home
user-header

                        
                        
Новости биологии
8 февраля 2018 г., 18:03 364

Новости биологии, генетики, антропологии, палеологии: Генетики выяснили родословную цитрусовых. Биологи объяснили как тройной набор хромосом позволил мраморным ракам захватить мир. Древний британец оказался темнокожим и голубоглазым (впрочем, как и древний испанец). Канадские вирусологи оценили количество вирусов в атмосфере Земли и сообщили о «вирусных дождях». В янтаре из Мьянмы найден древний паук с длинным хвостом как у скорпионов. Математики объяснили редактирования генома системой CRISPR/Cas9. Британские палеонтологи выяснили, что динозавры пали жертвой собственного эволюционного успеха.

Коренной британец (Фото Phys.org)


 

1. Генетики проследили историю цитрусовых

Генетики из Франции, Испании и США проследили историю цитрусовых растений и выяснили, где и когда они появились, сообщается в Nature. Кроме того, ученые выяснили, как цитрусовые скрещивались в процессе одомашнивания, в результате чего получились хорошо знакомые нам лимоны, лаймы, грейпфруты и апельсины.

Изображение BDL / flickr.com

 

Исследователи считают, что цитрусовые (подтриба Citrinae) появились в Южной или Юго-восточной Азии. Затем они распространились по тропикам и субтропикам от западного Пакистана до центрального Китая в Азии, появились в Новой Гвинее, на островах Полинезии и Меланезии и северо-востоке Австралии. Но сказать точнее где и когда возникли цитрусовые довольно сложно. Их генеалогия изучена мало, а также довольно плохо известно как в процессе одомашнивания возникали гибриды этих растений.

 

Чтобы восполнить этот пробел, исследователи под руководством Дэниела Роксара (Daniel S. Rokhsar) из Объединенного института генетики Департамента энергетики США и Мануэла Талона (Manuel Talon) из Института аграрных исследований Валенсии отсеквенировали геномы 30 видов растений рода Citrus. Кроме того, ученые проанализировали уже известные геномы еще 28 видов из этого рода и растений из соседнего рода Severinia, тоже относящегося к цитрусовым.

 

В результате, ученые смогли определить место и время происхождения цитрусовых. Согласно генетическим данным, они появились около восьми миллионов лет назад в Ассаме (северо-восточная Индия), Мьянме и юго-восточном Китае. Это подтверждается и архелогическими доказательствами — окаменелости вымершего вида цитрусовых конца миоцена (8-6 миллионов лет назад) находили в южнокитайской провинции Юннань. В течение примерно двух миллионов лет цитрусовые распространились по тропической Азии. По-видимому, этому способствовало то, что климат здесь стал суше из-за уменьшения количества муссонных дождей. Около четырех миллионов лет назад цитрусовые добрались до островов и северной части Австралии.

 

Предложенная авторами схема распространения цитрусовых (Guohong Albert Wu et al. / Nature, 2018)

 

Исследователи проследили, как в процессе одомашнивания, появились некоторые гибридные растения и частично подтвердили результаты более ранних исследований. Так, цитрон стал «отцовским» видом для лимона и мексиканского лайма, гибридизация помело с мандарином привела к появлению апельсина и подвидов мандарина, более крупных по размеру, чем дикие. А в результате скрещивания помело с апельсином получился грейпфрут. Вообще, по словам авторов статьи, степень «участия» помело в скрещивании можно оценить по размеру и уровню кислотности получившегося гибридного фрукта.

 

Генеалогия основных генотипов цитрусовых. Синими стрелками показано простое скрещивание между родительскими генотипами, коричневыми — более сложные процессы, в которых задействованы несколько видов, поколений и обратное скрещивание. (Guohong Albert Wu et al. / Nature, 2018)

 

Недавно ученые выяснили, как и когда цитрусовые появились в Средиземноморье и в Европе. Первым, около 2,5 тысяч лет назад в Египет, Сирию и Палестину «приехал» цитрон, который несмотря на малосъедобность, высоко ценился. А последним, в начале XIX века, в Европу привезли мандарины.

