ВНИМАНИЕ! На форуме начался конкурс - астрофотография месяца МАРТ!
0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.
Perseverance обнаружил на Марсе камень, похожий на породы, которые предположительно образовывались на Земле в Архее под действием микроорганизмов (так называемые полосчатые железные руды). https://www.nasa.gov/missions/mars-2020-perseverance/perseverance-rover/nasas-perseverance-rover-scientists-find-intriguing-mars-rock/
Результаты исследования, опубликованные в понедельник в журнале Nature Geoscience
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.
Биоинформатические исследования на тему «когда жил LUCA» и «что он из себя представлял» проводятся регулярно. Предыдущее такое исследование, где у LUCA были идентифицированы 355 семейств белков, вышло в журнале Nature Microbiology в 2016 году (M. Weiss et al., 2016. The physiology and habitat of the last universal common ancestor). В нем, в частности, отмечалось, что LUCA обладал путем Вуда — Льюнгдаля для фиксации углерода, то есть был ацетогеном, а наличие обратной гиразы явно выдавало в нем обитателя горячих источников. Но в этой работе он характеризовался как «полуживой» и сильно зависимый от протонных градиентов абиотического происхождения в минеральных протоклетках горячих источников: «Reconstructed from genomic data, LUCA emerges as an anaerobic autotroph that used a Wood–Ljungdahl pathway and existed in a hydrothermal setting, but that was only half-alive and was dependent upon geochemistry».ЦитатаАцетогены — бактерии, фиксирующие углекислый газ и выделяющие ацетон.Обратная гираза — фермент, создающий избыточное механическое напряжение ДНК (как бы скручивающий пружину, в противоположность обычной ДНК-гиразе, ослабляющей ее). Такая манипуляция повышает стабильность ДНК при высоких температурах. Обратная гираза присутствует у термофильных бактерий и термофильных архей, эволюционные пути которых разошлись именно на стадии LUCA, при этом архейные и бактериальные последовательности этого фермента гомологичны. А значит, логично предположить, что он был и у LUCA.Такой взгляд на LUCA тесно согласуется с поддерживаемой британским биохимиком Ником Лейном гипотезой, что первыми клетками были не привычные нам мешочки из фосфолипидов и терпеноидов, а минеральные протоклетки черных курильщиков, где протонный градиент создавался самопроизвольно за счет выбросов подводных вулканов. Мембраны таких клеток, скорее всего, состояли из пирита, то есть были железо-серные. В общем, в упомянутой выше статье 2016 года скорее получился «железо-серный» LUCA — наполовину живой, наполовину минеральный. Такой «протоорганизм» соответствовал доминировавшему до настоящего времени взгляду на LUCA.Недавно появилась новая статья, посвященная реконструкции «облика» LUCA. В ней, в отличие от предыдущей, авторы в первую очередь повторно оценили его возраст. Для этого использовались пары консервативных генов, которые произошли в результате дупликации одного предкового гена у LUCA или его предка. Это, например, гены каталитической и некаталитической субъединицы мембранной АТФ-синтазы и гены аминоацил-тРНК-синтетаз для структурно сходных аминокислот. Фермент, соединяющий тирозин с его тРНК, и фермент, соединяющий триптофан и его тРНК, когда-то давным-давно, до LUCA, были одним белком, что видно при сравнении их последовательностей. Аналогично дело обстоит с ферментами, соединяющими лейцин и валин с их тРНК. Как тогда осуществлялась трансляция и насколько она была эффективна — неясно, и эта история непосредственно связана с историей генетического кода как такового. Но в прикладном смысле важно то, что раз эти белки образуют дерево с еще более глубоким корнем, чем LUCA, то по нему можно довольно точно прикинуть время существования LUCA.ЦитатаLUCA часто ошибочно считают первым организмом на Земле. На самом деле, конечно, это не так. Косвенные данные (лингвисты назвали бы это «внутренней реконструкцией») показывают, что часть ферментов, обособленных на стадии LUCA, имела общего предка когда-то еще раньше. Кроме того, есть косвенные свидетельства в пользу РНК-мира — а LUCA, скорее всего, был уже организмом на основе ДНК, как мы. То есть история жизни на Земле началась задолго до LUCA — просто он стал единственным организмом, потомки которого выжили и заселили планету.Доверительный интервал (95%) времени существования LUCA, найденный исследователями, покрывает период от 4,09 млрд лет назад до 4,33 млрд лет назад. И это во многом сюрприз, потому что в период от 4,1 млрд лет назад до 3,8 млрд лет назад случилась массивная астероидная бомбардировка Земли, получившая название поздней тяжелой бомбардировки. Ранее считалось, что земная жизнь возникла только после нее и саму бомбардировку пережить просто не могла. В последние годы как сам факт бомбардировки, так и его мощный стерилизующий эффект подвергаются сомнениям — и новые данные по филогении LUCA согласуются со скептическими взглядами на это событие. Была бомбардировка или нет, но LUCA ее пережил — так считают авторы обсуждаемой статьи.
