наука

Зоологи неделю «спаивали» шершней, чтобы проверить их устойчивость к алкоголю

Израильские ученые установили, что восточные шершни (Vespa orientalis), распространенные на большей части Азии, Африки и Европы, исключительно устойчивы к этанолу. Эксперименты показали, что эти насекомые способны без негативных последствий выдерживать концентрацию спирта, высокотоксичную для большинства остальных животных.

Восточный шершень (Vespa orientalis)

В природе зрелые фрукты и другие растительные продукты могут образовывать спирт в процессе естественной ферментации или гниения. Поскольку такая пища очень питательна (калорийность этанола почти вдвое выше, чем у сахара), это привлекает к ней многих животных. Однако из-за токсичности алкоголя обилие подобной еды может навредить. Если концентрация этанола превышает 4%, отрицательные эффекты проявляются даже у видов, привычных к небольшому количеству спирта в пище, а более высокие значения чреваты смертью.

Однако зоологи из Тель-Авивского университета недавно выявили исключение из этого правила. В лабораторных экспериментах ученые на протяжении недели давали шершням Vespa orientalis сладкие растворы с разным содержанием этанола. Насекомые не пострадали, даже когда крепость достигла 80%. Статья об этом недавно вышла в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Исследователи начинали опыты с более низкого предела в 20%. Это максимальное значение, возможное при брожении натуральных дрожжей — микроскопических грибов, естественно обитающих на поверхности разных фруктов, ягод и цветов. Не увидев негативных реакций, ученые стали повышать содержание спирта, чтобы определить наивысшую концентрацию, которую способны переносить восточные шершни. В итоге ее довели до 80%.

Хотя после такой «трапезы» шершни какое-то время не могли нормально летать и передвигаться, а некоторых особей заметили лежащими на спине, вскоре насекомые пришли в себя. Переработав этанол, они как ни в чем не бывало продолжили строить гнездо. Исследователей это поразило, поскольку подобный эксперимент с медоносными пчелами привел к их гибели в течение 24 часов.

По мнению ученых, необычайная стойкость восточных шершней к спирту объясняется высокой скоростью метаболизма этанола в их организме, которую, вероятно, обеспечивает наличие у представителей рода Vespa нескольких копий генов, отвечающих за расщепление алкоголя (алкогольдегидрогеназы, НАДФ+).

Эта особенность могла развиться в процессе эволюции — в результате мутуалистических, то есть взаимовыгодных, отношений с натуральными дрожжами Saccharomyces cerevisiae, которые встречаются в природе, а также применяются в хлебопечении и производстве спиртного. Из прошлых исследований известно, что эти микроскопические грибы, не переносящие холод, зимуют и размножаются в кишечнике общественных ос, к которым принадлежат и шершни. В качестве «ответной услуги» дрожжи обеспечивают насекомых энергией, сбраживая фрукты и нектар, которыми те питаются. Чтобы выдерживать эту нагрузку, шершни, видимо, приобрели дополнительные гены, обеспечивающие устойчивость к алкоголю.

Авторы новой научной работы отметили, что их эксперимент и другие подобные исследования важны, поскольку расширяют знания о природе толерантности к этанолу. С их помощью ученые смогут лучше понять механизмы расстройств, связанных с употреблением алкоголя, и найти новые методы их лечения.

Статья спизжена отсюда

Первое изображение из симуляции черной дыры, расчеты которой осуществлялись на карточном компьютере IBM 7040. Результат вычислений был изображен вручную французским астрофизиком Жан-Пьером Люмине в 1978 году.

Муравьиная матка «переработала» больное потомство

Если муравьиная матка замечает у личинок признаки болезни, то не «выхаживает» потомство, а съедает. Как такой каннибализм помогает появлению здоровых муравьев, выяснили ученые из Великобритании.

Матка черного садового муравья съедает личинок

Муравьи — насекомые, которым свойствен ряд интересных для науки особенностей. Например, считается, что они стали социальными и научились общаться с помощью феромонов (ароматических соединений) больше 100 миллионов лет назад. Кроме того, они приспособились строить гнезда так, чтобы не заражаться смертельными болезнями от сородичей.

