Статистика ВК сообщества "Эволюция - очевидная реальность"

Эволюция человека продолжается: у нас появилась дополнительная артерия

#биология, #эволюция, #анатомия, #Homo_sapiens

Продолжают ли люди эволюционировать?

Мы, конечно, становимся всё выше — но пример ли это эволюции? Или просто правильное питание и лучшая экология позволяют нам раскрыть свой полный потенциал?

Сравнение роста современных шведов и норвежцев (180 см) и средневековых викингов (170 см) вроде бы показывает, что прогресс есть. Но это легко опровергается сравнением тех же южных корейцев (172,5 см у мужчин) и северных корейцев (165 см). Разница почти такая же, хотя разделение произошло только 74 года назад. И это при том, что южные корейцы не сразу начали жить как-то по-другому. На самом деле в основном этот рост произошел всего за последние 40 лет. В то время как их соседи остались примерно там же, где были.

Экология в Северной Корее отличная, выбросов от предприятий и машин почти нет. Климат — такой же, как и у соседей с юга. Времени прошло немного, сменилось всего лишь несколько поколений. Поэтому этот пример наглядно показывает, что главным в вопросе роста всё-таки является питание (в том числе и женщин в период беременности). Эволюция тут ни при чём. Если взять средневекового крошку-викинга и посадить его на нашу диету, он тоже вырастет здоровяком. Прям как вы!

Но в последние годы у нас всё-таки появилось однозначное доказательство: да, мы эволюционируем. Все больше людей в мире рождаются с третьей артерией в руке. Это пример микроэволюции, происходящей прямо на наших глазах.

Почему люди развивают новую артерию

Когда мы думаем об эволюции человека, мы обычно размышляем о глобальных изменениях, которые происходили в течение длительного периода, таких как развитие противопоставленного большого пальца или переход к прямохождению.

Но ученые из Австралии нашли доказательства нашей быстрой «микроэволюции» — которую мы можем наблюдать прямо сейчас. Эта микроэволюция связана со срединной артерией руки, которая развивается у младенцев в утробе матери для транспортировки крови к их предплечьям и кистям. Обычно она исчезает, когда появляются две соседние артерии, наблюдаемые у взрослых: локтевая и лучевая.

Но во все большем числе случаев эта артерия сохраняется и никуда не исчезает. Поэтому у современных взрослых все чаще наблюдаются все три артерии. С нашим развитием в течение жизни это никак не связано, это чисто эволюционный эффект. Причем, по словам австралийских ученых, скорость, с которой это происходит, резко возрастает. И уже через 80 лет срединная артерия станет обычным явлением в человеческом предплечье.

Исследователь Мацей Хеннеберг говорит, что дополнительная артерия руки не только увеличивает приток крови к руке, но также может быть использована в качестве альтернативы, если одна из других артерий получит повреждение. В общем, это как запасное колесо, которое вы держите в багажнике на случай, если получите травму.

Возможно, ее развитие также связано с тем, что мы всё больше работаем своими пальцами, и нам важна их точность и подвижность.

Просто цифры

Анализируя литературу по анатомии и рассекая верхние части рук пожертвованных кадавров, ученые определили, что у человека, родившегося в середине 1880-х годов, вероятность наличия дополнительной артерии руки составляла всего 10%. У человека, родившегося в конце 1900-х годов, — 30%. А сейчас таких больше 35%. То есть темпы изменений здесь прямо-таки потрясающие.

В пресс-релизе Теган Лукас, исследователь из Университета Флиндерса, говорит:

"Это увеличение может быть вызвано мутациями генов, участвующих в развитии срединных артерий, или проблемами со здоровьем у матерей во время беременности — например, из-за влияния окружающей среды.

Если эта тенденция сохранится, мы предсказываем, что уже больше 51% людей, родившихся в 2100 году, претерпят эту микроэволюцию — и будут жить с дополнительной артерией."

Не всё в плюс

Дополнительная артерия руки — далеко не единственная микроэволюция, протекающая сейчас у людей.

