У другій частині нашого огляду мова піде про походження життя на Землі, про походження людини від мавпи, про природу пам'яті, про мову і про музику, а також про головне питання сучасної науки - чому кішки люблять коробки.
(Продовження. Частину першу див. тут.)
Якщо говорити про молекулярну біологію, то події в ній, звичайно, не обмежувалися дослідженнями репарації ДНК і системи CRISPR/Cas. Наприклад, ми дізналися, що гени ссавців працюють по-батьківськи, тобто мутації, що визначають активність генів, мають більшу силу, якщо розташовуються в батьківських хромосомах. Сама структура хромосоми продовжує інтригувати біологів: велика дослідницька група вже не перший рік з'ясовує, звідки в хромосомі беруться петлі, що допомагають довжелезній хромосомній ДНК вміщатися в крихітному клітинному ядрі. Інтерес цей цілком практичний - від упаковки ДНК залежить швидкість старіння: чим сильніше хромосома приходить у безлад, тим раніше і швидше клітина починає старіти.
Інша велика тема, в якій хочеш - не хочеш, доводиться занурюватися в світ молекул - епігенетичний вплив стресу на кілька поколінь вперед. Те, що стрес батьків і прабатьків впливає на психологічний і фізіологічний стан дітей і онуків, відомий вже давно, але поки ще залишається не цілком ясним сам механізм феномену. Зокрема, він може бути таким, яким пропонують у своїй статті співробітники Пенсільванського університету: при стресі в сперматозоїдах виникають молекули регуляторних РНК, що впливають на роботу ембріональних генів. Причому, як ми знову-таки дізналися в році, що минає, розвиток людського зародка запускають всього три десятки генів, взагалі ж число абсолютно необхідних генів у людини, як підрахували в Інституті Броуда, становить всього 3230. (Нагадаємо, що всього людський геном налічує, за різними оцінками, від 20 до 25 тис. генів.)
Серед молекулярно-клітинних робіт досить багато було таких, які носили явний еволюційний відтінок. По-перше, як виявилося, синтезувати антитіла імунним клітинам допомагають особливі послідовності в ДНК, які колись належали вірусам. По-друге, дослідники зі Стенфорда виявили, що ембріон людини від вірусної інфекції захищають власні «домашні» віруси. Нарешті, група з Кембриджу знайшла в людському геномі цілих 145 генів, які прийшли до нас від бактерій і найпростіших еукаріот.
Про що це говорить? Це говорить про здатність людського геному приймати «гостей», про те, що, взаємодіючи сотні тисяч років з мікроорганізмами, наша генетична система змогла налагодити співпрацю з деякими чужими генетичними елементами. У випадку з вірусами тут дивуватися не доводиться, механізм вбудовування їх генів в клітинну ДНК детально вивчений, але ось бактеріальні генетичні послідовності виявилися в деякому роді сюрпризом: вважається, що бактерії легко обмінюються генами один з одним, але не з еукаріотами і вже тим більше не з вищими еукаріотами, до яких ставимося і ми з вами. Причому бактеріальні гени, вбудувавшись в хромосому тваринної клітини, ніби одомашнюються, набуваючи рис власне тварин генів.
Іншими словами, колись давним-давно в наш геном (або в геном наших предків приматів) потрапили фрагменти ДНК вірусів і бактерій, а потім, протягом довгого-довгого часу, йшла перевірка того, чи годиться таке придбання для нас чи ні. Якщо вірусний ген виявлявся шкідливим, то, зрозуміло, природний відбір такий варіант відсівав - індивідуум, якому не пощастило, або швидко гинув, або просто не залишав потомства. І не варто думати, що процес зупинився - швидше за все, і зараз нашим клітинам доводиться якось знаходити спільну мову з не дуже шкідливими вірусними генами, які з різних причин залишаються в клітинній ДНК.
Загалом молекулярно-генетичні дослідження дозволяють відповісти на низку цікавих, але вкрай важкорозв'язних питань, що стосуються найбільш фундаментальних рис живих організмів. Наприклад, така відома властивість звірів, як внутрішньоутробний розвиток - як така складна ознака могла розвинутися в ході еволюції? Виявляється, тут не обійшлося без мобільних («стрибаючих») генетичних елементів, або транспозонів, які, переміщаючись по геному древніх ссавців, змусили деякі старі гени змінити поле діяльності і зайнятися вагітністю. (Перекваліфікація генів під нові потреби - досить поширений еволюційний хід; наприклад, точно так само вчинили бактерії, яких в експериментах позбавили рухливості - щоб повернути її собі, вони скористалися генами, які досі використовували для зовсім інших речей.)
