Реактор познавательный

Ученые вывели мух, способных к партеногенезу

Генетические манипуляции позволили самкам обычных дрозофил оставлять потомство без участия самцов, передавая эту способность из поколения в поколение.

Дрозофила обыкновенная

Некоторые животные способны к партеногенезу, размножению без участия мужских половых клеток, когда яйцеклетка развивается в организме самки без оплодотворения. Такой процесс встречается у многих насекомых, включая муравьев, кузнечиков и мух, но не у обычных лабораторных дрозофил. Однако биологи из Кембриджского университета сумели изменить их геном так, что дрозофилы начали размножаться партеногенетически, причем эта новая способность передавалась по наследству. О работе рассказывается в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Для начала Дэвид Гловер (David Glover) и его коллеги изучили близких родственников обычной фруктовой мушки (D. melanogaster), дрозофил вида D. mercatorum. Ученые секвенировали геном двух линий этих насекомых, одна из которых способна к партеногенезу, а другая нет. Сравнив последовательности их ДНК, биологи определили гены, которые проявляют активность при партеногенетическом развитии яйцеклетки и могут быть ответственны за такой вид размножения, а также гены, работа которых при этом подавляется.

Затем ученые перешли к экспериментам на обычных D. melanogaster, изменив активность генов так же, как это происходит у партеногенетических D. mercatorum. В результате в отсутствие самцов мушки также начинали производить потомство без оплодотворения. Все насекомые следующего поколения были самками. Если в нужный момент поблизости оказывались самцы, они размножались обычным образом, однако когда тех не было, некоторые из самок второго поколения также размножались с помощью партеногенеза.

Факт, что насекомые способны переходить к факультативному (необязательному) партеногенезу, по словам ученых, должен настораживать. «Если на вредителей действует стабильное давление отбора — а оно действует (напомним, что численность комаров — разносчиков малярии пытаются контролировать за счет неспособных к размножению самцов. — NS), — рано или поздно это приведет к тому, что они начнут размножаться таким способом. Это может стать серьезной проблемой для сельского хозяйства, ведь если самки производят только новых самок и так далее, то их численность увеличивается быстрее», — сказала Алексис Сперлинг (Alexis Sperling), одна из авторов новой работы.

Статья спизжена отсюда

Биологи научились контролировать гены электричеством

Швейцарские ученые смогли внести в клетки человека генетические модификации, благодаря которым определенные гены стало возможно избирательно включать с помощью слабого тока. Концепцию удалось подтвердить и в экспериментах на животных, запуская у них производство инсулина простым нажатием переключателя. Авторы, статья которых опубликована в журнале Nature Metabolism, надеются, что их разработка поможет в создании медицинских имплантов для генной терапии.

В самом деле, сегодня врачи и пациенты сплошь и рядом прибегают к использованию компактных электронных имплантов, которые помогают отслеживать сердцебиение или уровень глюкозы в крови. Устройства, активно корректирующие состояние организма, встречаются намного реже, и до сих пор нет ни одного, которое помогало бы в генной терапии — новейшем подходе к лечению болезней за счет внесения точечных изменений в геном соматических определенных клеток.

Проблема в том, что генетика и электроника — вещи крайне далекие друг от друга, и регуляция активности генов производится биохимическими сигналами и инструментами. Восполнить пробел между ними может концепт, разработанный командой Мартина Фуссенеггера (Martin Fussenegger) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich), — методика, которую авторы назвали DART (DC-Actuated Regulation Technology, «Технология регуляции (генов) постоянным током»).

Система опирается на тот факт, что слабый ток приносит в клетку свободные электроны, что, в свою очередь, приводит к увеличению концентрации реактивных форм кислорода (ROS), таких как пероксид. В клетке уже есть целый набор белков, способных служить естественными детекторами таких радикалов, включая KEAP1, который участвует в подавлении опухолей. Заметив накопление реактивного кислорода, KEAP1 высвобождает сигнальный протеин NRF2, тот проникает в клеточное ядро и запускает ряд антиоксидантных и противовоспалительных механизмов.

Первые эксперименты показали, что слабый (4,5 вольта) постоянный ток не создает достаточно ROS, чтобы активировать систему KEAP1/NRF2. Поэтому ученые модифицировали клетки, внеся в них дополнительные гены KEAP1/NRF2, а также изменив промоторы — участки ДНК, запускающие работу того или иного гена — на которые воздействует NRF2. Такие клетки «в пробирке» уже реагировали на действие тока, включая ген инсулина, который управлялся соответствующими промоторами.