Ученые сообщают, что все больше людей рождаются с небольшой щелью в костях позвоночника (spina bifida occulta) и лишней костью в коленях (фабелла). Фабелла сегодня присутствует у 39% людей, причем чаще всего она встречается у мужчин, живущих в Азии и Океании, и реже всего — у африканцев. Фабелла исчезла у человекоподобных обезьян, но потом почему-то снова появилась у людей — возможно, уже в процессе их расселения по континентам.

Многие люди со скрытой расщелиной позвоночника даже не подозревают, что она у них есть (хотя плюсов у её наличия всё равно не обнаружено). В то время как фабелла может вызывать проблемы со здоровьем и периодическую боль в колене, так что приятного мало.

Еще более опасным может оказаться наличие у вас непарной щитовидной артерии. Она присутствует у 3.8% людей, поставляя кровь в щитовидную железу (а иногда — в трахею или паращитовидку). Это дополнительный вариант кровоснабжения этих органов, в котором чаще всего нет необходимости. Но артерия может очень сильно отличаться по размерам, кровоснабжению и даже расположению, что может привести к хирургическим осложнениям, особенно во время трахеостомии. К счастью, здесь микроэволюция работает в плюс: такая артерия у людей встречается всё реже и реже.

Мы поступаем мудро

Фабеллы и артерии — это хорошо, но есть один пример текущей эволюции, который может почувствовать буквально каждый из нас. Вы, конечно, о нём уже знаете.

Около 100 млн лет, задолго до австралопитеков, древние предки человека очень нуждались в т.н. «зубах мудрости» (третьих молярах).

Поскольку передние лапы были заняты балансом и бегом, зубы когда-то требовались для ловли, расчленения и поедания добычи. К тому же, наши предки жили на жесткой и жевательной диете, состоящей из листьев, корней и сырого мяса, и мощные задние зубы здесь были очень актуальны.

С тех пор наш рацион развивался и менялся, а за ним — наши лица и челюсть. Уже 1,4 млн лет как мы научились готовить еду, размягчая её с помощью пламени. Поэтому лишние коренные зубы стали не так нужны.

Шло время, и наши челюсти изменились. Постепенно начал работать естественный отбор против зубов мудрости: они начали подвергаться заражению и стали просто опасны. К тому же, иметь их слишком дорого: пользы они не несут, а организм тратит ресурсы, которые можно было бы использовать эффективнее.

Поэтому ученые предсказывают, что со временем эволюция заставит наши зубы мудрости исчезнуть. Это не слишком заметно по черепам homo sapiens, но становится очевидным, когда мы начинаем сравнивать черепа накалипитеков, орроринов, австралопитеков, homo habilis и далее по нашему семейному дереву. Челюсть становилась меньше с каждым разом, а развитие третьих моляров ингибировалось. На всё это уходили миллионы лет, но сейчас всё ускоряется. Зубы мудрости уже совсем не появляются у около 35% людей. А еще у 25% вырастает неполный комплект — только 1, 2 или 3 зуба.

Мы даже знаем, кто в ответе за то, что случилось. В 2004 году группа исследователей из Пенсильванского университета объявила об открытии гена под названием MYH16. Мутации в этом гене, периодически возникающие в популяции, приводят к укорочению челюсти. Что, по мнению ученых, могло стать фактором, который позволил мозгу раннего человека стать больше.

Есть и другое мнение. Возможно, что с начала 20-го века, с развитием стоматологии, мы могли устранить большую часть опасности от наличия зубов мудрости. И поэтому сильное эволюционное давление против них было устранено.

Волосатый нянь

Мы все знаем, что волос у нас намного меньше, чем у наших предков, живших всего миллион лет назад.

Дарвин предполагал, что это произошло из-за полового отбора: наши предки предпочитали менее волосатых партнеров. Другие ученые утверждают, что выпадение меха помогало бороться с живущими в волосах паразитами, такими как вши. Но большинство исследователей сегодня думают, что уменьшение количества волос на теле связано с терморегуляцией: это позволило нам меньше перегреваться (что было очень актуально во время бега по африканской саванне).

