Біологія
Хороші новини
Біологія
Хороші новини

Але є і хороші новини. Дослідження життя у 2020

У біології цьогоріч теж відбулися важливі досягнення, які є приводом порадіти за вчених: від наближення до розв’язання 50-річної проблеми до виявлення вірусних пісень у птахів та розмноження зникомих видів тварин. Вважаємо, що варто згадати позитивні новини біології, якими дивували нас дослідники у 2020 році.

Натхненні коронавірусом

Як ви могли зрозуміти з перших наших матеріалів серії “Але є і хороші новини”, наука у 2020-му засипала нас новинами з різних галузей, і не тільки про коронавірус, хоча пандемія й ускладнила роботу багатьом дослідникам. Це ж стосується біологів, які часто вимушені були перенести експедиції та проведення досліджень із лабораторій в затишні, але не робочі умови самоізоляції. Утім, деякі з них зуміли відшукати в нових реаліях натхнення. Влітку дві команди науковців незалежно один від одного описали два нові види грибів та назвали їх іменами, що увіковічили в собі згадку про COVID-19.

Один із відкритих видів є збудником мікозу пальми сереноа. Його родова назва доволі прозоро відбиває ставлення суспільства до пандемії — диявольський COVID. А повне видове ім’я нового патогену рослин латиною звучить як Diabolocovidia claustri. Інший гриб теж є збудником захворювання, але цей вже є паразитом жуків жужелиць. Він має форму викривленого банана з ріжками, не утворює міцелію та розмножується лише статево, що є незвичним серед грибів. Грибного дивака дослідники назвали карантинним — Laboulbenia quarantenae.

Laboulbenia quarantenae. Dhaelewa / Wikimedia Commons

Laboulbenia quarantenae. Dhaelewa / Wikimedia Commons

Але в біології цьогоріч зробили багато інших відкриттів, які не змушують зайвий раз згадувати про самі знаєте що. Ділимося з вами деякими хорошими новинами в науці про життя, які нам запам’яталися найкраще.

Наближення до розв’язання 50-річної проблеми

Ще в 70-х роках минулого століття біохіміки зрозуміли, що функція білків у живих організмах визначається їхньою тривимірною структурою, тобто формою, в яку згортаються їхні молекули. Це знання є вирішальним при розробленні синтетичних лікарських препаратів, оскільки дозволяє наділяти їх потрібними властивостями. Але наука стикнулася з проблемою передбачення структури білка. Зробити це можливо, якщо проаналізувати лінійну послідовність амінокислот, з якої складається конкретний білок. Проте для розрахунків форми одного протеїну потрібно врахувати величезну кількість можливих взаємодій амінокислот, на що можуть піти роки роботи навіть на найсучаснішому та дорогому обладнанні.

Кінець 2020 року подарував вченим довгоочікуване полегшення у розв’язанні проблеми зі згортанням білків — алгоритм штучного інтелекту AlphaFold 2 від розробників DeepMind. Його навчали визначати структуру на прикладах близько 170 тисяч білків, порівнюючи послідовності та пари амінокислот, які часто розташовуються поруч. Результатом кількатижневого навчання стала можливість передбачення алгоритмом структури білка всього за лічені дні, до того ж із точністю до атома.

Два приклади моделей білків, де синій - комп’ютерне прогнозування, а зелений - експериментальні дані. DeepMind

Два приклади моделей білків, де синій - комп’ютерне прогнозування, а зелений - експериментальні дані. DeepMind

Винахід наразі не загрожує звільненням молекулярним біологам та біоінформатикам, оскільки знає про згортання білків не все. Але він стане хорошим помічником для вчених та рушієм нових наукових робіт.

12 тисяч нових видів мікроорганізмів

Одним із головних способів дослідження мікрофлори якогось середовища є проведення мікробіологічного посіву. Достатньо перенести мазки із досліджуваної локації на поживне середовище, помістити їх у теплі умови та почекати кілька днів. У результаті отримуємо різнокольорові вирощені колонії, вивчення яких вкаже, з якими мікробами ми маємо справу. Все доволі просто, але не ідеально. Такий спосіб вивчення мікрофлори далеко не завжди підходить, тому що багато мікроорганізмів є надто вибагливими, і ми не можемо створити в лабораторіях комфортні умови для їхнього зростання. Через це купа видів мікробів усе ще залишаються невідомими науці.

