Эврика! (дайджест новостей науки)
Улитка, дай списать формулу
Изучив «биологический экзоскелет» брюхоногого моллюска, обнаруженного в глубинах Индийского океана, ученые заявили о заложенном в раковине существа огромном потенциале для разработки и усовершенствования несущих и защитных материалов.
Моллюск вида Crysomallon squamiferum был открыт в 2001 году на участке дна, богатом гидротермальными источниками – черными курильщиками. Невиданного доселе гастропода поймали там на глубинах 2415—2460 метров.
C. squamiferum защищен уникальной трехслойной оболочкой: внутренний слой состоит преимущественно из кальция, средний толстый – это органика, а внешний «сделан» из сульфида железа. По словам исследователей, такой природной броне моллюск обязан непосредственно черным курильщикам с их высокой концентрацией сульфидов и металлов.
Изучая свойства оболочки, ученые провели ряд экспериментов в наномасштабе, создали компьютерные модели и имитировали атаки на чудо-скорлупу всяческих хищников, обитающих в том же, что и C. squamiferum, регионе. Как выяснилось, бронированный моллюск многим своим врагам не по клешням и не по зубам: многофункциональная механическая защита отлично сопротивляется проникновению, гасит энергию, останавливает трещины, крепка на изгиб и растяжение — словом, представляет большой технологический интерес в свете целого ряда сфер гражданского и военного применения. Статья об открытии опубликована в PNAS.
С этого и начинается мужская дружба
Всем известно, что сперматозоидов много, а яйцеклетка-цель одна или несколько штук. В общем, борьба происходит не шуточная. Однако и в ней есть место объединению усилий, особенно когда речь идет об общем противостоянии другой особи, выяснили ученые из Гарварда.
Хайди Фишер и Хопи Хоэкстра давно знали, что сперматозоиды некоторых грызунов способны объединяться в группы при помощи особых крючков на головке. Десяток таких «альтруистов» двигается на 50 % быстрее единичной половой клетки. Когда речь идет об одном самце, все выглядит логично: объединение дает преимущество одному сперматозоиду из «скоростной» группировки. Но что происходит, если самку в течение короткого срока оплодотворяют несколько самцов?
Хоэкстра и ее коллега решили изучить происходящее на примере хомячков видов Peromyscus polionotus и Peromyscus maniculatus. Они обитают в разных местах, но могут скрещиваться между собой в лабораторных условиях. Однако между двумя видами есть отличие: первые грызуны образуют моногамные пары, в то время как у вторых самка подчас за минуту спаривается с несколькими партнерами, в результате в ее помете могут оказаться мышата от разных отцов.
В первом опыте смешали в чашке Петри подкрашенную разными веществами сперму самцов, как P. maniculatus, так и P. polionotus. Оказалось, что около трех четвертей сперматозоидов объединились в группы по принципу принадлежности к тому или иному виду.
После успешного прохождения этого теста клеткам предложили задачку посложнее: распознать «братьев» от одного самца. Ученые смешали в общем объеме сперматозоиды от разных особей одного вида. И тут проявились особенности конкуренции, возникающие вследствие различных сексуальных привычек видов. Сперматозоиды моногамных P. polionotus образовывали смешанные группы, то есть не смогли распознать друг друга. Что вполне объяснимо, ведь это им не нужно и в дикой природе. Им не приходится конкурировать.
Половые клетки P. maniculatus, напротив, легко узнавали друг друга в толпе и собирались согласно принадлежности той или иной особи, соответственно повышая шансы именно своих «отцов» на оплодотворение яйцеклетки. Правило действовало даже в том случае, когда смешивали сперму от двух близкородственных мужских особей.
В своей статье в «Nature» авторы делают важное замечание: многие клетки, объединенные в своеобразный «поезд», раньше времени запускают реакцию, которая позволяет им пробраться сквозь стенки яйцеклетки. Это приводит к увеличению скорости группы, но при этом доводит некоторые сперматозоиды до подобия самоубийства.
Получается, данное эволюционное приспособление дает преимущество только одному сперматозоиду, поэтому сколько-нибудь объяснимым данный альтруизм может быть только в случае очень близкой генетической схожести клеток в одном таком «поезде».
Нынешнее исследование еще раз подтвердило, что сперматозоиды не просто «сосуды», заполненные генетическим материалом. Они способны на некое подобие социального общения.
На всякую хитрость есть прием
Эколог Данни Кесслер из Института химической экологии Макса Планка обнаружил странные взаимоотношения бражников и растения Nicotiana attenuata — дикого родственника культурного табака.
У этого растения два основных вида опылителей: днем цветки посещают колибри, а ночью – бражники видов Manduca quinquemaculata и M. sexta. И все бы ничего, да только женские особи насекомых подчас подкидывают на листья свой выводок. Через некоторое время из яиц выходят прожорливые гусеницы, и растение начинает защищаться, сдвигая раскрытие цветков ближе к дневному времени. В результате опылением в основном занимаются колибри, не поедающие листья.
