Культура шимпанзе, нервная система сердца и каменно-ледяные гиганты: главные научные открытия
Современная наука все чаще показывает, что привычные границы между живым и неживым, мозгом и отдельными органами, инстинктом и культурой гораздо условнее, чем принято считать. Исследователи изучают автономную нервную систему сердца, уточняют состав Урана и Нептуна, пытаются воспроизвести живую клетку из неорганических компонентов и находят у шимпанзе устойчивые поведенческие традиции.
У сердца обнаружили специализированные нервные центры
В сердце, как и в кишечнике, существует собственная нервная сеть. Ее называют внутренней сердечной нервной системой, или ВСНС. Она расположена главным образом в жировой ткани, окружающей орган, и состоит из нейронов, способных обмениваться сигналами между собой и взаимодействовать с головным мозгом.
У мышей такая система насчитывает примерно тысячу нейронов, а у человека - около 40 000. Несмотря на относительно небольшое количество нервных клеток, они участвуют в регулировании сердечного ритма и передают органу команды, поступающие по сложной цепочке сигналов.
Долгое время ученые не могли подробно изучить функции этих клеток. Нейроны составляют лишь около 0,01% всех клеток сердечной ткани, поэтому выделить их и определить различия между отдельными группами было крайне сложно.
Исследование, опубликованное в журнале Cell, позволило составить подробную карту сердечных нейронов мыши. Для этого животных генетически модифицировали: все клетки ВСНС получили специальные метки, благодаря которым ученые смогли определить их расположение и особенности.
Особое внимание исследователи уделили двум группам нейронов. Первая получила обозначение Npy+. При стимуляции этих клеток сердцебиение мышей замедлялось. Если же нейроны разрушали, у животных развивалась сердечная недостаточность, которая нередко заканчивалась гибелью.
По мнению авторов работы, Npy+-нейроны помогают не допускать чрезмерного ускорения пульса и поддерживают стабильный ритм. Они могут играть роль своеобразного "тормоза", который удерживает работу сердца в безопасном диапазоне.
Вторая группа - Ddah1+-нейроны - сначала казалась практически бесполезной. Ни их активация, ни удаление не вызывали заметных изменений в обычных условиях. Однако дальнейшие наблюдения показали, что эти клетки особенно важны во время сильного стресса.
Мыши с неработающими Ddah1+-нейронами могли внезапно погибнуть при резком воздействии: перед смертью у них резко снижалась частота сердцебиения, после чего сердце уже не возвращалось к нормальному ритму. Напротив, стимуляция этих нейронов повышала выживаемость животных в стрессовых ситуациях.
Таким образом, ВСНС выполняет не одну, а несколько специализированных задач. Одни нервные клетки помогают поддерживать регулярный пульс, другие защищают сердце от критических перегрузок. У человека уже обнаружены гены, соответствующие обеим мышиным группам нейронов. Это дает надежду на создание будущих методов лечения, воздействующих не на весь орган сразу, а на конкретные типы клеток.
Пока нельзя утверждать, что результаты экспериментов на мышах напрямую применимы к людям. Однако открытие меняет представление о сердце: оно не просто механически реагирует на команды мозга, а обладает собственной системой локального контроля и способно самостоятельно обрабатывать значительную часть информации.
Уран и Нептун могут оказаться каменно-ледяными планетами
Уран и Нептун принято называть ледяными гигантами. Такое определение связано с тем, что значительную часть их вещества составляют вода, аммиак и метан, находящиеся внутри планет в необычных состояниях под колоссальным давлением.
Новая модель внутреннего строения этих миров показывает, что подобное название может быть не совсем точным. Исследователи предполагают: в мантии Урана и Нептуна содержится намного больше каменного материала, чем считалось ранее.
Для построения модели ученые использовали данные о небольших телах внешней части Солнечной системы. Наблюдения за Плутоном, объектами пояса Койпера и кометами свидетельствуют, что эти тела не являются сплошными ледяными глыбами. В их составе присутствует значительная доля силикатных пород и других тяжелых элементов.
Именно такие объекты могли стать строительным материалом для планет-гигантов. Поэтому возник естественный вопрос: если их "зародыши" были преимущественно каменными, почему сами Уран и Нептун должны состоять почти исключительно из льда?