 

2. Тройной набор хромосом и партеногенез помогли мраморным ракам захватить планету

Немецкие, американские и мадагаскарские исследователи показали, как смог распространиться по миру мраморный рак Procambarus fallax, подвид virginalis, который размножается партеногенезом. Эти животные появились в результате мутации, при скрещивании болотных раков Procambarus fallax их потомки вместо двойного набора хромосом, как у родителей, получили тройной набор, говорится в статье в Nature Ecology&Evolution. Высокий уровень гетерозиготности и триплоидность позволили им размножаться партеногенезом, и это, с одной стороны, уменьшило эффект вредных мутаций, которые накапливаются при однополом размножении, а с другой — позволило быстрее приспосабливаться к новым условиям.

Мраморный рак (Procambarus fallax подвид virginalis) из дикой популяции, живущей в юго-западной Германии. (Chucholl C. / Wikimedia Commons)

 

Пресноводные раки Procambarus fallax обитают в болотах Джорджии и Флориды. Также они прижились в качестве домашних животных, их разводят в неволе и держат в аквариумах. Мраморных раков Procambarus fallax подвида virginalis впервые обнаружили в аквариуме в Германии в 1995 году. За два десятилетия они распространились по всей Европе, попали в США и Японию, сначала как домашние животные, а потом их стали находить в дикой природе. Мраморные раки всеядны, в их рацион входят как гниющие листья, так и мелкие насекомые, улитки, мальки или мелкие рыбы. Они выживают в водоемах с различной соленостью, кислотностью и при разных температурах. Кроме всего прочего, раки virginalis, как явствует из названия, размножаются партеногенезом или «девственным размножением», то есть их яйцеклетки развиваются без оплодотворения. Это дает им преимущество перед местными видами, которые размножаются половым путем, а значит, гораздо медленнее. В конце концов мраморных раков признали инвазивным видом, угрожающим местным ракообразным. В странах Евросоюза и в некоторых штатах США их продажа в качестве аквариумных животных запрещена.

 

Авторы нового исследования под руководством Франка Люко (Frank Lyko) решили выяснить, как мраморные раки научились размножаться партеногенезом. Для этого ученые отсеквенировали ядерный геном особей virginalis из диких и домашних популяций в Германии и США. Для сравнения исследователи секвенировали геномы близкородственных болотных раков и P. аlleni. Также авторы работы хотели выяснить, имеет ли отношение к мраморным ракам virginalis популяция ракообразных, недавно появившихся на Мадагаскаре и вытесняющая несколько местных видов.

 

Оказалось, что в геноме мраморных раков содержится не диплоидный набор хромосом, а триплоидный набор. Последовательности всех трех наборов были похожи на хромосомы вида P. fallax, и при этом два из них были идентичны друг другу, а третий незначительно от них отличался. Исходя из полученных результатов, ученые предположили, что мраморные раки появились в результате скрещивания двух особей P. fallax, которые произошли из разных мест, и которых, по-видимому, посадили в один аквариум. Также исследователи выяснили, что мадагаскарская популяция мраморных раков генетически очень похожа на геном первых особей, найденных в Германии в 1995 году.

 

Также ученые проверили гетерозиготность подвида virginalis и обнаружили, что она довольно высока — 0,53 процента по сравнению с 0,03 процента у родительского вида P. fallax. По мнению исследователей, высокая гетерозиготность и триплоидность позволила мраморным ракам уменьшить эффект от накопления вредных мутаций, который при партеногенезе приводит к деградации и вымиранию вида. Более того, эти особенности генома позволили ракам быстро адаптироваться к новым условиям.

 

Недавно исследователи зафиксировали, как на партеногенез в неволе перешла самка зебровой акулы. Сначала она жила в аквариуме вместе с самцом и размножалась обычным способом, но потом ее пересадили в другой аквариум и она начала откладывать яйца самостоятельно.

 

3. Древнейший «британец» был темнокожим и голубоглазым

Специалисты провели анализ ДНК «человека из Чеддара» — древнейшего из известных науке людей, обитавших на территории современной Великобритании. Мужчина был темнокожим и голубоглазым, что роднит его с другими «европейцами» той эпохи.

