Необходимо войти или зарегистрироваться

Авторизация

Введите логин, email или номер телефона, начинающийся с символа «+»
Забыли пароль? Регистрация

Новый пароль

Авторизация

Восстановление пароля

Авторизация

Регистрация

Выберите, пожалуйста, ник на пикабу
Номер будет виден только вам.
Отправка смс бесплатна
У меня уже есть аккаунт с ником Отменить привязку?

Регистрация

Номер будет виден только вам.
Отправка смс бесплатна
Создавая аккаунт, я соглашаюсь с правилами Пикабу и даю согласие на обработку персональных данных.
Авторизация

Профиль

Профиль

p4hshok

p4hshok

Пикабушник
128 208 рейтинг
8134 комментария
302 поста
279 в "горячем"
Показать полную информацию
5 лет на Пикабу

Аммонит в янтаре

p4hshok в Лига Палеонтологии
Аммонит в янтаре Палеонтология, Наука, Аммонит, Янтарь, Инклюз, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Перед вами — первый в истории науки аммонит, который был найден не в осадочных горных породах, а в янтаре. При словах «аммонит из янтаря» так и представляются щупальца, глаза и прочие атрибуты этих древних головоногих моллюсков, знакомые нам по работам палеоиллюстраторов. Но увы, никаких мягких тканей от аммонита не осталось: в куске мелового бирманского янтаря (бирмита), где его нашли, уцелела только сильно поврежденная раковина, забитая песком. Тем не менее находка проливает свет на процесс образования бирманского янтаря, а также служит новым источником информации о его возрасте. И еще она дает надежду, что в ископаемых смолах потенциально могут сохраняться еще более редкие и неожиданные вещи — надо только лучше искать.
Как и большинство инклюзов из бирмита, с которыми имеют дело ученые, янтарный аммонит был найден местными старателями и затем прошел через руки нескольких перекупщиков. Первоначально янтарные дилеры думали, что перед ними обычная улитка, каких в бирмите довольно много, но в конце концов один из коллекционеров догадался об истинной природе этой непритязательной на вид ракушки, и она была куплена частным Музеем янтаря в Шанхае (Lingpoge Amber Museum). Статья с описанием экземпляра была подготовлена учеными из Китая, Великобритании, Франции и США.
Диаметр аммонита — всего 12 мм. Он представляет собой ювенильную особь с поврежденной раковиной. Однако с помощью микротомографии (X-ray microtomography) ученые смогли разглядеть у аммонита строение внутренних перегородок и форму лопастных линий (границы прикрепления перегородок к стенкам раковины). Это позволило отнести янтарного аммонита к подроду Puzosia (Bhimaites), который находят в Европе, Африке, Азии и Южной Америке. Такие аммониты характерны для сеномана и верхов альба — двух геологических ярусов, между которыми проходит срединная граница мелового периода.

Аммонит в янтаре Палеонтология, Наука, Аммонит, Янтарь, Инклюз, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Внутреннее строение янтарного аммонита, реконструированное с помощью микротомографии. Фото с сайта nationalgeographic.com.au
Таким образом, присутствие аммонита Puzosia (Bhimaites) в целом подтверждает возраст бирманского янтаря, вычисленный исходя из радиоизотопных датировок вмещающих отложений. Согласно последним данным, эти отложения сформировались около 99 млн лет назад, то есть в самом начале сеномана. Однако некоторые скептики утверждали, что сам янтарь мог образоваться гораздо раньше и затем вторично перезахоронился (например, когда первичную янтароносную породу размыло морем). Теперь поводов для этих сомнений стало чуть меньше.
Раковина аммонита замурована в трехсантиметровый кусок янтаря, который больше похож на братскую могилу: всего в него попало не менее 40 различных организмов, большую часть из которых составляют сухопутные членистоногие. В их число входят панцирные клещи, мелкие двукрылые, жуки, тараканы — то есть типичная почвенная и лесная фауна. Однако в янтаре нашлись и две раковины морских улиток, а также четыре равноногих рачка, некоторые из которых, предположительно, обитали на литорали. Как образовался этот странный коктейль из морских и сухопутных животных?

