Муравьи большинства видов рождаются в определенной касте без возможности ее изменить.

Однако для индийских прыгающих муравьев (Harpegnathos saltator) это не так. Когда матка этого вида умирает, рабочие дерутся за право занять ее место. Таких особей называют гамэргатами. Они прекращают работать и начинают откладывать яйца. Такому переходу сопутствует уменьшение размеров мозга, изменение экспрессии генов и уровня гормонов.

Долгое время ученые не знали, что именно вызывает такой переход. «Мозг животных очень пластичен, и может изменять свою структуру под влиянием среды, – объясняет Роберто Бонасио, автор исследования из Пенсильванского университета. – Например, это происходит при взрослении людей, и до сих пор неясны стоящие за этим молекулярные механизмы».

Сейчас ученые провели серию экспериментов с живыми муравьями этого вида и их отделенными нейронами, вводя в них различные гормоны.

В ходе экспериментов ученые сосредоточили свое внимание на ювенильном гормоне III, который отключает инстинкт сбора пищи...При этом оказалось, что при уровне гормонов, характерном для рабочих, этот белок подавляет гены, делающие особь гамэргатом. И наоборот, при уровне гормонов, характерном для гамэргатов, он подавляет гены, связанные с рабочим поведением.

При полном удалении этого белка из нейронов живых муравьев их социальные роли перемешались.

а вот это уже коммунизм. жаль, владимир ильич не дожыл до окончательного решения проблемы хотя бы в отдельно взятом муравейнике.

Искусственный геном из двух генов успешно самовоспроизводится и эволюционирует
Японским ученым удалось создать предельно простую систему, воспроизводящую некоторые базовые свойства клеточной жизни — способность к самовоспроизводству и эволюции на основе дарвиновского механизма отбора.

Конечно же, эта система еще сильно не дотягивает до того, чтобы представлять собой действительно некоторую форму «жизни». Помимо того, что для ее автономной работы не хватает большого количества необходимых белков, которые синтезировались бы внутри системы, здесь нет и намека на способность самостоятельно расти и делиться (формировать новые компартменты), осуществлять полноценный метаболизм (подразумевающий, в частности, активное введение определенных веществ внутрь клеток-компартментов и выведение других во внешнюю среду против градиента концентрации) и саморегуляцию. Но каждое из обозначенных выше свойств живого ученые постепенно учатся воссоздавать в искусственных биохимических системах, — эти работы ведутся многими лабораториями в разных странах. И все более реалистичным представляется, в свете последних достижений, сценарий появления в один прекрасный день новой «жизни из пробирки», эволюционно не связанной с LUCA — общим клеточным предком всех нынешних обитателей Земли.

...Тогда нам будет по силам получение не просто отдельной клетки с искусственно созданным геномом, а полноценного человека с синтетическими, оптимизированными хромосомами. Из отдельных химических веществ, «из глины», — почти из ничего.

The success of organ transplantation is limited by the complications of immunosuppression, by chronic rejection, and by the insufficient organ supply, and thousands of patients die every year while waiting for a transplant. With recent progress in xenotransplantation permitting porcine organ graft survival of months or even years in nonhuman primates, there is renewed interest in its potential to alleviate the organ shortage. Many of these advances are the result of our heightened capacity to modify pigs genetically, particularly with the development of CRISPR-Cas9–based gene editing methodologies. Although this approach allows the engineering of pig organs that are less prone to rejection, the clinical application of xenotransplantation will require the ability to avoid the ravages of a multifaceted attack on the immune system while preserving the capacity to protect both the recipient and the graft from infectious microorganisms. In this review, we will discuss the potential and limitations of these modifications and how the engineering of the graft can be leveraged to alter the host immune response so that all types of immune attack are avoided.

Открытие может помочь ученым найти новые способы защиты сельскохозяйственных культур от насекомых-вредителей, которые все чаще способны размножаться без партнеров.

