Каждый день в мире происходит множество исследований и открытий, степень важности и серьезности которых сложно оценивать объективно. Для кого-то нет ничего важнее поисков внеземной жизни, а кто-то посчитает невероятным открытие нового вида бабочек. Как бы то ни было, все открытия важны, все открытия нужны. Сегодня мы с вами познакомимся с исследованиями, в которых ученым удалось распознать генетические общие маркеры хищных растений, выявить новый вид грибка по фотографии и установить связь между пингвинами и веселящим газом. Думаю, не стоит судить, что из этого важнее, а стоит беспристрастно ознакомиться с докладами всех исследований. Поехали.
Генетические «родимые пятна» хищных растений
Как мы знаем, большинство растений не обладают кровожадным нравом, а их гастрономические предпочтения ограничиваются солнечным светом, водой и питательными веществами в почве. Для многих видов такой диеты более чем достаточно, чтобы доминировать в регионах своего произрастания. Однако в ходе эволюции некоторые виды растений столкнулись с тем, с чем часто сталкивается молодой предприниматель — с конкуренцией.
Многие из хищных растений стали таковыми не по собственному желанию, а ввиду экологических факторов: слабая освещенность (низкорослым растениям сложно конкурировать с могучими деревьями в густом лесу за солнечный свет), плохая почва и т.д. Ловля насекомых (а иногда и кого-то крупнее) позволяет этим растениям выживать.
Познавательный и юморной ролик про хищных растений.
Способы охоты у разных видов отличаются. Венерина мухоловка (Dionaea muscipula) и альдрованда (Aldrovanda vesiculosa) охотятся по принципу капкана, удерживая добычу между двустворчатыми листьями и параллельно переваривая ее. Росянка ложковидная (Drosera spatulata) похожа на ложку (неожиданно, правда?), покрытую каплями росы, что на самом деле является липким нектаром, который привлекает наивных насекомых в эту сладкую ловушку. Непентес реализует еще более ленивую, но не менее эффективную тактику. Это растение обладает кувшином, на дне которого нектар. Края кувшина крайне скользкие, а потому насекомые, позарившиеся на халявную пищу, могут легко свалиться внутрь и там самим стать пищей.
Изображение №1.1. Исследованные виды и их ловушки: А — Aldrovanda vesiculosa, В — Dionaea muscipula и С — Drosera spatulata. D — филогенетические взаимоотношения трех плотоядных Droseracaea и девяти других видов, использованных в исследовании. Е — состав генома и «прыгающие гены»*. F — временное распределение ДКП*, определенное по числу замен в сборках с транспозонами исключительно.
Транспозоны* (прыгающие гены) — участки ДНК, способные к передвижению и размножению в пределах генома.
ДКП* (длинные концевые повторы) — последовательности ДНК, повторенные сотни/тысячи раз.
Как видно, растений много, как и методов охоты, однако у всех этих хищников имеется нечто общее, а именно генетические маркеры.
Ученые выяснили, что в генетическом коде трех растений (Dionaea muscipula, Aldrovanda vesiculosa и Drosera spatulata) обладают общими генами, отвечающими за их хищную натуру.
Изображение №1.2: расширение и сокращение семейства генов. А — количество расширенных (синий) и сжатых (розовый) ортогрупп*, общих для разных линий. В — функциональная аннотация 279 расширенных семейств генов, общих для всех трех Droseraceae (стрелки указывают на хронологию событий во время охоты).
Ортогруппа* — группа генов, произошедшая от одного гена у последнего общего предка клады видов.
Эти гены можно назвать минимальным «джентльменским» набором настоящего растения-хищника. Основная их задача это ощущение добычи и возможность ее переварить. Эта находка довольна необычна для генетиков, поскольку все три вида обладают так сказать крайне бедным генетическим кодом: у Drosera всего 18111 генов, у Dionaea — 21135, а у Aldrovanda — 25123.
Любопытно также и то, что гены хищника присутствуют и в обычных растениях, однако по большей степени в корневой системы. Часть генов активна, часть — нет, потому и возникает столь отчетливое гастрономическое отличие. Кроме того, эти гены, расположенные в участках растения, где непосредственно происходит контакт с добычей, активируются только в момент этого контакта.
Изображение 1.3. Функция и набор специфических для ловушек генов в Di. muscipula. А — функции разных частей растения. В и D — Филогенетические деревья ортогрупп фактора транскрипции WRKY, предсказанные как потенциальные регуляторы плотоядных функций в ловушках Di. muscipula. С и Е — TF-связывающие мотивы*, обнаруженные в верхней области специфичных для ловушек генов, соответствующих ортогруппам WRKY.
Мотив* — последовательность нуклеотидов или аминокислот, которая практически не меняется в ходе эволюции.
TF (факторы транскрипции)* — белки, которые контролируют процесс синтеза мРНК на матрице ДНК посредством связывания со специфичными участками ДНК.
Наличие у разных видов общих генов удалось объяснить, проследив их генеалогическое древо вплоть до общего предка, произраставшего на Земле миллионы лет назад.
Изображение №1.4: реконструкция ключевых этапов эволюции плотоядности у растении семейства Droseraceae.
Подводя итоги, исследователи смогли вычленить три основных этапа развития плотоядности у разных видов хищных растений. Первый этап заключается в дупликации всего генома у их последнего общего предка, что дало им генный материал для диверсификации в плотоядных функциях. Сюда входит процесс экспрессии корневых генов предка в ловушкообразные листья.
Второй этап обусловлен тем, что использование нового источника питательных веществ уменьшило избирательное давление на гены, участвующие в «нехищном» питании. Это привело к огромной потере генов, в результате чего три генома самых генетически бедных растений были секвенированы до настоящего времени.
И третий этап — различные видоспецифичные механизмы способствовали появлению специфических для клады независимых стилей охоты.
Исследователи утверждают, что эти три этапа не могли произойти независимо друг от друга и могли пересекаться в процессе эволюции. Генетический материал, лежащий в основе плотоядного растения, присутствует у большинства нехищных растений, и дупликации всего генома часто происходили по всему растительному царству. Другими словами, возможность стать плотоядным была у большинства растений. Однако, слава Дарвину, этого не произошло, а потому большая часть растений предпочитает куда более безопасные для окружающих существ методы питания.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Научное открытие через Twitter
Большинство научных открытий происходят в стенах лабораторий, в полевых условиях или посредством длительных расчетов и моделирования. Однако есть некоторые открытия, которые не произошли бы, если бы не какая-то случайность. К примеру, в 1943 году Ричард Джеймс пытался разработать новый тип пружины, которая использовалась бы в судостроении. В процессе работы одна из пружин упала с полки и продолжила свое движение. Так появилась одна из самых узнаваемых в мире игрушек — пружинка (или «слинки»).
Реклама пружинки «слинки» 60-ых годов.
И вот недавно произошла еще одна случайность, которая привела к необычному открытию. Биолог Ана София Реболейра (Национальный музей естественной истории, Вашингтон), как и многие в наши дни, является пользователем Twitter. Однажды, просматривая ленту, она обратила внимание на фото, опубликованное ее коллегой Дереком Хенненом (Политехнический университет Виргинии). На снимке была изображена североамериканская многоножка. На первый взгляд, ничего необычно, многоножка как многоножка. Однако для биолога все детали важны, потому Ана София и обратила внимание на пару мелких точек на теле членистоногого. По словам ученого, точки напоминали грибок, а потому было решено найти парочку особей в закромах музея и рассмотреть их повнимательнее.
В результате было выявлено, что это не дефект снимка или «желаемое за действительное», а самый настоящий грибок из отряда Laboulbeniales.
