том, что бактерии вполне способны перелетать с континента на континент), так что и D. audaxviator могла бы переселяться, например, в аэрозольных каплях, разносимых потоками воздуха.

То, что бактерии могут жить на глубине в несколько километров, в общем, не новость: в конце прошлого года мы рассказывали о подземной биосфере, которая вместе со своей средой обитания превосходит объём Мирового океана. Но коль скоро подземные жители столь многочисленны, тем интереснее их изучать: во-первых, их способность жить в таких своеобразных условиях может пригодиться в каких-то биотехнологических разработках, а во-вторых, мы больше узнаём о жизни в целом – и кто знает, не найдём ли мы на других планетах таких же микробов, умеющих обходится без света и кислорода.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь (nkj.ru)

Обезьянья культура не выдерживает человеческого присутствия

Шимпанзе, живущие рядом с людьми, реже пользуются в своей повседневной жизни какими-то культурными трюками.

Многие исследователи говорят о том, что у человекообразных обезьян есть культурные традиции: если обезьяна умеет как-то особенно ловко колоть орехи или доставать термитов из гнезда, она сможет передать это умение, показав молодому товарищу, как это надо делать. 
Но ещё двадцать лет назад приматологии, наблюдавшие за орангутанами, обнаружили, что под действием человека подобные традиции из обезьяньей популяции исчезают. Возможно, люди просто истребляют тех обезьян, которые владели тем или иным секретом, или же из-за человеческой деятельности обезьянам ловкость рук становится ни к чему (например, обезьян оттесняют от деревьев с орехами, которые нужно особым образом колоть). Но прежде чем объяснять исчезновение культурных традиций, следовало подтвердить, что они действительно исчезают, на большем материале.

Исследователи из Университета штата Аризона, Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка и ещё целого ряда научных центров Северной Америки, Европы и Африки много лет наблюдали за поведением 46 групп шимпанзе; результаты наблюдений объединили с аналогичными данными ещё по 106 группам шимпанзе, полученным от других исследовательских коллективов. 
В целом, как говорится в статье в Science, удалось увидеть тридцать одну разновидность культурного поведения – культурного, напомним, в смысле передачи традиции от старших к младшим. Где-то шимпанзе умели доставать особым образом съедобные водоросли, где-то они ловили рыбу, где-то – термитов или кололи орехи и т. д.

Важно, что такое поведение в группах обезьян было не одно на всех, то есть в одном и том же коллективе шимпанзе могли демонстрировать 15–20 каких-то культурных приёмов. Однако эти 15–20 видов поведения демонстрировали только те шимпанзе, которые жили далеко от людей. Чем ближе к людям жили обезьяны, тем сильнее падала вероятность того или иного культурного трюка. И если сравнивать тех, кто жил дальше всего от людей, и тех, кто жил ближе всего, то разница в этой вероятности составляла 88%.

То есть, видимо, человеческое присутствие и впрямь плохо сказывается на культуре человекообразных обезьян. Правда, сами авторы работы говорят, что для абсолютно полной уверенности здесь нужно достаточно долго понаблюдать за теми шимпанзе, которые живут вдали от человека. Умение выполнять те или иные трюки может ещё зависеть от других, не человеческих факторов – скажем, умение колоть орехи может угасать в годы, когда орехов в силу естественных причин урождается мало.

Кстати говоря, одно время считалось, что и знаменитая повышенная агрессивность шимпанзе есть следствия людского влияния. Но несколько лет назад в Nature появилась статья, в которой говорилось, что шимпанзе воюют друг с другом и без влияния человека.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь

Эволюцию проиллюстрировали голубями и пухоедами

Паразиты всего за несколько лет приспособились к тем птицам, на которых им приходилось жить.

Приспосабливаясь к условиям среды, живые существа меняются, и даже если взять один и тот же вид, мы обнаружим, что в одном месте он выглядит немного иначе, чем в другом – на каждой территории преимущество получают те особи, которым проще всего здесь выжить. Постепенно такие различия могут усугубиться настолько, что возникнут новые виды. Это – грубое описание адаптивной радиации, когда мы видим группу видов, в той или иной степени близких друг другу, но всё же отличающихся. 

Один из самых известных примеров адаптивной радиации – знаменитые галапагосские вьюрки, которые произошли от одного предка, переселившегося с материка на острова, и у которых образовалось много разновидностей, отличающихся размером и формой клюва. Известность же они получили благодаря тому, что в своё время натолкнули Чарльза Дарвина на некоторые важные мысли относительно биологической эволюции.

Но обычно, когда биологи изучают адаптивную радиацию живых организмов к условиям среды, то имеют дело, так сказать, с конечным результатом – готовыми разновидностями или готовыми видами. Исследователи из Университета Юты решили поступить иначе – они захотели увидеть адаптивную радиацию в действии. И для этого они взяли голубей и их паразитов – пухоедов Columbicola columbae, крохотных насекомых, которые живут на птицах, питаясь перьями. 

