Чем занимались биологи в 2016 году – часть вторая
Мутации, старение, нейрокомпьютерные интерфейсы, вымирание динозавров, умные обезьяны, умные птицы, дети, котики и ещё многое другое во второй части ежегодного обзора нашей новостной ленты.
В первой части нашего годового обзора мы то и дело вспоминали про мутации – мутации то, мутации это, мутации, вызывающие рак, мутации, вызывающие ожирение. Мутации представляют собой разнообразные аномалии в последовательности ДНК, и они могут быть и вредными, и полезными, и просто никакими, то есть незаметными.
Но нас, понятно, более всего интересуют вредные мутации, и каждый год исследователи описывают множество генетических дефектов, способных спровоцировать те или иные заболевания; так, силами исследователей из МГУ удалось найти ещё одну мутацию, повышающую вероятность сердечного инфаркта, а сотрудники Детской больницы св. Иуды в Мемфисе описали в своей статье в Nature Medicine, как из-за генетической аномалии могут возникнуть шизофренические голоса в голове.
Х-хромосома человека под электронным микроскопом. (Фото Dr. Gopal Murti / Visuals Unlimited / Corbis.)
Однако порой вредные мутации ставят биологов в тупик – потому что на самом деле никакого вреда от них не происходит. Весной в Science вышла статья, авторы которой на примере самых обычных людей показали, как гены, считающиеся жизненно важными, порой оказываются неважными – их отсутствие никак не сказывается на здоровье человека.
Другая статья на ту же тему вышла месяцем позже в Nature Biotechnology – в ней говорится о мутациях, которые должны вызывать тяжёлые генетические заболевания, но иногда почему-то не вызывают. Причины, из-за которых вредные мутации обезвреживаются, могут быть самые разные: например, у мутантного гена может быть дополнительная здоровая копия, или же ситуацию спасает взаимодействие генов, либо же в ситуацию вмешиваются эпигенетические механизмы. (Подробно про эпигенетику мы сейчас рассказывать не будем, лишь напомним, что, например, ожирение может переходить из поколения в поколение без каких-либо специальных мутаций, только благодаря эпигенетическим молекулярным механизмам.)
Многие мутации и многие болезни приходят к нам с возрастом – клетки тела перестают справляться с повреждениями ДНК, накапливают в себе вредный мусор, будучи не в состоянии его переработать, так что в итоге им остаётся либо превратиться в злокачественного монстра, либо умереть. Очевидно, если бы нам удалось как-то замедлить старение, не говоря уже о том, чтобы повернуть его вспять, это стало бы, без преувеличения, началом новой эры на Земле.
Старение уже давно не тайна за семью печатями, и, хотя зависит оно от массы факторов, исследователи уже более-менее понимают, что тут к чему, и пытаются нащупать методы борьбы со старением в целом и возрастными болезнями в частности. Правда, не обходится и без громких проколов: так, в 2016 году, по-видимому, окончательно завершилась история с молодой кровью, которая всё-таки не способна омолаживать старые ткани и органы.
Но, с другой стороны, в уходящем году были опубликованы целых три работы, в которых речь идёт именно об отмене старения и которые без преувеличения можно отнести к самым громким биомедицинским достижениям. В первой из них, вышедшей в Nature, говорится о том, что мышам можно продлить жизнь на целых 20%, если очистить их организм от состарившихся клеток.
Апоптоз, программа клеточного самоубийства, избавляет организм от больных и ненужных клеток. Слева – нормальный лейкоцит, справа – лейкоцит в процессе апоптоза. (Фото Dr. Gopal Murti / Visuals Unlimited / Corbis.)
Во второй статье, опубликованной в Science, речь идёт об атеросклерозе, одной из самых распространённых и вредных возрастных болезней – клеточная чистка, как оказалось, снижает вероятность атеросклеротической порчи сосудов. Наконец, совсем недавно исследователи из Института Солка рассказали в Cell, как им удалось повернуть старение вспять, включив у пожилых мышей спящие эмбриональные гены.
По сути, в последней работе использовали тот же метод, с помощью которого получают искусственные аналоги эмбриональных стволовых клеток – знаменитые индуцированные стволовые клетки, только с мышами омоложение произвели не в культуре клеток, а сразу с целым организмом. Что же до искусственных стволовых клеток, то их по-прежнему продолжают очень активно изучать. Их отличия от натуральных, по-видимому, не стоит так уж преувеличивать, а значит, их можно использовать и в клинических целях.
Эмбриональные стволовые клетки. (Фото Stem MD / Flickr.com.)
Но биомедицинские технологии живы не одними только стволовыми клетками. Колоссальное количество работ здесь посвящено восстановлению подвижности парализованных конечностей, восстановлению проводимости повреждённых нервных путей и вообще попыткам создания нейрокомпьютерного интерфейса, который переводил бы сигналы нашего мозга на язык электронных устройств.