Согласно расчетам, внешняя часть мантии обеих планет может примерно на 60% состоять из камня. При этом их внутреннее строение различается. У Нептуна предполагается более высокая концентрация горных пород, тогда как в глубинах Урана может быть больше ледяных компонентов.
Это уточнение важно не только для понимания двух удаленных планет. Уран и Нептун служат своеобразными эталонами при изучении экзопланет сопоставимого размера. Подобные объекты составляют значительную часть уже обнаруженных планет за пределами Солнечной системы.
Если новая модель подтвердится, то один из наиболее распространенных типов планет во Вселенной будет правильнее описывать как каменно-ледяной, а не просто ледяной. Это повлияет на расчеты, связанные с формированием планет, их атмосферой, температурой и возможностью существования подповерхностных океанов.
Можно ли создать живую клетку из неживых компонентов
Одной из самых сложных задач современной биологии остается попытка собрать минимальную живую систему из отдельных неорганических или искусственно синтезированных элементов. Речь идет не о создании полноценного организма, а о клетке, которая могла бы самостоятельно поддерживать обмен веществ, расти, делиться и передавать информацию.
Главная трудность заключается в том, что жизнь - это не просто набор молекул. Белки, липиды, нуклеиновые кислоты и сахара должны быть объединены в работающую систему. Она обязана одновременно получать энергию, сохранять внутреннюю структуру, реагировать на окружающую среду и воспроизводить собственные компоненты.
Ученые уже умеют синтезировать отдельные фрагменты ДНК, создавать искусственные мембраны и собирать простейшие метаболические цепочки. Однако объединить все эти элементы в автономную клетку пока крайне трудно. Даже самая простая природная клетка содержит тысячи взаимосвязанных реакций.
Перспективным направлением считается создание "минимальных клеток". В них оставляют только те гены и молекулярные механизмы, без которых существование невозможно. Такие системы помогают понять, какие свойства являются фундаментальными для жизни, а какие появились позднее в ходе эволюции.
Работа над искусственными клетками важна не только с теоретической точки зрения. В будущем подобные конструкции могут использоваться для производства лекарств, адресной доставки веществ, диагностики заболеваний и создания новых биотехнологических материалов. При этом ученым придется решать вопросы безопасности: искусственная клетка не должна бесконтрольно размножаться или вмешиваться в естественные экосистемы.
Есть ли у шимпанзе собственная культура
Поведение шимпанзе давно интересует ученых, однако теперь исследователи все увереннее говорят о существовании у этих животных культурных различий. В разных группах обезьян наблюдаются традиции, которые не объясняются только генетикой или особенностями окружающей среды.
Шимпанзе могут по-разному использовать палки и камни, выбирать способы добычи пищи, ухаживать за шерстью друг друга, приветствовать сородичей и взаимодействовать с предметами. Молодые особи осваивают многие навыки, наблюдая за взрослыми, а некоторые формы поведения сохраняются внутри конкретной группы на протяжении поколений.
Особенно важным признаком культуры считается наличие нескольких вариантов одного и того же действия. Если животные живут в похожих условиях, имеют доступ к одинаковой пище, но используют разные приемы, причиной могут быть социальное обучение и подражание.
Такая культура, конечно, отличается от человеческой. У шимпанзе нет сложных языковых систем, письменности и технологий, которые накапливаются в течение веков. Но способность перенимать поведение, сохранять групповые нормы и обучать им молодых животных показывает, что культурная передача возникла задолго до появления человека.
Изучение шимпанзе помогает лучше понять происхождение человеческих привычек и социальных правил. Возможно, некоторые предпосылки культуры - обучение через наблюдение, склонность копировать успешные действия и уважение к групповым традициям - сформировались еще у общего предка людей и современных человекообразных обезьян.
Все эти открытия объединяет одна идея: сложные системы могут быть устроены гораздо тоньше, чем кажется на первый взгляд. Сердце обладает собственной сетью управления, планеты скрывают каменные недра, клетка представляет собой самоподдерживающийся механизм, а поведение животных включает элементы коллективной памяти. Наука постепенно заменяет простые определения более точными моделями - и благодаря этому расширяет представления о жизни, материи и развитии Вселенной.
