Так выглядит напечатанный на бумаге геном человека в лондонском музее Wellcome Collection: шкаф примерно в два человеческих роста; на полках тома, каждый в несколько тысяч страниц тончайшей папиросной бумаги; на каждой странице — строчки последовательности нуклеотидов АТГЦ, напечатанных кеглем 3–4; последний том — это Y-хромосома. Там на всех тысячах страниц кроме нескольких последних напечатаны буковки «n» (на врезке видны), что означает «бессмысленные повторы». Глядя на бесконечные строчки «nnnnnn….» неизбежно задаешься вопросом: зачем вообще сохранилась эта странная хромосома?

Группа ученых из Гавайского университета, работая с трансгенными мышами, получила потомство от линии, не имеющей Y-хромосомы. Более того, у самцов этой линии не осталось ни одного гена, которые содержит Y-хромосома, а потомство от таких самцов получилось вполне жизнеспособное и плодовитое. Вместо генов Y-хромосомы сперматогенез контролировался некоторыми встроенными аутосомными и X-хромосомными вариантами. Однако, судя по уровню экспрессии Y- и X-хромосомных аллелей, Y-хромосомный ген работает несравненно эффективнее. Ученые подчеркивают ключевую роль количества, дозы регуляторных факторов, необходимой для нормального сперматогенеза.

Вернемся на несколько лет назад. Группа под руководством Моники Уорд (Monika A. Ward) изИнститута исследований биогенезаМедицинской школы имени Джона Бёрнса при Гавайском университете в Маноа публикует результаты искусственного оплодотворения мышей с дефектной Y-хромосомой. Результаты впечатлили: если убрать большое плечо Y-хромосомы, оставив всего 7 генов, то самцы всё равно способны производить нормальные половые клетки, которые способны к оплодотворению и производству жизнеспособного потомства (Y. Yamauchi et al., 2009. Live Offspring from Mice Lacking the Y Chromosome Long Arm Gene Complement).

Два года назад та же группа выдает новое исследование: число генов, необходимых для нормального сперматогенеза, можно сократить всего до двух (см. новость Для успешного размножения мышам достаточно из Y-хромосомы всего двух генов, «Элементы», 12.01.2014). Это гены Sry и Eif2s3y. Первый из них экспрессируется у эмбрионов и обеспечивает развитие семенников из гонад, а второй контролирует начало сперматогенеза, запуская мейозв половых клетках семенников. При искусственном оплодотворении яйцеклеток спермиями, произведенными в таких генетически урезанных семенниках, из них тем не менее развиваются вполне нормальные мыши.

То есть ученые как бы подводили нас к заключению, что Y-хромосома — вообще лишняя. И вот новые результаты всё той же группы: даже эти два гена в Y-хромосоме, оказывается, не обязательны!

Ученые работали с трансгенными мышами, у которых вообще отсутствовала Y-хромосома. Мыши в этой линии несли либо две X-хромосомы (это нормальные самки), либо одну X-хромосому. А необходимые для сперматогенеза гены Y-хромосомы — Sry и Eif2s3y — были перенесены на аутосомы (не половые хромосомы). Самцы X0 могли генерировать недоразвитые спермии, круглые по форме и без хвостов, но которые тем не менее вполне годились для нормального оплодотворения. Такие линии оказались весьма удобными для исследования: можно, манипулируя двумя встроенными в аутосомы генами, проверить их функции и потенциальные возможности. Взять, например, ген Sry. Его функция — запустить каскад реакций, приводящих к образованию семенников. Но роль переключателя, в принципе, может выполнить и другой ген — и вот, по решению ученых, эту роль передали гену Sox9, который является непосредственной мишенью Sry.У трансгенных мышей убрали вообще Sry, активировав вместо него Sox9.

У мышей с генотипом X0 и Sox9 в результате сформировались семенники с круглыми бесхвостыми спермиями. Второй ген тоже, если подумать, не столь уж незаменимый игрок — у него на Х-хромосоме имеется аналог Eif2s3x.Добавив в трансгенной линии в аутосомы еще пять копий этого гена, получили самцов X0. Большинство из них — 35 из 48 — имели дефектные семенники, в которых никаких половых клеток не оказалось. Зато у 13 самцов в семенниках, хоть и маленьких по размеру, продуцировались уже известные круглые бесхвостые половые клетки. Эти половые клетки оказались вполне пригодны для искусственного оплодотворения (см. видео с заснятым процессом искусственного оплодотворения яйцеклеток круглыми спермиями. В результате соответствующих манипуляций появились на свет жизнеспособные мышата. И они оказались сами способными давать потомство: ученые получили сыновей, внуков и правнуков в линии X0 и без генов Sry и Eif2s3y.