Потенційним рішенням є застосування методів метагеноміки — наука, що є поєднанням молекулярної біології та генетики. Її особливість у тому, що вивчаються не безпосередньо окремі організми, приміром, під мікроскопом, а їхня генетична інформація із середовища, що вони населяють. Величезне об’єднання із понад 200 науковців випробувало технологію для ідентифікації більшої кількості мікробів, вилучивши та проаналізувавши ДНК із сотень локацій Землі — штучних та природних середовищ, сільськогосподарських ґрунтів, людських та тваринних організмів. У результаті вчені зібрали понад 52 тисячі окремих геномів. З них більш ніж 12 тисяч ніколи не були секвенованими та можуть належати невідомим науці видам мікроорганізмів. Якщо це так, то вони розширюють відоме видове різноманіття бактерій та архей на 44 відсотки.

Метод трохи поступається точністю мікробіологічним посівам: під час аналізу частинки ДНК різних видів можуть перемішуватися або втрачатися. Але це все ж унікальні результати з вивчення мікробів, яких неможливо виростити в лабораторіях.

Повернення загублених видів

Хороші новини цьогоріч стосувалися також природоохоронної справи. Так, науковці відшукали вид слонових землерийок, сенгі Galegeeska revoilii, що вважався зниклим понад 50 років. Це надзвичайно миловидні тварини, які трохи схожі на мишей з хоботом, хоча насправді більше споріднені зі слонами. Колись ці тварини були типовими представниками Сомалі, але поступово стали зникати і півстоліття тому вже вважалися зниклими. Проте не всі вчені погоджувалися з цією думкою хоча б тому, що жителі сусідньої країни Джибуті повідомляли, що бачили таких тварин, коли їм показували їхнє фото. Яким же було полегшення для дослідників, коли там вони справді натрапили на розшукуваних сенгі. На думку дослідників, вид зараз вже не є під загрозою зникнення та населяє Джибуті, Сомалі й, можливо, Ефіопію.

Інша історія повернення сталася із хамелеоном Furcifer voeltzkowi з Мадагаскару, якого вперше описали 1893 року, а вже через двадцять років вчені побачили його востаннє. Так вважали, поки двотижнева експедиція 2018 року в останні дні подорожі не помітила цілу невелику популяцію втрачених тварин. Вони вирізняються яскравим різнокольоровим забарвленням, а їхній ембріональний період в яйці, ймовірно, триває двічі довше, ніж життя після вилуплення. Це може пояснити, чому їм понад століття вдавалося уникати допитливого погляду дослідників.

Ще один хепі-енд пережили чилійські жаби Telmatobius dankoi — невеликі земноводні, які природно населяли лише невелику водойму біля річки Лоа, що протікає через пустелю Атакама. Життя там і так не було легким, але коли люди осушили навіть те невелике оселище, то жаби опинилися на самісінькій межі вимирання: коли вчені прибули вивчати їх, то помітили у водоймі лише близько 600 мертвих жаб та 14 ледь живих. Щоб врятувати хоча б останніх, вчені доставили земноводних до зоопарку Сантьяго. Там їм спробували максимально точно відтворити природні умови та почали програму відновлення чисельності. У жовтні цього року тварини вперше спарилися, відклали 180 ікринок та подарували нам надію на виправлення помилки, що мало не знищила ще один вид живих істот.

Броньовані мурахи

Відкриття зробили й біологи, які займалися вивченням мурах-листорізів. Ці мурахи відомі своєю здатністю займатися сільськогосподарською діяльністю — вони вирощують у своїх мурашниках гриби, якими харчуються. Так само, як ми вирощуємо свої культурні рослини. Вони навіть стикаються з тими ж проблемами фермерства, що і люди. Але відкриття стосується зовсім іншого аспекту.