Специалисты из Оксфордского университета в Великобритании обнаружили еще один механизм, защищающий муравьев от инфекций. Они заметили, что матка съедает заболевающих личинок, а полученную энергию направляет на создание здорового потомства. Статья с соответствующими выводами появилась в научном журнале Current Biology.

Авторы публикации провели эксперимент с участием маток черного садового муравья (Lasius niger). Самкам «подбросили» личинок, которые были заражены грибковой инфекцией — смертельной, но пока не передающейся другим. В итоге матки уничтожили 92% инфицированных личинок и только 6% здоровых — относящихся к контрольной группе.

Матки по-разному вели себя с инфицированными, но не заразными, потенциально заразными и здоровыми личинками

Матки начинали поедать личинок, как только замечали первые признаки болезни. На уничтожение нездорового потомства уходило несколько часов. При этом сами матки не заражались — вероятно, они защищали себя, проглатывая антимикробный яд, который вырабатывает специальная железа на брюшке.

Ученые сравнили плодовитость самок, которые поедали зараженных личинок, и маток из контрольной группы. Оказалось, что «гигиенический каннибализм» позволил откладывать на 55% больше яиц, используя для размножения питательные вещества, полученные от проглоченного потомства.

«Матки, которые производят больше всего рабочих особей, имеют наилучшие шансы на выживание, поэтому возможность поедать и перерабатывать зараженных личинок обратно в потомство означает, что ценные ресурсы не будут потрачены впустую», — пояснили исследователи.

Важно, что личинок, болезнь которых приближалась к инфекционной стадии и которые могли стать заразными, матки не пытались съесть. Самки опрыскивали потенциально опасных личинок выработанным антимикробным ядом, но в 80% случаев все равно заболевали и умирали. Эксперимент показал, что действовать необходимо как можно раньше, и матки стараются следовать этому правилу.

«Гигиенический каннибализм» зафиксировали только у маток — взрослым рабочим муравьям такое поведение свойственно не было. Вероятно, дело в том, что рабочие муравьи могут вынести зараженных личинок из гнезда, а матки гнездо не покидают и вынуждены защищаться от болезней по-другому.

Статья спизжена отсюда

В решении задачи трех тел обнаружили «островки закономерности»

Когда в космическом пространстве три массивных тела воздействуют друг на друга через силы взаимного гравитационного притяжения, их движение становится непредсказуемым. Многие ученые пытались описать движение трех тел в одной системе и таким образом найти решение задачи, применимое для любых начальных условий объектов. Однако все было безуспешно. Теперь международная команда математиков и физиков провела тысячи моделирований задачи трех тел и выяснила, что среди множества ее решений есть и те, которые заключают в себе «островки закономерности», где объекты начинают вести себя предсказуемо.

Международная команда математиков и физиков под руководством Алессандро Трани (Alessandro Trani) из Института Нильса Бора (Дания) использовала суперкомпьютер для численного моделирования задачи трех тел и обнаружила в хаосе движения этих объектов пробелы — «островки закономерности». Эти «островки» показали, где объекты ведут себя предсказуемо и подчиняются определенным правилам: траектория их орбит напрямую зависит от того, как три объекта расположены друг относительно друга в момент сближения, а также от их скорости и угла сближения. Об исследовании рассказывается в пресс-релизе, опубликованном на сайте института.

Трани и его коллеги создали программу Tsunami, которая перебирала миллионы возможных комбинаций взаимодействия трех тел в системе, рассчитывала траекторию их движения, используя теорию общей относительности Эйнштейна и законы Ньютона. Эта программа предполагала использование статистического метода и наличие специальной карты, на которой каждая точка соответствовала конкретному набору начальных условий.

Затем каждой точке ученые присвоили свой цвет в зависимости от того, какой из трех объектов в итоге «выбрасывается» из системы в результате взаимодействия (в большинстве случаев — объект с наименьшей массой).

Если бы движения объектов в системе были случайными, то есть сама задача предполагала хаотичность, цвета на карте перемешались бы случайным образом. Однако в своем исследовании такой картины ученые не наблюдали. Они обнаружили на карте области, окрашенные в один цвет. По словам исследователей, эти области и есть «островки закономерности»: там начальные условия предопределяют дальнейшую эволюцию системы.