Исследователи из Кембриджского университета работали с более чем 220 000 плодовых мушек в течение шести лет. Чтобы выследить гены, ответственные за непорочное зачатие у насекомых, команда исследовала два штамма другого вида плодовой мухи, известного как Drosophila mercatorum. Один из этих штаммов способен размножаться только половым путем, а другой способен к девственному рождению, известному как партеногенез. Сравнив генетический код обоих штаммов, ученые смогли выяснить, какие гены участвуют в девственном рождении.

Затем они включали или выключали соответствующие гены, чтобы они соответствовали мухам Drosophila melanogaster, и результат не заставил себя ждать. Подопытные мухи внезапно смогли размножаться бесполым путем, хоть в результате и получались только самки, которые были практически идентичными клонами родителей. Чтобы найти себе пару, мухи ждали около 40 дней (что составляет около половины их жизни) — а когда партнер так и не появлялся, то они размножались бесполым путем.

Интересно, что все дочери от генетически модифицированных насекомых также сохранили способность к девственному рождению, хотя только 1-2% из них проявляли такое поведение и только в результате отсутствия самцов. В противном случае они спаривались и рожали, как обычно.

По нейросекреторной гипотезе - это всего лишь побочный продукт эволюции. Ничто не требовало появления нейронов у древних многоклеточных организмов. Зато у предков многоклеточных были ферменты, маленькие пептиды, рецепторы, токсины — площадка для молекулярных игр, на которой по счастливой случайности собралась нервная система.
Эта гипотеза происхождения нервной системы подползла к правде ближе остальных. Она предполагает, что в прошлом существовали какие-то донервные сигнальные системы. Некоторые из этих систем исчезли, некоторые — сохранились и у современных животных. И если мы хотим лучше понять, как появилось то, что в голове у нас, стоит пристальнее посмотреть на тех, у кого даже головы нет. Оказалось, что трихоплакс — примитивный живой блинчик размером около двух миллиметров — очень похож на маленький мозг. Но как у довольно неразумной пластинки появились аналоги нейронов и синапсов? И что эти аналоги могут рассказать об эволюции нервной системы?

Трихоплакс — возможно, самое близкое подобие Urmetazoa, гипотетического предка многоклеточных, поэтому он позволяет посмотреть на первые шаги эволюции нервной системы. Чтобы координировать довольно сложное поведение, этой пластинке не нужны ни синапсы, ни нейроны, — то есть первые сигнальные системы могли обходиться без специализированных клеток, с помощью объемной передачи молекул. Без чего они не могли обойтись — так это основных компонентов системы по отдельности: трансмиттеров, рецепторов и ионных каналов. Все эти компоненты обнаружили у трихоплакса, некоторые — в большем разнообразии, чем у других многоклеточных.
По дороге к современным нервным системам часть этого биохимического обилия была утрачена, часть стала основой других регуляторных систем, иммунной и гормональной, а часть — специализировалась именно на передаче химико-электрических импульсов в нервной системе. В угоду себе трансмиттеры превратили секреторные клетки в нейроны, а объемную передачу — в куда более быструю и эффективную передачу в синапсах.
Нейросекреторная гипотеза, которую, казалось бы, так убедительно доказывает трихоплакс, не проясняет, в какой момент появились специализированные секреторные клетки. Может ли трихоплакс рассказать и про это? И хотя понятно, что он использует нейромедиаторы в качестве сигнальных молекул для объемной передачи, пока совершенно непонятно, откуда они берутся. Непонятно, есть ли у пластинчатых специфические пептидергические, глутаматергические или ГАМКергические клетки. И если есть — где они находятся на этом плоском маленьком теле? Возможно, самые первые источники медиаторов были не эндогенными, а экзогенными. То есть клетки не синтезировали глутамат или ГАМК, а поглощали их из внеклеточной среды, задерживали в себе и в нужный момент — выбрасывали обратно. Оба сценария возможны, но найдется ли доказательство одного из них у близкого подобия Urmetazoa?

