ТЕГИ
Твердо и уверенно Главные биологические события 2009 года
В 2009 году ученые-биологи совершили массу интересных открытий. Палеонтологи нашли новых предков человека, робототехники создали робота-исследователя, эволюционисты уточнили механизмы изменчивости, а молекулярные биологи создали самые первые молекулы. Все эти и другие события представлены в кратком обзоре биологических итогов года.
Занятная родословная
В 2009 году биологи многое прояснили в вопросе происхождения приматов, человекообразных обезьян и человека. Хотя правильнее будет сказать — запутали. Все мы со школы помним, что приматы появились в Африке. Несмотря на наличие слабых мест, фундамент этой теории был хорошо укреплен и казался надежным. За прошедший год палеонтологи нанесли по зданию африканской теории происхождения гоминид сразу несколько чувствительных ударов. Разрушительницей устоев стала новая фаворитка палеонтологов — теория об азиатской родине приматов.
В 2009 году исследователи предприняли попытку поменять прописку еще одной группы обезьян — гоминид. Этим термином обозначают наиболее продвинутых приматов, в том числе орангутанов, горилл, шимпанзе и собственно человека. До сих пор было принято считать, что гоминиды, как и остальные приматы, зародились в Африке. Согласно новой версии, эта группа обезьян появилось в Европе. Впрочем, эта теория, удлиняющая культурную историю Европы на миллионы лет, нуждается в дополнительных доказательствах.
Помимо выяснения родины приматов в 2009 году ученые занимались поисками старшего в их дружной семье. И, похоже, им это удалось. На звание заслуженной бабушки претендует эфиопка Арди — симпатичная обезьяна возрастом 4,4 миллиона лет. Внушительный набор признаков, описанный в дюжине (sic!) статей в авторитетном журнале Science, дает Арди шанс зарезервировать себе местечко между общим предком человека и шимпанзе и австралопитеком. Однако окончательной уверенности в том, что Арди — та самая заветная обезьяна, у ученых нет. Специалистов смущает возраст «старушки». Для ученых она слишком молода: специалисты сомневаются, что за какие-нибудь четыре сотни лет потомки Арди смогли превратиться в австралопитеков. Так что переписывать учебники по биологии в ближайшее время, скорее всего, не будут. По крайней мере, целиком.
Арди была не единственной, кто попытался закрасить белые пятна в картине эволюции наших ближайших родственников. Еще одну претендентку ученые назвали Идой. Впервые о прекрасно сохранившейся обезьянке, жившей 47 миллионов лет назад на территории современной Германии, общественность, в том числе и далекая от науки, услышала в мае. В ходе беспрецедентной по масштабу рекламной кампании публика узнала, что Ида — это «недостающее звено» в эволюционной цепи приматов, которое столько лет безуспешно искали палеонтологи.
Помимо поисков родины предков человека, за прошедший год ученые пытались выяснить, где произошли лучшие друзья Homo sapiens — собаки. Оказалось, что они появились около 16 тысяч лет назад на территории нынешней Поднебесной южнее Янцзы.
Несколько позже выяснилось, что научный результат работы ученых весьма далек от этого утверждения. В исследовании всего лишь доказывалась одна из теорий происхождения приматов, считающаяся при том весьма сомнительной. Более того, через пять месяцев другой коллектив авторов значительно более аргументированно показал, что и этот вывод неверен. То есть, Ида в лучшем случае является недостающим звеном в одной из маленьких и к тому же тупиковых эволюционных цепочек и к общей большой и толстой эволюционной цепи приматов отношения не имеет.
Другое революционное открытие 2009 года касалось не наших далеких предков, а ближайших соседей по эволюционному дереву. Сравнение с использованием огромного количества признаков показало, что анатомически человек больше всего напоминает не шимпанзе, а орангутана. С точки зрения эволюции это означает, что пути развития людей и орангутанов разошлись позже остальных. При этом стрелки молекулярных часов, учитывающие сходство ДНК организмов, упорно указывают, что последним, кто отделился от общего эволюционного ствола, ведущего к человеку, все-таки был шимпанзе.
Действительно, генетически человек и шимпанзе практически не отличаются друг от друга. Последовательности ДНК Homo sapiens и Pan troglodytes (так ученые называют шимпанзе) сходны более чем на 98 процентов. При этом если перебирать ДНК этих видов «погенно», то разницы можно и вовсе не заметить. Гены P. troglodytes отличаются от аналогов из человеческого генома всего на несколько нуклеотидов — элементарных кирпичиков, из которых состоит ДНК. Долгое время ученые не могли обнаружить ни одного «истинно человеческого» гена — то есть такого гена, у которого бы не нашлось напарника в обезьяньих хромосомах. В августе 2009 года это, наконец, удалось. Исследователи нашли целых три (или всего три) гена , которые присутствуют только в ДНК людей. Какие белки кодируются этими генами, пока неясно, но первый шаг на пути к поиску ключа человечности уже сделан.
