Новости науки от Scientific American выпуск №1 декабрь 2005

www.sciam.ru     2005.12.16 ЦВЕТНОЙ ГЕН Десять лет назад исследователи изучали полосатую аквариумную рыбку Brachydanio rerio, известную своими быстрыми темпами размножения. А совсем недавно в процессе поиска генов, определяющих склонность к развитию онкологических заболеваний, им удалось изолировать ген, который делает кожу европейцев белой. И это не без помощи предыдущих исследований, в процессе которых удалось получить золотистый вариант аквариумной рыбки. В течение многих лет ген, определяющий цвет кожи человека ускользал от исследователей. В процессе исследований ученым удалось выявить более ста различных генов, участвующих в производстве меланина – пигмента, отвечающего за цвет кожи и служащего ее естественной защитой. Онколог Кейт Ченг (Keith Cheng) с коллегами из Университета штата Пенсильвания (Pennsylvania State University) пришел к заключению, что золотистая рыбка Brachydanio rerio имеет в дикой природе родственный вид полосатой окраски. Красивый окрас Brachydanio rerio сформировался в результате генетической мутации, которая приводит к дефициту одного из протеинов, важных для производства меланина. Обычная генетическая модификация, добавляющая золотистой рыбке этот протеин, вернула бы ей более темную окраску. Более того, вводя в генетический аппарат рыбки человеческий ген SLC24A5, ответственный за производство этого протеина, можно придать ее потомству более темную окраску. Пытаясь определить, играет ли этот ген аналогичную роль у людей, Ченг обращался к антропологу из штата Пенсильвания Марку Шриверу (Mark Shriver), который изучал эволюционную генетику цвета кожи человека. С помощью базы данных генома человека HapMap исследователи обнаружили, что ген SLC24A5 имеет только две разновидности. Почти все люди европейского происхождения имеют версию гена с одним типом аминокислоты – треонином, тогда как почти каждый неевропеец – с аланином. Это предлагает, что и среди генов имел место естественный отбор, причем ген «белой кожи» среди европейских предков доминировал. Затем исследователи оценили степень влияния этого гена у 308 индивидуумов смешанного европейско-африканского происхождения и установили, что те, у кого преобладал треониновый вариант гена SLC24A5, были наиболее светлыми, в то время как люди с аланиновым геном были наиболее темными. Те, у кого в равной мере были представлены обе разновидности гена, имели кожу самых разных оттенков от более светлых до более темных. Составив относительную шкалу пигментации, исследователи пришли к заключению, что ген SLC24A5 лишь на 25-38 % влияет на формирование европейского и африканского типа кожи. Сообщение об этом было опубликовано в сегодняшнем выпуске журнала Science. Однако открытие этого гена не отвечает на вопрос, почему у европейцев сформировалась более светлая кожа. Как полагают, это способствовало лучшей выработке витамина D в лишенных солнца широтах. Но ни одна работа не выявляет генетического основания появления более светлой кожи, скажем, у некоторых азиатов. Это подводит нас к новому пониманию потенциальных направлений лечения рака кожи и других кожных заболеваний. «Мы не так много знаем о генетической и эволюционной архитектуре даже основных черт человека, – сообщает Шривер. – Так что пока без понимания процесса формирования таких фундаментальных черт, как разрез глаз, тип волос и цвет кожи, нельзя и мечтать об использования генной инженерии в терапии сложных заболеваний». Дэвид Билло   2005.12.15 ДРЕВНИЕ ЕВРОПЕЙЦЫ  С незапамятных времен Северное море постепенно разрушало утесы восточной Англии – в том числе и близ деревни Пейкфилд в графстве Суффолк. Но 700 тыс. лет назад основания этих утесов были руслами рек, текущих по территории нынешней Англии, которая в те времена была полуостровом намного более теплой Европы, где обитали слоны, бизоны и даже гиппопотамы. Совсем недавно археологи обнаружили свидетельства того, что там уже обитали древние люди. А это почти на 200 тыс. лет раньше предполагаемого времени заселения Северной Европы. Охотники за окаменелостями не переставая обыскивают Северную Европу в поисках убедительных артефактов раннего заселения этой территории. До недавнего времени находки, обнаруженные в Германии и Великобритании, доказывали, что люди