Как бы там ни было, все эти три фактора присутствуют сегодня. Глобальное потепление идёт полным ходом. Мужчинам, в большинстве, не нравятся волосатые женщины. А женщины, согласно исследованиям, всё-таки тоже больше предпочитают безволосых мужчин, особенно в странах третьего мира. Видимо, так они подсознательно могут определить состояние их кожи и наличие/отсутствие очевидных болезней.

Кстати, теория с половым отбором также объясняет, почему женщины от природы менее волосаты, чем мужчины. И почему многие из нас до сих пор прилагают усилия для удаления волос на теле (бритвы, эпиляции и так далее). А волосы на голове остались из прошлого как защита от палящего солнца.

В общем, судя по всему, волосы на теле, как и некоторые зубы с артериями — тоже не будут с нами надолго. Так что если вы лысый, можете гордиться, вы — пик эволюции! А ваш организм теперь настолько крут, что просто не тратит силы на производство ненужных волос. Да, именно так!

Гималайский медведь оказался результатом гибридизации северных и южных медведей

#биология, #эволюция, #геномика, #млекопитающие

Генетики исследовали ядерную ДНК шести видов современных медведей. Оказалось, что гималайские медведи произошли в результате гибридизации между предками современных северных (белых, бурых и барибалов) и южных (малайский и губач) медведей. Эти две линии разошлись между собой около 5,91 миллиона лет назад и внесли примерно равный вклад в генофонд гималайских медведей. Эта гибридизация, похоже, повлияла на размер тела гималайских медведей, а также содействовала репродуктивной изоляции. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Гималайский медведь (Ursus tibetanus), которого еще называют белогрудым или черным уссурийским медведем, представляет собой животное, которое почти вдвое меньше бурого медведя (U. arctos), отличаясь от него также более стройным телосложением, тонкой остроносой мордой и большими округлыми ушами. Ареал этого вида занимает большую часть Южной Азии, от Белуджистана и Афганистана до южной части российского Дальнего Востока. Вид насчитывает до восьми подвидов, которые обитают на территории современных 17 стран, включая Японию, Корейский полуостров, острова Тайвань и Хайнань. На территории России гималайский медведь представлен только одним подвидом — уссурийским (U. tibetanus ussurikus), которого можно встретить в Приморье и Приамурье.

В эпоху плейстоцена U. thibetanus был распространен гораздо шире, нежели в настоящее время. Так, они населяли Кавказ, южную половину Европы и Средний Урал. Самые ранние находки этого вида в Европе относятся к раннему плиоцену (местонахождение Приозерное в Приднестровье), тогда как в Азии они встречаются с раннего плейстоцена. Подавляющее большинство местонахождений с остатками гималайских медведей датируются ранним—средним плейстоценом. Происхождение и эволюция этого вида остаются недостаточно изученными. Так, анализ митохондриальной ДНК указал на их родство с барибалами (U. americanus). По прошлым оценкам генетиков, общий предок двух видов отделился от остальных медведей около шести миллионов лет назад, а не позднее пяти миллионов лет назад уже разошлись и они между собой. Митохондриальная ДНК также показала, что разделение континентальной и японской популяции гималайских медведей произошло около 0,58 миллиона лет назад.

Ли Юй (Li Yu) из Юньнаньского университета совместно с коллегами из Великобритании, Германии и Китая исследовала происхождение гималайских медведей. Для этого они отсеквенировали ДНК шести видов медведей из подсемейства Ursinae, которое включает белого медведя (U. maritimus), бурого медведя, барибала, малайского медведя (Helarctos malayanus), губача (Melursus ursinus) и гималайского медведя. По сообщениям исследователей, происхождение этих животных можно проследить до раннего плиоцена (около пяти миллионов лет назад). В общей сложности молекулярные биологи прочитали 43 генома медведей, а также включили в исследование 18 уже известных генетических профилей.