Фото Phys.org

 

С каждым годом ученые все больше узнают про внешний вид первых жителей современной Европы. Согласно ранее полученным данным, наши предки, пришедшие из Африки, имели смуглую кожу. Проникнув в северные регионы, они приспособились, приобретя черты, свойственные современным европейцам. Сейчас специалисты нашли очередные доказательства почти общепринятой в научном мире концепции происхождения человека. Помог им в этом анализ ДНК «человека из Чеддара» — самого древнего из известных науке «британцев».

 

Останки человека нашли в пещере Гофа, обнаруженной капитаном Ричардом Гофом в 1890 году. Их датируют примерно 7150 годом до н. э. Сама пещера расположена в ущелье Чеддар в графстве Сомерсет. Ученые предполагают, что смерть «человека из Чеддара» была насильственной. Возможной ее причиной называют конфликт с «соседями». По некоторым данным, тело оставили в пещере каннибалы.

 

Новое исследование, однозначно, стало важным этапом на пути к пониманию происхождения первых европейцев. Расшифровка полного генома «первого британца» позволила обнаружить важные черты, роднящие «человека из Чеддара» с первыми жителями Испании, Венгрии и Люксембурга (их геномы расшифровали ранее). У человека были «пронзительные голубые глаза», смуглая кожа и кудрявые волосы. Если говорить про многие другие особенности строения лица, то они также схожи с чертами других первых жителей Европы.

 

Череп "человека из Чеддара" (Фото wikipedia)

 

Пещера Гофа (Gough’s Cave), где был обнаружен Чеддарский человек (Фото wikipedia)

 

Все это, по мнению исследователей, может говорить о том, что кожа европейцев стала светлой не так быстро, как считалось ранее. Несомненно, внешний вид современных жителей Европы неоднократно менялся, проделав долгий эволюционный путь.

 

Напомним, в прошлом году пришла важная для науки новость, затрагивающая другую часть света. Международной группе исследователей удалось реконструировать внешний вид леди Као — знатной представительницы культуры моче, которая скончалась примерно 1500 лет назад. Даная культура существовала в I–VIII веках на севере Перу. Посредством 3D-моделирования ученые создали копию лица и тела леди Као. Сам проект призван напомнить жителям республики о богатом культурном наследии региона и познакомить с ним широкую общественность.

 

Другой небезынтересной реконструкцией стало воссоздание лица современника Тутмоса III — древнеегипетского фараона.

 

4. Биологи измерили «вирусный дождь» в атмосфере

Ученые впервые оценили количество вирусов, которые циркулируют с ветром, и обнаружили, что мы находимся под постоянным «вирусным дождем».

 

Канадским вирусологам впервые удалось количественно рассмотреть всю массу вирусных частиц, которые ветром поднимаются с поверхности в тропосферу и могут переноситься на тысячи километров, осыпая Землю «вирусным дождем». Статью Кёртиса Саттла (Curtis A. Suttle) и его коллег из канадского Университета Британской Колумбии публикует журнал Международного сообщества микробной экологии The ISME Journal.

 

«Около 20 лет назад мы стали обнаруживать генетически идентичные вирусы в совершенно разных областях по всему миру, – объясняет Саттл. – Легко представить себе, что вирусы поднимаются в атмосферу на одном континенте и "выпадают" на другом». По оценке ученых, ежедневно на каждый квадратный метр поверхности Земли опускается порядка 800 млн вирусных частиц. 

 

Ветер уносит вирусы и бактерии вместе с частицами пыли, а еще эффективнее – с микрокаплями воды океанов. Они могут подниматься на высоту более 2,5–3 км, где дуют стабильные и сильные ветры, разносящие микробы на большое расстояние. С учетом крошечных размеров вирусов, их частицы переносятся эффективнее: Саттл и его коллеги установили высоко в горах Сьерра-Невада специальные платформы и зарегистрировали этот «дождь», показав, что вирусов «выпадает» в 460 раз больше, чем бактерий.