Кесслер обнаружил эту особенность случайно. Для проверки идеи он и его коллеги решили сначала подбросить гусениц свободным от них растениям. Уже через 8 дней ученые выяснили, что утром были открыты 35 % цветков N. attenuata против 11 % у нетронутых растений. Тот же самый эффект на табак оказали обманные действия: Кесслер просто надрезал листья и капнул на них секрет, выделяемый личинками насекомых. Получается, что именно сигнальные вещества из «слюны» гусениц инициируют защитную реакцию табака.
Дальнейшие опыты, описанные в журнале «Current Biology», показали: открывающиеся утром цветки становились более привлекательными для колибри. Они испускали меньше вещества бензилацетона, которое нравилось бражникам, в нектаре становилось меньше сахаров, и сам цветок принимал удлиненную форму, более подходящую для клюва колибри.
Любопытно, что ранее биологи ничего подобного не наблюдали. Способы борьбы растений обычно ограничиваются производством особых токсинов либо пересылкой сахаров к корням. Форма цветков и время их раскрытия теоретически должны были определяться генетикой табака, но, как видно, и эти показатели можно изменить.
Изобретательный вирус
Увеличение скорости распространения вируса осповакцины в четыре раза не могло не привлечь внимание ученых из Имперского колледжа Лондона. Отсняв поведение подкрашенного вируса на видео, биологи обнаружили, что он использует весьма необычную тактику заражения новых клеток.
Прежде чем рассказывать о поведении вируса осповакцины, напомним о тактике, характерной для большинства вирусов. Частица прикрепляется к мембране клетки-цели, потом проникает под оболочку и заставляет клетку работать на воспроизводство самой себя. Потомство тем временем распространяется на соседние клетки.
Во время изучения воздействия осповакцины на клетки печени обезьян Джеффри Смит заметил, что его подопечные распространялись быстрее положенного. «Обычно на репликацию вирус тратит около пяти-шести часов, но в данном случае на распространение уходило всего около одного-двух», — пишет в «Science» микробиолог.
Вирус осповакцины переходит от клетки к клетке весьма оригинальным способом. Сначала он, как и все остальные частицы, вылавливает первую цель, закрепляется на ее мембране, выпускает белок, который проникает в клетку и взаимодействует там с белком актином. Реакция клеточного белка довольно необычна: он начинает расти в длину, прикрепляется к вирусу, образуя своеобразный хвост. С течением времени он все удлиняется, постепенно «перекидывая» частицу на новую жертву.
Чтобы понять, что происходило в нынешнем случае, Смит окрасил клетки-хозяева красным флуоресцентным белком, а вирусные частицы – зеленым. На видеозаписи было видно, что вирус словно перепрыгивает через уже зараженные клетки, продвигаясь сразу к здоровым. Ученые выяснили, что о «статусе» цели он узнает по двум белкам-маркерам на поверхности зараженной клетки. То есть он не тратит время на повторное заражение и отскакивает к следующей жертве.
Если вирусологи обнаружат, что это явление широко распространено, то оно будет использовано в создании новых антивирусных препаратов. Ведь атакующую частицу можно будет обмануть, выставив на страже клеток похожие маркеры-хвосты.
Чем Каллисто отличается от Ганимеда?
С тех пор, как 30 лет назад были получены снимки с зонда «Voyager», ученый мир терялся в догадках, почему строение этих родственных лун так разнится. Теперь специалисты Юго-западного исследовательского института в Техасе готовы ответить.
Спутники Юпитера — Ганимед и Каллисто — очень близки по размерам и химическому составу, но заметно отличаются по внешности и внутренним слоям. Как сообщают ученые в «Nature Geoscience», созданная ими компьютерная модель, учитывающая плавление льда в результате кометных бомбардировок и воспроизводящая формирование ядра, показала, что эволюционные пути Ганимеда и Каллисто разошлись примерно 3,8 миллиарда лет назад, в эпоху так называемой поздней тяжелой бомбардировки.
Вкратце дело обстоит так: мощная гравитация Юпитера сосредоточила кометные удары на Ганимеде и Каллисто. Каждое такое воздействие создавало своеобразный «бассейн», в результате чего перемешанные ледяные и каменные слои разделялись — более твердые породы опускались к центру спутника, водяной лед поднимался наверх.
Так как Ганимед ближе к Юпитеру, он получал в два раза больше ударов от комет, которые к тому же двигались более быстро, чем те, что попадали в Каллисто. В результате выделение каменного ядра у Ганимеда, как подвергшегося более глубокому расплавляющему воздействию, прошло практически до конца, а Каллисто столь сильно не расплавлялся, и потому в его «интерьере» большую часть занимает смесь льда и камня.