Знакомьтесь,
Знакомьтесь, наш новый ближайший родственник. Фото с сайта ohio-state.edu
Немало нового в ушедшем году ученые узнали о неандертальцах — человекоподобных существах, которые некоторое время бродили по Земле вместе с нашими предками. В среде антропологов и палеонтологов существует относительно популярная теория о том, что неандертальцы и люди смешивались между собой. Убедительных доказательств этой версии пока нет. До последнего времени у ученых не было особых надежд на то, что когда-нибудь они появятся. Работа, вышедшая в феврале 2009 года, вселила в специалистов по H. neanderthalensis небывалый энтузиазм — группе исследователей удалось полностью расшифровать последовательность ДНК неандертальца. Помимо ответа на животрепещущий вопрос о том, насколько близки были эти существа с нашими пра-пра…-прабабками и дедками, знание генома неандертальца поможет специалистам уточнить особенности эволюции рода Homo и, возможно, понять, почему именно люди, а не неандертальцы, победили в борьбе за выживание. Согласно одной из версий, новые доказательства которой были получены в 2009 году, Homo sapiens убивали и ели Homo neanderthalensis.
Смена имиджа
В 2009 году биологи существенно расширили свои представления и о еще более древних обитателях Земли — динозаврах. Если судить по иллюстрированным детским книжкам, то можно заключить, что ученые знают об этих существах все или почти все. На самом деле, представления о внешности и образе жизни гигантских ящеров очень часто являются всего лишь предположениями. Палеонтологам чрезвычайно редко удается обнаружить целые скелеты динозавров, не говоря уже о фрагментах кожи или когтей. Неудивительно, что внешний вид гигантских ящеров прошлого, воссозданный по столь скудным эскизам, является весьма условным. За минувший год ученые предоставили множество подтверждений этому факту.
Так, исследователи наглядно показали, что шея гигантских зауроподов — передвигавшихся на четырех ногах ящерах-вегетарианцах — была направлена не вверх, а вперед, а потом не менее наглядно продемонстрировали обратное. Кроме того, ученые передвинули в прошлое время появления у динозавров перьев, обнаружили сразу два промежуточных звена между динозаврами и птицами и выяснили, что процесс превращения начался на несколько десятков миллионов лет раньше, чем считалось.
Несмотря
Несмотря на свои размеры, крошка Raptorex kriegsteini, вероятно, был очень свиреп. Фото с сайта mit.edu
Кроме того, специалисты предприняли очередную попытку понять, были динозавры теплокровными или холоднокровными и обнаружили ящера, который передвигался уже не на четырех ногах, но еще не на двух. Из интересных находок, информация о которых появилась в 2009 году, можно перечислить живой танк, миниатюрного тираннозавра, череп морской рептилии, претендующей на звание самого крупного хищника планеты, самые маленькие из известных и поистине гигантские следы динозавров, а также их норы.
Пожалуй, самым значительным событием в науке о динозаврах за 2009 год стала реабилитация коллагена динозавра. Основной белок соединительной ткани был впервые обнаружен в костях Tyrannosaurus rex возрастом 68 миллионов лет в 2007 году. Практически сразу после публикации работы на ее авторов посыпалось множество упреков: критиков не устраивали методы проведения исследования и обработки результатов. Под натиском оппонентов ученые, обнаружившие коллаген, были вынуждены выложить в открытый доступ часть исходных данных для того, чтобы независимые коллективы исследователей могли убедиться в корректности проведенных анализов. Одна из сторонних групп в минувшем году признала часть выводов работы убедительными. Окончательно очистить свою репутацию открывателям коллагена удастся в том случае, если еще кто-нибудь подтвердит эти выводы. Еще одна работа, авторы которой выделили и охарактеризовали коллаген, выделенной из кости другого древнего ящера гадрозавра, пока не подверглась критике.