Филогенетические методы подтвердили прошлые выводы о том, что шесть видов медведей представляют собой две группы. Первая включает барибала, белого и бурого медведя (северная группа). Вторая же включает южную группу (губач и малайский медведь) и гималайского медведя. Ученые отметили, что последний вид во многом занимает промежуточное положение между двумя генетическими линиями (это подтвердилось и методом главных компонент). Филогенетический анализ вместе с D-статистикой показал, что гималайский медведь произошел в результате древней гибридизации между предками северной и южной групп. Причем этот вывод подтвердился для представителей разных популяций этого вида (южная материковая, северная материковая и японская).

Моделирование продемонстрировало, что две предковые линии гималайских медведей (то есть относящиеся к северной и южной группам) разделились около 5,91 миллиона лет назад. Примерно через 0,25 миллиона лет (около 25 тысяч поколений), то есть около 5,66 миллиона лет назад, представители этих двух линий скрещивались между собой, внеся почти равный вклад в генофонд гибридов (50,7 процента от северной группы и 49,3 процента от южной). После этого происходил поток генов в обе стороны между гибридной популяцией и двумя предковыми, причем больший обмен генами происходил с южной группой. По мнению исследователей, это объясняет кластеризацию гималайских медведей на филогенетическом дереве рядом с южными видами.

Построенное генетическое дерево по Y-хромосомным линиям оказалось аналогичным тому, что ученые получили в результате филогенетического анализа. В то же время по митохондриальной ДНК гималайские медведи сгруппировались вместе с барибалами и малайскими медведями. Кроме того, молекулярные биологи обнаружили поток генов от гималайских медведей к барибалам и бурым медведям (у последних, видимо, это в значительной степени нивелировалось за счет высокого потока генов от белых медведей). Исходя из этого, генетики предположили, что гималайские медведи, возможно, произошли в результате гибридизации, когда самцы из южной группы мигрировали к самкам из северной.

Ученые отметили, что гибридизация, благодаря которой появился гималайский медведь, происходила на территории Евразии. Это согласуется с летописью окаменелостей раннего плиоцена. Поток генов между ними и северной и южной популяциями медведей происходил, по всей видимости, из-за того, что ареалы видов перекрывались. Кроме того, этот поток с двух сторон, вероятно, повлиял на размеры тела гималайских медведей, а также способствовал развитию репродуктивной изоляции.

В яйце динозавра нашли еще одно яйцо

#биология, #эволюция, #палеонтология, #динозавры

Индийские палеонтологи обнаружили патологическое яйцо зауропода в отложениях возрастом 72,1–66 миллионов лет: внутри яйца находилось другое яйцо. У нептичьих динозавров подобная патология обнаружена впервые — раньше ее находили только у птиц. Исследование опубликовано в журнале Scientific Reports.

Патологии яиц — нередкое явление как среди современных, так и среди вымерших животных. К числу таких патологий относятся, например, яйцо внутри другого яйца (ovum-in-ovo) или же дополнительные слои скорлупы. Первая патология до сих пор была достоверно зарегистрирована только у птиц, а дополнительные слои скорлупы находили у черепах, ящериц, крокодилов и нептичьих динозавров, но впоследствии обнаружили и у птиц (в широком смысле), в том числе у ископаемых.

Харша Дхиман (Harsha Dhiman) из Делийского университета с коллегами впервые нашли яйцо в яйце у нептичьих динозавров. Палеонтологи исследовали ископаемую кладку яиц зауропод, которую обнаружили в отложениях верхнемеловой формации Ламета (Lameta Formation). Возраст этой формации датируется маастрихтом (72,1–66 миллионов лет назад). Изучив микроструктуру скорлупы яиц, исследователи решили, что кладка принадлежит зауроподу из группы титанозавров.

У одного из яиц исследователи обнаружили два слоя скорлупы. Ученые решили, что это именно яйцо внутри другого яйца, а не многослойная скорлупа, так как между слоями слишком большое расстояние.