населяли этот регион, как минимум, 500 тыс. лет или около того. Однако 32 обработанных кремня, обнаруженных на склоне утеса во время отлива близ Пейкфилда, свидетельствуют о том, что люди проживали там в приливной зоне и по берегам рек приблизительно 700 тыс. лет назад. Саймон Парфитт (Simon Parfitt) с коллегами из Лондонского университетского колледжа (University College London) обнаружили кремни и установили их возраст. Они датировали находки по слою горной породы, в которой их нашли, а также по останкам костей животных из той же страты. Эти древнейшие жители Северной Европы не нуждались в какой-либо одежде, потому что в те времена климат того региона больше походил на климат современного Средиземноморья. К такому заключению пришел Парфитт на основании параллельного исследования ископаемых останков растений и животных. «Средиземноморский климат, который по данным реконструкции был близ деревни Пейкфилд в те времена, предполагает, что первые жители этих мест вполне могли прийти с юга в уже знакомые им климатические условия, к которым не было нужды приспосабливаться», – сообщают исследователи в последнем номере журнала Nature. Это означает, что люди проникли в Северную Европу лишь спустя 100 тыс. лет после того, как обосновались в Южной Европе, где самые древние свидетельства проживания человека были обнаружены в Сепрано, Италия. Также это означает, что новая потрясающая находка могла бы быть обнаружена даже в наиболее исследованных участках раскопок. В сопровождающем комментарии археолог Вил Роброкс (Wil Roebroeks) из Лейденского университета (University of Leiden) в Нидерландах обращает внимание на тот факт, что утесы около Пейкфилда начали исследоваться, по крайней мере, с 1863 г., когда Чарльз Лилл (Charles Lyell) предсказал, что когда-нибудь они скажут свое слово в истории развития человеческого рода. Кажется, пророчество великого геолога Викторианской эпохи начинает сбываться. Дэвид Билло   2005.12.14 ХИТРЫЙ РОГ НАРВАЛА  Единственный скрученный в спираль рог нарвала всегда был загадкой. Но теперь дантист из штата Коннектикут обнаружил, что рог восемь футов (почти 2,5 м) длиной имеет почти 10 миллионов нервных окончаний, а сами нервы уходят в мозг кита. Существует множество научных теорий по поводу того, зачем нужен этот рог, от пробивания корки льда до соперничества между самцами, но ни одна из них не рассматривает его как сенсорный орган. Профессор Гарвардского университета (Harvard University) и исследователь морских млекопитающих Смитсонианского института (Smithsonian Institution) Мартин Нвиия (Martin Nweeia) полагает, что этот рог позволяет нарвалу ощущать изменение давления, температуры и, может быть, относительной концентрации различных частиц, взвешенных в воде. «Оказывается, даже киты могут чувствовать изменение концентрации частиц, взвешенных в воде. Они могут нырять на 400 м и на такой глубине все еще способны различать соленость в воде и в теле добычи». Нвиия и его коллеги обнаружили нервы, изучая два рога нарвала под электронным микроскопом. Он показал крошечные трубки, идущие от пульпы в центре зуба наружу. «Это морское млекопитающее научилось выживать в холодных водах Арктики, – отметил Нвиия, представляя результаты своей работы вчера на конференции по морским млекопитающим в Сан-Диего. – Но почему мы не встречаем этого механизма у других морских животных?». Рог нарвала – уникальное костное образование, которое не имеет изогнутой формы и при этом скручено в спираль. Это может объяснить его необычную прочность и гибкость. Конец рога может изгибаться, по крайней мере, на один фут (около 30 см) в любом направлении, не ломаясь. По данным полевых наблюдений и опросов охотников эскимосов, которые уже несколько тысячелетий охотятся на китов, этот рог определенно не используется для выяснения отношения между самцами. Самцы иногда трутся рогами, но, возможно, это является формой ухода за рогом или доставляет сенсорное удовольствие. Самцы часто высовывают голову вместе с рогом, который держат высоко. Когда нервы в зубах человека подвергаются действию холода, это может быть весьма мучительно. И все же «единорог» арктических широт пошел на это. «Существуют неопровержимые факты, что с помощью рога нарвал получает очень важную информацию», – заключает Нвиия. Дэвид Билло   2005.12.13 ДРЕВНИЕ АВСТРАЛИЙЦЫ-ПУТЕШЕСТВЕННИКИ  Возможно, некоторые из первых американцев были австралийцами. Недавние исследования бразильских черепов, которым 7 500 – 11 000 лет, показало, что у них больше общего с коренными австралийцами и меланезийцами, чем с современными коренными американцами. «Первые американцы существенно отличаются от индейцев, а также более позднего археологического материала», – говорит Уолтер Невес (Walter Neves) из Университета в Сан-Паулу (University of Sao Paulo) в Бразилии, один из авторов исследования, опубликованного на этой неделе на сайте Национальной академии наук США. – Мы предполагаем, что Америка населялась несколькими волнами». Невес и его коллега Марк Хабб (Mark Hubbe) изучили черепа, найденные в Lagoa Santa – области центральной Бразилии, иссеченной пещерами. С 1842 г. там было обнаружено, по крайней мере, 250 древних скелетов человека, анатомически классифицируемых от древних до почти современных. Радиоизотопным методом ученые определили возраст 22 скелетов из числа самых древних и обнаружили, что им 7 500 – 8 500 лет. Затем исследователи дополнили общую картину, включив в нее останки, погребенные аналогичным образом – в мелких могилах, прикрытых камнями известняка или кварца, который, как предполагают исследователи ,относится к тому же времени, что и найденный антропологический материал. Так ученые получили 55 хорошо сохранившихся черепов, которые соответствуют определенным критериям, и сравнили их более чем с 2500 черепами современных людей. Сравнивая размеры и форму черепов, а также форму носа и глазниц, Невес обнаружил, что самые старые бразильские экземпляры наиболее близки к черепам людей племени Tolai из Новой Британии, Папуа - Новая Гвинея, а также к черепам жителей Австралии и Меланезии. Самое близкое соответствие среди современных коренных американцев обнаружено у эскимосов. «Эскимосы это одни из немногих коренных американцев, которые оказались обладателями удлиненных черепов», – поясняет Невес. Представляется, что полученные данные поддерживают теорию Невеса о двух волнах заселения Америки. Возможно, в обоих случаях люди переплывали Берингов пролив. Но недавние генетические исследования говорят только об одной волне миграции. «Анализ структуры ДНК не позволяет отследить глубокие корни происхождения индивида, – возражает Невес. – На сегодняшний день ни одна из южно-американских групп коренного населения не представляет линию X–хромосом митохондриальной ДНК, сходную с довольно характерной для северо-американских групп. Однако, ДНК, извлеченная несколько лет назад из останков древних жителей бразильской Амазонки, датированных лишь парой тысяч лет, однозначно показал, что эта линия X–хромосомы уже присутствует у жителей Южной Америки». Далее картина заселения Америки усложняется тем фактом, что, с прибытием европейцев в XV в. началось массовое уничтожение коренных жителей. Но несоответствия между данными генетических исследований и результатами исследований окаменелостей все же разрешимы. «Уверен, если молекулярные биологи возьмутся за гены, ответственные за черепную морфологию, наши результаты, в конечном итоге, придут в согласие, – говорит Невес. – Если принять во внимание, что речь идет о самых первых американцах, то становится ясно, что в одной лишь Америке существуют две совершенно противоположные морфологии человеческого черепа». Дэвид Билло   2005.12.12 ПРОЧНАЯ СЛАБАЯ КОСТЬ  Иногда для перелома бывает достаточно неловкого шага. Или конкретнее, силы, приложенной в направлении волокон коллагена, придающих кости прочность. Недавнее исследование показывает, что костная ткань реагирует на силу, приложенную в определенном направлении, подобно пластмассам, усиленным волокном, и другой ломкой керамике. В поперечном сечении костная ткань представляет собой сито с отверстиями для капилляров, питающих клетки. В костной ткани должен действовать механизм, распределяющий существенные локальные нагрузки на большие площади с целью избежать микропереломов. Предыдущие исследования выявляли различные источники прочности костной ткани, такие как связки между волокнами, которые при нагрузке разрушаются, распределяя напряжение. Но исследователям еще предстояло установить, как в точности работают подобные механизмы. Материаловед Питер Фрацел (Peter Fratzl) с коллегами