Изображение №2.1: самец многоножки Cambala annulata, на теле которого и нашли новый вид грибка (выделен красным).
В отряде Laboulbeniales насчитывается порядка 2200 видов, составляющих 142 рода. Все описанные виды связаны с членистоногими и проводят всю свою жизнь на их теле. Некоторые ученые считают, что Laboulbeniales является паразитом, поскольку они обладают весьма сложной системой вытягивания питательных веществ из тела носителя. Однако далеко не у всех видов Laboulbeniales имеются эти органы, потому их паразитическая натура пока остается под сомнением.
Тем не менее, большинство носителей этого грибка представлены насекомыми, в основном это жесткокрылые (Coleoptera) — 80% и двукрылые (Diptera) — 10%, но есть и случаи, когда грибок этого отряда обнаруживали на теле других членистоногих: клещи, сенокосцы, многоножки и т.д.
До недавнего времени, как сообщают сами исследователи, изучению Laboulbeniales уделялось крайне мало внимание. Основными причинами тому были ограниченные технологии, так как Laboulbeniales очень маленькие (длина нового вида 81–129 мкм), а потому изучать их крайне сложно. Такая же ситуация обстояла и с генетической информацией касательно этих организмов. Филогенетические исследования начали полноценно проводить лишь в 2018 году. Другими словами, информации касательно Laboulbeniales пока что крайне мало.
Несмотря на все эти сложности, открытие новых видов Laboulbeniales продолжается. До 2014 года было обнаружено всего 8 видов, которые паразитируют (теоретически) на теле многоножек. Сейчас же известно как минимум тридцать. Все эти находки были сделаны на территории Европы, Азии и даже в Новой Зеландии, но в Северной Америке ранее таких видов не находили.
Изображение №2.2: внешний вид новооткрытого грибка из отряда Laboulbeniales (краткое описание представлено ниже).
Таллом* — термин, обозначающий тело грибов, водорослей, лишайников, антоцеротовых и некоторых печеночных мхов.
Базальная клетка (I) в два раза длиннее широкой дистальной. Супрабазальная клетка (II) пятиугольная, изодиаметрическая, до 1.5 раз длиннее дистальной. Септа (разделение между клетками) II-III и II-VI переменно наклонны, расположены примерно на одном уровне. При этом септы II-VI немного длиннее, чем II-III. Клетка III очень узкая и в 8 раз длиннее основы. Первичный придаток разветвляется над первой или, чаще, второй клеткой, на несколько простых или разветвленных веток. Базальные и надбазальные клетки придатка сходны по размеру и форме; примерно в два раза длиннее основы. Первичная перегородка (2С, «аn») слегка сужена и сильно наклонена. В незрелом талломе был обнаружен лишь один антеридий (мужской гаметангий (половой орган растений) водорослей и высших растений), как простой фиалид на ветви первичного отростка (2G, «an»). Клетка периферического стебля (VI) очень незаметная, сильно уплощенная (2B и 2F, «VI»). Перитеций яйцевидный, самый широкий в средней или третьей базальной части, постепенно сужающийся кверху. На вершине расположено четыре не совсем выпуклые губы, одна из них немного длиннее (2Е, стрелка). Имеется небольшой зубообразный нарост на внешней стороне около вершины (2F, стрелка).
Основными отличительными чертами Laboulbeniales, живущих на теле многоножки, являются: смена поколений на одном носителе; популяции конкретно этих видов сильнее и стабильнее в сравнение с другими видами; обитают преимущественно во влажной среде.
Учитывая, что этот грибок живет исключительно на теле многоножки, возникает вопрос — как он распространяется? Ответ кроется в местоположении грибка на теле несчастного насекомого. Живет грибок в области гениталий, а передается в моменты контакта между особями.