Для примера укажем на эксперименты нейробиологов из Стэнфорда, Калифорнийского университета в Сан-Диего и Гарварда, которые сумели заново соединить сетчатку с мозгом, и большой проект по обучению спинного мозга самостоятельному поведению, который выполняют исследователи из Швейцарии и Санкт-Петербурга. Что до нейрокомпьютерного интерфейса, то здесь главные достижения состоят в повышении подвижности и чувствительности протезов рук.
Вообще биотехнологические изобретения уходящего года поражают своим разнообразием: тут есть и кремнийорганическое средство от морщин, и роботизированные жуки, и синтетические «нервы», напечатанные на 3D-принтере, и робот-скат, сделанный из силикона, золота и живых клеток сердца, и растения с улучшенным фотосинтезом.
Робот-скат, сделанный из силикона, золота и живых клеток сердца. (Фото Ken Richardson.)
Растения табака с улучшенным фотосинтезом поглощают больше углекислого газа. (Фото fetcaldu / pixabay.com.)
Исследователи вмешиваются в самые что ни на есть основы жизни – здесь мы, конечно, имеем в виду создание синтетического организма с минимальным набором генов и переписывание генетического кода у бактерий. Современные технологии лишний раз убеждают нас в том, что многие «отвлечённые» теории, которые некогда выглядели как продукт чистого познания, вполне могут пригодиться в решении самых насущных, самых бытовых вопросов. Возьмём эволюционную теорию – она не только помогает нам понять, как у бактерий и раковых клеток возникает устойчивость к лекарственным препаратам, с её помощью можно в прямом смысле улучшать сами лекарства, как это продемонстрировали исследователи из Университета Эмори.
Кстати, об эволюции. В ней есть несколько больших загадок, которые вызывают неизменно живой интерес даже у тех, кто к биологии не имеет никакого отношения: это вымирание динозавров, происхождение жизни и происхождение человека. Про динозавров скажем лишь, что они начали вымирать раньше, чем мы думали, а астероид и/или вулканы просто ускорили начавшийся закат гигантских рептилий. Насчёт происхождения жизни вспомним майскую статью в Science, в которой говорится, что РНК на древней Земле могла получиться из простого химического сырья и без помощи ферментов.
Динозавры из группы цератопсов были одними из немногих, кто дольше всех сопротивлялся всеобщему вымиранию (на фото – реконструкция трицератопса). (Фото Steven Vidler / Corbis.)
Напомним, что по современным представлениям жизнь на нашей планете началась с молекул РНК, которые, как и ДНК, могут хранить в себе информацию, но, в отличие от ДНК, молекулы РНК способны катализировать некоторые химические реакции и размножаться без помощи белков. Впоследствии РНК всё-таки пришлось уступить ДНК роль «главной молекулы жизни» – просто потому, что ДНК оказалась более устойчивой.
Среди разнообразных причин, которые привели к появлению человека, появилась ещё одна – особый противовирусный белок, который способствовал появлению новых мутаций в геноме приматов и тем самым стимулировал их эволюцию. Впоследствии, когда род Homo начал осваивать орудия труда, большую роль в его эволюции сыграли «кухонные ножи» – то есть острые камни, с помощью которых можно было резать мясо.
Слева – австралопитек, один из наиболее вероятных предков человека, справа – Homo sapiens. (Фото Science Picture Co. / Corbis.)
В статье в Nature, опубликованной в марте, говорится, что измельчение пищи в прямом смысле изменило внешность человеческих предков: их голова стала легче и у них появились губы, которые, в свою очередь, пригодились, когда пришло время заговорить. Впрочем, исследователи из Венского университета и Университета Принстона полагают, что если судить по анатомии горла и рта, говорить по-человечески вполне могли бы даже нынешние обезьяны, однако овладеть хотя бы зачатками речи им мешает не вполне развитый мозг.
С другой стороны, обезьяны и без разговоров слишком умны. О том, что они делают орудия труда, известно давно; но мало того, оказалось, что обезьяны используют их столетиями и что обезьяньи орудия труда почти неотличимы от тех, что делали древние люди. Недавние эксперименты с шимпанзе показали, что они способны связывать чужие неправильные поступки с чужими неправильными мыслями, а наблюдения за дикими шимпанзе заставили задуматься, нет ли у них зачатков культуры – в человеческом её понимании.
Южноамериканские капуцины передают трудовые навыки друг другу из поколения в поколение. (Фото Hamish Irvine / Flickr.com.)