Або, наприклад, інша загадка: як тварини отримали об'ємне тіло? Адже всі ми живемо в гравітаційному полі (правда, рідко коли про нього згадуємо), і, щоб підтримувати клітинну масу в обсязі, щоб не розтікатися шаром клітин, у нас повинні бути якісь спеціальні хитрощі. Дійсно, у тварин є спеціальний «антигравітаційний» ген; правда, з ним ще належить маса роботи, щоб дізнатися, як саме він функціонує, як і коли він включається і які інші гени знаходяться у нього в підпорядкуванні.
Але все-таки при слові «еволюція» нам в голову в першу чергу приходять не молекули, а динозаври, мамонти і всілякі людські предки; ну і ще, звичайно, знаменитий «первинний суп», в якому зародилося життя на Землі. На тему «походження всього» в році, що минає, було кілька вельми примітних робіт: по-перше, земного життя додали ще 300 млн років - за деякими даними, воно виникло не 3,8 млрд, а 4,1 млрд років тому; по-друге, попередники всіх необхідних біомолекул (і нуклеотидів, і амінокислот, і ліпідів) могли вийти в результаті схожих хімічних реакцій і з однакової хімічної сировини, іншими словами, «життя» цілком могло виникнути з «не-життя»; по-третє, стало зрозуміло, як на найначальніших етапах еволюції могли отримати перевагу більш місткі «інформаційні носії». Тут варто нагадати, що за найпоширенішою гіпотезою саме РНК були першими біомолекулами, які могли одночасно і зберігати інформацію, і копіювати її в «потомство», тобто в молекули наступного покоління. Інформації на кожну молекулу ставало все більше, тобто довгі РНК повинні були прийти на зміну коротким, і, як з'ясувалося, фізико-хімічні умови на стародавній Землі цьому процесу цілком сприяли.
Нарешті, ми просто не можемо не згадати про нову архею, названу Локі - Lokiarchaea. Вважається, що еукаріотичні клітини, тобто клітини з ядрами і внутрішніми мембранами утворилися в результаті симбіотичного злиття бактерії і археї, проблема ж була в тому, що сучасні бактерії та археї з різних причин важко уявити симбіозу. І ось якраз у Lokiarchaea знайшли гени, які могли б зробити такий симбіоз можливим. Саму по собі Lokiarchaea ніяк не можна вважати «перехідною ланкою» або «предком» еукаріот, однак вона показує, що передбачуваний нами шлях формування еукаріотичної клітини цілком міг мати місце.
Що до динозаврів, то в році, що минає, особливо пощастило бронтозаврам, яким повернули право на існування - новий аналіз викопних останків показав, що вони дійсно існували як окремий рід динозаврів. (Про інтригу, пов'язану з бронтозаврами, коріння якої сягає аж у XIX століття, в епоху палеонтологічних «кістяних воєн», читайте в нашому матеріалі.) Крім того, палеонтологи продовжують з'ясовувати, яка температура була у динозаврів: мабуть, вони могли підтримувати досить високу температуру тіла, однак це ще не означає, що вони були по-справжньому теплокровними. Продовжують уточнюватися еволюційні зв'язки між ними та їх сучасними прямими нащадками, тобто птахами: так, деякі автори вважають, що деякі динозаври, подібно птахам, робили відкриті гнізди.
Стародавні ящери, на щастя або на нещастя, вимерли; гіпотез на цей рахунок існує маса, але все більше аргументів набуває вулканічна версія. Однак не в тому сенсі, що майже все живе зникло під шаром лави, просто вулкани викинули в атмосферу колосальну кількість вуглекислого газу, який підвищив кислотність всіх водойм на планеті, що не могло не позначитися на стані морського планктону, а значить - на стані взагалі всієї екосистеми. А ось мамонти (а також і інші гігантські ссавці), мабуть, вимерли не через появу людей, як багато хто вважає, а з кліматичних причин - через серію короткочасних потеплінь.
Якщо вже ми заговорили про людей - що нового в році, що минає, ми дізналися про людську еволюцію? По-перше, продовжує розвиватися гіпотеза про те, що кисті рук людини формувалися не стільки як складний інструмент для роботи зі знаряддями праці, скільки як зброя: дослідники з Університету Юти вже не вперше пробують переконати наукову громадськість, що людська рука в першу чергу створена для бійки. (Це не кажучи вже про те, що, на думку деяких антропологів, той тип руки, який є у нас з вами, з'явився в еволюції значно раніше, ніж те, що ми бачимо у мавп.)