Самая суть
Современные технологии позволяют изучать окружающих нас и давно вымерших живых существ не только путем анализа фрагментов их тел. Ученые из самых различных областей биологии используют и в некотором смысле противоположный подход — они исследуют правила, определяющие план строения различных организмов. Как, вероятно, уже догадался читатель, речь идет об изучении ДНК. С тех пор как в 1950-е годы было доказано, что именно ДНК является носителем наследственной информации, исследователи основательно разобрались с этой молекулой. За последние несколько лет они расшифровали полные последовательности ДНК геномов множества организмов. Эта информация позволяет не только многое узнать об организме, но также дает ученым инструмент для его изменения. В 2009 году список живых существ, генетический паспорт которых появился у ученых, пополнили лошадь, корова, сорго, картофель и кукуруза. Еще одно достижение 2009 года — получение индивидуального генома русского.
Снижение стоимости расшифровки последовательности ДНК приближает наступление эры индивидуальной геномики. Считается, что большинство жителей развитых стран будут иметь возможность стать обладателями «геномных паспортов», когда цена вопроса составит тысячу долларов за геном.
Несмотря на то, что перечень животных и растений, геномы которых были полностью расшифрованы, постоянно расширяется, стоимость этого процесса все еще очень высока. Постепенно ученые разрабатывают все более дешевые технологии. В 2009 году одна из биотехнологических компаний заявила, что разработанный ею метод позволит расшифровать геном человек всего за 4,4 тысячи долларов.В прошлом году предел, к которому ученые намеревались подобраться, находился на отметке 5 тысяч долларов США.
Помимо расшифровки геномов живых существ за последние годы ученые освоили технологии их создания. Самым знаменитым (хотя и не первым) клоном животного стала овечка Долли, родившаяся в 1996 году. С тех пор биологи создали массу самых разнообразных зверей. В 2009 году на свет появились «копии» буйвола, козы и верблюда. В Америке клонирование собак вообще поставили на поток (хотя в настоящее время на сайте компании, предлагавшей услуги по коммерческом клонированию, висит объявление о том, что этот сервис временно закрыт).
Новых живых существ можно создавать не только методом клонирования. Трансгенных животных получают, вставляя в геном какого-либо организма один или несколько чужеродных генов. В 2009 году японским исследователям удалось получить нормальное потомство от трансгенных обезьянок-игрунков — они передали своим детям ген, заставляющий лапы светиться в ультрафиолетовом свете. Это безусловно значимая работа показала, что чужеродные гены можно добавлять в ДНК без негативных последствий для здоровья.
Правда, восстановить исчезнувшие виды ученым пока не удалось — клон вымершего подвида пиренейских козлов умер спустя восемь минут после рождения. Так что надежды при помощи технологий клонирования населить Землю мамонтами, появившиеся в прошлом году, пока еще остаются призрачными.
В 2009 году наконец решилась судьба «пионера клонирования» — корейского биолога Хван У Сока. Хван У Сок утверждал, что ему удалось получить несколько линий эмбриональных стволовых клеток человека из яйцеклеток. Если бы эта работа действительно была проделана, человечество сейчас было бы гораздо ближе к созданию методов радикального лечения многих тяжелых заболеваний. Но практически сразу после публикации корейским ученым этих результатов к ним возникли вопросы у его коллег. Огромное количество свидетельств указывало на то, что данные были подделаны. Тем не менее, суд счел обвинение в фальсификации недоказанным. Хван У Сок был приговорен к двум годам условно с отсрочкой приговора на три года за крупную растрату, нарушение этических норм и умышленно неверное представление результатов.
Очень сложно
За прошедший год было сделано несколько открытий в области молекулярной биологии. Для популярного изложения эти результаты чересчур «узкоспециальны» (хотя и имеют фундаментальное значение). Тем не менее, перечислим их. Было установлено, что транскрипция — процесс считывания информации с ДНК — может идти в обоих направлениях с одной и той же точки старта. Ученые впервые смогли определить трехмерную структуру белка в живой клетке. Был обнаружен новый тип клеточной регуляции при помощи особых молекул РНК и была синтезирована частичка «мира РНК». Кроме того, российские исследователи выяснили, какую роль в клетке выполняет GFP, — белок, удостоившийся в 2008 году Нобелевской премии.
Здесь самое место упомянуть о Нобелевских премиях 2009 года. Награды в области химии, а также физиологии и медицины были вручены за чисто биологические открытия. Премия по химии досталась исследователям, изучавшим рибосому, — молекулярную машину, синтезирующую белки, а премию в категории «физиология и медицина» разделили ученые, занимавшиеся процессами клеточного старения. Похоже, уже можно говорить о тенденции — в прошлом году премии в этих категориях также получили биологи.