Чтобы гипотеза стала теорией, ученым предстоит еще долго присматриваться к трихоплаксу. И надеяться, что трихоплакс не начнет присматриваться в ответ.

Вопрос, чем Homo sapiens настолько уникален и в чем загадка его непостижимого эволюционного успеха, исследуется учеными постоянно и, вероятно, не перестанет занимать их до конца времен. Профессор Джозеф Хенрик, знаменитый антрополог и автор научно-популярных книг, предлагает важнейшее изменение в подходе к этому вопросу: необходимо учитывать влияние культуры на нашу биологию и генетику — тесно переплетаясь, они вместе генерируют уникальный комплекс процессов, формирующих наше поведение и развитие. На увлекательных примерах, с привлечением огромного массива научных данных из самых разных дисциплин, изучающих человека, Хенрик выстраивает расширенную и обогащенную картину нашего эволюционного пути. И неожиданно для себя мы находим множество ответов на вечно мучающие нас вопросы: «Почему в тех или иных ситуациях люди ведут себя так, а не иначе? Откуда в них то и это? Почему они такие одинаковые — и такие разные?»

Представлен вероятный путь, по которому пул пребиотических информационно-кодирующих олигомеров мог бы приобрести раннюю каталитическую функцию, а именно активность расщепления, специфичную для последовательности. Начиная с системы, способной к неферментативной шаблонизированной репликации, мы показываем, что даже некатализируемое спонтанное расщепление будет способствовать пролиферации, генерируя короткие фрагменты, которые действуют как праймеры. Более того, мы показываем, что каталитическая функция расщепления может естественным образом возникать и разрастаться в этой системе.
Представленный механизм позволяет перейти от относительно простой парной репликации олигомеров к более сложному поведению, включающему каталитическую функцию. Это позволяет перекинуть мост между сценариями зарождения жизни на основе информации и парадигмой автокаталитических наборов и гиперциклов, хотя и основанных на расщеплении, а не синтезе реактантов.

Исследователи разработали модель, которая имитирует случайные разрывы в простых молекулах РНК, лишенные ферментативной активности. В результате возникали короткие цепочки РНК, которые действовали как праймеры — затравки для синтеза более длинных цепей РНК. Этот неферментативный механизм приводил к образованию большого количества копий разрушенного полимера, подобно тому, как регенерируют черви, разрезанные на сегменты.
Во второй модели способные к спонтанному образованию рибозимы, катализирующие расщепление, были добавлены к пулу полимерных РНК-цепочек, которых они разрезали при столкновении. Полимерные цепочки способны спариваться определенным образом. Если одна из цепочек обладает петлей (шпилькой), то возможно образование молекулы РНК, которая действует как рибозим типа hammerhead, способный осуществлять собственное расщепление. В дальнейшем начинается самовоcпроизводство этого энзима в соответствии с первой моделью.
Репликация полимера происходила на основе циклического изменения температуры между горячей и холодной фазами (типично для циклов день-ночь), что позволяет предположить, что древние полимеры, возможно, полагались на такие циклы для своего размножения. Неорганические поверхности, такие как различные минеральные ассоциации в горных породах, также могли способствовать этому процессу.

Ученые Королевского колледжа Лондона раскрыли влияние гравитационных волн в космосе на возникновение жизни на Земле. Результаты исследования опубликованы на сервере препринтов arXiv.

Живые организмы в основном состоят из водорода, углерода и кислорода, а также множества дополнительных микроэлементов. Многие элементы с атомным номером ниже 35 образуются в результате сверхновых. Около половины атомов тяжелее железа, присутствующих на Земле, производятся в результате r-процесса — быстрого процесса захвата нейтронов, когда тяжелое атомное ядро захватывает свободные нейтроны до того, как успевает распасться.