З молекулярно-клітинної точки зору зовнішні відмінності людини від мавпи обумовлені не стільки появою нових генів, скільки змінами в роботі старих (вище ми вже говорили, що перетряска, переконфігурація вже наявних генів - один з найбільш «популярних» шляхів еволюції). Однак, мабуть, найбільш інтригуюча тема в «справі про перетворення мавпи в людину» - це мозок. Він у нас більше, і взагалі ми розумніші, ніж шимпанзе та інші. Що до розміру, то тут, очевидно, вся справа в посиленій роботі стовбурових клітин, що відповідають під час ембріонального розвитку за виробництво мозкових нейронів: тут і спеціальні генетичні хитрощі є, і навіть стовбурові клітини у нас дещо інші, більш активні. Крім того, людський мозок, що розвивається, менше, ніж мозок тих же шимпанзе, залежить від генетичного керівництва і сильніше відчуває вплив середовища, і якраз в такій здатності до змін криється секрет людського інтелекту.
Але нейрофізіологічні основи нашого чудового інтелекту досі залишаються як і раніше не цілком ясними. (Тут ми, як читачі могли здогадатися, заходимо на територію нейробіології.) Хоча вже ніхто не сумнівається в тому, що навчання і пам'ять пов'язані з пластичністю синапсів, тобто зі здатністю нервових клітин створювати і розривати контакти один з одним, нам ще не до кінця зрозуміло, від чого залежить синаптична пластичність, чим вона регулюється. Цього року нейробіологи зробили два дивовижних спостереження: виявляється, ефективна регуляція міжнейронних контактів залежить від мікропошкоджень у власній ДНК нейронів, і тому клітини змушені постійно її рвати.
Те, що засвоювання нової інформації в буквальному сенсі впливає на гени мозку, показали дослідники з Сеульського національного університету: їм вдалося «зловити» 104 гена, чия активність у мозку мишей помітно варіювала, коли тварин намагалися чомусь навчити. А співробітникам лабораторії Судзумі Тонегави в Массачусетському технологічному інституті вдалося довести існування спеціальних нейронів, чиє завдання - не зберігання інформації, але її активація (тобто їх можна порівняти з бібліотекарями, видатними книги за запитом).
Взагалі лабораторія Тонегави, який з видатного імунолога перетворився на не менш видатного нейробіолога, щорічно видає по кілька без перебільшення захоплюючих результатів. Так, в іншій їх статті, опублікованій влітку в Nature, йдеться про те, як приємні спогади перемагають депресію, причому перемогу над депресією дослідники продемонстрували саме на клітинному рівні, на рівні активності різних нейронних ланцюжків. Але навіть якщо займатися пам'яттю як суто психологічним феноменом, то і тут можна виявити багато цікавого. Наприклад, згадка, як з'ясовується, йде рука об руку із забуванням - різні частини пам'яті в нашому мозку конкурують між собою: чим частіше ми згадуємо щось одне, тим гірше пам'ятаємо щось інше; а щоб щось вивчити, потрібно щось забути. До речі, один з простих способів позбутися неприємних думок виявили психологи з Оксфорда. Це Тетріс - виявляється, знаменита гра допомагає зробити погані спогади менш нав'язливими.
У мозку, втім, повно загадок і крім пам'яті з навчанням. Одні дослідники продовжують обговорювати питання, чи може його кора змінювати свої функції, інші намагаються зрозуміти, чи відображаються на мозку індивідуальні особливості мислення, треті шукають нейрофізіологічні основи психічних розладів. З психоневрологічними захворюваннями взагалі справи йдуть непросто - з кожним роком їх молекулярно-клітинний портрет ускладнюється (зараз, наприклад, знову збільшилася кількість «депресивних» білків, і з'явився новий епігенетичний механізм, що пов'язує стрес і депресію).
Зі свого боку, нові парадокси підкидають і психологи - хоча дуже важко буває визначити, де закінчується психологія і починається нейробіологія. Ось, наприклад, група дослідників зі Стенфорда, які займаються феноменом творчості, повідомляє, що за творчість у нас, серед іншого, великою мірою відповідає ще й мозочок. В іншій роботі, опублікованій в Nature Neuroscience, йдеться про особливу систему підтримки уваги, яку в мозку знайшли за допомогою психологічних тестів і апарату магнітно-резонансної томографії. Також у році, що минає, ми за допомогою нейробіологів і психологів дізналися, чому ми слухаємося лідерів - тому що вони розуміють, що ми думаємо і відчуваємо.
Із суто психологічних досліджень хотілося б відзначити надзвичайно цікаву роботу про вплив мови на свідомість. Якщо коротко описати висновки з неї, то мова дійсно впливає на свідомість, тобто вільне володіння іноземною мовою змінює сприйняття і допомагає побачити світ у новому світлі. Також згадаємо про те, що у трирічних дітей знайшли почуття справедливості, і що культурний контекст, в якому ростуть діти, впливає на їхні уявлення про чесність. Ну і, звичайно, перед святами не варто забувати, що шлунок відкриває шлях не тільки до чоловічого, але і до жіночого серця.