Среди 52 гнезд в этом местонахождении было обнаружено только одно патологическое яйцо, поэтому ученые считают, что патология связана с индивидуальными особенностями этой особи. Это может быть, к примеру, пожилой возраст, травма или болезнь. Авторы отмечают, что их находка указывает на схожесть в строении репродуктивной системы нептичьих динозавров и птиц.

Быстрая эволюция грозит быстрым вымиранием

#эволюция, #биология, #чешуйчатые, #клювоголовые, #вымирание

Исследователи из Бристольского университета изучили животных из надотряда лепидозавров - ящериц, змей и их родственников, которых на сегодняшний день насчитывается свыше 10 тысяч видов. Успех данной группы животных связан с их быстрой эволюцией в благоприятных условиях, но так было не всегда.

"Лепидозавры возникли 250 миллионов лет назад в раннюю мезозойскую эру и впоследствии разделились на две большие группы: чешуйчатые, породившие ящериц и змей, и клювоголовые, которые сегодня представлены одним единственным видом - гаттерией. Мы ожидали обнаружить медленную эволюцию у клювоголовых и быструю - у чешуйчатых, но обнаружили обратное" - сообщил Йорге Херрера-Флорес, ведущий автор исследования.

"Мы изучали скорость изменения размеров тела у этих рептилий и обнаружили, что некоторые группы чешуйчатых эволюционировали быстро в мезозойскую эру, особенно специализированные рептилии вроде морских мозазавров. Но клювоголовые эволюционировали гораздо быстрее" - сообщил Том Стаббс, соавтор исследования.

"Скорость эволюции у клювоголовых была примерно в два раза выше, чем у чешуйчатых, и мы действительно не ожидали этого. В конце мезозоя возникли и начали диверсификацию все современные группы ящериц и змей. Они жили бок о бок с динозаврами, но вероятно не были связаны с ними экологически. Эти ранние ящерицы питались насекомыми, червями и растениями, и большинство из них имело мелкие размеры." - поясняет Армин Элстер, ещё один соавтор.

"И клювоголовые, и чешуйчатые сильно пострадали после вымирания динозавров 66 миллионов лет назад, но чешуйчатые сумели оправиться. На протяжении мезозоя именно клювоголовые эволюционировали активнее всего, но вымирание затронуло их задолго до конца мезозоя, после чего вся картина изменилась" - добавил профессор Майк Бентон.

Исследование подтвердило давнее дискуссионное предположение, выдвинутое известным палеонтологом Джорджем Симпсоном в его книге "Tempo and Mode in Evolution (1944)". Он исследовал фундаментальные паттерны эволюции и обнаружил, что многие быстро эволюционирующие виды принадлежат к нестабильным группам, которые потенциально могли адаптироваться к быстро меняющимся условиям среды.

"Тише едешь - дальше будешь. Как в классической басне Эзопа, быстрый заяц проиграл в гонке медленной черепахе. Со времён Дарвина биологи спорят о том, является ли эволюция подобием зайца или черепахи. Возникли ли крупные таксоны с множеством видов за короткий промежуток быстрой эволюции или медленно эволюционировали в течение долгого времени? В некоторых случаях быстро эволюционирующая группа может стабилизироваться и выживать в течение долгого времени, но гораздо чаще виды в таких группах вымирают с такой же скоростью, с какой появляются новые, и группа может вымереть целиком. С другой стороны, Симпсон предсказывал, что медленно эволюционирующие виды будут вымирать медленно, и в конце концов окажутся более успешными в долгосрочной перспективе" - заключил профессор Бентон.

У эмбрионов птиц таз сначала становится «динозавровым» и только потом «птичьим»

#биология, #эволюция, #биология_развития, #птицы

То, что птицы произошли от хищных динозавров, уже практически не вызывает сомнений у большинства ученых. Множество палеонтологических, гистологических и эмбриологических доказательств раз за разом подтверждают: рядом с нами живут прямые потомки «ужасных ящеров».

