Масштаб культуры шимпанзе, "мозг" сердца и каменно-ледяные гиганты: главные новости науки
Наука постепенно меняет представления о границах живого, устройстве человеческого организма и происхождении планет. Новые исследования показали, что у сердца есть собственная сложная нервная система, Уран и Нептун могут быть не столько ледяными, сколько каменно-ледяными мирами, а поведение шимпанзе обладает признаками культуры. Параллельно биологи приблизились к ответу на один из самых трудных вопросов: можно ли собрать живую клетку из неживых компонентов?
У сердца обнаружили собственную систему управления
В сердце, как и в кишечнике, есть автономная нервная сеть, которую иногда называют "маленьким мозгом". Речь идет о внутренней сердечной нервной системе - совокупности нейронов, расположенных в жировой ткани вокруг органа. Она обменивается сигналами с головным мозгом, взаимодействует сама с собой и участвует в регулировании сердечного ритма.
У мышей такая система включает примерно 1000 нейронов. У человека сердечных нейронов около 40 000, однако они составляют лишь приблизительно 0,01% всех клеток сердечной ткани. Именно небольшое количество этих клеток долгое время мешало ученым понять, какие функции они выполняют.
Исследование, опубликованное в журнале Cell, позволило составить подробную карту сердечных нейронов мыши. Для этого ученые генетически пометили нервные клетки и определили их расположение и молекулярные особенности. В результате были обнаружены разные группы нейронов, выполняющие неодинаковые задачи.
Одна из них - Npy+. Стимуляция этих клеток замедляла сердцебиение, а их уничтожение приводило к сердечной недостаточности и гибели животных. По мнению исследователей, нейроны Npy+ препятствуют чрезмерному учащению пульса и помогают поддерживать стабильный ритм.
Вторая группа - Ddah1+ - проявила себя иначе. В обычных условиях ни активация, ни удаление этих нейронов заметно не меняли состояние мышей. Однако выяснилось, что животные без работающих Ddah1+ крайне уязвимы перед сильным стрессом. Перед смертью у них резко падала частота сердечных сокращений, после чего нормальный ритм уже не восстанавливался.
Дополнительные эксперименты показали: стимуляция Ddah1+ повышает выживаемость мышей при стрессовой нагрузке. Следовательно, эти клетки, вероятно, служат своеобразной защитной системой, которая помогает сердцу пережить экстремальные воздействия.
Пока нельзя напрямую переносить результаты на человека. Тем не менее маркерные гены обеих групп обнаружили и в человеческих сердечных нейронах. В перспективе это может привести к созданию более точных методов нейромодуляции - терапии, воздействующей не на весь орган сразу, а на конкретные типы нервных клеток.
Уран и Нептун могут оказаться каменно-ледяными планетами
Уран и Нептун принято называть ледяными гигантами. Однако новые расчеты показывают, что это определение может быть не совсем точным. Внутри обеих планет, вероятно, находится значительная доля каменной породы, смешанной с водой, аммиаком, метаном и другими тяжелыми веществами.
Модель внутреннего строения, опубликованная в Astronomy & Astrophysics, предполагает наличие сложной мантии, где ледяные компоненты соседствуют с силикатами и другими каменистыми материалами. Особенно интересен внешний слой мантии: примерно 60% его состава может приходиться на камень.
Такая версия согласуется с наблюдениями объектов на окраине Солнечной системы. Плутон и многие тела пояса Койпера оказались преимущественно каменистыми, хотя их традиционно связывают со льдом. Даже кометы содержат не только замерзшие газы, но и плотные минеральные структуры.
Если небольшие тела, служившие строительным материалом для планет, были богаты породами, логично предположить, что Уран и Нептун унаследовали от них значительную каменную составляющую. Согласно моделированию, Нептун обладает более "каменной" мантией, тогда как в недрах Урана может быть больше льда.
Это важно не только для понимания двух далеких планет. Уран и Нептун используются как ориентиры при изучении экзопланет сопоставимого размера. Подобные миры составляют значительную часть известных планет за пределами Солнечной системы. Возможно, наиболее распространенный тип планет во Вселенной - это не чисто газовые или ледяные тела, а сложные смеси камня, льда и тяжелых элементов.
Можно ли создать живую клетку из неживых веществ?
Создание полноценной живой клетки с нуля остается одной из главных задач синтетической биологии. Ученые уже умеют собирать отдельные клеточные компоненты, встраивать искусственные геномы и изменять существующие микроорганизмы. Но собрать систему, которая будет самостоятельно поддерживать обмен веществ, расти и делиться, значительно сложнее.
Жизнь - это не набор отдельных деталей, а согласованная работа множества процессов. Клетке необходимо получать энергию, копировать генетическую информацию, производить белки, поддерживать оболочку и реагировать на изменения среды. Если хотя бы один из ключевых механизмов не работает, система быстро разрушается.
Современные эксперименты идут поэтапно. Исследователи создают мембраны из липидов, помещают внутрь них генетический материал и ферменты, запускают производство белков и пытаются добиться самостоятельного деления искусственных структур. Такие модели еще нельзя считать полноценными организмами, но они помогают понять, какие свойства появились у первых живых систем.
Практическая ценность этого направления выходит за пределы фундаментальной науки. Искусственные клетки могут использоваться как "умные" носители лекарств, сенсоры токсинов или миниатюрные фабрики по производству полезных веществ. При этом ученым предстоит решить вопросы безопасности: искусственные биосистемы не должны бесконтрольно размножаться или нарушать природные экосистемы.
Культура шимпанзе может быть намного масштабнее
Поведение шимпанзе давно считается одним из наиболее ярких примеров животной культуры. Разные группы этих приматов используют неодинаковые приемы добычи пищи, способы общения и социальные ритуалы. Молодые особи перенимают такие навыки у старших, а некоторые традиции сохраняются на протяжении поколений.
Речь идет не о культуре в человеческом смысле, основанной на языке, письменности и сложных институтах. Однако у шимпанзе наблюдаются устойчивые поведенческие нормы, которые нельзя полностью объяснить генетикой или случайными различиями окружающей среды.
Культурные привычки могут включать использование палочек для извлечения насекомых, раскалывание орехов камнями, особые жесты приветствия и различные способы ухода за шерстью. В соседних группах одного вида набор таких практик способен заметно различаться.
Особенно важно, что подобные навыки не всегда возникают независимо. Часто молодые шимпанзе наблюдают за взрослыми, пробуют повторить их действия и постепенно осваивают сложную технику. Это напоминает социальное обучение, которое считается фундаментом развития человеческой культуры.
Изучение таких традиций помогает лучше понять, какие способности появились у общего предка людей и человекообразных обезьян. Вероятно, культурная передача поведения возникла задолго до появления Homo sapiens, а человеческая цивилизация стала результатом многократного усложнения уже существующего механизма обучения друг у друга.
Таким образом, последние научные открытия связывают сразу несколько тем: автономность живых систем, способность организмов адаптироваться к стрессу, сложность планетарных недр и передачу знаний между поколениями. Чем подробнее ученые исследуют жизнь и Вселенную, тем меньше остается простых границ между "живым" и "неживым", "инстинктом" и "культурой", "льдом" и "камнем".