ГМ-клетки в лабораторных мышах активировались через электроды, связанные с тремя обычными батарейками АА

Работоспособность технологии DART подтвердили и следующие опыты на лабораторных животных. Ученые взяли модельную линию мышей, предназначенных для исследований диабета первого типа, поместили производящие инсулин ГМ-клетки в капсулы и внесли их в организм грызунов. Клетки стимулировали электрическим током разной силы и продолжительности, отслеживая концентрацию глюкозы в крови животных.

В итоге исследователи обнаружили, что синтез инсулина (а в результате и уровень сахара, который контролирует этот гормон) коррелировал с силой и временем включения «генно-электрического» интерфейса DART. Фактически несколько таких включений производили эффект, аналогичный нескольким уколам инсулина в сутки, которые требуются сегодня многим больным диабетом. Возможно, в будущем генная терапия, дополненная DART-имплантами, избавит их от этой мучительной процедуры. Достаточно будет датчика глюкозы, ГМ-клеток и обычной батарейки, которая «включит» их гены электричеством.

Статья спизжена отсюда

Плиоцен Северной Америки (1)

Представители фауны плиоценовой Северной Америки: Ягуар, гигантский бобр Castoroidesohioensis, пекарь из Южной Америки Mylohyus, Cervalces scotti – лось, достигавший 2,5 м высоты в холке; вымерший Tapirus veroensis с юго-востока США; гигантский ленивиц мегалоникс; родич такина и овцебыка Bootherium:

Хищники дерутся над тушей, увязшей в асфальтовой (гудроновой) яме – распространённом в плиоцене в Северной Америке геологическом образовании, в которых увязло много животных, чьи скелеты в хорошей сохранности находят палеонтологи:

Встреча. Американский гепард Miracinonyx над тушей горной козы и мегалоникс:

Пещерные львы и мегалоникс:

 Мегалониксы, какое-то верблюдообразное и мастодонты:

Из Википедии: «Название Megalonyx предложил будущий президент Северо-Американских Соединённых Штатов Томас Джефферсон в 1797 году при выступлении в Американском философском обществе. Джефферсон основывался на экземпляре останков из западной Вирджинии, который позже отнесли к виду мегалоникс Джефферсона (Megalonyxjeffersonii). Это выступление считается началом палеонтологии позвоночных в Северной Америке». Вроде как первые ленивцы попали в Северную Америку ещё до образования Панамского перешейка, через острова (это были родичи трёхпалого ленивца). Мегалоникс же – родственник двупалых ленивцев.

Физики сделали электрическую батарею из бетона

Добавление угля превратило цемент в проводник, из которого можно сделать накопитель энергии. Если новую технологию удастся масштабировать, то в будущем дома и дороги смогут хранить электричество в собственном фундаменте, питая бытовые приборы и электромобили.

Основа бетона — цемент — сам по себе крайне плохо проводит электричество. Однако ученые из Массачусетского технологического института (MIT) нашли способ сделать его проводником, смешав с техническим углеродом. Полученный материал можно использовать для создания ионисторов — эффективных накопителей заряда. Это удалось продемонстрировать, запитав от такой «бетонной батареи» обычную лампочку. Статья Франка-Йозефа Ульма (Franz-Josef Ulm) и его коллег опубликована в журнале PNAS.

Ионисторы (суперконденсаторы) — простые и эффективные устройства, занимающие среднее положение между конденсаторами и химическими аккумуляторами. Как у конденсаторов, у ионисторов имеются проводящие электроды — «обкладки». Как у аккумуляторов, пространство между ними заполняет проводящий электролит, разделенный проницаемой для ионов мембраной. Подача напряжения на электроды позволяет накапливать заряды, разделяя их по разные стороны мембраны. При этом использование негорючих электролитов делает такую систему весьма безопасной.

Инженеры и физики постоянно пытаются интегрировать ионисторы в различные структурные материалы, включая бетон. Новое решение этой задачи нашла команда из MIT. Авторы исследования смешали цемент с тремя-четырьмя процентами технического углерода (мелкая графитовая пыль) и добавили воду. Сам цемент хорошо взаимодействует с водой, а вот углерод гидрофобен, поэтому он формирует сгустки и нити. Таким образом внутри затвердевшей структуры образовалась проводящая сеть.

Из пары блоков такого материала можно сделать электроды: ученые поместили между ними мембраны, добавили электролит (хлорид калия), получив небольшой, размером примерно с пуговицу, ионистор. Далее Ульм и его коллеги продемонстрировали, что устройство работает, успешно запитав от него светодиод. Ученые подсчитали, что емкости такой «бетонной батарейки» достаточно, чтобы в фундаменте типичного частного дома (для США — средним объемом 45 кубометров) можно было накопить до 10 киловатт-час, чего хватит для обитателей этого дома на целый день.