Результат искусственного оплодотворения яйцеклеток круглыми недозрелыми спермиями (Round spermatid injection, ROSI), полученными от самцов X0-Sox9,Eif2s3x: A — пипетка, которой будут отбирать спермии; B — 6 часов после инъекции, видны два ядра в яйцеклетке (короткие стрелки) и второе полярное тельце (стрелка); C — оплодотворенные яйцеклетки начали деление, через 24 часа видны двухклеточные эмбрионы (длина масштабного отрезка 50 мкм); D — три поколения самцов X0-Sox9,Eif2s3x, полученных в результате искусственного оплодотворения инъекцией спермиев ROSI яйцеклеток X0; первый самец X0-Sox9,Eif2s3x альбинос, остальные поколения — с темной шерсткой, указывающей на материнский генотип X-хромосомы. У всех самцов нет Y-хромосомы, зато работают аутосомальные X0-Sox9 и Eif2s3x. Рис. издополнительных материалов к обсуждаемой статье в Science

Это означает, что дефицит функций даже и эти двух генов, признанных минимальной необходимой базой сперматогенеза, не является стопроцентной гарантией бесплодия. Казалось бы, избыточность Y-хромосомы и в самом деле подтверждается. Но ученые обращают внимание на одну важную сторону своего исследования, которая выяснилась при измерении экспрессии геновEif2s3y и Eif2s3x в линиях X0. Обнаружилось, что у линий X0-Eif2s3x спермии получаются только при очень высокой экспрессии Eif2s3x, если включены сразу 4 копии этого гена. А вариант Eif2s3y справляется со сперматогенезомдаже в единственном экземпляре. Он работает в 5–7 раз эффективнее, чем его X-хромосомный аналог.

Так что, имея в принципе запасной X-хромосомный вариант, не стоит в горячке избавляться от Y-хромосомного. Ведь именно на него работал миллионы лет естественный отбор. Ученые подчеркивают, что X- и Y-варианты аллелей вместе дают тонко сбалансированную дозировку необходимых регуляторных факторов. И утверждать, что Y-хромосома так уж бессодержательна, по-видимому, не стоит.

Постельные клопы с каждым годом доставляют все больше и больше проблем миллионам семей, которые никак не могут от них избавиться. Эксперты решили выяснить, в чем же причина. Как оказалось, у этих насекомых выработался иммунитет к большинству видов инсектицидов.

Информация об этом была опубликована в журнале Journal of Medical Entomology.

Для изучения поведения постельных клопов американские ученые собрали несколько групп этих насекомых. Большинство из них были привезены из Цинциннати и Мичигана. До попадания в лабораторию эти насекомые проживали в естественных для себя условиях. В еще одну группу вошли насекомые, которые за 30 лет ни разу не подвергались воздействию химикатов. Они вошли в состав контрольной группы.

Как оказалось, 50% клопов из этой группы можно легко уничтожить путем воздействия ацетамиприда. Причем вещества необходимо не более 0,3 нанограмма. Клопы из других групп оказались более устойчивыми к воздействию этого инсектицида. Для их уничтожения понадобилось порядка 10 тыс нанограммов. Причем аналогичная ситуация наблюдалась и при воздействии других химикатов.

В ходе экспериментов ученые выяснили, что клопы научились вырабатывать антитоксичные ферменты в таком количестве, что его было достаточно для нейтрализации химических веществ. В связи с этим энтомологи отмечают, что пришло время для создания новых способов для борьбы с постельными клопами.

Самцы нового вида пауков-скакунов проверяют самок на готовность к браку с помощью специального «игрового» ритуала.

Австралийские биологи Юрген Отто (Jurgen Otto) и Дэвид Хилл (David E. Hill) опубликовали в журнале Peckhamia описание нового вида пауков, названного Jotus remus, из семейства пауков-скакунов. Само по себе это не было бы чем-то примечательным (обнаружение нового вида, особенно, когда дело касается членистоногих – вполне рядовое событие), если бы не характерный брачный ритуал J. remus.

У самцов Jotus remus на третьей паре ног есть характерное утолщение, помогающее им играть в прятки с самками. (Фото Jurgen Otto.)

На третьей паре ног у самцов есть своеобразное утолщение, напоминающее весло. Когда самец, сидящий на листе, видит самку, он прячется от неё на другую сторону листа, но выставляет над краем конечность с веслообразным утолщением. Покачивая ногой, паук привлекает внимание самки, которая делает рывок в его сторону, но самец тут же прячет ногу обратно и перебегает к другому краю, откуда продолжает её дразнить – и так в течение нескольких минут. (Как это происходит, можно посмотреть вот здесь).

Со стороны всё выглядит действительно как игра в прятки: самцу не составляет труда увернуться от самки, а у той, очевидно, нет никаких намерений превращать самца в свой обед. По словам Юргена Отто, поначалу можно было решить, что паук на самом деле хочет утомить потенциальную партнёршу, чтобы она, набегавшись и устав, позволила совершить «брачные действия». Однако признаков усталости самки не проявляли, как бы долго прятки ни длились. Да и вообще, всё обычно заканчивалось тем, что самец внезапно терял интерес к игре.

