Эволюция искусственной жизни. Замедленное время квазаров. Укол для памяти. Новости QWERTY №266
Всем привет! Вы смотрите научно-популярный канал QWERTY. А меня зовут Владимир. Скажите, следите ли вы за сводками погоды? Мы тоже, но ещё мы следим за температурными рекордами, и на прошлой неделе их было прям немало. В понедельник, 3 июля, средняя мировая температура воздуха побила рекорд предыдущих наблюдений, впервые поднявшись до 17,1 градуса Цельсия. Предыдущий рекорд был ниже почти на одну десятую градуса в 2022. Но держалась новое достижение, или лучше сказать антидостижение, недолго: уже во вторник температура поднялась до 17,18 градусов Цельсия, а в четверг — до 17,23. И это уже очень резкий скачок.
Средняя мировая температура считается как средняя со всех точек измерения на планете за текущие сутки. Вот так прирастает, например, Южное полушарие. Специалисты говорят, что это только начало в череде приближающихся рекордов, учитывая влияние на температуру возрастающего количества выбрасываемых парниковых газов. И мне тут вспоминается история про лягушку, которая сидела в нагревающейся воде и не заметила, как погибла. Но в оригинальном эксперименте у этой лягушки не было мозгов, что многое объясняет. А я уверен, что вы-то точно заметили, что выпуск самых интересных новостей науки за предыдущую неделю идет уже полным ходом, и как обычно все источники и ссылки в описании.
[музыка]
С теории относительности всё бывает иногда очень странно. Мы знаем, что если отправить хронометр на орбиту Земли, то по возвращению он будет чуточку отставать от своего идентичного близнеца, оставшегося на Земле. Это происходит благодаря замедлению времени. Эта разница учитывается при работе GPS-систем, которые сбои бы на многие метры без этих наносекунд. Движущиеся объекты обладают более замедленным временем для неподвижного наблюдателя. А чем ближе к массивному объекту, тем меньше пройдет времени в масштабах Вселенной. Это заметно гораздо сильнее из-за гигантских расстояний. Из-за того, что сама Вселенная расширяется, получается, что чем дальше от нас находятся какие-то объекты, например, галактики, тем более замедленным для нас будет казаться их время. И это не просто теория — подтверждение этому нашлось при анализе вспышек очень далеких сверхновых.
А вот связать эти показатели с квазарами, с очень яркими активными центрами далеких галактик, пока не получалось. И вот установили данные о первом случае наблюдения космического замедления времени для квазаров. Для этого им пришлось изучить материалы и записи о почти двух сотнях квазарах, накопленные с 1998 года. Важную роль в расчетах играла переменная природа квазара, ведь их гигантские аккреционные диски, состоящие из материи, падающей на сверхмассивную черную дыру, непостоянные: меняется тотем поглощения материи и флуктуации в потоках. Ученые сделали множество расчетов, и оказалось, что наблюдаемые параметры квазаров, разбросанных по всей Вселенной на разных расстояниях от Земли, включая их переменность и светимость, можно объяснить гораздо точнее, если в модель, описывающую их поведение, добавить параметры замедления времени.
Разумеется, относительно по отношению к наблюдателю, причем параметры, зависящие непосредственно от величины красного смещения, то есть от расстояния до квазара. Создать такую модель — это значит стандартизировать тик для каждого квазара, как если бы он был часами. Один из ученых сказал, что там, где сверхновые действуют как одиночная вспышка света, что упрощает их изучение, квазары более сложны, как продолжающийся салют. Но и их ученые смогли разгадать и сделать из них точные хронометры. Это исследование подтверждает в очередной раз теорию относительности и теорию расширяющейся Вселенной и в перспективе может помочь заглянуть глубже в пространство и во времени.
Ухудшилось ли наша с вами память в последние годы из-за того, что мы чрезмерно много опираемся на цифровые помощники, в том числе на смартфоны? Я здесь не уверен, но скорее всего мы сможем её улучшать при помощи медикаментов. Группа специалистов в области здравоохранения и нейронаук обнаружила интересные особенности белка клоту. Этот белок синтезируется в наших организмах в нескольких формах. Предыдущие исследования показали, что у организмов, у которых белок производится с отклонением от в меньшую сторону из-за проблем с геном, белка начинается раннее старение, повышается риск разных болезней вроде атеросклероза.
С возрастом, кстати, количество белка постепенно уменьшается само по себе, а его максимальное количество в пуповинной крови. Если же его производится организмом больше, тоже всего каких-то отклонений, то и продолжительность жизни может быть выше, по крайней мере, у мышей это так. Причём на целых 20-30 процентов. К тому же у них образуется естественная защита от нейродегенеративных заболеваний, вроде Альцгеймера. Так может быть и это не всё, и учёные решили проверить воздействие клота на память. В новом исследовании учёные работали со стареющими макаками, которые, как и люди, испытывают снижение когнитивных функций с возрастом.
Учёные хотели выяснить, как влияет белок клот на когнитивные функции. Макакам было примерно по 22 года. Это соответствует нашему возрасту 65 лет. Память проверялась в эксперименте, в котором нужно было находить угощение за несколькими проверками. Это распространённый эксперимент, и понятно, что чем больше дверок, тем сложнее замеры. После введения растворимой формы белка клота подкожно, что повышало концентрацию белка в крови, у макак показали следующее: через 4 часа после инъекций, во время испытаний на память, а конкретно в сложных задачах с количеством дверок до 9 штук, процент правильных ответов увеличился с 45 до 60. Причём эффект был не краткосрочным, а сохранялся минимум на две недели.