Науковці помітили на поверхні тіла мурах Acromyrmex echinatior дивний білуватий наліт. Подальше його мікроскопічне вивчення показало, що це не якась хвороба їх вразила, а мурахи покриті зовні кристалами кальциту, збагаченими магнієм. Це перший описаний випадок у науковій літературі про наявність біомінерального екзоскелета у комах. Що насправді доволі дивно, оскільки карбонат кальцію є поширеним мінералом в природі, зокрема у захисних покривах безхребетних. Міцний скелет A. echinatior виявився справжньою бронею, яка захищає листорізів від травм під час битви з іншими мурахами та від інфікування патогенними грибами.

Вірність шимпанзе

Нам, людям, приємно думати про свою унікальність, яка проявляється розвиненою моральністю. Що ж, із кожним роком дослідження зоологів дедалі ясніше показують, що наші “людські якості” мають глибше еволюційне коріння, яке може простягатися далеко в минуле, коли людей навіть не існувало. Цьогорічні досліди чудово це демонструють на прикладі шимпанзе.

У дитинстві ми критично залежимо від турботи матері, а під час дорослішання стаємо самостійними та віддаляємося від неї. Утім, це не означає, що ми більше не потребуємо своїх мам: ми все ще підтримуємо з ними тісний емоційний зв’язок. Самці шимпанзе, як і люди, під час дорослішання менше залежать від матері й не плачуть, коли вона відходить далеко, та й самі вже долають значні подорожі. Але, як ми, навіть у зрілому віці залишаються прив’язаними до матері. У великій групі віддають перевагу контакту з мамою, який самі й ініціюють, стежать за нею, до того ж третина дорослих самців мають найміцніші стосунки саме з матерями. І все це не зважаючи на факт, що в групах шимпанзе самці домінують над самками.

Дорослий самець проводить грумінг своїй матері. Kevin Lee

Дорослий самець проводить грумінг своїй матері. Kevin Lee

А з віком ми починаємо інакше дивитися на світ та цінувати інші речі. В молодості ми запальні, схильні заводити купу знайомств і легко змінювати друзів. Але до настання літнього віку стаємо спокійнішими та розуміємо справжню ціну взаємин із близькими людьми. Так, у цьому ми теж не особливі, така поведінка властива й шимпанзе, показали досліди. Пристарілі самці цих приматів спілкуються з меншою кількістю членів групи, ніж в молодості, однак підтримують з ними міцніші соціальні зв’язки. Вони кооперуються зі своїми старшими однолітками, з якими проводять багато часу, доглядаючи одне за одним, та допомагають одне одному утримувати свій ранг і розв’язувати проблеми з молодими самцями. Вони також рідше проявляють агресію та уникають конфліктів.

Новий хвіст алігаторів

Алігатори цьогоріч теж нас неабияк здивували. Начебто знають їх вчені вже не один рік, вивчили з усіх боків, аж раптом з’ясовується, що вони можуть відрощувати втрачений хвіст. Як ящірки, але не зовсім.

Американські алігатори вже й раніше викликали підозру у науковців — інколи їхні хвости виглядали дивно, наче відрощені. Такої здатності у великих рептилій ще не документували, але вчені з Аризони вирішили не залишати це просто так та провели дослідження. Вони зловили трьох підозрілих алігаторів у дикій природі, детально їх вивчили та порівняли їхню будову зі звичайним алігатором.

Результати роботи підтвердили припущення — алігатори справді можуть відрощувати до 23 сантиметрів хвоста, що складає близько 18 відсотків від довжини їхнього тіла. Він не зовсім ідентичний оригінальному, оскільки замість скелетної мускулатури містить сполучну тканину, а замість хребців — несегментовану хрящову трубку. Луски зовні теж розташовувалися інакше, ніж зазвичай, щільніше. Загалом, дослідники помітили, що регенерація хвоста в американських алігаторів відбувається схожим чином, як у ящірок, але водночас подібно й до загоювання ран у ссавців.

