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

Пути и маршруты Пути и маршруты

Знаете ли вы, что подтолкнуло Леонарда Эйлера к созданию основ теории графов

Наука и жизнь
Нестор Энгельке Нестор Энгельке

Нестор Энгельке внес топоропись в энциклопедию современного искусства

Собака.ru
Техпарад Техпарад

Новости мира науки и техники

Популярная механика
Буль-буль Буль-буль

Фантастический рассказ Владислава Кулигина «Буль-буль»

Знание – сила
Память — главная функция мозга Память — главная функция мозга

Отвечает директор Научного центра неврологии РАН академик Михаил Пирадов

Наука и жизнь
Вот оно какое, наше лето Вот оно какое, наше лето

Чем занять ребенка на даче: советы для детей любого возраста

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

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Александр Лабас: не авангардист, не соцреалист Александр Лабас: не авангардист, не соцреалист

Голос А. Лабаса — сложный, полифоничный, подчас ускользающий от прямых смыслов

Монокль
Что мы знаем о внеземных жителях 130 лет спустя? Что мы знаем о внеземных жителях 130 лет спустя?

Как мечтали в прошлом о жизни на других планетах, и как о ней рассуждают сейчас?

Наука и жизнь
10 неожиданных вопросов Кате Гусевой 10 неожиданных вопросов Кате Гусевой

Расспросили королеву ремиксов Катю Гусеву о вере в приметы и любви к собакам

VOICE
Топ-7 стран, где ты должен побывать в 2020 году Топ-7 стран, где ты должен побывать в 2020 году

Список необычных стран для путешествий

Playboy
Опять и опять «Назад в будущее» Опять и опять «Назад в будущее»

Краткая история ленты «Назад в будущее», вырастившей последнее поколение XX века

Weekend
Лепота спасет мир Лепота спасет мир

Группа «Фабрика» обрела новую участницу – Марию Гончарук

Maxim
Кнут Гамсун Кнут Гамсун

Кнут Гамсун говорил от имени нации и тем сильно её скомпрометировал

Дилетант
Идея! Попасть в закрытый клуб Идея! Попасть в закрытый клуб

В некоторые клубы путь закрыт почти всем. И попасть туда хочется особенно

Maxim
Через санкции к росту Через санкции к росту

Как российская экономика ищет способы сотрудничества с глобальными игроками

Эксперт
Дорогой инноваций Дорогой инноваций

Что изменит высокоскоростная магистраль Москва — Санкт-Петербург

Эксперт
Пифагор, или Теорема с одним неизвестным Пифагор, или Теорема с одним неизвестным

«Нет ни одной детали в жизни Пифагора, которая не была бы опровергнута»

Дилетант
Почему ЕС не растет Почему ЕС не растет

Что провоцирует системный кризис развития Евросоюза

Эксперт
Алексей Сазанов: Ожидания от налоговых новаций в целом оправдались Алексей Сазанов: Ожидания от налоговых новаций в целом оправдались

Замминистра финансов Алексей Сазанов — о налоговых реформах и их результатах

Ведомости
Главное – остаться незамеченным Главное – остаться незамеченным

В чем состоит военная (а возможно, и не только) хитрость стелс-технологии?

Наука и техника
Передвижники и императорская власть Передвижники и императорская власть

Как передвижники получили признание императора Александра III

Знание – сила
Из портов на биржу Из портов на биржу

Угольщики стремятся расширить сбыт на внутреннем рынке на фоне падения экспорта

Ведомости
«Пишите… А. Куприн» «Пишите… А. Куприн»

Эмиграция сложилась для Куприна не просто трудно, а скорее — трагически

Дилетант
Есть ли у Европы армия Есть ли у Европы армия

О потенциале собственной армии Евросоюза и перспективах ее участия вне НАТО

Монокль
Установка для очистки отработанных масел УОМ-3М(100) Установка для очистки отработанных масел УОМ-3М(100)

Как установка УОМ-3М(100) очищает отработанное моторное масло

Наука и техника
Как накормить искусственный интеллект Как накормить искусственный интеллект

Как обеспечить непрерывную работу ИИ и центров обработки данных?

Ведомости
Весна императора Весна императора

Цезарь — политик-хищник, с чьим именем неотрывно связана Римская империя

Знание – сила
Москва на экране Москва на экране

Почему регионы готовы доплачивать за съемки фильмов на своей территории

Эксперт
Вяземские Вяземские

Происходивший от Рюрика княжеский род Вяземских известен ещё со Средневековья

Дилетант
Открыть в приложении