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

Неон-киллер Неон-киллер

Евгения Крегжде поразила нас в самое сердце

Maxim
Попасть в нейросети Попасть в нейросети

Что для дизайнеров ИИ: увлекательная игрушка или удобный инструмент?

SALON-Interior
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Очерк второй. Эйнштейн против Паули. Единая теория поля

Наука и жизнь
Ситуэйшеншип: почему зумеры избегают обязательств и как взять максимум от таких отношений Ситуэйшеншип: почему зумеры избегают обязательств и как взять максимум от таких отношений

Ситуэйшеншип: в чем польза и вред такого формата отношений?

Psychologies
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Актив меж двух океанов Актив меж двух океанов

Как строили и распоряжались Панамским каналом

Деньги
Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф Трагедия Эйнштейна, или счастливый Сизиф

Кто самый великий физик?

Наука и жизнь
Как уборка, готовка и уход за детьми связаны с экономическим неравенством Как уборка, готовка и уход за детьми связаны с экономическим неравенством

Как неравенство в бытовых вопросах влияет на мировую экономику

Forbes
Щепотка имбиря Щепотка имбиря

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

Наука и жизнь
Как отличить сухую кожу от обезвоженной и почему важно знать разницу: объяснения дерматологов Как отличить сухую кожу от обезвоженной и почему важно знать разницу: объяснения дерматологов

Перепробовала столько увлажняющих кремов, но ни один не помог?

VOICE
Вопросы урологу о самом главном Вопросы урологу о самом главном

Эксперт в области мужского здоровья отвечает на важные вопросы

Playboy
6 пород кошек, самых простых в уходе 6 пород кошек, самых простых в уходе

Рассказываем про лучших кошек для чайников: с кем меньше возни и больше радости

Maxim
Время Стрельца. Летнее небо Время Стрельца. Летнее небо

Лето — наилучшее время для наблюдения за созвездием Стрельца

Наука и жизнь
7 весенних штрафов ГАИ. На что обратить внимание, чтобы не лишиться прав 7 весенних штрафов ГАИ. На что обратить внимание, чтобы не лишиться прав

Ряд специфичных дорожных штрафов, характерных для весны

РБК
Планы на будущее Планы на будущее

Что о развитии автотранспорта думают в руководстве автомобильных компаний

Популярная механика
Поменяйте настройки в телевизоре, чтобы смотреть фильмы с удовольствием! Список лайфхаков Поменяйте настройки в телевизоре, чтобы смотреть фильмы с удовольствием! Список лайфхаков

Настроить телевизор правильно — проще, чем кажется

ТехИнсайдер
Безалкогольное вино: что это такое и почему оно становится все популярнее Безалкогольное вино: что это такое и почему оно становится все популярнее

В чем причины взрывного роста безалкогольного вина на рынке

РБК
Принудительная стерилизация и рекордные аборты: как живут женщины в Гренландии Принудительная стерилизация и рекордные аборты: как живут женщины в Гренландии

За что борются активистки Гренландии?

Forbes
Семь причин ломкости ногтей Семь причин ломкости ногтей

Неправильное питание, холод, недостаток гормонов: причины ломкости ногтей

Здоровье
Почему у нас нет воспоминаний из младенчества? Вот что говорит наука: интересные факты! Почему у нас нет воспоминаний из младенчества? Вот что говорит наука: интересные факты!

Почему большинство людей не помнит событий до их 2-3-летнего возраста?

ТехИнсайдер
Владимир Михайлов Владимир Михайлов

Камнерез из Боровичей возродил утраченную технику пластики древнего Новгорода

Собака.ru
Мультпарад Мультпарад

Что можно узнать о любви из популярных анимационных фильмов?

Лиза
Каждому инвестору по башне Каждому инвестору по башне

Оператор башен «Билайна» ГК «Сервис-телеком» провела реорганизацию

Ведомости
Прежде чем спорить, давайте считать Прежде чем спорить, давайте считать

Эксперты разошлись во мнениях о драйверах и тормозах российской экономики

Деньги
«Амбиции — ключевой фактор успеха» «Амбиции — ключевой фактор успеха»

Главный винодел Esse Наталья Дынникова о том, чему она научилась у Олега Репина

РБК
К чему снятся мыши — толкование сна по соннику и с психологом К чему снятся мыши — толкование сна по соннику и с психологом

К чему снятся мыши по сонникам и что говорит психолог

Psychologies
Наталья Мазур: Театр – субъективное искусство Наталья Мазур: Театр – субъективное искусство

Наталья Мазур рассуждает о магии театра и делится репертуарными планами

Ведомости
Меню по сезону Меню по сезону

Зачем менять систему питания в зависимости от времени года?

Лиза
Комплексный обет Комплексный обет

Как помочь любимой справиться с комплексами на пути к наслаждению?

Men Today
Антон Хабаров: «Многим кажется, что я рубаха-парень. Но у меня сложный характер» Антон Хабаров: «Многим кажется, что я рубаха-парень. Но у меня сложный характер»

«Если умереть завтра, могу сказать, что прожил очень счастливую жизнь»

Коллекция. Караван историй
Открыть в приложении