из Института Макса Планка (Max Planck Institute) в Потсдаме, Германия, подвергли кость покойной 52-летней женщины нагрузке под прессом с острием-трезубцем. (Перед испытанием машина разделила кость на фрагменты равной формы и размера.) Два крайних зубца оставляли на кости след по краям, а средний – в середине. Перед началом процесса разрушения эти костные фрагменты были сфотографированы в своем естественном виде. Исследователи обнаружили, что при направлении усилия под малым углом к волокнам коллагена энергия, требующая для разрушения костной ткани, составляет всего 375 Дж. Но то же сопротивление разрушение экспоненциально возрастает, когда угол приложения силы становился больше 50 градусов, а при перпендикулярном усилии требующая энергия возрастала до таких больших величин, как 9920 Дж. Кроме того, трещины, образовавшиеся при приложении параллельной силы, выглядели относительно гладкими и прямыми, словно на поверхности глиняного кувшина, тогда как перпендикулярные трещины создавали сильное искажение волокон и рваные разрывы. Результаты этого исследования были детально изложены вчера на сайте журнала Nature Materials. Исследователи объясняют, как костная ткань сопротивляется крупным переломам, останавливая распространение перпендикулярных трещин: волокна коллагена выстраиваются в линию по срезу и распространяют усилие по прямой линии. Также это объясняет, почему, просто неловко шагнув, можно получить нелепый перелом. Дэвид Билло   2005.12.09 МЛАДЕНЦА СПАСАЕТ СОСКА Все знают, что соска хорошо успокаивает малыша. Но этим ее влияние на малыша не ограничивается. Недавнее исследование показало, что соска во время сна на 90% снижает риск синдрома «смерти в колыбели». Кроме того, соска нивелирует такие факторы риска, как сон на животе или в мягкой постели, а эти факторы увеличивают риск внезапной смерти младенца во сне в 10 раз. «Ребенок, который спит на животе без соски, имеет в 2,5 раза больший риск внезапной смерти во время сна, – поясняет Де Kун Ли (De-Kun Li), врач из клиники Kaiser Permanente в Окленде (Kaiser Permanente in Oakland), Калифорния. – Если давать малышу соску, риск внезапной смерти уменьшатся». В исследовании были использованы результаты опросов, проведенных в 1997-2000 годах. В опросах приняли участие 185 матерей, чьи дети погибли от синдрома внезапной смерти во сне, и 312 матерей, чьих детей эта участь миновала. Конечно, данное исследование не подразумевает, что младенцам можно разрешать спать на животе. Такая мера, как пропаганда младенческого сна на спине, существенно сократила частоту случаев внезапной детской смерти. Но по данным проведенного исследования, соска оказалось эффективной мерой вне зависимости от возраста ребенка, его положения в кроватке во время сна и даже того, курила ли мать во время или после беременности. Результаты этого исследования будут опубликованы в эту субботу в журнале British Medical Journal. Проведенное исследование дало массу свидетельств в пользу того, что использование соски снижает риск «смерти в колыбели», хотя причины этого синдрома, а также механизм эффективности соски остаются не до конца понятными. Некоторые эксперты предполагают, что сам факт сосания соски может способствовать коррекции незначительных отставаний в развитии ребенка. Ли считает, что все намного проще. «Все дело в колечке, – замечает он. – Если у соски большое колечко, ребенок просто не сможет уткнуться лицом в мягкую подушку». К тому же младенцы, которые продолжительное время сосали большой палец вместо соски, тоже были мало подвержены синдрому. Если сам по себе процесс сосания оказывает определенное действие, то даже сосание большого пальца может снижать смертность. В сознании людей до сих пор бытует миф о том, что использование сосок (или большого пальца) отрицательно сказывается на развитии зубов или на способности младенца сосать грудь. Однако, достаточно дать ребенку соску на несколько недель позже и отучить, когда он подрастет, и этих эффектов, по мнению Ли, можно избежать. В итоге исследователи недвусмысленно рекомендуют использовать соски – особенно в тех семьях, где имеют место факторы риска внезапной детской смерти. «Соска проста, удобна и уже широко пропагандируется, как средство против синдрома внезапной детской смерти», – заключает исследователь. Дэвид Билло