Хотя время от времени появляются альтернативные гипотезы происхождения птиц от других архозавров, не относящихся к динозаврам, ученых, придерживающихся таких взглядов, единицы. Теперь их число может снова уменьшиться благодаря новому исследованию, показавшему, что во время эмбрионального развития косточки зародышей птиц сначала становятся в точности как у динозавров и только потом превращаются в птичьи.

Для исследования команда ученых из Йельского университета (США) пометила эмбриональные бедренные кости некоторых рептилий (аллигаторов) и птенцов нескольких видов птиц особыми антителами, которые связались с белками, образующимися в развивающихся хрящах, костях, скелетных мышцах и нервах. После этого с помощью конфокальных микроскопов и компьютерной томографии исследователи создали 3D-изображения тазовых костей, мышц и нервов.

Ученые обнаружили, что птичий таз в своем развитии проходит через все стадии, характерные для его предков-динозавров: сначала он становится «общерептильным», затем «динозавровым» и только в конце «птичьим». Что любопытно, последний переход занимает довольно много времени и, к примеру, у японского перепела заканчивается только на седьмой день из 17, отведенных у этого вида на инкубацию яиц.

Помимо особенностей развития костей исследователи также обратили внимание на развитие мышц и нервов: оказалось, что они развиваются в разнобой со скелетом. Иными словами, каждая система действует независимо от остальных, и требуется точный генетический контроль, чтобы в конце концов синхронизировать их и позволить здоровому птенцу вылупиться из яйца.

Ископаемые биомолекулы указали на теплокровность большинства динозавров

#биология, #эволюция, #палеонтология, #динозавры

Ученые при помощи спектроскопии проанализировали химический состав окаменелостей вымерших животных и пришли к выводу, что общий предок динозавров был эндотермом (теплокровным), так как эндотермия была обнаружена у ящеротазовых (в том числе у тираннозавра и зауропод) и у части птицетазовых динозавров. Однако в процессе эволюции некоторые птицетазовые (например, трицератопс) стали эктотермными, то есть холоднокровными. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Эндотермами называют животных, которые могут сами поддерживать постоянную температуру тела, в то время как у эктотермов температура тела зависит от условий окружающей среды. Среди современных животных эндотермия характерна для млекопитающих и птиц, причем возникла она у них независимо. Кроме того, эндотермия всего тела обнаружена и у рыбы Lampris guttatus, хотя в ее случае источник тепла не метаболические реакции, а работа грудных плавников.

Палеонтологов давно занимает вопрос, когда именно возникла эндотермия в линии, ведущей к птицам. В последние годы все больше данных указывает на то, что нептичьи динозавры были эндотермами: это и довольно высокая скорость роста (ее определяют при помощи палеогистологических методов), и перьевой покров у многих динозавров, и находки их окаменелостей в полярных широтах. В одном из последних исследований палеонтологи при помощи анализа стабильных изотопов в скорлупе яиц выяснили, что эндотермия была характерна для всех основных групп динозавров, даже для зауропод, которых многие считали гигантотермами (так называют животных, которые поддерживают постоянную температуру тела за счет своих размеров).

Палеонтологи и химики из Испании и США во главе с Ясминой Виманн (Jasmina Wiemann) из Йельского университета решили выяснить уровень метаболизма вымерших животных при помощи анализа ископаемых биомолекул. Ученые сосредоточились на конечных продуктах перекисного окисления липидов (advanced lipoxidation end-products, ALE), которое вызывается активными формами кислорода. Последние, в свою очередь, образуются в результате биохимических процессов, генерирующих тепло, — поэтому количество ALE в ископаемых костях может говорить об уровне метаболизма. Кроме того, эти биомолекулы достаточно стабильны, поэтому хорошо сохраняются на протяжении миллионов лет.

Исследователи проанализировали химический состав костей, зубов и скорлупы яиц динозавров, птерозавров и других вымерших животных, а также — для сравнения — современных млекопитающих, птиц и рептилий. Для этого ученые воспользовались методами рамановской микроспектроскопии и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Исследователи действительно обнаружили следы ALE в образцах, но лучше всего они сохранились в ископаемых костях, поэтому исследователи сосредоточились на них. На основе полученных данных специалисты рассчитали скорость метаболизма животных — и затем использовали результаты при построении филогенетического дерева и реконструкции предковых состояний.