Аммонит в янтаре Палеонтология, Наука, Аммонит, Янтарь, Инклюз, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

A — кусок бирманского янтаря, в котором был найден аммонит. На фотографии хорошо видны раковины брюхоногих моллюсков и остатки насекомых. Длина масштабного отрезка: 5 мм. B, C — клещи; D — паук из семейства оонопиды; E — многоножка из класса диплоподы и раковина брюхоногого моллюска; F — горбатка (двукрылое насекомое); G — перепончатокрылое насекомое из надсемейства Chrysidoidea; H — жук; I — таракан. Длины масштабных отрезков: B–D, F, G — 0,5 мм; E, H — 1 мм; I — 2 мм. Фото из статьи T. Yu et al., 2019. An ammonite trapped in Burmese amber
Ученые полагают, что янтарная гробница с аммонитом сформировалась на песчаном пляже, где рос араукариевый лес (считается, что именно смола араукариевых дала начало бирманскому янтарю). Большой натек смолы медленно стекал по стволу, захватывая насекомых, потом оказался в почве у корней, где в него попали клещи, и, наконец, приклеил к себе выброшенную на берег раковину аммонита, морских улиток и пробегавших мимо литоральных рачков.
Интересно, что раньше в бирманском янтаре уже находили морские организмы, такие как остракоды (ракообразные) и морские сверлильщики (двустворчатые моллюски семейства Pholadidae). Интересно, что некоторые сверлильщики попали в янтарь заживо, о чем свидетельствуют остатки их мягких тканей. Скорее всего, такие двустворки, к своему несчастью, пробовали вбуравливаться в куски смолы, когда та еще не отвердела изнутри. Всё это также говорит о том, что древний лес, после которого остался бирмит, произрастал в условиях морского побережья. В результате смола почти сразу же оказывалась в море, где ее заносило глиной и песком, и в таком виде — без каких-либо дальнейших приключений — она и дошла до наших дней.
Почему всё это необходимо знать? Куски бирманского янтаря — это настоящие капсулы времени, которые сохранили мельчайшие подробности из жизни тропического леса времен динозавров. Там нашли птенцов вымерших энанциорнисовых птиц (см. Птенец из бирманского янтаря помог уточнить особенности развития мезозойских птиц, «Элементы», 12.06.2017), хвост пернатого динозавра (см. Найденный в янтаре оперенный хвост динозавра вряд ли годился для полета, «Элементы», 12.12.2016) и, конечно же, множество насекомых, одни из которых очень похожи на современных, а другие, напротив, крайне причудливы и необычны. Это настоящий, непридуманный «парк мелового периода», и, чтобы заглянуть в него, требуется лишь бинокуляр и немного терпения (ну и какое-то количество валюты, чтобы прикупить приглянувшиеся образцы). Вопрос же о механизмах образования бирмита крайне важен для понимания того, до какой степени сделанные в нем находки отражают особенности тогдашних экосистем.
Фото с сайта nationalgeographic.com.
Александр Храмов

https://elementy.ru/kartinka_dnya/890/Ammonit_v_yantare

Показать полностью 2

Вероятность зарождения жизни

p4hshok в Наука | Научпоп

Борис Штерн, Александр Марков, Армен Мулкиджанян, Евгений Кунин, Михаил Никитин

«Троицкий вариант — Наука» №6(275), 26 марта 2019 года

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Изображение: pixabay.com


Предисловие Бориса Штерна  Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института ядерных исследований РАН и Астрокосмического центра ФИАН.

Мы давно планировали провести дискуссию, связанную с вечным вопросом о месте человека во Вселенной. Это, конечно, про внеземную жизнь и планеты у других звезд. В настоящий момент известно чуть меньше 6 тыс. экзопланет, из которых две с лишним тысячи ждут независимого подтверждения. Но для статистических исследований можно использовать все 6 тысяч.


Среди них очень мало планет, предположительно пригодных для жизни. Это естественно, потому что их труднее всего искать: против землеподобных планет работает очень мощный эффект селекции. Они слишком легкие, чтобы их можно было вылавливать методом лучевой скорости звезды, а год у них слишком длинный, чтобы их транзиты можно было бы уверенно раскопать в данных космического телескопа «Кеплер»1. Исключение — планеты в зоне обитаемости красных карликов, которые открыты у нас под самым носом, их искать гораздо легче. Таких планет очень много, но, увы, красные карлики очень неудобны для жизни рядом с ними. Однако экстраполяция данных «Кеплера» по «горячим землям» у звезд типа Солнца дает весьма оптимистический результат: по крайней мере 15% таких звезд имеют планеты в своей зоне обитаемости. Эта оценка получена независимо многими авторами, и со временем она становится всё более оптимистичной: 20% и даже четверть солнц обладают землями. Это значит, что ближайшая к нам звезда класса G или К с землей на орбите в области обитаемости находится в пределах 15 световых лет. Таких звезд немного, и уже появляются кандидаты, например Тау Кита. А в радиусе, скажем, 30 световых лет таких планет множество.