Ще одна, можна сказати, святкова тема пройшла через рік буквально червоною ниткою - мова про музику, точніше, про її сприйняття. По-перше, в мозку знайшли музичний відділ: у слуховій корі півкуль мозку є група нервових клітин, які відгукуються переважно на музику. По-друге, від музики вкотре виявили практичну користь - вона допомагає вчитися мови. По-третє, емоції, які музика в нас викликає, можна в буквальному сенсі прочитати по очах, а наші музичні смаки можуть повідомити про те, яких здібностей у нас більше, аналітичних або емпатичних. Нарешті, експерименти психологів з Університету Макгілла показали, що всі люди здатні розуміти музику чужої культури - не повністю, але до якоїсь міри.
Свої емоції, пам'ять, когнітивні здібності, соціальне життя є і у тварин, і наостанок ми нагадаємо про деякі примітні відкриття в області психології та поведінки братів наших менших, від мурахів до котиків. З мурахів ми і почнемо: у їх колоній знайшли ознаки особистості, в тому сенсі, що стійкі індивідуальні особливості поведінки притаманні не тільки окремим мурахам, але і всьому мурашнику. Крім того, мурахи виробили досить хитромудру стратегію переноски тяжкостей. Але тяжкості тяжкими, а взагалі ці комахи, які стали одними з символів працьовитості, насправді люблять лінуватися.
А ось звірі і птахи в році, що минає, просто-таки подавали нам один за одним приклади поведінки. Так, щури в експериментах дослідників з Чиказького університету допомагали товаришам, які потрапили у скрутне становище, навіть ціною смачного частування. Автори роботи сподіваються, що їхні нові результати поставлять крапку в довгій дискусії про здатність тварин (ну або, принаймні, щурів) до співпереживання.
Павіани анубіси, що мешкають у Центральній Африці, хоча і живуть суворо ієрархічними спільнотами, все ж враховують думку пересічних членів зграї: вибираючи, куди піти далі, мавпи переважно слухають один одного, навіть якщо думка більшості суперечить думці «начальства». А самки амадин, вибираючи чоловіка, керуються психологічною сумісністю з потенційним обранцем. Більш того, якщо самицю розлучали з «першою любов'ю», підсаджуючи до неї якогось іншого самця, то у самки з ним сімейне життя не складалося, навіть якщо другий чоловік був, що називається, хоч куди. Високий рівень соціалізованості демонструють навіть такі звірі, про які ми б такого ніколи не подумали: нещодавно ми писали про те, як рукокрилі вампіри з доброї волі діляться їжею з іншими, заводячи собі нових друзів.
Тварини вміють дружити не тільки з представниками свого виду, але і з тими, хто належить іншому виду, роду, а то і царству, хоча в подібних випадках, напевно, слід говорити все-таки не про дружбу, а про симбіоз або коментсалізм, коли відносини корисні тільки одному виду, а другому байдужі. Так, колібрі навчилися отримувати користь від сусідства з яструбами, а хижі рослини непентеси «потоваришували» з кажанами, які використовують ловчі глечики непентесів як спальню (а рослини, в свою чергу, отримують від своїх «постояльців» багатий на азот поміт). Звичайно, є приклад «симбіозу», який дійшов до справжньої дружби - це взаємини людей і собак, причому собаки настільки звикли покладатися на людину, що чекають від неї допомоги навіть тоді, коли могли б цілком самостійно розібратися з проблемою (на відміну від вовків, які завжди все роблять самі).
Хоча майбутній рік називається роком мавпи, ми вирішили закінчити наш огляд котиками, тим більше що на них у нас довелося цілих чотири новини. По-перше, тепер ми знаємо, чому у кішок вертикальні зіниці: вся справа в тому, що їх форма у ссавців тісно пов'язана зі способом життя, і, наприклад, вертикальні зіниці дозволяють дрібним хижакам точно оцінити відстань до видобутку і точно розрахувати стрибок (а горизонтальні зіниці травоїдних копитних допомагають їм вчасно помітити небезпеку).
Взагалі ж кішки довіряють очам більше, ніж носу - такого висновку дійшли зоологи з Університету Лінкольна (хоча власники котів напевно і раніше помічали таку особливість у своїх улюбленців). Вибагливість котячих у їжі пояснюється особливостями їх еволюції: у кішок, незважаючи на їх м'ясоїдність, залишилося мно "