Иными словами, игра в прятки нужна для того, чтобы отличить самку, которая уже спаривалась,  от «невинной девицы». Дело в том, что паучихи J. remus, как вообще часто бывает у пауков, могут спариваться только один раз в жизни, и ухаживать за самкой, у которой уже «всё было», значит, зря тратить время и силы. Главный брачный ритуал у J. remus в целом выглядит так же, как у других пауков-скакунов: самец медленно идёт к самке, «дирижируя» расставленной парой ног, и, приблизившись вплотную к избраннице, особым образом ощупывает её. У разных видов пауков поведение самца может отличаться довольно сильно, и некоторые исполняют перед дамой сердца натуральный балет, но смысл всегда один и тот же: с помощью специальных движений склонить самку к супружеству. Игра в прятки у J. remus – это как бы вступление, проверка аудитории, когда самец пытается узнать, есть ли смысл вообще «выходить на сцену».

Правда, тут возникает другой вопрос: почему самцы так долго проверяют самок на годность к браку? Как было сказано в начале, поддразнивание партнёрш может длиться несколько минут, и постоянная беготня и уклонение от нападающей самки тоже ведь требуют времени и сил. Может быть, одного-двух бросков самки недостаточно, чтобы убедить самца, что он имеет дело уже с опытной «матроной», а энергетические расходы на игру в прятки не так велики по сравнению с полноценными брачным ритуалом.

Кроме того, среди пауков-скакунов есть, например, такой характерный пример – пауки-павлины (видео с которыми можно посмотреть здесь): если танец самца не понравится самке, то, когда он захочет к ней приблизиться, она вполне может его съесть. Напомним, что во время игры в прятки самки J. remus самцов не ели, но, возможно, во время главного брачного танца такой исход весьма вероятен. Тогда дополнительная хитрость с сигнальной ногой, может быть, не только помогает найти самцу подходящую партнёршу, но и сохранить себе жизнь, если встреченная паучиха окажется не той, которая нужна.

Летом прошлого года вышел (проходной) фильм о супергерое «Человек-муравей», в котором Пол Радд управляет роями (или стадами?) муравьев, исполняющих его приказы. Они летают вокруг него, образуют мосты и взламывают системы безопасности по его команде.

Не будем объяснять физику сжатия материалов до квантовых величин, анатомическую силу полудюймового человечка и возможности квантового мира — все это вы либо видели в фильме (а если нет, посмотрите, мне понравился), либо знаете не понаслышке по нашим статьям. Но о том, как Человек-муравей мог бы общаться со своими членистоногими друзьями, учитывая сложный способ использования муравьями феромонов и другие невербальные методы связи, вы вряд ли знаете. В январе группа ученых в журнале Science изложили свой взгляд на эти процессы.

Используя эпигенетические манипуляции, Даниэль Симола, Райли Грэм, Шелли Бергер и другие смогли изменять поведение муравьев, чтобы они могли выполнять больше ролей, чем позволяет им природа в обычных условиях. На примере муравьев-плотников Camponotus floridanus они смогли различить отдельные касты «младших» и «старших», выполняющих различные задачи для своей колонии.

Старшие муравьи крупнее младших и выступают в качестве солдат колонии. Они редко ищут пищу. Этим занимаются младшие. Они также выполняют роль разведчиков, оставляя гнездо в поисках пищи еще до того, как к источнику направится команда грузчиков, везущих товар обратно на базу. И хотя разведкой занимаются как старшие, так и младшие, к возрасту в 14 дней младшие проявляют такое поведение больше старших.

Наблюдения привели исследовательскую группу к выводу, что эти роли были присущи муравьям на молекулярном уровне. Такое разделение труда позволяет колонии приспосабливаться к кризисам, голоду или хищникам.

Каким образом ученым удалось изменить «встроенное» поведение муравьев? Легко просто сказать «эпигенетика», но вряд ли кто из вас знает, что это слово означает в сущности. Эпигенетика — это когда экологические факторы (факторы окружающей среды) влияют на ДНК, изменяя экспрессию генов. Представьте себе идентичных близнецов, но у одного развивается рак, а у другого нет. Какие экологические, пищевые и социальные запустили это развитие? Эпигенетика пытается это выяснить.

Ученые заметили, что на стремление муравьев-плотников искать пищу влияет воздействие гистоновых белков, которые Бергер называет «упаковочным материалом» для ДНК. Чтобы получить информацию из каждого гена, ДНК ослабляется, как катушка ниток, в процессе «ацетилирования». Ученые начали свои эксперименты, скармливая муравьям компонент, который увеличивает ацетилирование гистона H3K27ac. Очевидно, после поглощения компонента младшие муравьи начинали искать пищу больше обычного.