 

5. В янтаре найдены древние пауки с длинным хвостом

В Мьянме обнаружены останки древнего и крайне необычного паукообразного, которое напоминает одновременно и обычного паука, и скорпиона.

 

На севере Мьянмы процветает добыча и обработка янтаря, и старатели то и дело находят образцы с запертыми внутри мелкими членистоногими. Еще в 2000-х ученые заметили, что они образовались еще в среднем меловом периоде, между 145 и 66 млн лет назад. Поэтому многие находки с удовольствием приобретают ученые – как правило, китайские. Несколько таких образцов сохранили удивительное древнее животное, напоминающее хвостатого паука. Команда Бо Вана (Bo Wang) из Нанкинского института геологии и палеонтологии описывает его в статье, опубликованной журналом Nature Ecology & Evolution.

 

На великолепно сохранившемся образце можно видеть почти нормальную морфологию паука, с четырьмя парами ходильных ног, педипальпами характерной для самцов анатомии, с ротовыми придатками-хелицерами на головогруди и с прядильными органами на конце брюшка. Но по соседству с ними расположено нечто довольно неожиданное – длинный хвост, которого нет ни у одного современного паука (Araneae). Сходные образования имеются разве что у других паукообразных – можно вспомнить метасому скорпионов (Scorpiones) или еще более близкую к образцам хвостовую нить у телифонов (Uropygi). Отметим, что ни те, ни другие ловчую сеть не плетут.

 

Древний родственник современных пауков сохранялся в янтаре около 100 млн лет / ©Bo Wang

Древний родственник современных пауков сохранялся в янтаре около 100 млн лет (Фото Bo Wang)

 

Однако хвост у сохранившихся в янтаре членистоногих исключительно велик: он достигает 3 мм при длине тела животного около 2,5 мм. «Любая такая флагеллоподобная структура, как правило, используется в качестве антенны, – говорит палеонтолог из Канзасского университета Пол Селден (Paul Selden), один из соавторов работы. – Она служит для мониторинга окружающей обстановки».

 

Паукообразное получило название Chimerarachne, в честь мифической химеры. Ученые считают его одной из переходных форм между морскими паукообразными и современными сухопутными, способными плести паутину. К сожалению, сказать что-либо о его образе жизни и других особенностях пока трудно. Четыре образца, в которых были найдены крошечные Chimerarachne, позволяют разве что предположить, что они обитали на коре, под корой или у основания смолоносных деревьев.

 

Даже их способность плести паутину еще предстоит обосновать. Секрет прядильных органов вполне мог использоваться для других целей: оплетать яйца или запечатывать вход в нору, оставлять сигнальные отметки для сородичей и т. п. Авторы работы отмечают, что все эти многообразные способы применения паутинного шелка появились у пауков задолго до появления ловчей сети-ловушки.

 

6. Математики объяснили ошибки CRISPR/Cas9

Ученые разработали модель, которая успешно объясняет ошибки редактирования генома системой CRISPR/Cas9. Пока исследователям не удалось создать никогда не ошибающийся метод внесения исправлений в ДНК, что ограничивает возможное применение этой технологии. Статья с результатами опубликована в журнале Cell Reports.

https://indicator.ru/imgs/2018/02/07/14/17886/e015da05f9aa3c8f9feb6042fed2d0dd8d729181.jpg

Схематическая демонстрация процесса редактирования генома системой CRISPR/Cas9 (McGovern Institute for Brain Research at MIT)

 

Открытие белка Cas9, системы бактериального иммунитета CRISPR и возможности их совместного направленного использования стали одними из самых значимых событий в биологии за последние годы. С их помощью стало возможно направленно редактировать геном, что дает надежду на разработку лекарств от многих наследственных заболеваний с известной генной основой. Система работает благодаря способности Cas9 разрезать ДНК, что позволяет удалить испорченный участок или вставить необходимый. Изначально ученые думали, что CRISPR/Cas9 действует без ошибок, но в дальнейшем это оказалось неправдой.