Методы наблюдений постепенно прогрессируют. С помощью усовершенствованного инструмента HARPS будут обнаружены новые близкие землеподобные планеты. В следующем десятилетии с помощью таких инструментов, как исполинский Чрезвычайно большой телескоп (ELT) и космический телескоп «Джеймс Вебб», мы узнаем кое-что об атмосферах некоторых планет земного типа. И не исключено, что в спектре поглощения атмосферы какой-то транзитной планеты (проходящей по диску звезды) проявится кислород. Если звезда не чрезмерно активна и достаточно стара, кислород может быть только биогенным. Так может быть обнаружена внеземная жизнь.


Реально ли это? Если жизнь возникает в любом углу как только для нее появляются условия — почему бы и нет? Но так ли это? Часто приводится аргумент, что жизнь на Земле появилась очень быстро, значит, дело обстоит именно так — достаточно немногих сотен миллионов лет, чтобы она появилась в каком-нибудь бульоне. Но есть и контраргумент — подходящий «бульон» может существовать только на молодой планете — жизнь возникает либо быстро, либо никогда.


И, конечно, есть противоположная точка зрения: жизнь — редчайший феномен, основанный на совершенно невероятном совпадении. Наиболее обстоятельная точка зрения на этот счет, профессиональная и с количественными оценками высказана Евгением Куниным. Жизнь основана на копировании длинных молекул, изначально это были молекулы РНК. Копирование производится неким устройством, называемом «репликазой» (эти строки написаны физиком, потому терминология с точки зрения биолога несколько неуклюжая). Репликаза ниоткуда не возьмется, если она не запрограммирована в той же копируемой РНК.


По оценке Кунина, для того, чтобы стартовало самовоспроизведение РНК, а с ним и эволюция, «как минимум, необходимо спонтанное появление следующего.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Никакого противоречия в том, что результат у нас перед глазами, нет: согласно теории инфляции, Вселенная огромна, на десятки порядков больше ее видимой части, и если понимать под вселенной замкнутое пространство, то и вселенных с таким же, как у нас вакуумом, гигантское множество. Самая ничтожная вероятность где-то реализуется, породив удивленного созерцателя.


Эти две крайности много значат с точки зрения нашего места во Вселенной. В любом случае мы одиноки. Но если жизнь существует в десятках световых лет от нас — это технологическое одиночество, преодолеваемое развитием и тысячелетним терпением. Если справедлива оценка Кунина — это фундаментальное одиночество, не преодолеваемое ничем. Тогда мы и земная жизнь — единственный в своем роде феномен в причинно-связанном объеме Вселенной. Единственный и ценнейший. Это важно для будущей стратегии человечества. В первом случае основа стратегии — поиск. Во втором случае — посев (есть даже такой термин «направленная панспермия»), который тоже включает в себя поиск подходящей почвы.


Всё это заслуживает дискуссии. Нет ли лазеек сквозь аргументацию Кунина? Не просматриваются ли какие-либо механизмы в обход «неупрощаемой сложности» репликатора РНК? Правда ли она такая уж неупрощаемая? И т. д.


Мы обратились к нескольким биологам с просьбой высказать свое мнение.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Александр Марков, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН, заведующий кафедрой биологической эволюции биофака МГУ:


Оценка Евгения Кунина, из которой следует, что мы безнадежно одиноки во Вселенной, основана на одном ключевом допущении. Кунин полагал, что для того, чтобы стартовал процесс репликации РНК (а с ним и дарвиновская эволюция; этот момент логично считать собственно моментом зарождения жизни), было необходимо, чтобы чисто случайно — в результате случайного комбинирования полимеризующихся (например, на минеральных матрицах) рибонуклеотидов — появился рибозим с РНК-полимеразной активностью, т. е. длинная молекула РНК, обладающая вполне определенной (а не какой попало) последовательностью нуклеотидов и благодаря этому способная эффективно катализировать репликацию РНК.


Если другого пути, другого «входа» в мир живых из мира неживой материи не существует, то Кунин прав, и нам следует оставить надежду найти во Вселенной какую-либо жизнь, кроме земной. Можно предполагать, что всё начиналось не с одной-единственной высокоэффективной полимеразы, а, например, с некого содружества небольших, малоэффективных полимераз и лигаз (рибозимов, умеющих сшивать короткие молекулы РНК в более длинные): возможно, это сделает оценку чуть-чуть более оптимистичной, но принципиально ситуацию не изменит. Потому что всё равно первый репликатор был весьма сложным, а появиться он должен был без помощи дарвиновской эволюции — по сути случайно.