Ацетогены — бактерии, фиксирующие углекислый газ и выделяющие ацетон.Обратная гираза — фермент, создающий избыточное механическое напряжение ДНК (как бы скручивающий пружину, в противоположность обычной ДНК-гиразе, ослабляющей ее). Такая манипуляция повышает стабильность ДНК при высоких температурах. Обратная гираза присутствует у термофильных бактерий и термофильных архей, эволюционные пути которых разошлись именно на стадии LUCA, при этом архейные и бактериальные последовательности этого фермента гомологичны. А значит, логично предположить, что он был и у LUCA.
LUCA часто ошибочно считают первым организмом на Земле. На самом деле, конечно, это не так. Косвенные данные (лингвисты назвали бы это «внутренней реконструкцией») показывают, что часть ферментов, обособленных на стадии LUCA, имела общего предка когда-то еще раньше. Кроме того, есть косвенные свидетельства в пользу РНК-мира — а LUCA, скорее всего, был уже организмом на основе ДНК, как мы. То есть история жизни на Земле началась задолго до LUCA — просто он стал единственным организмом, потомки которого выжили и заселили планету.
Рис. 2. Схема известных в биохимии метаболических путей. Серым выделены пути, которые скорее всего присутствовали у LUCA, черным — которые практически точно были у него. Обратите внимание на «разорванный» цикл Кребса в центре — пока неизвестно, был ли он замкнутым и в какую сторону крутился. В правой части можно заметить цикл мочевины, который у LUCA если и был, то не полностью. В этом нет ничего удивительного — даже рыбы не испытывают в нем необходимости. Метаболизм углеводов, нуклеотидов и аминокислот у LUCA был уже сформирован, а вот по части терпеноидов и поликетидов он еще ничего не умел: это все было впереди. Рисунок из обсуждаемой статьи.
Рис. 3. а — графическое представление присутствовавших у LUCA структур клетки и метаболических путей. b — так могло бы выглядеть филогенетическое дерево для LUCA, если бы у нас были данные по его вымершим современникам. c — LUCA предположительно фиксировал углекислый газ и выделял ацетат, что характерно для ацетогенов. d — это косвенно может указывать, что он был частью экосистемы, состоящей из синтрофных прокариот, ацетогенов и метаногенов. e — эта экосистема, в свою очередь, могла быть частью древней биосферы земного океана, представленной хемоавтотрофными и хемогетеротрофными прокариотами. Рисунок из обсуждаемой статьи.
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» («The result is a picture of a cellular organism that was prokaryote grade rather than progenotic and that probably existed as a component of an ecosystem, using the WLP for acetogenic growth and carbon fixation»).
Универсальный генетический код позволяет цепочкам ДНК и РНК, сложенным из четырех видов нуклеотидов, превращаться в белковые последовательности, состоящие из 20 аминокислот. Этот сложный процесс возникал поэтапно и постепенно эволюционировал, а предыдущие попытки установить четкую «хронологию» появления аминокислот в генетическом коде опирались в основном на данные о химической доступности соединений в добиологических условиях. В частности, знаменитый эксперимент Миллера-Юри показал, что в далеком прошлом вспышки молний в земной атмосфере могли привести к образованию органических молекул, которые вместе с дождем попали в так называемый «первичный бульон». Теперь исследовательская группа из Университета Аризоны (США) обнаружила, что ранняя жизнь предпочитала простые и мелкие молекулы аминокислот (а более крупные и сложные аминокислоты присоединялись к коду позднее).Авторы научной работы, опубликованной в журнале PNAS, представили новую оценку порядка включения аминокислот в генетический код, основываясь не на абиотических факторах (температура, свет, влажность, химический состав воздушной и водной среды), а на анализе белковых доменов — относительно коротких, устойчивых фрагментов белковой цепи, способных независимо функционировать и развиваться), — которые возникли у последнего универсального общего предка (LUCA). Команда ученых во главе с Соусан Вехби (Sawsan Wehbi) провела сравнительный филогенетический анализ тысячи семейств белковых доменов относящихся к LUCA и реконструировала их аминокислотные последовательности. Метод позволил определить, как реальные потребности организмов, а не только условия окружающей среды, повлияли на порядок добавление аминокислот в генетический код. Оказалось, что более простые и меньшие по размеру аминокислоты вошли в состав универсального генетического кода раньше, чем считали ученые. То же самое верно и в отношении аминокислот, связанных с металлами и содержащие серу (например, цистеин, метионин и гистидин). Выходит, металлоферменты и серосодержащие белковые компоненты играли критически значимую роль в самом начале эволюции клеточного метаболизма.Более того, современный генетический код мог появиться после исчезновения древних вариантов. Дело в том, что среди доменов, возникших еще до LUCA, наблюдалось повышенное содержание таких ароматических аминокислот, как триптофан и тирозин, хотя их традиционно считали «поздними новичками».В тексте научной работы также говорится, что порядок включения аминокислот в генетический код мог быть искажен в рамках лабораторных экспериментов, (последние не всегда адекватно отражают реальные условия в древних клетках). «Это намекает на то, что до возникновения современного генетического кода могли существовать иные системы кодирования аминокислот, которые ушли в глубины геологического времени. Ранняя жизнь, похоже, «любила» кольцевые структуры», — заключили авторы нового исследования.Таким образом генетики смогли пересмотреть порядок формирования универсального генетического кода, показав, что он не был целиком задан абиотической доступностью аминокислот, а формировался под влиянием метаболических и структурных особенностей древних клеток. Полученные результаты имеют важное значение для понимания процессов, способствующих возникновению жизни на Земле и помогут в поисках жизни за пределами нашей планеты.
