Какие открытия о нас и окружающем нас мире сделали учёные в 2019 году?

Наука и жизньНаука

Десять значимых событий 2019 года в биологии и медицине

1Число букв в генетическом алфавите удвоили

Генетический код — это чередование в нуклеиновых кислотах четырёх азотистых оснований: аденина (A), гуанина (G), цитозина (C) и тимина (T) (в РНК тимин замещён урацилом). Комбинации трёх «букв» образуют «слова»триплеты, кодирующие двадцать аминокислот, из которых состоят все белки. В двуцепочечной молекуле ДНК основания-буквы стоят парами: аденин в одной цепочке находится напротив тимина в другой цепочке, а гуанин — напротив цитозина. Основания в парах связаны водородными связями, и они, во-первых, придают устойчивость всей молекуле ДНК, во-вторых, с такой молекулой удобно работать молекулярным машинам, которые занимаются ремонтом ДНК, её копированием, синтезом на генах их РНК-копий и другими важными процессами.

Но физико-химическую стабильность и удобство могут дать не только пары A с T и G с C. Американские биотехнологи рассказали в журнале «Science» о восьминуклеотидной ДНК, в которой к имеющимся A, T, G, C добавили ещё четыре азотистых основания, обозначенных Z, P, S и B. Такая ДНК выглядела и вела себя как обычная, то есть её структура была почти такая же, как у ДНК с природными A, T, G, C, и чтобы разделить её цепи (разделение цепей — необходимый этап чтения генетической информации), требовалось примерно то же количество энергии, как и для природной ДНК. В эксперименте природные ферменты успешно создавали РНК-копию этой ДНК.

Расширив алфавит, можно добавить генетических слов, то есть сделать тройки нуклеотидов, которые будут кодировать какие-то другие аминокислоты помимо обычных двадцати. Добавление всего лишь двух букв позволяет кодировать до 152 аминокислот. Модифицированная кишечная палочка, ДНК которой содержит два новых азотистых основания, уже умеет синтезировать белки с модифицированными аминокислотами лизином и аланином — об этом журнал «Science» сообщал ещё два года назад.

Но зачем столь фундаментально вмешиваться в генетический алфавит и словарь? Ответ простой: с новыми аминокислотами можно создавать белковые молекулы, сконструированные для конкретных задач. Конечно, белки модифицировали в лабораториях и раньше, но, внедрившись в генетический код, это можно проделывать намного эффективнее. И речь не только о белках, но и о полусинтетических организмах с новыми свойствами — например, можно создать эффективные мусороперерабатывающие бактерии, специализирующиеся на том или ином виде химических отходов.

2В языке зелёных мартышек появилось новое «слово»

Зелёные мартышки Chlorocebus sabaeus, обитающие на западе Африки, предупреждают друг друга об угрозе, и для разных угроз в их словаре есть разные сигналы: если обезьяна видит леопарда, она издаёт особый крик, и те, кто её слышат, забираются на деревья; если обезьяна видит змею, она издаёт другой звук, и тогда все, кто её слышит, встают на задние лапы и замирают. А вот у зелёных мартышек другого вида, которые живут на востоке Африки, кроме сигналов тревоги для леопарда и змеи, есть сигнал для орла, поскольку этим обезьянам угрожают ещё и пернатые хищники.

Когда исследователи из Немецкого центра приматов запустили над «западными» мартышками дрон, те закричали что-то тревожное и поспешили в укрытие. Звуки, которые они издавали, отличались от тех, которыми они предупреждают о появлении леопарда или змеи, но при этом были похожи на сигнал «Воздух!» мартышек с востока. «Западные» и «восточные» мартышки разошлись в эволюции 3,5 млн лет назад, однако структура голосового сигнала у «западных» оставалась примерно прежней. Спустя несколько дней «воздушный» сигнал тревоги включили рядом с мартышкой, которая в одиночестве искала еду. Та сразу прекратила своё занятие и уставилась в небо. Дальнейшие эксперименты показали, что обезьянам было достаточно прослушать сигнал один раз, чтобы усвоить его значение.

Почему эти эксперименты, описание которых опубликовано в журнале «Nature Ecology & Evolution», кажутся важными? Одна из самых больших загадок в антропологии — происхождение речи и языка. Зачатки речевых способностей есть у обезьян, и на них можно изучать, как те или иные звуки, издаваемые горлом, приобретают значение и какую роль в этом играют генетические факторы. В случае с зелёными мартышками речь идёт о звуках, которые индивидуум способен воспроизводить по умолчанию — подобно тем звукам, которые издают все младенцы: их ведь никто не учил смеяться, плакать и пр. Зелёным мартышкам, у которых в репертуаре был неиспользованный сигнал тревоги, помогли присвоить этому сигналу конкретное значение «опасность в воздухе» — можно сказать, у обезьян появилось новое «слово», хотя звуковой материал для него у них уже был. Не исключено, что подобным образом рождался и человеческий язык, только люди смогли продвинуться намного дальше в комбинировании и в различении тех звуков, которые способно издавать горло человека.

3Зрительная галлюцинация по заказу

Нейробиологи умеют управлять активностью нейронов с помощью оптогенетических методов (см. «Наука и жизнь» № 1, 2015 г.). Вкратце суть оптогенетики такова: в нейроны вводят ген светочувствительного белка, после чего нервную клетку можно включать или выключать с помощью световых импульсов прямо в живом мозге, куда свет приходит по специальным световодам.