Исследователи подсчитали, что r-процесс обеспечил 96 процентов всего количества стабильного изотопа йода-127, который нужен для существования живых организмов, большую часть брома и гадолиния, а также всего тория и урана. Йод необходим для ключевых гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, а бром используется для создания коллагеновых каркасов при развитии тканей. Торий и уран имели косвенное значение для появления жизни, поскольку их радиоактивный распад влияет на тектоническую активность.

Предполагается, что r-процесс происходит в результате слияния двух нейтронных звезд, что известно под названием килоновой. Сами слияния были бы невозможны без испускания гравитационных волн, благодаря которым вращающиеся вокруг друг друга нейтронные звезды сближаются по спирали.

Йод необходим для ключевых гормонов, вырабатываемых щитовидной железой, а бром используется для создания коллагеновых каркасов при развитии тканей.

Американские ученые из Университета Северной Каролины разработали технологию производства искусственных клеток, которые выглядят и действуют как клетки организма. Их можно использовать в области регенеративной медицины, для диагностики и доставки лекарств.

Клетки и ткани состоят из белков, которые объединяются для выполнения задач и создания структур. Белки необходимы для формирования каркаса клетки, называемого цитоскелетом. Цитоскелет позволяет клеткам менять форму и подстраиваться под условия окружающей среды. Команда создала клетки с функциональным цитоскелетом без использования природных белков. Вместо этого исследователи воспользовались технологией пептид-ДНК, которая направляет пептиды (составные части белков) и генетическую информацию для создания структур нужной формы и с требуемыми свойствами. Использование ДНК позволило программировать синтетические клетки на выполнение определенных задач и реакции на внешние воздействия. Хотя живые клетки устроены сложнее искусственных, последние более предсказуемы и лучше переносят нахождение в агрессивных средах. Например, созданные в лаборатории клетки остались стабильны при температуре 50°C.

Ученые отметили, что их разработка может сначала выполнять одну задачу, а после ее окончания перенастроиться на другую работу. В перспективе это позволит создавать биологические ткани с различными функциями.

Новая реконструкция LUCA (последнего общего предка всех клеточных организмов), выполненная на основе биоинформатического анализа геномов многих ныне живущих видов бактерий и архей, может изменить прежние представления о нем. Предыдущие реконструкции указывали на то, что LUCA был просто организован и зависел от геохимических процессов. В новом исследовании авторы нашли признаки того, что LUCA уже был довольно сложным палочковидным прокариотом, который даже умел бороться с вирусами. Более того, его метаболические особенности позволяют предположить, что он жил не один, а в компании других микробных видов. И эта вся экосистема могла существовать еще до поздней тяжелой бомбардировки — более 4 млрд лет назад.

В итоге вместо полуживого скопления белков и нуклеиновых кислот в железо-серных минеральных клетках мы имеем совершенно другой образ общего предка человека и кишечной палочки (как и вообще всей клеточной жизни на Земле). Сами авторы новой статьи в заключении охарактеризовали его так: «В результате получился образ клеточного организма, по уровню сложности скорее соответствующего прокариотам, нежели прогеноте. Он предположительно был компонентом экосистемы и использовал путь Вуда — Льюнгдаля для ацетогенного роста и фиксации углерода» .

Если это действительно так, то мы все — потомки специфичного и довольно высокоорганизованного ацетогена, жившего в горячем источнике. Однако, и сами исследователи, и внешние эксперты (такие как Патрик Фортер, автор термина LUCA) считают, что это еще далеко не последнее слово в реконструкции облика LUCA и времени его жизни. В частности, сомнения вызывает датировка его существования — на таких временных промежутках филогенетические методы могут давать большие ошибки. Так что до консенсуса пока далеко — и делать далеко идущие выводы о времени возникновения жизни на Земле пока рано.

• Когда-то учёные мечтали создать модель человеческого мозга, разрезав его на тонкие слои и оцифровав нейронные связи. Этот амбициозный проект, вдохновлённый идеей «цифрового Ленина» не был реализован из-за сложности задачи. Решили начать с мозга мыши, но и это оказалось непросто: 70 миллионов нейронов — уже большая нагрузка. Для сравнения: в мозге человека 86 миллиардов нейронов, каждый с 2300 связями.