Эндотермами оказались большинство динозавров: тероподы (в том числе тираннозавр), зауропод из семейства диплодоцид и некоторые птицетазовые (орнитопод дриозавр, пахицефалозавр и панцирный динозавр нодозавр). Но другие птицетазовые — стегозавр, трицератопс и гадрозавр — оказались эктотермами. При этом изначально для динозавров все же была характерна эндотермия — то есть эти птицетазовые вторично утратили ее. Более того, высокий уровень метаболизма был характерен и для общего предка динозавров и птерозавров.

Эндотермию обнаружили и у морских рептилий плезиозавров, а также у варановых (включая ископаемый вид Saniwa ensidens). Вараны обычно считаются эктотермами, но авторы считают, что их можно назвать факультативными эндотермами, и отмечают, что это неудивительно, так как для варанов характерен довольно высокий метаболизм.

Авторы считают, что их метод точнее, чем определение уровня метаболизма по изотопному составу окаменелостей (при фоссилизации может измениться соотношение изотопов) или при помощи палеогистологии (скорость роста лишь косвенно указывает на уровень метаболизма).
___________________________
От редактора N+1:
К результатам исследований ископаемых биомолекул всегда нужно относиться с определенной долей скептицизма. Цератопсы и гадрозавры обитали и в высоких широтах (причем круглый год), если они были эктотермами, то не очень понятно, как это им удавалось.

Синтез пептида прошел на двух цепях РНК без участия рибосомы

#биология, #эволюция, #химия, #абиогенез

Химики из Германии показали, как мог проходить синтез пептидов до возникновения жизни на Земле. Они выяснили, что на фрагментах транспортных РНК с неканоническими азотистыми основаниями, содержащими остатки аминокислот, могут получаться пептиды без участия рибосом. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Молекулы РНК — хранители генетической информации в живых организмах. Они состоят из нуклеотидов, которые содержат азотистые основания — аденин (A), урацил (U), гуанин (G) и цитозин (C). На основе генетического кода, который хранят молекулы РНК, происходит биосинтез белков. При этом для биосинтеза необходима рибосома, именно с ее помощью образуются пептидные связи между аминокислотами, а в результате получается белок.

Так как за счет считывания информации с РНК происходит биосинтез белка, многие биологи считают, что молекулы РНК существовали до появления белков и катализировали синтез сложных органических молекул в пребиотических условиях (гипотеза мира РНК). Но как именно молекулы РНК могли ускорять синтез белков и пептидов, ученым до сих пор неизвестно.

Химики под руководством Томаса Карелла (Thomas Carell) из Мюнхенского университета Людвига и Максимилиана нашли один из возможных механизмов этого процесса. Им было известно, что в состав молекул транспортных РНК, помимо четырех основных азотистых оснований, могут входить несколько неканонических оснований. Причем некоторые из них содержат остатки аминокислот. Поэтому ученые предположили, что из этих аминокислотных остатков в пребиотических условиях могли получаться пептиды.

Чтобы проверить свою гипотезу, химики синтезировали два комплементарных набора цепей тРНК, содержащих неканонические азотистые основания. В одном из наборов неканонические нуклеотиды содержали фрагменты аминокислот со свободной карбоксильной группой, а в другом — свободную аминогруппу. Когда ученые смешали две комплементарные цепи тРНК из двух наборов в водном растворе, между ними образовались водородные связи, а фрагменты аминокислот стали ближе друг к другу.

Затем химики добавили в смесь карбодиимид — активатор карбоксильной группы — и между двумя аминокислотными фрагментами образовалась пептидная связь. В результате дальнейшего нагревания раствора при температуре 90 градусов Цельсия произошел гидролиз, а фрагмент аминокислоты оказался на комплементарной цепи тРНК. Таким образом ученые выяснили, что комплементарные РНК с неканоническими основаниями могут передавать друг другу аминокислотные фрагменты с образованием пептидов.

