Новости Биология-2024: РНК заговорила, деревья занялись математикой, а крабы обрели сознание

[NewsMaker]

Наука о жизни тоже многим удивила нас за эти 12 месяцев.

---

---

Среди научных открытий особенно захватывают те, что опровергают привычные представления — когда ученые, порой совершенно случайно, переворачивают с ног на голову то, что казалось незыблемым.

Взять хотя бы иммунную систему: биологи десятилетиями считали, что она регулирует себя сама, без участия мозга. Но в этом году обнаружилось, что нейронная цепь в стволе мозга может усиливать или ослаблять выработку медиаторов воспаления. Интересно, что это открытие сделали в лаборатории, которая изучает не иммунологию, а вкусовые ощущения.

Были сделаны и другие важные шаги в понимании устройства жизни. В науку пришли новые инструменты, в том числе искусственный интеллект, так что прогресс постепенно разгоняется до невиданных скоростей.

Появились новые пути в изучении многоклеточных организмов. Специалисты сейчас пытаются понять не только откуда взялась многоклеточность, но и почему некоторые существа так и остались одноклеточными. Кроме того, теперь у науки есть более ясное представление о том, как крошечные изменения в молекулах влияют на эволюцию.

<h3> Биологи встречают революцию ИИ </h3> В 2024 год не успевали следить за громкими публикациями об AlphaFold2 от Google DeepMind — нейронной сети, способной Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся трехмерную структуру свернутого белка по цепочке его аминокислот. Биологи проверяли, сможет ли она находить новые мишени для препаратов и Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Модель также помогла изучить эволюцию вирусов и найти белок, который Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся при оплодотворении. Очевидно, отношения между биологией и компьютерными науками вышли на новый уровень.

В мае Google DeepMind Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , которая предсказывает форму белков при их взаимодействии с другими молекулами. А в октябре Нобелевскую премию по химии получили Джон Джампер и Демис Хассабис из Google DeepMind, создатели AlphaFold2, а также Дэвид Бейкер из Вашингтонского университета.

<h3> Поворотные моменты эволюции </h3> "Как мы сюда попали?" — биологи обожают этот вопрос. Пытаясь найти решение важнейшей загадки о происхождении всего живого, они выделяют несколько переломных моментов в истории эволюции.

Группа ученых из разных областей недавно проследила корни всей современной жизни до нашего общего предка с помощью Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Эта древняя клетка или группа клеток известна как Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся (от "last universal common ancestor" — последний всеобщий общий предок), от которой произошло все живое.

Команда оценила вероятность наличия каждого из тысяч генов в LUCA. Оказалось, что она была удивительно сложной клеткой: перерабатывала водород и углекислый газ, имела зачатки иммунной системы и, скорее всего, обитала в микробном сообществе (из которого только она и выжила). Исследование также показало, что LUCA существовала примерно 4,2 миллиарда лет назад — раньше, чем предполагалось.

Еще один поворотный момент (точнее, целая серия моментов) — появление многоклеточности. Биолог Карл Симпсон связал это событие с периодом в истории Земли, когда планета была полностью покрыта льдом. Забавно, что эту эпоху еще Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся .

В другом исследовании ученые пытались понять, почему бактерии и другие прокариоты Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся сложными многоклеточными организмами. По их мнению, причина может быть связана с процессом случайных изменений в генах — Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся .

Бактерии научились жить простыми многоклеточными формами, например в колониях, но Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся такого никогда не видели — пока в этом году не выяснилось, что если просто сжать эти клетки, они образуют многоклеточные структуры, похожие на ткани. А в Китае ученые нашли окаменелости многоклеточных эукариот Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Так что время появления эукариотической многоклеточности пришлось перенести аж на 600 миллионов лет назад.

<h3> Разум и восприятие не-людей </h3> Мы привыкли воспринимать мир определенным образом: видим глазами, слышим ушами и думаем невероятно сложным органом из миллиардов клеток. Другие организмы тоже чувствуют, воспринимают окружающий мир и реагируют на него, но представить их опыт бывает непросто. А если взглянуть на это немного шире?