Птицы стараются от паразитов избавиться, так что паразиты вынуждены меняться, чтобы удержаться на своих хозяевах. Среди пухоедов Columbicola есть виды разных цветов, и можно предположить, что окраска насекомых помогает им оставаться незаметными на птичьем оперении. В таком случае, если мы возьмём пухоедов одного цвета и одного вида и посадим их на голубей, у которых есть разные варианты окраски, мы вправе ожидать, что среди паразитов вскоре появятся новые цвета.

Сначала исследователи окрасили пухоедов в чёрный и белый цвета и рассадили их по белым и чёрным птицам. Голубям дали двое суток, чтобы выловить у себя тех паразитов, которых они заметят. Оказалось, что белых пухоедов на чёрных перьях и чёрных пухоедов на белых перьях голуби ловили на 40% чаще, чем тех, у кого была маскирующая окраска. Иными словами, птицы действительно выискивали паразитов на глаз, и чистка перьев – именно то, чего стоит опасаться пухоедам.

Затем обычных, неокрашенных сероватых пухоедов рассадили по голубям трёх цветов – белым, чёрным и серым. Часть птиц могла чистить перья как обычно, а часть не могла из-за особого устройства на клюве. Эксперимент длился четыре года, за это время на голубях должно было смениться 60 поколений пухоедов. За паразитами следили, каждые полгода фотографируя их, чтобы понять, как меняется – и меняется ли – их окраска.

Цвет пухоедов, как можно догадаться, менялся на тех голубях, которые могли чиститься от паразитов, и к концу эксперимента самые светлые пухоеды были на белых птицах, самые тёмные – на чёрных. Более того, варианты окраски передавались по наследству. В статье в Evolution Letters говорится, что когда пухоедов того или иного цвета пересаживали на серых голубей, которые не могли счищать с себя паразитов, то через 48 дней на птицах появлялись новые пухоеды, чья окраска была очень похожа на родительскую.

В целом же за то время, пока пухоеды перекрашивались, они продемонстрировали исследователям всю гамму оттенков, какая есть у рода Columbicola. Род этот существует не один миллион лет, но чтобы приобрести защитную окраску, насекомым понадобилось всего четыре года. Скорость изменений оказалась удивительной, хотя, возможно, всё зависит от конкретного признака и конкретного вида (обычно стремительные изменения мы ждём всё же от каких-нибудь бактерий и вирусов). 
Как видим, окружающий мир может меняться намного быстрее, чем может показаться. Не исключено, что и другие паразиты способны меняться столь же быстро, и эта тема быстро переходит из общетеоретической в практическую, если вспомнить, что способность маскироваться от иммунной системы – такой же признак, как и все остальные.



По материалам Phys.org.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь 

У животных Приморья нашли органические загрязнители

Больше всего токсичных химикатов оказалось в шерсти краснокнижной кабарги.

Мы часто слышим про загрязнение окружающей среды, но многие наверняка задавались вопросом, как загрязнители путешествуют по экосистеме: какие вещества чаще всего попадают в животных, где именно накапливаются, и т. д. Одно из таких исследований недавно опубликовали в Environmental Science and Pollution Research сотрудники Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) вместе с коллегами из Университета Крита. 

Они изучили 15 образцов шерсти от нескольких животных Дальнего Востока: леопардового кота, мускусного оленя (кабарги), амурского ежа, волка и енотовидной собаки. Оказалось, что у них у всех в шерсти есть стойкие органические загрязнители (СОЗ) – химические вещества искусственного происхождения, которые устойчивы к разложению и которые могут накапливаться в тканях тела, угрожая здоровью людей и животных.

По словам доктора биологических наук, проректора ДВФУ по научной работе Кирилла Голохваста, во всех образцах были обнаружены полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), такие, как антрацен, флуорантен, пиридин и фенантрен. В природе ПАУ образуются в результате термического разложения целлюлозы, но значительная часть таких веществ – техногенного происхождения, то есть появляются в окружающей среде в результате деятельности человека. Также в большинстве образцов нашлись следы инсектицида гексахлорбензола и производных ДДТ. Новость же была в том, что разные виды стойких органических загрязнителей обнаружили сразу у пяти видов диких наземных животных.

Больше всего токсичных химикатов оказалось в образцах шерсти кабарги – исчезающего вида из Красной книги. (Притом шерсть кабарги взяли у погибших особей, предположительно убитых браконьерами.) Очевидно, мускусные олени накапливают много токсинов из-за своего рациона – кабарги питаются лишайниками, которые собирают вредные вещества, впитывая их из атмосферы.