• Учёные пошли поэтапно: сначала оцифровали мозг круглого червя Caenorhabditis elegans (302 нейрона), затем нервную систему личинки Ciona intestinalis, потом ещё одного червя и рыбу, а позже — мыши. Однако работа с мышью пока продвинулась только на 0,1%.

• Наконец, учёные достигли прорыва: они завершили расшифровку коннектома взрослой дрозофилы (Drosophila melanogaster). В её мозге 139 500 нейронов и 54,5 миллиона синапсов. Это стало возможным благодаря международной команде, спецоборудованию и 33 годам работы. Проект стартовал в 2016 году.

• Теперь полный цифровой образ мозга дрозофилы доступен на сайте codex.flywire.ai. Это первый оцифрованный мозг сложного организма, который можно не только изучать, но и воспроизводить.

• В мозге дрозофилы есть нейроны, отвечающие за движение вперёд, назад и резкие повороты, а также нейрон для полной остановки. Уже опубликовано более 50 исследований, и работы продолжаются.

• Визуальная обработка занимает значительное место в мозге дрозофилы: около половины нейронов связаны с обработкой зрительной информации. Мозг устроен как высокоэффективная система, аналогичная современному биокомпьютеру.

• Так человечество оцифровало мозг первого сложного организма. Данные размером в 14 Гб могут помочь в создании искусственного интеллекта нового поколения.

21.11.2024 chatru.net/
@Наблюдатель
Вопрос:
Как ДНК зиготы предопределят строение организма с формами, строением и функциями конечностей, внутренних органов и систем организма? Какие части ДНК предопределяют соответствующие этим частям конечности, внутренние органы и системы организма? Или это загадка?
23:01
GPT-4-Omni
Ответ:
ДНК зиготы содержит всю необходимую информацию для развития организма, включая формы, строение и функции конечностей, внутренних органов и систем. Этот процесс определяется генами, которые кодируют белки и регулируют их экспрессию. Генетическая информация организована в геноме, который включает в себя как гены, так и регуляторные элементы.

1. Гены и регуляция: Каждый ген кодирует определенный белок или РНК, которые играют роли в клеточных процессах. Регуляторные элементы, такие как промоторы и энхансеры, контролируют, когда и где эти гены активируются.

2. Гомеобокс-гены (Hox-гены): Эти гены играют ключевую роль в определении осевой структуры тела и расположения конечностей. Они регулируют сегментацию и развитие различных частей тела, обеспечивая правильное расположение органов и конечностей.

3. Сигнальные пути: Различные сигнальные пути, такие как Wnt, Hedgehog, TGF-beta и FGF, участвуют в межклеточной коммуникации и координации процессов роста и дифференциации клеток. Эти пути помогают формировать структуры, такие как конечности и органы.

4. Эпигенетические факторы: Модификации ДНК и гистонов, такие как метилирование и ацетилирование, влияют на активность генов без изменения самой последовательности ДНК. Эти изменения могут быть наследуемыми и влиять на фенотип.

5. Морфогены: Это вещества, которые создают градиенты концентрации в развивающихся тканях, определяя, какие гены будут активированы в тех или иных областях, что критически важно для формирования сложных структур.

Таким образом, развитие организма — это сложный процесс, зависящий от взаимодействия множества генетических и эпигенетических факторов. Хотя многие аспекты этого процесса изучены, остаются области, которые требуют дальнейших исследований, и могут считаться загадочными.

2. Гомеобокс-гены (Hox-гены): Эти гены играют ключевую роль в определении осевой структуры тела и расположения конечностей. Они регулируют сегментацию и развитие различных частей тела, обеспечивая правильное расположение органов и конечностей.

остаются области, которые требуют дальнейших исследований, и могут считаться загадочными.