О нейронах, митомаме и эволюции

// Свежее из молекулярной жизни организмов
Антон Чугунов

О любопытных событиях в биологии, произошедших с начала 2015 года, рассказывает сайт «Биомолекула» (http://biomolecula.ru): пристрастия нейронов, представления цыплят о количестве, регуляция чувства жажды, «родитель № 3» и эволюция у бактерий воочию. Обо всем этом и многом другом можно прочесть на «Биомолекуле» во всех подробностях.

 

 

Нейроны оказались снобами

Не только люди предпочитают общаться с друзьями: так же ведут себя и нервные клетки. В исследовании, проведенном на мышах, животным показывали картинки, а затем регистрировали реакцию мозга — активность нейронов небольшого фрагмента первичной зрительной коры. Охарактеризовав таким образом «пристрастия» каждого отдельного нейрона, ученые, увы, извлекали из мышей мозг и «прозванивали» нервные цепи, устанавливая, какие нейроны с легкостью активируют своих напарников и легко ли сами активируются в ответ.

В результате обнаружено: те нервные клетки, что активировались одним и тем же набором картинок, связаны друг с другом максимально прочно, и наоборот. Немногочисленные сильные связи, как мнение соратников, определяют специфичность реакции нейронной сети, а «гул толпы» слабо связанных нейронов создает общий фон, необходимый для устойчивой работы системы.

Cossell L. et al. Functional organization of excitatory synaptic strength in primary visual cortex // Nature. 2015. Vol. 518. P. 399–403.

 

Цыплята считают слева направо

Если кто видел арабский Windows, он знает, что там все надписи сделаны справа налево. Но мы привыкли и писать слева направо, и числовую ось рисовать так же. Что это? Культурные различия или биологические? Тот факт, что даже семимесячные младенцы располагают меньшие числа левее, а бóльшие — правее, говорит, что дело все же не в биологии.

Итальянские исследователи пошли дальше и выяснили, как представляют себе числовую ось трехдневные цыплята. Для этого им сначала давали ознакомиться с «целевым» числом (допустим, 5), изображенным пятью черными квадратиками на единственной панели в центре клетки. А дальше цыплят помещали в клетку, где стояли уже две панели (справа и слева) и на каждой было изображено одно и то же число, которое могло быть как больше, так и меньше целевого. Чтобы интерес к математике не ослабевал, за панелями, конечно, клали лакомство. Опыт показал четкую зависимость: если изображенное число было меньше целевого, цыплята шли налево, больше — направо. Так что теперь мы знаем точно: представления о «много» и «мало» закодированы в глубинных слоях нашего сложного мозга.

Rugani R. et al. Number-space mapping in the newborn chick resembles humans’ mental number line // Science. 2015. Vol. 347. P. 534–536.

 

Клетки жажды

Нейробиологи доказали, что за сигналы «пить» и «не пить» отвечают две разные группы нейронов. Ученые встроили в некоторые нейроны мозга мышек фоточувствительный белок каналродопсин. Активировали этот белок (и весь нейрон вместе с ним) светом — через оптоволокно, вставленное в отверстие в черепе. И заставляли зверьков бегать к воде и пить, даже если они делали это только что — десять раз подряд.

А «включив» расположенные по соседству VGAT-нейроны, грызунов понуждали к отказу от воды, даже если те находились в состоянии крайнего обезвоживания.

Oka Y. et al. Thirst driving and suppressing signals encoded by distinct neural populations in the brain // Nature. 2015. Doi: 10.1038/nature14108.

 

Моя вторая мама

Генетическая информация содержится не только в ядре, но и в митохондриях, которые передаются исключительно по материнской линии вместе с яйцеклеткой. Поэтому существует целый ряд митохондриальных заболеваний, наследуемых от матери: синдромы Барта и Лея, митохондриальная энцефаломиопатия, особая миоклоническая эпилепсия и другие. Используя современные технологии экстракорпорального оплодотворения, эти болезни можно предотвратить, подключив к процессу «родителя № 3», или попросту «митомаму».

Процедура заключается в пересаживании ядра из яйцеклетки обычной мамы с дефектными митохондриями в яйцеклетку митомамы, которая в результате помимо митохондрий предоставляет и все остальное, кроме ядра. Однако новость не в этом: палата общин британского парламента проголосовала за легализацию процедуры, и если осенью этого года проект поддержит и палата лордов, Великобритания станет первой страной, где дети будут появляться от трех родителей.

Gorman G.S. et al. Mitochondrial donation — how many women could benefit? // N. Engl. J. Med. 2015. Vol. 372. P. 885–887.

 

Ура! Хвост нашелся

Исследователи буквально заставили бактерию Pseudomonas fluorescens эволюционировать, лишив ее жгутиков. Мутантные бактерии были обездвижены в результате «отключения» гена fleQ, запускающего синтез жгутиков, а посему выбор был простой: погибнуть от голода или быстро что-то придумать. Естественный отбор на способность к передвижению был так эффективен, что всего за 96 часов совершенно другой ген, отвечающий за обмен азота (NtrC), взял на себя функцию жгутикового регулятора в результате нескольких благоприятных мутаций. Причем процесс успел пройти два этапа: сначала появилась способность запускать сборку жгутиков, а потом нормализовалась сбившаяся вначале функция азотистого обмена.

А креационисты говорят: нет эволюции…

Taylor T.B. et al. Evolutionary resurrection of flagellar motility via rewiring of the nitrogen regulation system // Science. 2015. Vol. 347. P. 1014–1017.

 

 

«Биомолекула» (http://biomolecula.ru) — научно-популярный сайт о современной биологии для тех, кому хочется быть в курсе всех деталей. Автор дайджеста — Антон Чугунов, администратор и сооснователь сайта, старший научный сотрудник Института биоорганической химии РАН. «Биомолекула» ежегодно проводит конкурс научно-популярных статей «био/мол/текст»; старт конкурса 2015 года — в июле.

 

 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №5 (07) за май 2015 г.