Авторы работы отмечают, что на глобальном уровне загрязнённость среды стойкими органическими загрязнителями возрастает. Несмотря на то, что Стокгольмской конвенцией наложен повсеместный запрет на использование таких опасных веществ как гексахлорбензол, его продолжают находить в живых организмах по всему миру. В то же время данные по накоплению СОЗ в наземных млекопитающих довольно скудны, поэтому так важно продолжать мониторинг токсинов среди как можно большего числа видов.



По материалам пресс-службы ДВФУ.

Источник: Наука и жизнь

В Денисовой пещере разные виды людей совпали по времени

Неандертальцы и денисовцы вместе пользовались знаменитой алтайской пещерой.

Как известно, в роду людей – Homo – было несколько видов. Кроме Homo sapiens, то есть человека разумного, был ещё Homo neandertalensis, то есть человек неандартальский. Какое-то время неандартальцы и человек разумный жили вместе бок о бок, но потом наши кузены исчезли – правда, оставив нам заметное генетическое наследство.

Но кроме того, на свете были ещё денисовцы, или Homo denisovans. Их останки обнаружили в Денисовой пещере на Алтае. Пещеру с фрагментарными останками древних людей изучали с начала 80-х годов прошлого века. Но лишь после того, как в останках удалось прочесть ДНК – а это случилось к 2010 году – пещера стала всемирно знаменитой: оказалось, что ДНК людей из Денисовой пещеры отличается как от обычной человеческой, так и от неандертальской. С другой стороны, обнаружились тесные генетические связи между денисовцами и другими видами людей: некоторые гены у современных жителей Азии достались им, по-видимому, от денисовцев; кроме того, в прошлом году мы писали о доисторической девочке, которая родилась от смешанного брака: ее отец был денисовским человеком, а мать – неандерталкой.

Однако с находками из Денисовой пещеры всегда оставалась одна проблема: их было трудно датировать. Предельный возраст образца, который можно установить с помощью радиоуглеродного метода, составляет около 60 000 лет. Радиоуглеродный анализ показал, что останки денисовцев старше 50 тыс. лет, но для более точной датировки нужно было использовать другие методы, оценивающие возраст геологических слоёв, в которых были сделаны находки. Однако тут была большая вероятность того, что слои в пещере сильно перемешались, и останки легко могли оказаться «не в своём времени». А раз так, то вряд ли мы можем с уверенностью говорить о том, что разные виды людей могли встречаться на одной территории.

Проблему попытались решить исследователи из Университета Вуллонгонга и Института археологии и этнографии Сибирского отделения РАН. Они использовали метод, который позволяет определить, когда частица кварца или полевого шпата последний раз видела свет. Проанализировав таким образом около 280 000 минеральных частиц из более чем ста образцов осадочных пород, в которых находили останки и инструменты древних людей, можно было более точно сказать, к какому времени относятся эти останки и инструменты.

Кроме того, исследователи вместе с коллегами из Оксфорда и Института эволюционной антропологии Общества Макса Планка сопоставили данные своего метода с результатами радиоуглеродного анализа для верхних геологических слоёв, где радиоуглеродный анализ уже начинал работать. И, наконец, все полученные данные обрабатывались с помощью специальных статистических алгоритмов, позволяющих отсеять ошибочные датировки и оставить только наиболее достоверные даты.

В итоге оказалось, что древнейшие человеческие орудия труда появились в Денисовой пещере около 300 тыс. лет назад, правда, они могли быть как орудиями денисовцев, так и орудиями неандертальцев. Если же говорить именно о человеческих останках, то самый старый неандерталец появился в пещере около 190 000 лет назад, а самый молодой – около 100 000 лет назад. У денисовских людей временной период оказался шире, от 200 000 до 55 000 лет назад. Жили ли оба вида вместе и где именно, такими методами определить нельзя, но раз у них появлялись гибриды (та самая девочка от отца денисовца и неандертальской матери), то, очевидно, те и другие обитали в районе пещеры довольно-таки рядом друг с другом.

Впоследствии в Денисову пещеру, вероятно, стали захаживать и сапиенсы: здесь нашли украшения (костяные подвески) и инструменты, похожие на те, что делали Homo sapiens на территории Европы, и относятся они к периоду между 49 000 и 43 000 лет назад. Есть ещё одна человеческая кость, чей возраст 46 000–50 000 лет, но чья она, пока неизвестно, ДНК анализ с ней ещё не проводили. С другой стороны, никаких останков человека разумного того периода ни в пещере, ни в других регионах Алтая найти не удалось, так что есть вероятность, что сами денисовцы в конце концов додумались до более продвинутых, «сапиенсных» орудий труда. Но чтобы точно соотнести эти орудия труда и костяные подвески с той или иной группой людей, нужно провести дополнительные исследования.

Полностью новые результаты по датированию разных Homo в Денисовской пещере опубликованы в двух статьях в Nature.

Автор: Кирилл Стасевич

Источник: Наука и жизнь