"Миллионы симуляций формируют грубую карту всех мыслимых результатов, когда встречаются три объекта, как огромный гобелен, сотканный из нитей начальных конфигураций. Именно здесь появляются острова закономерности"

Авторы работы посчитали, что на этих «островках» движение объектов подчиняется строгим математическим закономерностям, оно упорядоченно и предсказуемо. Это, в свою очередь, указывает на существование общего решения задачи трех тел.

Однако «островки закономерности», обнаруженные командой Трани в решении задачи трех тел, могут представлять проблему для исследователей. Дело в том, что этот подход хорошо вычисляет хаотичные траектории движения тел, но плохо работает, когда дело касается «закономерных» траекторий.

«Когда некоторые области на карте, предполагающие хаотичное движение объектов, внезапно переходили в фазу закономерного движения, наши статистические расчеты для этой фазы нарушались, что приводило к неточным предсказаниям. Теперь наша цель — научиться сочетать статистические методы с численными, чтобы обеспечить высокую точность предсказания, когда система начинает становится более закономерной», — пояснил Трани.

Открытые «островки закономерности» — важный шаг на пути к общему решению задачи трех тел. Исследователям еще предстоит провести серию компьютерных экспериментов, чтобы детально изучить свойства «островков» и понять механику их образования, а также оценить влияние на эволюцию системы.

В космосе наличие систем, состоящих из трех объектов, не редкость. Поэтому решение задачи трех тел — не просто теоретический вызов, а возможность постичь тайны Вселенной.

Статья спизжена отсюда

Реакция хлорида кобальта и гидроксида натрия

Слонам в Мозамбике пришлось экстремально быстро эволюционировать, чтобы браконьеры больше не интересовались ими.

Ярким примером экстремальной эволюции являются слоны в Мозамбике, которые в течение 1980-х годов столкнулись с браконьерством. Это давление на местную популяцию оказалось столь сильным, что привело к резкому росту числа самок африканских слонов, родившихся без бивней.

Исследователи отмечают, что экстремальная эволюция в Мозамбике, по сути, была запущена гражданской войной, развернувшейся между 1977 и 1992 годами. Противостояние было столь жестоким, что привело к гибели около миллиона человек и опустошению биоразнообразия региона. Данные указывают на то, что в национальном парке Горонгоса, расположенном в самом сердце страны, численность крупных травоядных животных, в том числе слонов, бегемотов, буйволов, зебр и антилоп гну, сократилась более чем на 90%.

Исследователи отмечают, что браконьерство, уничтожение среды обитания и срыв проектов по сохранению внесли свою лепту в вымирание животных и, вероятно, стали, главным фактором развития экстремальной эволюции. Браконьеры активно охотились на слонов для получения слоновой кости — ценный ресурс, который можно было продать на черном рынке.

В общей сложности столкновения длились 15 лет и оставили неизгладимый отпечаток на популяции слонов Горонгоса. Исследование 2021 года показало, что частота самок без бивней возросла с 52 слонов в довоенный период до 108 в послевоенный.

Ученые использовали статистический анализ и смогли показать, что этот рост самок без бивней является прямым результатом интенсивного браконьерства. Простыми словами, у слонов без бивней попросту было больше шансов выжить, а потому они передавали свои гены потомкам.

Однако все еще остается неясным, почему в популяции Горонгоса не было самцов слонов без бивней. Впрочем, ученые полагают, что это могло быть связано с одним из генов, участвующих в развитии бивней — AMELX — он также связан с Х-доминантным, летальным для самцов признаком. То есть, детеныши самцы попросту вряд ли смогут пережить беременность, в отличие от женских, у которых нет второй Х-хромосомы для противодействия AMELX.

Таким образом, по словам ученых, потеря бивней у слонов Горонгосы является захватывающим примером того, как естественный отбор порой может нанести сильный и весьма быстрый удар. Впрочем, это также напоминание о том, что одни из самых мощных эволюционных сил возникают из-за катастрофических потрясений.