Особенно важно то, что для получения «бетонной батарейки» используют дешевые, широко распространенные материалы, известные с глубокой древности. Эти процессы легко сочетать с уже существующим производством бетонных изделий. Если новый подход удастся масштабировать, то в накопители энергии можно превратить почти любые строительные сооружения, включая заряжающие дороги для электромобилей и накапливающие энергию фундаменты для ветряков. Недаром Ульм с соавторами уже запатентовал свою технологию.

Статья спизжена отсюда

Живущие в снегу комары спасаются от замерзания, ампутируя собственные конечности

Биологи обнаружили у «снежных» комаров уникальную для живой природы способность отрывать собственные конечности, жидкость в которых начинает замерзать. Это не позволяет кристаллизации распространиться по всему телу и спасает насекомых от гибели.

Самка хионеи на снегу

Ледничники, или хионеи (Chionea) — уникальные бескрылые комары, сохраняющие активность даже в зимнее время. Их можно встретить в умеренных широтах по всему Северному полушарию, зачастую прямо на снегу. Такая способность переживать низкие температуры крайне необычна для насекомых. Один из секретов этой устойчивости обнаружили ученые из Вашингтонского университета, статья которых представлена в онлайн-библиотеке препринтов bioRxiv.

Джон Татхилл (John Tuthill) и его коллеги показали, что хионеи могут переносить понижение температуры тела до минус семи градусов. Гемолимфа в нем остается жидкой, а опасная кристаллизация, ведущая к разрушению тканей, начинается при более низкой температуре. При этом стартует она, конечно, с конечностей, и тогда насекомое может применять весьма необычную тактику, отрывая соответствующую конечность, чтобы не дать кристаллизации распространиться по всему телу.

До сих пор эта тактика ускользала от внимания биологов, поскольку ледничники довольно капризны к условиям жизни, их крайне непросто выращивать и исследовать в лаборатории. Поэтому Татхилл и его соавторы проводили наблюдения в полевых условиях, в горах штата Вашингтон. С помощью тепловизора ученые отследили температуры в общей сложности 77 хионей, причем у немалого числа из них конечности были оторваны.

Непосредственно перед этим актом самоповреждения тепловизор фиксировал в ножках резкий температурный скачок, который свидетельствует о начале процесса кристаллизации гемолимфы. По-видимому, именно на это реагируют насекомые, быстро решаясь на самостоятельную ампутацию: конечность, примерзшая из-за замерзания к опоре, отрывается за счет быстрого движения тела. Все происходит менее чем за секунду, не позволяя кристаллам проникнуть далеко в тело и привести к фатальному исходу.

Авторы статьи отметили, что биологам известно немало видов животных, которые нередко теряют конечности (или хвост) при нападении хищника либо соперника или даже стараясь высвободиться из смертельной ловушки: ящерицы, пауки, крабы и так далее. Однако самоампутация конечности для спасения от замерзания, которую практикуют хионеи, — пока что единственный подобный пример.

Статья спизжена отсюда

Генеалогия шлемов

Как по мне - интересная схема, иллюстрирующая развитие разновидностей европейских шлемов.

Ежели кто может дополнить или про другие оружия подобное есть - милости просим.

Биологи поняли, зачем пчелы строят соты не шестигранной формы

Среди множества шестиугольных сот изредка появляются пяти- и семигранные. Долгое время они считались случайной ошибкой, нарушающей стройность общей структуры. Но оказалось, что такие ячейки — результат элегантного решения геометрической проблемы, связанной со «стыковкой» сот разных размеров.

Пчелы выводят потомство в шестиугольных сотах. Такая форма позволяет использовать минимум строительного материала при максимуме внутреннего объема каждой соты, при этом между ними не остается просветов. Лишь изредка встречаются соты нестандартной формы — пяти- и семигранные. Более того, это характерно и для пчел, и для некоторых ос, их родственников. Новая работа американских ученых показала, что это позволяет соединять в единой конструкции соты разных размеров, в которых созревают личинки с разной судьбой. Об этом рассказывается в статье, опубликованной в журнале PLoS Biology.

Напомним, что колонии пчел и общественных ос состоят из многочисленных стерильных рабочих особей — потомства единственной самки, матки, которая занята лишь откладыванием яиц. До определенного момента в сотах развиваются только рабочие, пока колония не достигнет нужного размера и ей не придет пора «размножиться».

Для этого необходимо вывести фертильных особей, самок и самцов, которые станут основой новой семьи. Такие особи требуют особых условий развития, они заметно крупнее рабочих, поэтому и соты им нужны побольше. Это ставит перед насекомыми необычную геометрическую проблему: соединить в рамках единой конструкции, без промежутков, шестигранные ячейки разных размеров.