Когда химики попробовали провести эту же цепочку превращений несколько раз, им удалось получить полипептид. Но реакция работала не всегда, а только в случае, если исходные РНК содержали как минимум три нуклеотида и были комплементарны. Интересно, что в обычном биосинтезе белков на рибосомах каждую аминокислоту также кодируют три нуклеотида РНК.

В результате химики показали, что полипептидные цепочки могут образовываться при участии тРНК без рибосом. При этом синтез контролируется комплементарностью молекул тРНК, как и в случае обычного биосинтеза на рибосоме. Реакции образования пептидной связи протекали с выходом около 50 процентов, а выход реакции гидролиза в большинстве случаев не превышал 10 процентов: при нагревании до 90 градусов часть цепей тРНК разрушалась.

Клещи-паразиты постепенно учатся жить с нами в мире

#биология, #эволюция, #медицина, #паукообразные

Большая часть людей выступают средой обитания для множества разнообразных паразитов, и угревая железница, поселившаяся в наших волосяных фолликулах, — еще не самая зловредная из них. Теперь ученые выяснили, что этот крошечный клещик находится на пути превращения из паразита в постоянного симбионта, который будет жить с нами во взаимовыгодном сотрудничестве.

Угревая железница (Demodex folliculorum) размером всего 0,2-0,5 миллиметра встречается у большинства людей и обычно безвредна. Она заселяет волосяные фолликулы поверх сальной железы, обычно на лице и груди, и питается кожным салом и омертвевшими клетками кожи, не доставляя хозяину особых проблем. Исключения составляют массовые поражения кожи железницей: в таком случае может развиться заболевание, называемое демодекозом.

Угревая железница живет в кожи людей всех рас и народов, причем с возрастом человека вероятность обнаружить на нем клеща возрастает: если маленькие дети еще могут быть не поражены, то у людей старше 70 лет этот мелкий паразит встречается в 100 процентах случаев.

Теперь ученые выяснили, что угревая железница не просто паразитирует на нас: она учится с нами сожительствовать, превращаясь из паразита в симбионта, который вступит с человеком во взаимовыгодные отношения. Секвенирование геномов железниц показало, что эти клещи «отказались» от большей части генов, встречающихся у сородичей, абсолютно минимизировав свои потребности.

В частности, угревые железницы больше не защищены от ультрафиолетового излучения и не могут вырабатывать гормон мелатонин: всем этим должен обеспечивать их хозяин, на чье лицо они выбираются ночью, пока он спит. Также у железниц произошли любопытные анатомические изменения: в частности, их репродуктивные органы сместились вперед, и теперь пенисы самцов торчат из спины в направлении вперед-вверх.

Малое количество генов железницы означает, что у этого вида крайне низкое генетическое разнообразие, то есть с точки зрения эволюции он зашел в тупик и не может развиваться дальше. Вероятно, маленький клещик «сделал ставку» на сожительство с людьми и теперь постепенно превращается из необязательного нашего «постояльца» в облигатного, то есть постоянного.

Какую же выгоду могут получить люди от мелкого членистоногого? Вероятно, она будет не особо значительна, но приятна: поскольку железницы кормятся салом и мертвыми клетками кожи, они смогут эффективно очищать поры на лице, предотвращая появление угрей и прыщей.

Дорогие подписчики!

Приносим извинения за случайно промелькнувший недавно пост неприемлемого для нас содержания.

Эта группа создана исключительно с просветительской целью, поэтому здесь не будет политики или резюмирования военных действий.

В этот непростой период мы продолжаем нести для Вас свет науки и радость познания, поэтому любые комментарии, преследующие цель разжечь межнациональные розни, будут удаляться, а комментаторы - нещадно баниться.

С уважением, ваша Эволюция.

Поздравляем дорогих подписчиков с наступающим или уже наступившим новым 2022-м годом!

Желаем повышенной приспособленности и низкого мутационного груза, успехов в учёбе или работе, и самое главное - не болейте!

С Новым годом!