Авторы нового исследования, с которым можно ознакомиться на сервере препринтов Корнеллского университета, решили смоделировать, как именно обстояли дела с образованием планет в самой ранней Вселенной. В частности, они смоделировали скорость эволюции парно-нестабильных сверхновых и их воздействие на окружающую их среду....Авторы новой работы рассчитали эволюцию таких звезд и ее влияние на близкую к ней межзвездную среду ранней Вселенной. Оказалось, после ее взрыва содержание тяжелых элементов рядом с взорвавшейся сверхновой может быть велико — иногда даже больше, чем в веществе Солнца. При этом взрыв порождает в окружающем газе серьезную нестабильность. Газ «комкуется» взрывной волной настолько, что в нем возникают протозвездные облака массой до одной солнечной.Что важно, в этих облаках достаточно не только газа, но и пыли тяжелых элементов, из которых уже может образоваться и планетезималь — тело, образующееся из космической пыли, служащее затем «кирпичиком» для строительства планет. Общая масса таких планетезималей в рассчитанных ранних системах Вселенной может достигать пяти масс Земли. Это не очень много по меркам современных планетных систем, но все же достаточно для образования каменистой планеты земной массы.Расчеты астрономов показали, что подобные системы будут иметь центральную звезду с массой до 0,7 солнечной. В диапазоне орбит 0,46-1,66 астрономической единицы (одна такая единица равна расстоянию от Земли до Солнца) должно быть достаточное количество воды для формирования планеты, способной иметь океаны.Из всего этого ученые сделали вывод, что первые обитаемые планеты могли образоваться уже в первые 200 миллионов лет истории Вселенной. Они могли возникнуть еще до появления даже самых древних галактик. Причем подобные планеты можно будет обнаружить в ближайшие годы за счет изучения самых старых из известных звезд нашей Галактики.
Ученые сделали неожиданное открытие: растение Boquila trifoliolata, произрастающее в Чили и Аргентине, способно адаптировать форму своих листьев, имитируя внешний вид других растений. Это помогает ему скрываться от травоядных. Исследования показали, что Boquila не только повторяет форму листьев соседних деревьев и кустарников, но даже может подстраиваться под внешний вид искусственных растений.
Хоанофлагеллаты интересны тем, что это ближайшие родственники животных, они эволюционно находятся с ними в таких же отношениях, как ланцетники с позвоночными. Хоанофлагелляты считаются одноклеточными, так как способны жить в виде одиночных клеток, но при определенных условиях — например, большом количестве бактерий, которыми они питаются, — способны не расходиться после деления и формировать таким образом подобие маленького многоклеточного организма. Клетки в такой «колонии» остаются соединены цитоплазматическими мостиками и секретируют внеклеточный матрикс, что придает им сходство с «животными на минималках» в зачаточной форме.