Еще одно открытие, достойное называться одним из важнейших за год, находится на грани между молекулярной биологией и медициной. Китайские ученые показали, что так называемые индуцированные плюрипотентные клетки (ИПК) — клетки, искусственно превращенные в эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), — имеют те же свойства, что и «оригинал». Настоящие эмбриональные стволовые клетки можно добыть только из эмбрионов, а эксперименты над ними запрещены в большинстве стран. ИПК получают из обычных фибробластов, вводя в их геном несколько генов. Если дальнейшие работы докажут, что ИПК безопасны (один из вводимых генов — это онкоген), то можно ожидать, что в ближайшем будущем ученые смогут значительно продвинуться в изучении свойств ЭСК. Эти клетки, способные превращаться в любые клетки организма, теоретически, могут стать основой для новых методов терапии заболеваний, связанных с гибелью клеток (например, болезни Альцгеймера).
Эволюция для всех
Роботы в 2009 году фигурировали и в биологических новостях, не связанных с эволюцией. Исследователи создали машину, которая смогла самостоятельно спланировать и выполнить научный эксперимент. Если авторам удастся усовершенствовать свое изобретение, то в недалеком будущем люди, возможно, смогут поручать автоматам проведение несложных рутинных исследований.
В число исследователей, чьи открытия стоит включить в итоговый список, в 2009 году попали и эволюционисты. С момента выхода в свет знаменитого труда Дарвина прошло ровно 150 лет, и за полтора века ученые существенно расширили положения эволюционной теории. Долгое время основной сложностью при изучении законов изменения живых существ являлась невозможность постановки эксперимента. В последние годы исследователи научились моделировать эволюцию. Самый популярный способ сделать это — «заставить» эволюционировать бактерии или сложные органические молекулы — ДНК или РНК (считается, что именно с их эволюции началась история жизни на нашей планете). Но можно работать и с более сложными организмами.
В 2009 годы была опубликована серия результатов, полученных в ходе 20-летнего опыта по эволюции бактерий. Его итоги несколько озадачили биологов и предоставили материал для разработки новых закономерностей, определяющих изменчивость живых существ. Эксперимент по эволюции молекул РНК in vitro убедительно проиллюстрировал тезис о приобретении изменений под давлением отбора. Длительный опыт с мухами-дрозофилами и анализ последовательности аминокислот в белках и различных организмах подтвердили тезис о том, что эволюция не имеет обратной силы.
Пожалуй самыми неожиданными объектами эволюционных экспериментов стали роботы. В ушедшем году ученым удалось научить их лгать для того, чтобы победить в жестокой борьбе за выживание.
Классика
В завершение обратимся к «классической» биологии — той биологии, которой люди занимались вплоть до середины XX века. В 2009 году ученые выполнили множество экспериментальных работ по исследованию умственных способностей животных. В итоге им удалось установить, что IQ грачей вполне может сравниться с IQ шимпанзе, а рыбы и пчелы могут считать до четырех. Кроме того, в ушедшем году ученые традиционно обнаружили несколько самых-самых животных: саламандру размером с монету, орхидею, лепестки которой простираются на целых 2 миллиметра, самого большого плетущего паутины паука.
Наконец, перечисление биологических событий 2009 года было бы неполным без упоминания насущных проблем. За прошедшие 365 дней популяция лягушек на планете существенно сократилась из-за эпизоотии смертоносного грибка. Пока ученые не нашли способа борьбы с этой напастью, но некоторые исследования вселяют надежду, что когда-нибудь биологам удастся сдержать распространение инфекции. Еще одна беда 2009 года — чужеродные виды. Животные и растения перебираются на новые территории и вытесняют коренных обитателей — этот процесс протекает непрерывно с самых ранних этапов эволюции. Однако передвижения людей по всему миру существенно его ускорили. Последствия от нашествия чужаков бывают катастрофическими — например, австралийский остров Маккуэри имеет все шансы остаться без растительности. Пытаясь спасти Галапагоссы, экологи истребили 80 тысяч козлов.
***
Может сложиться впечатление, что различные области биологии в 2009 году развивались очень по-разному. Ученые-робототехники сделали гигантский шаг на пути к автоматизации биохимических экспериментов, в палеонтологии был проведен ряд очень значимых работ, а, например, успехи молекулярной биологии кажутся весьма скромными. Впечатление это не совсем верное. Развитие любой науки никогда не бывает равномерным — периоды затишья чередуются с периодами взрывообразного накопления результатов. Но прыжок на новую высоту невозможен без предварительного накопления данных. Именно этот процесс сейчас происходит в «отстающих» разделах биологии. А значит, все хорошо.