2005.12.08
НОВОЕ В ГЕНЕТИКЕ ПЕСЬИХ

Ученые расшифровали геном собаки. Геном самки боксера по имени Таша, отобранной из помета от межродственного скрещивания, был разгадан практически полностью и сопоставлен с частично известными генетическими картинами других пород собак и других представителей млекопитающих. Собака – один из первых друзей человека – происходит от серых волков и была одомашнена, по крайней мере, 15 000 лет назад.

Сначала исследователи разбили геном Таши на малые секции генетического материала, которые затем расшифровывали. После этого они объединили информацию в полную генетическую карту – такова традиционная стратегия расшифровки генома. Межродственное скрещивание упростило задачу расшифровки 2,4 миллиардов знаков генетического кода боксера Таши, сокращая различие между ее 39 парами хромосом. Отбор для эксперимента самки оставил ученых без Y хромосомы.

Геном собака почти на 94% идентичен геномам человека и мыши, несмотря на существенно меньший объем информации благодаря меньшему количеству повторных последовательностей. Любители собак будут рады узнать, что люди генетически имеют больше общего с собаками, чем с мышами, хотя род людской от мышиного отошел позже.

Сравнивая ДНК боксера Таши с ДНК девяти других пород собак, койотов и четырех видов волков, исследователи также обнаружили, что все современные породы: от пуделей до маламутов имеют, по крайней мере, две даты рождения. Первый раз это произошло тысячи лет назад, когда люди одомашнили волков, второй – несколько веков назад, когда люди вывели породы собак самых разных форм и размеров.

Каждая порода представляет собой изолированную группу с отличными чертами, которые обусловлены различиями в генетическом материале. Некоторые породы страдают от общих с человеком болезней, например, некоторых типов рака и аллергий. Геном собаки поможет выявлять генетические корни таких болезней, что еще раз доказывает, что собака – друг человека. «На протяжении тысячелетий людей в их странствиях сопровождали собаки, – пишут исследователи в статье, опубликованной в последнем номере журнала Nature. – Это вполне соответствует тому, что собака остается нашим компаньоном и в научных открытиях».

Дэвид Билло

2005.12.07
НЕИЗВЕСТНЫЙ НАУКЕ ЗВЕРЬ

В последнее время в юго-восточной Азии начали находить неизвестных науке млекопитающих. Пример тому – три новых вида оленей, обнаруженных в лесах Вьетнама в 1990-х годах, длинноусая крыса, представляющая ранее неизвестное семейство млекопитающих, обнаруженная на охотничьем рынке в Лаосе в мае этого года, а вот теперь существо размером с кота с оранжевым мехом и длинным, сильным хвостом, которое поймали в объектив фотокамеры в Индонезии. В 2003 г. замаскированные в горах на территории Национального парка Kayan Mentarang, находящегося на индонезийской территории острова Борнео, фотокамеры запечатлели два изображения таинственного существа, которое появилось и исчезло в тропическом лесу.

«Мы показали фотографии животного жителям, которые знают местную фауну, но никто из них никогда прежде не видел это существо, – говорит Штефан Вулффрат (Stephan Wulffraat), биолог, работающий в Мировом фонде живой природы (World Wildlife Fund, WWF). – Также мы консультировались в Борнео с экспертами по фауне – некоторые из них высказали предположение, что это разновидность лемура, но подавляющее большинство было убеждено, что это новый вид хищника».

Другие эксперты полагают, что это новый вид виверры – похожего на кота тропического млекопитающего с острой, как у мангуста, мордочкой, или уже известный, но измененный вид виверры – так называемой Paguma larvata, «Форма тела животного вполне соответствует виду Paguma, да и такая расцветка уже встречалась, – говорит Луиза Эммонс (Louise Emmons), маммолог из Смитсонианского института (Smithsonian Institution). – Кончик хвоста слабо окрашен, но, возможно, это в пределах изменчивости вида».

«Честно говоря, трудно что-либо утверждать, – замечает Хуан Карлос Моралес (Juan Carlos Morales), маммолог из Колумбийского университета (Columbia University). – Зверек внешне отличается от других виверр, которых я видел в Индонезии, но сходство все же велико».

По мнению Мирового фонда живой природы, этот факт может изменить отношение к недавно поднимаемому вопросу о создании плантации пальмового масла на территории, где еще обитают неизвестные науке существа. Эта плантация заняла бы почти 7 000 квадратных миль. «Вместе с правительством Индонезии мы рассмотрели альтернативные варианты размещения плантации в низменности, которая даже более подходит для выращивания пальм, чем эта гористая местность, – говорит Дженетт Гемли (Ginette Hemley), вице-президент Мирового фонда живой природы. – Для нас, как защитников живой природы, эти фотографии подчеркивают безотлагательность защиты последнего нетронутого леса в Юго-восточной Азии – как на низменности, так и в высокогорье».

Мировой фонд живой природы обращает внимание на тот факт, что это существо, вероятно, первое открытое более чем за 100 лет плотоядное животное в Борнео. Однако пока животное не поймано и не изучено, ничего нельзя утверждать с уверенностью. «Мы хотим заключить соглашение о защите этого леса, а затем заняться исследованием», – добавляет Гемли.

Дэвид Билло