Соты пчел и ос с парами ячеек нестандартной формы. Снимки ориентированы так, что более «свежие» соты находятся внизу, показывая, что пятигранная ячейка строится перед семигранной, позволяя переходить к шестигранникам больших размеров

Чтобы выяснить, как решается эта задача, Майкл Смит (Michael Smith) и его коллеги из Обернского университета (США) собрали снимки 115 колоний пяти видов пчел (Apis mellifera, A. cerana, A. dorsata, A. florea и A. andreniformis) и пяти видов общественных ос (Vespula vulgaris, V. maculifrons, V. flavopilosa, V. shidai и Metapolybia mesoamerica). С помощью машинного зрения они получили точные данные по числу и длине граней, а также количеству соседей для 22 745 отдельных сот.

Оказалось, пяти- и семиугольные соты возникают при переходе от небольших к крупным сотам. Они возводятся парами, так что общее число внешних граней остается тем же, что и у двух шестиугольных ячеек. Это позволяет легко «стыковать» такую пару с соседями, не нарушая общую структуру. Одновременно размеры граней пятиугольной соты дают возможность соединять ее с небольшими шестиугольниками, а более длинные грани семиугольной соты — перейти к более крупным шестиугольникам.

Эффективность этого решения подтвердило моделирование, проведенное математиками из Корнеллского университета на основе триангуляции Делоне. Они показали, что добавление больших шестигранников к массиву малых постепенно деформирует общую структуру: это либо приведет к возникновению просветов, либо потребует строительства дополнительных, нефункциональных ячеек. Однако введение пяти- и семигранных пар снимает эту проблему, позволяя сохранить целостность конструкции без потерь.

Статья спизжена отсюда

Ученые нашли самую холодную звезду, все еще излучающую радиоволны

Астрономы из Сиднейского университета обнаружили крошечную тусклую звезду — самую холодную из когда-либо зарегистрированных в радиодиапазоне.

Типичный коричневый карлик крупнее Юпитера

Температура поверхности типичных звезд измеряется тысячами градусов Цельсия: к примеру, на поверхности Солнца температура составляет около 5600 градусов, хотя наше светило относительно холодное в сравнении с некоторыми другими звездами. А на поверхности белого карлика Сириус B в 8,6 светового года от нас температура впятеро выше — почти 25 тысяч градусов.

Однако есть звезды, еще более холодные, чем Солнце, и астрономы из Сиднейского университета (Австралия) смогли обнаружить чрезвычайно холодную звезду, до сих пор излучающую радиоволны. «Ультрахолодный» коричневый карлик WISE J062309.94–045624.6, находящийся в 37 световых годах от Земли, оказался холоднее обычного костра на нашей планете: его температура составляет лишь 425 градусов Цельсия, тогда как температура горения дерева — около 500-800 градусов.

Это не самая холодная звезда в истории — она все еще горячее карликовой звезды WISE 1828+2650, температура поверхности которой может опускаться ниже нуля, — но первая, открытая с помощью методов радиоастрономии. Поскольку коричневые карлики малоактивны, они обычно не создают магнитных полей, генерирующих радиоизлучение, которое можно зафиксировать с помощью земных телескопов.

Меньше десяти процентов обнаруженных коричневых карликов активны в радиодиапазоне, и, возможно, WISE J062309.94–045624.6 создает магнитные поля за счет быстрого вращения вокруг собственной оси: когда магнитное поле вращается со скоростью, отличной от скорости ионизированной атмосферы карлика, оно может создавать электрический ток. В этом случае считается, что радиоволны создаются притоком электронов в область магнитного полюса звезды — в сочетании с вращением коричневого карлика это вызывает регулярно повторяющиеся радиовсплески.

Такие звезды — своеобразное переходное звено между крупнейшими газовыми гигантами, подобными Юпитеру, и самыми маленькими звездами, на которых протекают ядерные реакции. Любопытно, что WISE J062309.94–045624.6 меньше Юпитера, но при этом как минимум вчетверо массивнее его (Солнце массивнее Юпитера в 1000 раз).Такие звезды — своеобразное переходное звено между крупнейшими газовыми гигантами, подобными Юпитеру, и самыми маленькими звездами, на которых протекают ядерные реакции. Любопытно, что WISE J062309.94–045624.6 меньше Юпитера, но при этом как минимум вчетверо массивнее его (Солнце массивнее Юпитера в 1000 раз).

Статья спизжена отсюда

Качественная анимация сравнения максимальных скоростей летательных аппаратов и их эволюция за 120 лет

От самых первых летательных машин Братьев Райт (1903 г.) и Альберта Сантос-Дюмона (1905 г.) до гиперзвукового монстра NASA_X-43 (2001 г.) и перспективного SR-72 Dark Star (2025 г.)

Блин блинский, глобальное потепление - Кратер вечной мерзлоты Батагайка в Якутске растёт