Реальной альтернативой является неферментативная репликация РНК (НР РНК): процесс, в ходе которого молекулы РНК реплицируются без помощи сложных рибозимов или белковых ферментов. Такой процесс существует, его катализируют ионы Mg2+, но идет он слишком медленно и неточно — по крайней мере, в тех условиях, которые успели перепробовать исследователи.


Однако есть надежда, что все-таки удастся найти некие правдоподобные условия (которые в принципе могли бы существовать на каких-то планетах), когда НР РНК идет достаточно быстро и точно. Может быть, для этого нужен какой-то относительно простой катализатор, способный синтезироваться абиогенным путем. Возможно, в роли таких катализаторов могут выступать простые абиогенные пептиды с несколькими отрицательно заряженными остатками аспарагиновой кислоты, удерживавшие ионы магния: похожие активные центры есть у белковых РНК-полимераз, и такая возможность сейчас прорабатывается.


Вопрос о возможности эффективной НР РНК имеет принципиальное значение для оценки вероятности зарождения жизни. Если НР РНК возможна, то живых планет в обозримой Вселенной может оказаться не так уж мало. Принципиальные различия между двумя сценариями — с возможной и невозможной НР РНК — отражены в таблице. Если НР возможна, то дарвиновская эволюция могла начаться практически сразу после появления первых коротких молекул РНК. Селективное преимущество должны были получить те молекулы РНК, которые эффективнее размножались посредством НР. Это могли быть, например, молекулы с палиндромными повторами, которые могли сами себе служить праймерами — «затравками» для репликации; палиндромы могут сворачиваться в трехмерные структуры — «шпильки», что повышает вероятность появления у молекулы РНК каталитических свойств. Так или иначе, после того, как дарвиновская эволюция стартовала, дальнейшее развитие жизни определялось уже не только случайностью, но и закономерностью.


Таблица. Почему неферментативная репликация (НР) крайне важна для оценки вероятности абиогенеза

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Оценки вероятности (частоты) зарождения жизни при этих двух сценариях должны различаться на огромное число порядков (хотя точные цифры, конечно, никто не назовет). Важно еще отметить, что если жизнь зародилась «по Кунину», т. е. благодаря случайной сборке эффективного рибозима-полимеразы, то принцип комплементарности (специфического спаривания нуклеотидов), на котором основана способность РНК к размножению и эволюции, оказывается неким «роялем в кустах», не имевшим никакого отношения к тому факту, что на планетах накопилось настолько огромное количество молекул РНК, что на одной из планет случайно появился эффективный рибозим с РНК-полимеразной активностью. Если же жизнь зародилась «по Шостаку» (нобелевский лауреат Джек Шостак сейчас активно изучает НР РНК и верит, что именно этот процесс является ключом к тайне происхождения жизни), то комплементарность не была «роялем в кустах», а работала с самого начала. Это делает весь сценарий происхождения жизни намного более убедительным и логичным. Я бы поставил на Шостака.


Таким образом, сейчас всё зависит от успехов специалистов в области пребиотической химии. Если они найдут реалистичные условия, в которых хорошо идет НР РНК, то у нас есть шанс обнаружить жизнь на других планетах. А если нет, то... надо искать дальше.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Армен Мулкиджанян, доктор биологических наук, Оснабрюкский университет (Германия), ведущий научный сотрудник МГУ:


Трудно спорить с тем, что жизнь возникла давно и на молодой Земле. Земля сложена из хондритных пород, как и метеориты. Разогрев этих пород при образовании Земли вызывал таяние принесенной с хондритами воды. Взаимодействие воды с разогретой, восстановленной породой должно было приводить к высвобождению электронов, образованию водорода и восстановлению двуокиси углерода (СО2) до различных органических соединений. Подобные процессы всё еще идут в зонах геотермальной активности, например на геотермальных полях, однако с малой интенсивностью. Так что образование органики в больших количествах можно ожидать и на молодых планетах других звезд. Вероятность того, что при этом может возникать жизнь, можно оценить, рассмотрев эволюцию земной жизни.


