Масштаб культуры шимпанзе, "мозг" сердца и каменно-ледяные гиганты: главные новости науки
Июль принес сразу несколько важных научных сюжетов. Исследователи уточнили, как устроена нервная система сердца и почему отдельные группы нейронов помогают ему справляться со стрессом. Астрономы пересмотрели представления о внутреннем составе Урана и Нептуна. Биологи приблизились к созданию живой клетки из неживых компонентов, а наблюдения за шимпанзе показали: их культурные традиции могут быть гораздо сложнее и масштабнее, чем принято считать.
У сердца есть собственная нервная сеть
Сердце принято воспринимать как орган, который просто получает команды от головного мозга и ритмично сокращается. Однако в его тканях существует автономная система управления - внутренняя сердечная нервная система. Она включает около 40 000 нейронов, расположенных главным образом в жировой ткани, окружающей сердце.
Эти клетки взаимодействуют друг с другом, обмениваются сигналами с головным мозгом и участвуют в последней стадии регулирования сердцебиения. При этом сердечные нейроны встречаются крайне редко: на них приходится примерно 0,01% клеток сердечной ткани. Именно поэтому долгое время ученым было трудно понять, какие функции выполняют отдельные элементы этой сети.
Исследование, опубликованное в журнале Cell, помогло восполнить пробел. Ученые изучали внутреннюю нервную систему мышей, в которой насчитывается около 1000 нейронов. С помощью генетических меток они обозначили все нервные клетки сердца и создали подробную карту их расположения. В результате удалось выделить несколько специализированных групп.
Одна из них получила обозначение Npy+. Когда исследователи активировали эти нейроны, частота сердечных сокращений снижалась. Если же клетки разрушали, у животных развивалась сердечная недостаточность, после чего мыши погибали. Вероятно, Npy+-нейроны предотвращают чрезмерное ускорение сердечного ритма и помогают поддерживать его стабильность.
Вторая группа - Ddah1+ - поначалу не демонстрировала очевидного эффекта. Ни стимуляция этих клеток, ни их удаление заметно не меняли состояние животных в обычных условиях. Но дальнейшие наблюдения показали, что они особенно важны во время сильного стресса.
Мыши, лишенные функциональных Ddah1+-нейронов, могли внезапно погибнуть даже при относительно кратковременном воздействии. Перед смертью у них резко замедлялся пульс, а нормальный ритм уже не восстанавливался. Напротив, искусственная активация этих нейронов повышала шансы животных пережить стрессовую ситуацию.
Таким образом, Ddah1+-клетки, по всей видимости, защищают сердце от экстремальных нагрузок. Пока нельзя утверждать, что у человека они работают точно так же. Однако маркерные гены обеих групп обнаружены и в сердечных нейронах людей. В перспективе это может привести к созданию более точных методов нейромодуляции - терапии, воздействующей не на весь орган сразу, а на конкретные типы клеток.
Уран и Нептун оказались не только ледяными
Уран и Нептун традиционно называют ледяными гигантами. Это отличает их от Юпитера и Сатурна, состоящих преимущественно из водорода и гелия. Но новые модели показывают, что слово "ледяные" описывает их внутреннее строение лишь частично.
Исследование в Astronomy & Astrophysics предлагает рассматривать мантию этих планет как сложную смесь воды, аммиака, метана и каменных материалов - прежде всего силикатов и других тяжелых элементов.
На такую возможность указывают и наблюдения небольших тел на окраине Солнечной системы. Плутон, объекты пояса Койпера и кометы состоят не из одного льда. В их структуре присутствует значительная доля плотной горной породы. Если именно подобные тела служили строительным материалом для планет, логично предположить, что Уран и Нептун также унаследовали часть каменного вещества.
Согласно результатам моделирования, внешние области мантии этих планет могут примерно на 60% состоять из каменных компонентов. При этом внутреннее строение Урана и Нептуна различается. Мантия Нептуна, вероятно, более богата породами, тогда как в глубинах Урана может быть больше льда.
Такой вывод важен не только для понимания двух удаленных планет. Уран и Нептун служат своеобразными эталонами для изучения экзопланет сопоставимого размера. Подобные миры составляют значительную часть известных планет за пределами Солнечной системы. Если новая модель верна, один из самых распространенных типов планет во Вселенной представляет собой сочетание камня и льда, а не чистый "ледяной шар".
Можно ли собрать живую клетку из неживых компонентов
Одно из самых впечатляющих направлений современной биологии - создание искусственной клетки. Речь идет не о простом пузырьке с ДНК, а о системе, способной самостоятельно поддерживать обмен веществ, использовать энергию, реагировать на окружающую среду и воспроизводить хотя бы отдельные клеточные процессы.
Полностью воссоздать живую клетку пока не удалось. Ученые умеют синтезировать отдельные участки генома, собирать мембранные структуры и запускать в них биохимические реакции. Однако жизнь - это не набор независимых деталей. Все процессы должны быть связаны в устойчивую самоподдерживающуюся систему.
Главная трудность состоит в согласовании нескольких уровней работы. Искусственной клетке необходимо одновременно иметь оболочку, энергетический обмен, систему хранения и считывания генетической информации, механизмы ремонта повреждений и контроль над делением. Если один из элементов работает несогласованно с другими, система быстро разрушается.
Тем не менее подобные исследования постепенно приближают ученых к пониманию происхождения жизни. Искусственные клеточные модели позволяют проверить, какие процессы могли возникнуть первыми на древней Земле и какой минимальный набор компонентов необходим для перехода от химии к биологии.
Практическое значение у этого направления тоже велико. В будущем синтетические клетки могут использоваться для доставки лекарств, производства полезных веществ или обнаружения токсинов. Но прежде чем такие системы станут безопасным инструментом медицины и промышленности, предстоит решить множество технических и этических вопросов.
У шимпанзе есть развитая культура
Культурное поведение долго считалось почти исключительно человеческой особенностью. Однако шимпанзе демонстрируют устойчивые привычки, которые передаются внутри групп и не объясняются только генетикой или индивидуальным обучением.
Разные сообщества этих обезьян используют неодинаковые способы добычи пищи, общения и ухода за собой. В одной группе животные могут применять палочки определенной формы, в другой - использовать камни, листья или ветви совершенно иначе. Молодые особи осваивают такие приемы, наблюдая за взрослыми.
Особенно важен масштаб этих различий. У шимпанзе насчитываются десятки устойчивых поведенческих традиций. Одни из них связаны с инструментами, другие - с социальными ритуалами, играми, приветствиями и сигналами тревоги.
Исследователи отличают культурное поведение от простого инстинкта по нескольким признакам. Оно должно регулярно встречаться в одной популяции, отсутствовать у соседних групп при одинаковой доступности ресурсов и передаваться через наблюдение и подражание. Именно такая картина все чаще обнаруживается у шимпанзе.
Изучение их культуры помогает лучше понять происхождение человеческих традиций. Вероятно, способность перенимать поведение, сохранять его внутри группы и постепенно изменять возникла у общих предков людей и человекообразных обезьян гораздо раньше, чем считалось прежде.
При этом культура шимпанзе остается менее сложной и накопительной, чем человеческая. Животные могут перенимать приемы и передавать их следующим поколениям, но не создают многоуровневые системы знаний, которые постоянно усложняются. Тем не менее разрыв между человеком и другими приматами оказывается не абсолютным: некоторые его элементы имеют глубокие эволюционные корни.