Затем ученые разработали методику впрыска химических веществ напрямую в мозги муравьев. Изменив дозу на более мощный компонент трихостатин А, они заметили, что впрыск увеличивал и промысловые способности старших муравьев. Солдаты стали фермерами. Даже спустя 30-50 дней после одной инъекции старшие продолжали заниматься промыслом. Но стоит отметить, что такие меры были эффективными лишь после воздействия на очень юных старших муравьев. Это говорит и о том, что с возрастом муравьи соответствуют своей роли более жестко.

Учитывая эти результаты, можно было бы предположить, что Человек-муравей аналогичным образом контролирует своих муравьев, но более сложным эпигенетическим образом. Если бы Человек-муравей делал постоянные инъекции в мозг юных муравьев, позволили бы они крошечному человечку ездить на своей спине? Возможно. Но Бергер предлагает и другую возможность: если этот человечек испускает запах, как матка муравья, управляя физиологией мозга каждого муравья и говоря им, что «все в порядке». Выброс запаха королевы муравьев является чистейшим примером эпигенетического сигнала.

Конечно, последствия этого исследования идут много дальше, чем просто решают загадку вымышленного супергероя. Ученые полагают, что результаты их исследования могут быть применимы к другим эусоциальным насекомым вроде медоносных пчел и, возможно, даже некоторых млекопитающих. Но что насчет людей? Может ли химическое воздействие эпигенетически изменить наше поведение?

По мнению Бергера, та же гистондеацетилаза (HDACs), используемая в данном исследовании, уже широко используется на людях для процедур, связанных с раком и психиатрией. В 1990-х Национальный институт здоровья (NIH) в своем проекте отсканировал сотни мозгов людей и обнаружил, что они продолжают развиваться до 25-летнего возраста. Бергер утверждает, что молекулярная природа такого развития вытекает из эпигенетических изменений внутри мозга. Возможно, муравьи не единственные обладают социальными ролями, регулируемыми химическими веществами?

Несмотря на большое количество туалетов и бань, распространение кишечных паразитов и вшей в Древнем Риме не только не уменьшалось, а увеличивалось.

Древние римляне заботились о благоустройстве своих городов, как никакая другая древняя цивилизация. Около 2 тысяч лет назад они уже строили общественные туалеты, канализационные системы, водопроводы и акведуки, а также общественные бани. Кроме того, римляне принимали законы, которые позволили избавиться от мусора на улицах. Казалось бы, такое внимание к гигиене должно было снижать риск заразиться какой-нибудь инфекционной болезнью. Об этом говорит наша интуиция, и о том же свидетельствуют современные исследования: туалеты, чистая питьевая вода и удаление испражнений с улиц действительно снижает вероятность подцепить бактериальную или паразитическую инфекцию.

Термы Каракаллы. (Фото Araldo de Luca / Corbis.)

‹›

Между тем в работе Пирса Митчелла (Piers Mitchell) из Кембриджского университета, опубликованной в журнале Parasitology , говорится, что, невзирая на все санитарные новшества, распространение кишечных паразитов (власоглава, аскариды и дизентерийной амёбы) в римское время не только не уменьшается по сравнению с предыдущим периодом (ранним железным веком), но даже постепенно возрастает. Также удалось выяснить, что в римское время увеличивается распространение не только кишечных паразитов, но и эктопаразитов – вшей и блох. Несмотря на знаменитые римские термы, жители империи так же страдали от вшей, как викинги или люди средневековья, мывшиеся не слишком часто.

Доктор Митчелл собрал сведения о паразитах в человеческих погребениях, в древних туалетах, в копролитах (ископаемых фекалиях), на расчёсках и тканях, которые были найдены археологами при раскопках большого количества памятников по всей территории Римской империи. В ряде случаев при раскопках римских памятников находили специальные расчёски, которые использовали для удаления вшей; судя по всему, такая процедура была рутинной для многих римлян. По словам самого Пирса Митчелла, «ожидалось, что таких паразитов, как власоглавы и аскариды, должно быть меньше в римское время. Вместо этого мы видим постепенный рост. Возникает вопрос: почему?».

Интересно, что в римское время люди намного чаще, чем в бронзовом и раннем железном веке, страдали от широкого лентеца – паразита, который распространяется через рыбу. Пирс Митчелл считает, что причина этого заключается в большой популярности гарума, рыбного соуса, который входил в состав большинства блюд римской кухни. Гарум не подвергался термической обработке, он получался в результате ферментации, когда рыбу на долгое время оставляли под солнцем. «Приготовление рыбного соуса и торговля им, вероятно, способствовали распространению широкого лентеца из районов северной Европы во все уголки империи: наглядный пример негативных последствий её расширения», – отмечает исследователь.