До недавнего времени таким способом можно было управлять только группой близкорасположенных нейронов. Однако сейчас есть методы, позволяющие наблюдать за отдельно взятой клеткой, и исследователи из Стэнфорда и Колумбийского университета (США) использовали их в сочетании с оптогенетикой, чтобы вызвать нужное поведение у мыши.

Мышам показывали две полосатые картинки: на одной полосы чередовались горизонтально, на другой — вертикально. Вертикальные полосы служили сигналом, что можно выпить воды из трубочки. По активности нейронов в мозге мыши удалось установить, какие клетки включаются на «водную» картинку. Если их потом стимулировали, мышь вела себя так, как будто видела перед собой вертикальные полосы, хотя никаких вертикальных полос перед ней не было. То есть животных заставляли увидеть галлюцинацию, причём не какую-нибудь, а вполне конкретную, полосатую галлюцинацию.

Но целью этих хитроумных экспериментов, описанных в журналах «Science » и «Cell», конечно, была не галлюцинация сама по себе. Исследователям удалось прямо показать, что клетки, которые принимают зрительные сигналы от глаз, формируют поведение и что для поведенческого эффекта важна активность именно группы нейронов, а не какой-то отдельной могущественной клетки. Возможно, это выглядит очевидным, но многие очевидности в науке требуют экспериментального подтверждения, особенно, когда речь идёт о нейробиологии.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Земля переезжает Земля переезжает

Когда Солнце начнет затухать, корабль «Земля» уже прибудет к новой звезде

Популярная механика
Скажи мне, что ты ешь Скажи мне, что ты ешь

Как продукты, которые мы предпочитаем, могут раскрыть характер?

Лиза
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Аслан Шукаша: «Делиться планами — опасно!» Аслан Шукаша: «Делиться планами — опасно!»

Аслан Шукаша: как он выходит из тупиков и на какие вопросы не отвечает публично

ЖАРА Magazine
Великое переселение лошадей Великое переселение лошадей

Эту историю я обнаружил, изучая подшивку журнала «Нива» за 1901 год

Наука и жизнь
Символ на перекрестке современных философий Символ на перекрестке современных философий

Знак — это условность, которая превращает отдельные вещи в их меру

Знание – сила
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
У бонобо нашли вокальные диалекты У бонобо нашли вокальные диалекты

Ученые сравнили вокализации бонобо из трех разных зоопарков

N+1
Щепотка имбиря Щепотка имбиря

Имбирь сочетает в себе тонкий аромат, умеренно жгучий вкус и полезные свойства

Наука и жизнь
Разведка по патенту Разведка по патенту

Как новая экосистема патентной аналитики поддержит процесс импортозамещения

Ведомости
Космические тайны: с чем пришлось столкнуться НАСА после возвращения астронавтов на Землю? Космические тайны: с чем пришлось столкнуться НАСА после возвращения астронавтов на Землю?

Ежегодно открывается все больше и больше тайн о космических странствиях

Популярная механика
Есть контакт Есть контакт

Как установить и почувствовать связь со своим телом

Grazia
Мощное средство Мощное средство

Бытовая химия стала популярной после создания яркого бренда

Forbes
Дэн Браун Дэн Браун

Правила жизни писателя Дэна Брауна

Правила жизни
Что общего между гвоздём и Парижем? Что общего между гвоздём и Парижем?

Откуда появились выражение «гвоздя не хватило»?

Наука и жизнь
Первая среди равных Первая среди равных

Мысли и наблюдения первой женщины-победительницы в кругосветной гонке

Y Magazine
Всем — компартменты Всем — компартменты

Понятие зоосанитарного статуса будет введено для каждого вида сельхозживотных

Агроинвестор
«Русланы» уходят. Часть 1 «Русланы» уходят. Часть 1

История Ан-124 «Руслан» уходит во времена зарождения реактивной авиации

Наука и техника
Микрокосм Махова Микрокосм Махова

Как Александр Махов раскрывал тайны эмблематики — невидимые нити культуры

Знание – сила
Партнер-провокатор: что стоит за его манипуляциями и как реагировать правильно Партнер-провокатор: что стоит за его манипуляциями и как реагировать правильно

Как вычислить манипуляцию провокацией и как правильно реагировать на нее

Psychologies
Парфюмерный этикет Парфюмерный этикет

Как правильно использовать ароматы

Grazia
Микрозаймы обрастают банками Микрозаймы обрастают банками

Из-за чего растут выдачи микрозаймов микрофинансовыми организациями

Ведомости
Клетки сами лечат пациента Клетки сами лечат пациента

В России начинается волна развития биомедицинских клеточных технологий

Монокль
По местам Дягилева в Петербурге. Отрывок из книги По местам Дягилева в Петербурге. Отрывок из книги

Какие места в Петербурге определили творчество Сергея Дягилева

СНОБ
Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 1 Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 1

Развитие торговых и политических отношений между США и Российской империей

Наука и техника
Все не так однозначно: самые интересные конспирологические теории о писателях Все не так однозначно: самые интересные конспирологические теории о писателях

Настоящие шекспировские страсти в теориях заговора вокруг литераторов

Правила жизни
Чистые помыслы Чистые помыслы

Какие существуют альтернативы традиционному дизельному топливу для яхт?

Y Magazine
Фитнес-геометрия Фитнес-геометрия

Уникальная методика тренировок от фитнес-редакторов Ксении Ruff и Олега Майами

ЖАРА Magazine
В разряде достаточно рентабельных В разряде достаточно рентабельных

Сокращение урожайности снизило доходность сахарной свеклы

Агроинвестор
Крепкий фундамент Крепкий фундамент

Особенности взаимоотношений российских яхтенных дилеров с британскими верфями

Y Magazine
Открыть в приложении