Впрочем, высоким интеллектом отличаются не только приматы: орудия труда могут делать – причём разными способами – и новокаледонские вороны, обычные вороны способны читать чужие мысли, а утята, как оказалось, способны к абстрактному мышлению. Вообще, птичий интеллект традиционно недооценивали, и вот теперь пернатые берут реванш; а если кто-то поинтересуется, как в такой небольшой птичьей голове умещается такой большой интеллект, то совсем недавно усилиями нейробиологов на этот вопрос удалось ответить – мозг птиц, как выяснилось, заполнен очень мелкими нейронами, которых у некоторых видов в сумме даже больше, чем у приматов.
Новокаледонский ворон гнёт прутик. (Фото James St Clair / University of St. Andrews.)
Если же мы будем оценивать интеллект по социальному критерию, то есть по способности коммуницировать с себе подобными или же с представителями других видов, то тут нас ждёт масса сюрпризов: осьминоги, которые любят общаться, шмели, которые учатся друг у друга, собаки, которые помнят, что делали их хозяева, даже если хозяйские поступки не имеют к ним никакого отношения.
Ну, а что хозяева – то есть люди? Мы уже говорили о том, что мы узнали о человеческом мозге, но узнали ли мы что-то новое о человеческой психологии? О да. В феврале в Current Biology была опубликована статья, посвящённая тому, почему человек способен на убийство по приказу, осенью в Royal Society Open Science исследователи из Оксфорда сообщили, что авиакатастрофы помнят в среднем всего неделю; наконец, из статьи в Psychological Science, опубликованной в апреле, мы узнали о том, как потенциальная нехватка брачных партнёров заставляет совершать рискованные поступки – даже тех из нас, кто не очень склонен к риску и у кого давно есть семья.
Современная психология свободно использует методы нейробиологии (магнитно-резонансную томографию и пр.), что позволяет психологам получать довольно любопытные результаты. Так, авторы статьи в Neuropsychologia объяснили, откуда у нас появляется мистический опыт – тайны мироздания открываются нам при отключении мозговых тормозов.
С помощью МРТ удалось также выяснить, что верить в бога приятно, и что ложь в прямом смысле меняет мозг – регулярно упражняясь во лжи, мы помогаем мозгу привыкнуть к тому, что мы врём, так что в дальнейшем он уже не беспокоит нас по сему поводу неприятными эмоциями. Если кто-то, прочитав всё это, погрузится в угнетённое состояние духа по поводу несовершенств человечества и захочет разогнать печаль и тоску, то пусть вспомнит, что, хотя счастье и не в деньгах, его всё же вполне можно купить – нужно только знать, где покупать.
Регулярное враньё помогает нам принять собственную ложь. (Фото Syda_Productions / ru.depositphotos.com.)
В психологической науке есть очень большой и важный раздел детской психологии, важный в том числе и потому, что, наблюдая развитие у ребёнка эмоций, когнитивных свойств и вообще личности, мы лучше понимаем, откуда потом берутся наши «взрослые» мысли и чувства. Одна из самых сложных тем здесь: соотношение в личности врождённых черт и тех, которые пришли из общения с другими, от родителей, от культурного контекста. Здесь стоит отметить исследование психологов из Северо-Западного университета о том, что язык влияет на мышление с младенчества; это значит, что услышанные слова помогают думать маленьким детям – даже тем, которые говорить сами ещё не умеют.
Обычные кубики, по-видимому, всё-таки полезнее для развития ребёнка, нежели электронные гаджеты. (Фото Emma Tunbridge / Corbis.)
Если же мы хотим, чтобы ребёнок быстрее освоил язык, то тут можно обратиться за помощью к музыке: специалисты из Вашингтонского университета полагают, что музыкальные игры помогают младенцам почувствовать ритм речи. (Добавим, что если речь идёт об играх, то лучше детям давать не электронные гаджеты, а какие-нибудь кубики – обычные игрушки полезнее для развития ребёнка.) Что до этических норм, то они, похоже, в большей степени зависят от культурного окружения: маленькие дети ведут себя достаточно эгоистично, а стремление к справедливости начинает развиваться с пяти лет; вообще же, как показали психологи из Северо-Западного университета и их китайские коллеги, культурные особенности восприятия проявляются у детей к двум годам.
Наш обзор пора заканчивать, хотя мы не так и не рассказали про целый ряд интересных вещей, вроде влияния вирусов на климат или уникальной способности тихоходок противостоять ионизирующей радиации. Однако есть одна тема, которую мы никак не можем упустить – это котики.
В уходящем году мы большей частью писали о диких кошках: о том, как уборные оцелотов в лесах Южной Америки служат прочим млекопитающим чем-то вроде газеты и клуба, о том, почему у больших кошек разные мозги, о том, что в древности мелких кошек одомашнивали дважды, хотя второй раз и закончился ничем.
Домашним же котикам у нас оказалась посвящена только одна новость, но зато на неизбывную тему: исследователи из Сиднейского университета и Уолтемского центра питания домашних животных в очередной раз попытались разгадать загадку знаменитой кошачьей привередливости в еде .
30 декабря 2016
Статьи по теме:
