Загадка Локи

Особость митохондрий состоит в том, что у них есть собственные гены, отличающиеся от генов клетки-хозяина, а также собственная оболочка. Поэтому возникла мысль, что митохондрии - это остатки каких-то древних бактерий, которые когда-то были проглочены первыми эукариотами и вступили с ними во взаимовыгодный симбиоз. Эта гипотеза, выдвинутая недавно умершей Линн Маргулис, объясняет происхождение митохондрий в эукариотах, но не объясняет происхождение самих эукариот. Как возникли первые клетки с ядрами внутри? И вот теперь открытие Локи, кажется, приближает к ответу на этот фундаментальный вопрос.

Дело в том, что этот вид архей найден, как я уже сказал, в водах вблизи глубоководной термической скважины на дне океана. Такие скважины встречаются и в некоторых местах других океанов. Всё это – места, где из подземных глубин, из слоя раскаленной мантии, что подо дном океана, вырываются через расселины горячие газы. Газы эти содержат многие органические вещества, из которых построено все живое, и вокруг скважин действительно находят много простейших живых существ, которых нет нигде больше на Земле. Вот почему с недавних пор считают, что эти скважины могли быть теми местами, где впервые на Земле зародилась жизнь. И поэтому найденная здесь архея тоже может быть порождением тех давних времен.

На эту мысль наводят ее уникальные генетические особенности. Кстати сказать, саму ее, эту архею, ученым не удалось «выловить» - в отложениях вокруг скважины найдены были лишь многочисленные остатки ДНК от разных экземпляров когда-то живших здесь Локи, но анализ этих остатков и их возможных соединений друг с другом позволил, в конце концов, восстановить 92% полной ДНК этого вида. Результаты этого анализа были опубликованы в мае 2015 года и произвели сенсацию в соответствующих научных кругах. В этой ДНК оказалось почти 5400 генов, управляющих образованием различных белков. Из них 26% оказались сходны с генами других видов архей, 29% обнаружили сходство с белковыми генами бактерий, а 32% не соответствуют ни одному из известных белковых генов.

Но самое интересное – что небольшая, но существенная часть белков этой древнейшей археи оказалось очень похожей на определенные белки эукариот! Причем на принципиально важные - во-первых, на белки, связанные с образованием и поддержанием формы клеточной оболочки; во-вторых, на белки, выполняющее функции клеточного скелета; и в-третьих, на белки, отвечающие за т.н. фагоцитоз, т.е. способность клетки поглощать другие частицы (именно благодаря фагоцитозу первые эукариоты смогли приобрести свои митохондрии).

Эти интереснейшие данные позволяют думать, что Локи - это что-то родственное первым эукариотам. Вполне возможно, считают авторы, что Локиархеоны и первые эукариоты были потомками одного исходного организма, которые (около 2 млрд лет назад, судя по числу накопленных изменений) пошли двумя разными путями. Но большинство биологов полагают, что одним из главных путей усложнения живых простейших организмов было поглощение одного другим (как в гипотезе Маргулис) и что сходство Локиархеона с эукариотами объясняется тем, что какой-то Локи когда-то поглотил какую-то бактерию, которая в результате стала его ядром, и тогда сам он превратился в первый эукариот.

Кстати говоря, эта гипотеза не так проста, как выглядит на первый взгляд. Она радикально меняет всю картину первых этапов истории жизни на Земле. Если прежняя картина выглядела как некое «Дерево Жизни», кот которое вырастало из общего предка бактерий и архей, потом разветвлялось на бактерии и археи, а еще позже от ветви архей, в свою очередь, ответвлялась ветвь эукариот, то по новой гипотезе никаких ветвей нет, потому что эукариоты порождаются слиянием бактерии и археи.

Скажу больше: в последние годы биологи-эволюционисты все чаще приходят к мысли, что такие поглощения или слиянии одного простого организма с другим были одним из важнейших путей усложнения жизни и на последующих ее этапах и что именно это породило все чаще обнаруживаемое в последнее время генетическое сходство самых разных организмов (например, грибов и панд!) Некоторые ученые даже предлагают вообще заменить Дерево Жизни (с млекопитающими и человеком на вершине) неким великим Кругом Жизни, в котором господствует не историческая иерархия («кто за кем»), а генетическое родство («кто с кем»). Но это уже другой (хотя тоже очень интересный) рассказ.

*********************************************************************************************************************

Искусственные чувства

Исследование работы одних и тех же участков мозга у мужчин и женщин иногда приносит нетривиальные результаты. Оказывается, различия женского и мужского поведения могут быть связаны как с количеством одних и тех же нейронов, так и с их разной работой. На эту мысль наводит, в частности, новая работа израильских исследователей (д-ра Тали Кимхи и других) из Института Вейцмана в Реховоте, опубликованная этим летом в журнале Nature. Эти ученые изучали отношение мышей к чужим детенышам. Оно разное у самцов и самок. Самки, найдя детеныша, оставленного в углу клетки, уносят его обратно в гнездо и начинают за ним ухаживать; самцы его игнорируют и нередко даже атакуют. Впрочем, на короткое время после рождения собственного детеныша и самцы в этом плане несколько смягчаются. Так вот, оказалось, что, изучая мозг животных, это врожденное различие можно не только объяснить, но и изменить.

В ходе исследования израильские ученые сосредоточились на особом участке мозга – т.н. антеровентральном превентрикулярном ядре (АВПВ), составляющем часть гипоталамуса. В этом ядре имеются нейроны, управляющие образованием некого ТГ-белка (тироксин-гидроксилазы). Исследователи заметили, что число таких нейронов у женщин несколько больше, чем у мужчин. Родилось предположение, что именно эти различия обуславливают разницу в поведении относительно детенышей. Авторы решили проверить эту гипотезу, искусственно меняя количество ТГ-белка в мозгу у подопытных мышей. Они достигали этого с помощью т.н. оптогенетики, т.е. освещая соответствующие нейроны светом определенных частот, на которые нейроны реагировали увеличением либо торможением производства ТГ-белка.

Оказалось, что даже краткое освещение, увеличивавшее это производство, резко усиливало материнский инстинкт у самок (в т.ч. и у не-рожавших), заставляя их буквально мчаться на помощь брошенному детенышу. Что еще интересней – у самцов такое же искусственное увеличение концентрации ТГ-белка в нейронах АВПВ приводило к заметному уменьшению их агрессивности по отношению к другим самцам и чужим детенышам (хотя и не влияло на меру их «отцовских чувств»). И напротив, уменьшение концентрации ТГ-белка влекло за собой прямо противоположные результаты – как у самок, так и у самцов.

Вот вам и разница между женским и мужским мозгом. Она, оказывается, куда сложнее, чем просто количество тех или иных нейронов. Дело не только в этом количестве – разница также (а быть может, даже в первую очередь) в том, что одни и те же нейроны могут «заведовать» разными сторонами поведения у разных полов.

Дальнейшие исследования пролили некий свет на вопрос, почему это так. Как выяснилось, концентрация ТГ-белка в мозгу существенно влияет на уровень гормона окситоцина в крови. А окситоцин – это как раз (в числе прочего) «гормон симпатии», т.е. его уровень влияет на степень агрессивности или эмпатии животных. И вот теперь выясняется, что это влияние зависит от пола: у самок оно сказывается на материнских чувствах, а у самцов – на уровне агрессивности.

Но что самое интересное – что всем этим, вроде бы чисто инстинктивным, глубоко укорененным поведением, можно управлять искусственно, так сказать – «по желанию заказчика». Права была моя мудрая знакомая, сказавшая, услышав этот рассказ: «Это уже не столько интересно, сколько страшновато».

****************************************************************************************

Где наш пятый гигант?!

Если не считать «карликов» (Плутона и ему подобных), то в нашей Солнечной системе налицо четыре малых (скальных) планет (Меркурий, Венера. Земля и Марс) и четыре газовых гиганта (Юпитер, Сатурн, Нептун и Уран). При этом все малые планеты почему-то «внутри», ближе к Солнцу, а все гиганты – «снаружи». Как это так аккуратно получилось?

Долгое время ученые объясняли это толщиной газопылевого облака, из которого наша система образовалось: в середине оно было толще, тут образовались гиганты, а на краях вещества была меньше, тут возникли малые планеты внутри и пояс карликов (Плутон и так далее) совсем снаружи - т.н. пояс Койпера. Но потом выяснилось, что время образования гигантов довольно велико и что за нынешней орбитой Юпитера и Сатурна вещества в прото-облаке было так мало, что Нептун и Уран не могли бы успеть там сформироваться за все время формирования Солнца и его системы. И тогда появилась мысль, что поначалу планеты-гиганты сформировались много ближе к Солнцу, там, где для этого было достаточно вещества, а затем, под влиянием взаимодействия с зародышами малых планет, продрейфовали на свои нынешние орбиты.

Эта гипотеза успешно объяснила многие загадки Солнечной системы – но не все. В частности, оказалось, что в ней нет места Марсу (в ходе своего дрейфа гиганты должны были выбросить его из Солнечной системы). И тогда родилась новая гипотеза, согласно которой дрейф гигантов вызывало их взаимодействие друг с другом. Эта модель была еще лучше, потому что компьютеры показали, что она объясняет многие оставшиеся загадки Солнечной системы, но – при одном условии: нужно было допустить, что гигантов в нашей системе было не четыре, а пять. Но вот беда - этого пятого гиганта, как известно, в нашей системе нет!

Какое-то время считалось, что эта планета есть, но невидима, потому что ее орбита так вытянута, что она приближается к Солнцу лишь раз в десятки тысяч лет. (Отсюда, в частности пошли толки о «Звезде Немезиде», приближение которой сулит человечеству гибель, а также о «планете Хибиру», жители которой, разумные гиганты, в ходе очередного приближения высадились на Земле, создали человечество и передали ему начатки науки и техники). Но ученых это объяснение не устраивало, и они терпеливо корпели над решением загадки пятого гиганта научными методами.

И вот недавно на страницах Astrophysical Journal появилось сообщение (Райан Клутьте и др.), что компьютерные расчеты, учитывающие не только движение самих гигантов, но и их больших спутников – Каллисто у Юпитера и Яфета у Сатурна, показали, что пятая планета стала жертвой дрейфа гигантов – она была насильственно вытолкнута из Солнечной системы в космические просторы. «И кто же был главным виновником этого преступления?» – спросили у компьютера. «Юпитер, вестимо, - ответил компьютер. - А насчет Хибиру и Немезиды - это все враки», - добавил он и отключился.

Рафаил Нудельман
"Окна",25.02.2016