Лоскотливі пацюки

Вже деякий час вчені знають, що пацюки теж люблять, коли їх лоскочуть. Така взаємодія добре впливає на самопочуття тварин та допомагає їм боротися зі стресом. При цьому пацюки видають ультразвукове пищання, що інколи називають аналогом людського сміху. Але науковцям донедавна було невідомо, чи справді можна вважати ультразвуковий писк пацюків показником задоволення тварини. Зрештою, люди теж можуть сміятися від лоскоту, навіть якщо їм це не подобається.

Вчені вже декілька років знають про те, що пацюкам подобається лоскотання. Scientific American / Youtube

Тож британські вчені провели експерименти, під час яких лоскотали 16 самців пацюків, а заодно вимірювали пищання та емоційну реакцію тварин. Так з’ясувалося, що загалом пацюкам подобаються ігри з лоскотанням, проте не однаковою мірою всім. А індикатором задоволення від лоскоту дійсно може бути пищання: чим більше високочастотних звуків видає пацюк, тим більше йому подобається гра. При цьому їхній “сміх” є надійнішим показником, ніж людський, оскільки тварини не лукавлять та демонструють справжні емоції, зазначають автори дослідження.

Ця робота не тільки дає привід посміятися. Науковці вважають, що їхні результати допоможуть краще зрозуміти тваринні емоції та забезпечити якісніший догляд за пацюками задля їхнього добробуту. Останнє актуально навіть для лабораторних тварин, оскільки впливає на надійність отриманих результатів.

Як подружитися з котом

Нещодавно вчені дали нам надзвичайно важливі знання, що допоможуть нарешті завоювати прихильність котів. Ці пухнасті гонорові тварини, на відміну від собак, не часто сприймаються доброзичливими та привітними. Однак власники котів та навіть деякі дослідження вказують, що вони можуть демонструвати виразом обличчя свою приязнь до людей, повільно моргаючи. І їм приємно отримати таку ж реакцію від людини у відповідь.

NAUKA.UA

Науковці перевірили, чи справді повільне заплющування та розплющування очей сприймається котами як хороший знак. Досліди, в яких взяли участь 45 котів та їхніх власників, вказують саме на це. Наприклад, домашні улюбленці частіше моргали хазяїнам, коли ті перші починали. Що цікавіше, тварини також сміливіше наближалися до незнайомих людей, якщо ті повільно закривали та відкривали очі, ніж коли експериментатори дивилися на них чи повз них з нейтральним виразом. Загалом, нам потрібно більше досліджень, щоб впевнено говорити, але на основі цих результатів вчені припускають, що коти сприймають наше повільне моргання як позитивний стимул, вважайте, котячий аналог посмішки. А заводити стосунки з посмішки — завжди хороша ідея. Тепер ви знаєте, що робити.

Вірусні пісні птахів

Сучасні музичні хіти є вкрай не довгоживучими. Ось в голові кілька днів як почав стихати нав’язливий популярний трек, почутий всоте за місяць, аж з’являється нова пісня, яка звучить з кожної другої праски. Та ми не єдиний співочий вид тварин — птахи відомі своїми вокальними здібностями теж. А чи мають вони власні мінливі тренди в піснях, чи в цьому плані вони консервативні та співають винятково класичний репертуар? Орнітологи кажуть, принаймні деякі пернаті піддаються впливу популярних пісень.

Зазвичай птахи справді співають протягом довгого часу одні й ті ж пісні, але це не стосується білогорлого бруанта (Zonotrichia albicollis). Ще в 1960-х роках по всій Канаді звучала одна пісня цих птахів, що закінчувалася характерними трьома нотами. Зараз її можна почути лише на невеликій території на сході країни. Решта бруантів перейшли на нову версію пісні, що закінчується двома нотами.

Дослідження вчених виявило, що новий варіант зародився в західній Канаді в 50-х роках минулого століття. Із того часу нова пісня почала ширитися країною, і в 2000-х роках вже досягла східної частини. Тож, за 60 років вона здолала понад три тисячі кілометрів. Здається повільно, але серед птахів такої швидкої зміни репертуару вчені ще не реєстрували раніше.

Тож, всупереч цьогорічним складнощам із проведенням досліджень, у біології було чимало важливих та цікавих відкриттів, з якими ми намагаємося вас вчасно знайомити з самого початку заснування nauka.ua.