Ввиду того, что Twitter сыграл далеко не последнюю роль в данном открытии, новый вид было названо в его честь — Troglomyces twitteri. Как говорят сами авторы открытия, эта ситуация лишний раз подтверждает, что консолидация разных областей науки, ученых из разных университетов, городов и стран — один из важнейших аспектов развития науки в целом.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Веселящий газ и пингвины
Королевский пингвин из рода императорских пингвинов — птица нелетающая, но очень гордая, от чего ж еще ему дали такое знатное имя. Обитают эти невероятные создания на островах Огненная Земля, Южная Георгия, Южные Сандвичевы острова, Принс-Эдуард, Острова Крозе, Кергелен, Херд, Маккуори.
Королевские пингвины хоть и не могут рассекать небосвод, однако умеют отлично плавать. Учитывая, что их диета состоит из криля, кальмаров и светящихся анчоусов, пингвины подолгу проводят под водой, ныряя на глубины в среднем 100 метров (задокументированы случаи ныряния и на 300 м). Отсутствие скорости и грациозности на суше опять же компенсируется в воде — королевские пингвины могут разгоняться до 10 км/ч.
Внешне этот вид очень напоминает своего сородича — императорского пингвина, однако второй на 25% выше и весит на треть больше. А вот яркие оранжевые полосы, обрамляющие голову, имеются у обоих видов. Самцам нужно это красочное оперение для привлечения самок в период гнездования. Королевские пингвины создают одну пару на один цикл гнездования, хотя есть примерно 30% вероятность, что такая пара просуществует больше одного цикла.
Ролик о жизни королевских пингвинов (BBC, Дэвид Аттенборо).
Период от создания кладки до оперения детеныша достаточно продолжительный и составляет от 14 до 16 месяцев. Как и многие другие пингвины, королевские также разделяют родительские обязанности, высиживая единственное яйцо по очереди (по 6-18 дней каждый из родителей). Спустя 55 дней, пробиваясь через скорлупу в течение 2-3 дней, на свет появляется птенец, которого родители оберегают до 40 дней. После этого птенцы уже достаточно большие, чтобы формировать группы, за которыми присматривают несколько взрослых представителей колонии пингвинов, пока родители отправляются на поиски пищи.
Помимо тюленей, чаек и касаток, одним из самых кровожадных хищников для королевских пингвинов долгое время был человек. Истребления продолжалось вплоть до начала двадцатого века. На данный момент охота на королевских пингвинов под запретом, однако смена климата и теплых океанических течений может привести к гибели более 70% популяции этого вида. Связана такое печальное предсказание с тем, что пингвины едят, т.е. криль, численность которого ввиду климатических изменений также меняется. Не говоря уже о коммерческом вылове рыбы в районах обитания пингвинов.
На данный момент колонии королевских пингвинов могут насчитывать до 100000 пар. Помимо формирования пар, высиживания яиц, борьбы с хищниками и другими важными и увлекательными событиями, пингвины занимаются еще и тем, о чем в документальных фильмах редко рассказывают — дефекация. Да, процесс не самый приятный глазу (та и обонянию тоже), однако даже тут есть нечто любопытное.
Ученые из Копенгагенского университета выяснили, что фекалии пингвинов выделяют в больших объемах закись азота, более известную как веселящий газ.
Изображение №3.1: области, где был произведен забор почвы для анализа (остров Южная Георгия).
Закись азота (N2O), как и диоксид углерода (СО2), имеет крайне негативный эффект на окружающую среду. Если точнее, то N2O в 300 раз пагубнее влияет на окружающую среду, чем СО2.
Основным источником N2O в гуано пингвинов является, естественно, их корм — рыба и криль, которые содержат большое количество азота, поглощенного фитопланктоном в океане. После переваривания и дефекации гуано в почве контактирует с местными бактериями, которые превращают данное вещество в закись азота.
Изображение №3.2: темпы производства/потребления CO2, CH4 и N2O на основе данных из кернов почвы (n = 10).
Значит ли это, что пингвины своим гуано загрязняют окружающую среду? Конечно, да. Значит ли это, что их надо истребить? Естественно, нет.
