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

Эйнштейн против Бора. Квантовая механика Эйнштейн против Бора. Квантовая механика

Со смертью Эйнштейна мир стал другим

Наука и жизнь
«Паства не хочет видеть меня либералом». Что бывает со священниками, которые поддерживают оппозицию «Паства не хочет видеть меня либералом». Что бывает со священниками, которые поддерживают оппозицию

Зачем клирики РПЦ выступали в защиту оппозиции и как их наказывали?

СНОБ
Что общего между гвоздём и Парижем? Что общего между гвоздём и Парижем?

Откуда появились выражение «гвоздя не хватило»?

Наука и жизнь
Анатомия нидерландского алтаря Анатомия нидерландского алтаря

Алтарный триптих — один из самых узнаваемых форматов нидерландской живописи

Arzamas
Дай волю сексуальным мечтам Дай волю сексуальным мечтам

Какие тайные фантазии стоит сделать явью?

Playboy
Античную Гимеру защитили от карфагенян наемники Античную Гимеру защитили от карфагенян наемники

Исследователи проанализировали человеческие останки из могил V века до нашей эры

N+1
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
5 самых странных черных рынков нашей планеты 5 самых странных черных рынков нашей планеты

Неожиданные нелегальные товары, на которые существует огромный спрос!

Maxim
Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале Пришел Кутузов бить французов: 7 мифов о легендарном генерал-фельдмаршале

Масон, заговорщик, бездарный полководец, «выезжавший» за счет чужих достижений?

Вокруг света
Лионелла Пырьева. О друзьях и недругах Лионелла Пырьева. О друзьях и недругах

Жизнь и профессия Лионеллы Пырьевой

Коллекция. Караван историй
Био-механизм Био-механизм

Пауки, пожалуй, самые высокотехнологичные существа на планете

Вокруг света
Вспомнить о важном: лучшие видео для начала дня Вспомнить о важном: лучшие видео для начала дня

7 вдохновляющих речей и один экшн без слов

Reminder
MONA SONGZ MONA SONGZ

MONA SONGZ рассказал, как Меладзе отреагировал на его кавер

ЖАРА Magazine
Найденное письмо в бутылке могло быть написано пассажиркой «Титаника» Найденное письмо в бутылке могло быть написано пассажиркой «Титаника»

Возможно, ученые нашли первый артефакт с Титаника, обнаруженный на суше

National Geographic
9 самых смешных и жестких шуток про звезд на шоу «Прожарка»: от Собчак и Дудя до Тимати 9 самых смешных и жестких шуток про звезд на шоу «Прожарка»: от Собчак и Дудя до Тимати

Полная свобода творчества!

Playboy
Урок, о котором стоит забыть. Эссе Пола Грэма о бесполезных экзаменах и вреде оценок Урок, о котором стоит забыть. Эссе Пола Грэма о бесполезных экзаменах и вреде оценок

Самая вредная вещь, которой вас научила школа, не связана с учебными предметами

Inc.
Сто лет под водой: откуда в Магадане кладбище кораблей и почему его не убирают Сто лет под водой: откуда в Магадане кладбище кораблей и почему его не убирают

За век в магаданской бухте Нагаева скопилось два десятка затонувших судов

TJ
Главный по теплице. Интервью во время карантина Главный по теплице. Интервью во время карантина

Родриго де ла Калле — человек, который придумал термин «гастроботаника»

Bones
Преступление без наказания: 10 фильмов о нераскрытых убийствах Преступление без наказания: 10 фильмов о нераскрытых убийствах

Нестандартный детективы, в которых убийца так и не получил наказания

Cosmopolitan
Обмену не подлежит? Обмену не подлежит?

Может ли косметика переставать действовать?

Лиза
«Не радость» Байдена: как личные проблемы могут стать общественными «Не радость» Байдена: как личные проблемы могут стать общественными

Джо Байден стал старейшим президентом Штатов за всю историю страны

Naked Science
Первая одежда ребенка: правила выбора Первая одежда ребенка: правила выбора

Какой же минимум вещей понадобится малышу в первые месяцы?

9 месяцев
Как сделать бизнес наиболее прибыльным: управление маржой Как сделать бизнес наиболее прибыльным: управление маржой

Отрывок из книги Дмитрия Костыгина «Жамевю»

GQ
Слушать кино: плей-лист режиссера Слушать кино: плей-лист режиссера

Подборке любимых саундтреков из кино от режиссера «Китобоя»

Esquire
Гендиректор на замену: как преемником Баффета оказался человек, в 200 раз беднее «оракула из Омахи» Гендиректор на замену: как преемником Баффета оказался человек, в 200 раз беднее «оракула из Омахи»

Почему Баффет выбрал своим преемником человека, чье состояние в 200 раз меньше?

Forbes
Склонность собак к агрессии связали с породой и опытом владельца Склонность собак к агрессии связали с породой и опытом владельца

Самыми агрессивными оказались пугливые маленькие единственные в семье собаки

N+1
5 вещей, которые в жизни выглядят совсем не так, как в фильмах 5 вещей, которые в жизни выглядят совсем не так, как в фильмах

Что еще в фильме «не по-настоящему»

Maxim
Идеальное мужское хобби: гайд по поиску нового увлечения, которое впечатлит всех Идеальное мужское хобби: гайд по поиску нового увлечения, которое впечатлит всех

Подборка разнообразных хобби для мужчин — от популярных до экзотичных

Playboy
Морщины или нет? Что такое кольца Венеры и как с ними бороться Морщины или нет? Что такое кольца Венеры и как с ними бороться

В чем причина появления колец Венеры и как с ними справиться?

РБК
Бессмысленные споры в интернете вредят нашему здоровью Бессмысленные споры в интернете вредят нашему здоровью

Так ли безобидно увлечение интернет-полемикой?

Psychologies
Открыть в приложении