Что самое интересное — в колониях-розетках (и колониях-цепочках) кальциевые токи демонстрируют сложные и разнообразные паттерны. Ток может распространиться на всю колонию одновременно, заставив клетки синхронно «зажечься». При этом вся колония сократится, как единое целое, или жгутики всех особей перестанут биться — это синхронный ответ. Но возможен и асинхронный ответ — когда только некоторые клетки в колонии включают кальциевый ток.Это интригующий результат, заставляющий задуматься о природе межклеточных контактов у хоанофлагеллят — уже упоминавшихся цитоплазматических мостиков. Очевидно, что это не просто пассивные цитоплазматические перемычки, подобные щелевым контактам в сердце человека: иначе асинхронные ответы были бы невозможны, и кальциевые токи в колонии синхронизировались бы всегда. Эти контакты могут пропускать ток или не пропускать его в зависимости от не установленных пока факторов что предполагает сложную коммуникацию между клетками жгутиконосца, в том числе электрическую. «Доказательства потока информации между клетками в колониях хоанофлагеллят демонстрируют межклеточную сигнализацию на пороге многоклеточности», — отмечает Джеффри Колгрен, один из авторов исследования.В колониях хоанофлагеллят можно рассмотреть лишь зачатки многоклеточности, а выглядят и ведут себя они гораздо проще, чем даже слизевики. Но электрическая сигнализация у них — даже в таких простых колониях — оказалась на удивление похожа на электрическую активность наших нервов и мышц.
Ученые обнаружили, что при взаимодействии мельчайших капель воды в камере с газом возникают микроскопические электрические разряды — «микромолнии». По мнению авторов научной работы, такие крошечные вспышки могли синтезировать ключевые органические молекулы без участия мощных электрических разрядов.Заре и его коллеги распылили воду в камере с газовой смесью, предположительно, повторяющей состав атмосферы ранней Земли: азот, метан, углекислый газ и аммиак. Никаких внешних источников энергии — только взаимодействие капель между собой.Оказалось, при распылении в камере капли воды приобрели разные заряды: крупные — положительные, мелкие — отрицательные. Когда такие капли сталкивались или сближались, между ними проскакивали миниатюрные электрические разряды. С помощью высокоскоростных камер исследователям удалось зафиксировать вспышки света длительностью в наносекунды.Эксперимент показал: мощности таких «микромолний» достаточно, чтобы запустить химические реакции, приводящие к образованию органических молекул с углеродно-азотными связями. Среди образовавшихся соединений были циановодород (предшественник аминокислот, HCN), простейшая аминокислота глицин (C2H5NO2) и урацил (C4H4N2O2) — один из компонентов ДНК и РНК.Открытие команды Заре позволяет по-новому взглянуть на процесс возникновения жизни. Вместо редких и мощных электрических разрядов ранняя Земля могла быть насыщена постоянными мелкими электрическими вспышками. Крошечные искры в водопадах, брызгах волн и струях пара могли стабильно синтезировать органические молекулы, создавая благоприятную среду для зарождения жизни.Ученые отметили, что подобные процессы могут происходить при схожих условиях на других телах Солнечной системы. Например, на ледяных спутниках Юпитера и Сатурна, где, предположительно, есть вода. Возможно, именно в брызгах криовулканов Энцелада или в водяных шлейфах Европы уже сейчас происходят те же реакции, что миллиарды лет назад могли повлиять на возникновения жизни на нашей планете.Результаты научной работы представлены в журнале Science Advances.
Возможно, именно в брызгах криовулканов Энцелада или в водяных шлейфах Европы уже сейчас происходят те же реакции, что миллиарды лет назад могли повлиять на возникновения жизни на нашей планете.
Новая публикация в журнале Nature разбирает пользу и ограничения полногеномной дупликации, или полиплоидии, которая довольно часто происходит в ходе эволюционных трансформаций популяций.
Благодаря этой работе проясняются важные детали эволюции с помощью полногеномной дупликации. Этот механизм исключительно эффективный, он приносит почти моментальный адаптационный выигрыш своим носителям. Нет нужды сначала отлаживать работу нестабильного генома, а уже потом получать адаптационное преимущество. Наоборот — полногеномная дупликация приносит пользу здесь и сейчас, а настройка и стабилизация всего генома происходит потом, если новые жесткие требования среды будут сохраняться в ходе стабилизации генома.
А что будет дальше? Сегодня размножение напрочь оторвано от профессиональных навыков, стойкости к инфекциям и трудоспособности. В эпоху всеобщего здравоохранения и победы над голодом (когда даже мать-одиночка способна вырастить тройню) в ближайшие 200 лет мораль (слово, неведомое уже нам, но ценимое стариками) должна упасть ниже плинтуса, в том плане, что размножаться будут такие категории людей:1) Беспечные и страстные идиоты, которые ебутся самозабвенно, не задумываясь о контрацепции и последствиях;2) Религиозные идиоты (в смысле — радикальные догматики), которым своды шаблонов и запретов запрещают аборты и предписывают иметь множество детей;3) Самцы, для которых жизненное хобби — фонтанировать сперматозоидами, приставать к любой юбке и не давать проходу любой, даже самой уродливой самке.
Автор
Тема: Ссылки на новости и материалы по тематике раздела "Вселенная, Жизнь, Разум" (Прочитано 199525 раз)