В апреле группа биологов, когнитивистов и философов Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , которая признает "феноменальное сознание" у куда большего числа животных, чем считалось раньше: у насекомых, крабов, осьминогов, рыб, рептилий и амфибий. Существо с феноменальным сознанием может испытывать боль, удовольствие или голод, но это не значит, что у них есть более сложная мозговая активность вроде самосознания.

У растений нет Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся как такового, но иногда им приходится решать сложные задачи. Например, как оказалось, европейские буки Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся самый длинный день в году. Каждый год, словно по часам, деревья на протяжении 1500 километров от Англии до Италии синхронно начинают размножаться (это еще называют массовым плодоношением). Экологи проанализировали данные за 60 лет и выяснили, что буки привязывают этот период к летнему солнцестоянию и пику светового дня. В другом исследовании изучалось восприятие у Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Оказалось, его проростки используют воздушные промежутки между клетками, чтобы рассеивать фотоны и создавать градиент от яркого к тусклому — это помогает им тянуться к свету во время роста.

В этом году исследователи также обнаружили, что даже одноклеточные бактерии Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Их простые биологические часы могут отслеживать, как укорачиваются дни перед зимой, позволяя им готовиться к холодам — даже если эта зима наступит через много поколений.

<h3> Мир РНК </h3> С момента открытия РНК их считали чем-то второстепенным по сравнению с ДНК: однонитевая, хрупкая, в общем, всего лишь посредник. Но исследования все чаще показывают, что она играет в жизни куда более важную роль. Большая часть так называемых некодирующих участков генома на самом деле превращается в молекулы РНК, которые выполняют в клетках не посреднические функции, а, например, регулируют работу генов. Эту идею подкрепил Нобелевский комитет, присудив премию по физиологии и медицине исследователям, Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Короткие молекулы обеспечивают такую регуляцию генов, которая лежит в основе сложной многоклеточной жизни.

Все больше исследований также показывают: РНК служит средством общения. В этом году впервые обнаружили, что археи обмениваются некодирующими РНК Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Это своего рода экстренная почта для передачи срочной информации. Бактерии и эукариоты тоже пользуются этим своеобразным молекулярным мессенджером.

В одном из самых необычных открытий года биологи Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся — плоские кольца меньше вирусов, названные "обелисками". Они живут в бактериях, населяющих наш кишечник и ротовую полость. Пока никто не знает, зачем они нужны.

<h3> Наш главный орган </h3> Одно из самых поразительных открытий года касается связи мозга и тела. Большинство иммунологов долго считали, что иммунная система работает сама по себе. А в 2024-ом нашли в стволе мозга Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , которая, видимо, этой системой управляет. Она определяет воспалительные молекулы в теле, а затем усиливает или ослабляет их уровень, чтобы защитить здоровые ткани.

Мы также продвинулись в понимании того, как быстрая работа тысяч нейронов (это еще называется "волновая рябь") создает воспоминания. Когда мы что-то переживаем, нейроны включаются в определенном порядке, "словно наигрывают мелодию на пианино", как Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся из Университетского колледжа Лондона. Во время отдыха и сна гиппокамп повторяет эту последовательность, но быстрее и, возможно, сотни или тысячи раз, создавая электрические волны. После отдыха такие последовательности чаще закрепляются в долговременной памяти. Другая команда Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся , которые также помогают формироваться долговременной памяти.

Нейробиологи продолжают работу по воссозданию мозга нейрон за нейроном. В этом году ученые Google с помощью искусственного интеллекта соединили 5000 изображений кубического миллиметра человеческого мозга (одной миллионной всей структуры) и построили Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . На ней видны примерно 57000 нейронов и 150 миллионов синапсов, а объем данных составил 1,4 петабайта. В похожем исследовании впервые была составлена Для просмотра ссылки Войди или Зарегистрируйся . Размером с песчинку, это самый большой мозг, полностью картированный на сегодняшний день — 140000 нейронов (для сравнения, в человеческом мозге их 86 миллиардов). Следующий шаг, прежде чем замахиваться на изучение человека — это мозг мыши, в котором примерно в 1000 раз больше нейронов, чем у мушки.