Данное исследование показывает, что в природе протекает множество процессов, которые влияют на состояние окружающей среды. Деятельность человека также имеет огромное влияние. Однако, пингвины, как бы много они ни выделяли гуано, не смогут привести к экологической катастрофе, тем более учитывая их сокращающуюся популяция. А вот человек вполне способен напортачить по-крупному. Авторы сего исследования считают, что стоит очень серьезно задуматься над вопросом сельского хозяйства. То, чем удобряется земля для повышения производства, зачастую имеет подобный эффект, что и гуано пингвинов.
В дальнейшем ученые намерены уделить внимание бактериям, которые играют не последнюю роль в процессе синтеза закиси азота из гуано пингвинов. Они считают, что узнав больше об этих микроорганизмах, можно будет создать правильную модель удобрения почвы в сельском хозяйстве (где, когда и в каком количестве удобрять), которая позволит уменьшить и без того пагубное влияние человека на экологию планеты.
Для более детального ознакомления с нюансами исследования рекомендую заглянуть в доклад ученых.
Эпилог
Научные изыскания бывают громкими и такими, что проходят мимо общественного взора незамеченными. Тем не менее, все они имеют значения, поскольку вносят свой вклад в благосостояние человека и мира, что нас окружает. Маленьких открытий не бывает, все они влияют на наше понимание мира. Некоторые открывают нам глаза на что-то ранее непонятное буквально сразу, другим же нужны годы на актуализацию.
Глядя на все то, что умудрился сделать человека даже за последние несколько десятилетий, нельзя не удивиться силе нашего любопытства. Мы заглянули в беспросветные глубины океанов и поднялись на вершины самых могучих гор, мы научились создавать жизнь и подчинять себе законы физики, мы действительно добились величия. Однако, знаете, чего не видно ни на одном снимке Земли? Нас. Планета Земля, как бы заезжено не звучала эта фраза, не принадлежит нам, это не трофей и не песочница, где мы выясняем отношения из-за потерянной лопатки, это не место для самоутверждения на фоне тех, кто якобы хуже или глупее, это не рынок, где все можно купить за деньги, и это уж точно не сортир, где можно оставить свой «след».
Порой наше величие затмевает наше невежество и безрассудство. В погоне за первенством мы начинаем забывать зачем мы начали бежать. Однако, стоит задуматься о величии Вселенной, начинаешь понимать насколько незначителен человек, насколько коротко его пребывание в этом мире, и насколько мизерны все те склоки, что происходят с завидной регулярностью.
Философствовать на тему нашего места в этом мире можно очень и очень долго, но вывод все равно каждый делает для себя сам. Единственное, чего нам видимо иногда не хватает, так это уважения. Уважения друг к другу, уважения к месту обитания, уважения к существам, обитающим рядом с нами. Ведь наличие развитой ЦНС может и означает, что мы самые умные, но это точно не гарантирует, что мы самые мудрые.
Благодарю за внимание, оставайтесь любопытствующими и отличных всем выходных, друзья! 🙂
Немного рекламы 🙂
Спасибо, что остаётесь с нами. Вам нравятся наши статьи? Хотите видеть больше интересных материалов? Поддержите нас, оформив заказ или порекомендовав знакомым, облачные VPS для разработчиков от $4.99, уникальный аналог entry-level серверов, который был придуман нами для Вас: Вся правда о VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps от $19 или как правильно делить сервер? (доступны варианты с RAID1 и RAID10, до 24 ядер и до 40GB DDR4).
Dell R730xd в 2 раза дешевле в дата-центре Equinix Tier IV в Амстердаме? Только у нас 2 х Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 ТВ от $199 в Нидерландах! Dell R420 — 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB — от $99! Читайте о том Как построить инфраструктуру корп. класса c применением серверов Dell R730xd Е5-2650 v4 стоимостью 9000 евро за копейки?