 

На самом деле Cas9 разрезает не только участки, комплементарные соответствующей РНК, но и похожие на них, отличающиеся на небольшое количество нуклеотидов. Согласно выводам новой работы, такая ограниченная неразборчивость выгодна с эволюционной точки зрения. «Вирусы постоянно мутируют, поэтому их геном может отличаться от хранящегося в бактериальном иммунитете, — говорит соавтор работы Мартин Депкен из голландского Делфтского технического университета. — Разрезая также немного отличающиеся ДНК, CRISPR/Cas9 борется с эволюционирующими вирусами и обеспечивает бактерии лучшую защиту».

 

Авторы решили разобраться с вопросом, почему Cas9 с разной вероятностью разрезает одинаково несоответствующие шаблонной РНК участки генома. Белок проверяет ДНК на соответствие, начиная с одного конца. За каждое совпадение ему предоставляет дополнительная энергия, в то время как несовпадения энергозатратны. Согласно новой идее, если ДНК отличается от шаблона несколькими буквами в конце, то энергии может хватить для их преодоления и ДНК будет разрушена даже при неполном соответствии. Однако если несоответствие находится в начале или их несколько подряд, то проверка, скорее всего, быстро закончится.

 

Следующим шагом нужно будет учитывать физические свойства самого белка Cas9. В некоторых ситуациях есть выбор из нескольких мест для разрезания, и будущая модель должна показать, на какой участок лучше нацеливаться.

 

7. Динозавры стали жертвами своего успеха

Исследователи из Редингского университета в Великобритании составили глобальную карту распространения динозавров по Земле и выяснили, что оно было очень широким. В итоге древним ящерам перестало хватать ресурсов, и пошел обратный процесс — незадолго до того, как все динозавры вымерли из-за астероида или другого фактора, о чем ученые продолжают спорить. Статья опубликована в издании Nature Ecology & Evolution.

 

Они  проанализировали массив накопленных данных о найденных остатках динозавров, обозначая на карте предположительный регион проживания ископаемого животного. Кроме того, они соотнесли эти данные с существующим представлением о филогенетическом дереве динозавров — как виды связаны друг с другом, и какой от какого произошел. Более детальную работу ученые проводили, выбрав один вид — тираннозавров, а также 13 его ближайших «родственников».

 

Применив ко всем этим данным ряд статистических методов, исследователи смогли составить глобальную динамическую карту распространения динозавров, где виды появлялись, как перемещались по планете и так далее. Этот процесс был очень активным, поскольку к тому моменту Земля была практически «чистым листом» после одного из крупнейших массовых вымираний видов, случившегося 225 млн лет назад. Соответственно, у динозавров не было конкуренции за место под солнцем. Но такая экспансия не могла продолжаться вечно, в какой-то момент ученые наблюдают замедление распространения, и все дело в том, что динозаврам попросту стало не хватать ресурсов.

 

Переломный момент видно и по специфике видообразования. Сначала новые виды появлялись вследствие естественных географических барьеров, а позже — для приспособления к среду и борьбе за ресурсы с другими видами.

 

По материалам N+1 (1, 2), Naked Science (3, 4, 5), Индикатор (6), Научная Россия (7)

#естественные_науки, #медицина, #сельское_хозяйство

Избранное
  • Комментарий удален
  • 9 февраля 2018 г., 17:29
    CUCUMBER   Пожаловаться

    Значит правда всё в фильме "Меч короля Артура": Ланселот вполне мог быть черным, при условии, что генетическое наследие от первобританцев проявилось у него через десятки поколений...

  • 9 февраля 2018 г., 17:35
    CUCUMBER   Пожаловаться

    А динозавры вымерли, как зайцы в Намском улусе, только волна подлиннее. Отец рассказывает, что были времена, когда их как в Верхоянске нынче били. Распространение вида Homo Sapiens также сейчас носит взрывной экспансивный характер. За последние пятьсот лет население Земли выросло в 10 раз. Судьба динозавров не дает мне покоя...

Чтобы оставить комментарий, вам нужно авторизоваться
с помощью аккаунта в соц.сети
Включите премодерацию комментариев
Все комментарии к этому посту будут опубликованы только после вашего подтверждения. Подробнее о премодерации