То есть у макак улучшилась память после инъекции практически сразу. Эффект достигался при превышении уровня клота в крови в пять раз по сравнению с естественным. Если дозу превышали, то улучшения и дополнительные эффекты не наблюдались. Ну и побочные эффекты тоже не изучены. А вот у мышей, которым тоже вводили клот, эффект сильнее зависел от дозы. Возможно, конечно, дело в различиях метаболизме у этих видов. Но кажется, ну, конечно, это будет подтверждено после дополнительных испытаний, что небольшие дозы белка могут облегчить людям. Уж если он и от Альцгеймера защищает в какой-то степени и память улучшает, надеюсь, что к моей старости выпустят лекарственную форму.
Если есть что-то, чему нас научила теория эволюции, так это тому, что жизнь не ограничит, жизнь преодолевает все барьеры и находит свой путь. Кажется, что-то такое говорили в парке юрского периода, тот самый товарищ, одетый во все черное. Но сейчас мы можем сказать то же самое и про искусственную жизнь. Исследователи работали с синтетическим организмом, созданным на основе бактерий микоплазмы. Самый первый синтетический организм содержал полностью искусственный геном из 900 генов, помещенных в бактерии с удаленным собственным геномом и был создан ещё в 2016 году. Его или её зовут Син один-ноль. Упрощённую версию, содержащую всего 490 генов, окрестили 73b. У неё на данный момент самый минимальный набор генов, необходимый для жизни и устойчивого размножения бактерий.
Есть искусственный организм с меньшим геномом — 470 генов, но он плохо размножается, поэтому эксперименты обычно ведут с 490-генной бактерией. Вообще, это, конечно, удивительно, и потому что нужно всего 500 генов для кодирования всего организма, и потому что это по факту искусственная жизнь. Но размножение — это одно, а эволюционирование — это совсем другое. Исследование эволюции и занялись учёные. На первый взгляд кажется, что в организме с минимальным геномом любая мутация может быть смертельной, если затронет какие-нибудь важные клеточные функции.
Улучшение же добиться сложно, поскольку мало мишени, на которые мог бы воздействовать положительный отбор, каждый ген и так на вес золота. Так что для синтетических эволюция — это задачка со звездочкой. Как показали эксперименты, это не совсем так. Культуру синтетических клеток отправили эволюционировать на протяжении 300 дней, что дало 2000 поколений от первого изначального организма. По человеческим меркам прошло примерно около 2000 лет эволюции. Скорость эволюции sin3b оказалась очень высокой, она была сравнима со скоростью эволюции sin1.0 — то есть первого синтетической бактерии, скопированной с микоплазмы, ещё не с минимальным геномом и имела самый высокий уровень накопления мутации среди клеточных организмов вообще.
Учёные ранее предполагали, что чем меньше геном, тем быстрее он эволюционирует. Сравните, например, бактерии и животных, и для минимального генома это оказалось совершенной правдой. Конечно, были определённые нюансы в характере его эволюционирования: какие-то типы мутации в нём встречались чаще, какие-то меньше. Но это не суть. Гораздо интереснее было то, как менялась приспособляемость этих синтетических бактерий. Оказалось, что у минимальной бактерии приспособляемость поначалу была ниже, чем у не минимальной синтетической. Однако к концу эксперимента, так как темпы прироста приспособляемости были линейными, минимальная бактерия сильно улучшила свои показатели.
А если бы эксперимент продолжался, то минимальные могли бы даже и догнать не минимальных. В целом они эволюционировали на 40 процентов быстрее. Было ещё одна особенность: минимальные клетки не увеличивались в размерах, хотя sin1.0 прибавило почти в два раза в диаметре. Это неплохо, нехорошо. Речь же идет не о размерах, а о приспособляемости. Итак, минимальная синтетическая клетка может эволюционировать также быстро, как и обычная бактерия — даже синтетическим геномом происходит адаптация к окружающей среде.
Жизнь всегда находит свой путь. Лучше новостью предыдущего выпуска вы признали новость про то, что учёные нашли новый метод генетического редактирования, похожий на CRISPR-Cas9, но принадлежащий не бактериям, как CRISPR-Cas9, а эукариотам, то есть растениям, грибам и животным в том числе. Поэтому новый метод, основанный на работе белков FAN-ZOR, может быть более точным и не допускать ни целевого редактирования, как случаются у CRISPR-Cas9. По крайней мере, именно так было с белками FAN-ZOR, производными от начала исследования, давшего открытие двухлетней давности, когда у прокариот были обнаружены РНК-программируемые механизмы под названием Omega. Они, скорее всего, были предшественниками системы CRISPR-Cas9 в прошлом. Эта работа посвятила схожесть между Omega и FAN-ZOR у эукариот, намекая на то, что FAN-ZOR тоже могут использовать РНК для того, чтобы целиться на определенные участки ДНК и редактировать их. Ученые говорят, что Omega-системы — это одни из самых распространённых белков на планете, так что не удивительно, что они смогли распространиться от прокариот к эукариотам.
Ну что ж, а на этом на сегодня всё! Большое спасибо вам за просмотр. Не будет очень приятно, если вы поставите лайк этому видео, подпишитесь на QWERTY и щелкните колокольчик, если вы этого ещё не сделали. Проголосовать за самую интересную новость выпуска можно, как всегда, в нашем Telegram-канале. И до скорых встреч! Пока!
[музыка]