Первые два миллиарда лет на Земле жили только микробы. Так продолжалась бы и дальше, но где-то 2,5 млрд лет назад фотосинтезирующие бактерии научились использовать энергию света для разложения воды. Фотосинтез исходно возник как замена затухавшим геохимическим процессам «сброса» избыточных электронов. При фотосинтезе энергия света используется для окисления различных соединений, т. е. для «отбирания» у них электронов, фотоактивации этих электронов и восстановления ими в конечном счете СО2 до органических соединений. Система разложения воды возникла в результате постепенной эволюции более простых фотосинтетических ферментов, сохранившихся у некоторых бактерий. Есть несколько весьма правдоподобных сценариев того, как такие ферменты, используя свет и хлорофилл, сперва окисляли сероводород (да и сейчас у кое-кого окисляют), потом, по мере исчерпания сероводорода в среде, стали отбирать электроны у ионов двухвалентного железа, потом — у ионов марганца. В итоге они как-то научились разлагать воду. При этом отбиравшиеся у воды электроны шли на синтез органики, а как побочный продукт высвобождался кислород. Кислород — очень сильный окислитель. Пришлось от него защищаться. Возникновение многоклеточности, теплокровности и в конце концов разума — это всё разные этапы защиты от окисления атмосферным кислородом.


Разложение воды осуществляется в уникальном каталитическом центре, содержащем кластер из четырех атомов марганца и одного атома кальция. В этой реакции, требующей четырех квантов света, разлагается сразу две молекулы воды (2H2O) с образованием одной молекулы кислорода (О2). Для этого нужна энергия четырех квантов света. На атомах марганца в ответ на поглощение трех квантов света последовательно накапливаются три электронные вакансии («дырки»), и только при поглощении четвертого кванта света обе молекулы воды окисляются, дырки заполняются электронами и образуется молекула кислорода. Хотя структуру марганцевого кластера недавно определили с высокой точностью, как работает это четырехтактное устройство до конца не понятно. Неясно также, как и почему в каталитическом центре, где у первобытных фотосинтезирующих бактерий, по-видимому, окислялись ионы марганца, четыре его атома объединились с атомом кальция в кластер, способный разлагать воду. Термодинамика участия хлорофилла в окислении воды тоже загадочна. Теоретически, хлорофилл при освещении может окислять и сероводород, и железо, и марганец, но только не воду. Однако окисляет. В общем, это как про шмеля: «По законам аэродинамики шмель летать не может, но он об этом не знает и летает только поэтому».


Оценить вероятность возникновения системы разложения воды очень сложно. Но эта вероятность весьма мала, так как за 4,5 млрд лет такая система возникла лишь однажды. Никакой особой нужды в ней не было, и без нее микробы процветали бы на Земле, будучи включенными в геохимические циклы. Более того, после появления кислорода в атмосфере большая часть микробной биосферы должна была погибнуть или, точнее, сгореть — взаимодействие органики с кислородом и есть горение. Выжили только микробы, научившиеся дышать, т. е. быстро восстанавливать кислород обратно до воды прямо на своей внешней оболочке, не допуская его внутрь, а также обитатели немногих оставшихся бескислородных экологических ниш.


Эта история может служить примером относительно недавнего (каких-то 2,5 млрд лет назад) и относительно понятного события, приведшего к резкому увеличению сложности живых систем. При этом всё началось с постепенных изменений фотосинтетических ферментов. Потом имело место разовое и очень нетривиальное эволюционное изобретение (марганцево-кальциевый кластер), которого могло бы и не быть. Последующие грандиозные изменения были реакцией на появление в атмосфере «ядовитого» кислорода: на полную мощность включился дарвиновский отбор, пришлось учиться дышать глубже и шевелить мозгами.


Итого имеем процесс, проходящий в три стадии: (1) постепенные изменения — (2) разовое маловероятное событие — (3) дальнейшая эволюция, но уже на другом уровне или в других условиях. Можно рассматривать эту схему как молекулярный аналог классической схемы ароморфозов Северцова.


Если посмотреть на посткислородную эволюцию, можно идентифицировать еще несколько таких маловероятных разовых событий, менявших ход эволюции. Это и «сборка» сложной эукариотической клетки, и появление сосудистых растений, и разнообразные «прорывы» в эволюции животных, о которых, собственно, Северцов и писал.


Возникновение жизни, которое в рамках гипотезы «мира РНК» понимается как появление самовоспроизводящихся ансамблей молекул РНК (репликаторов), также можно представить как трехстадийный процесс.


Подготовительная стадия: рибонуклеотиды, образующие РНК, умеют спонтанно «собираться» из простых молекул вроде цианида или формамида под действием ультрафиолетового (УФ) света. Его на молодой Земле было в достатке; поглощающего ультрафиолет озона в атмосфере еще не было, так как не было кислорода, см. выше. Как показали Поунер и Садерланд (Манчестерский университет), на УФ-свету «отбираются» нуклеотиды в особой, «активированной», циклической форме, такие нуклеотиды способны спонтанно образовывать цепочки РНК. Причем двойные, уотсон-криковские цепочки РНК существенно устойчивее к УФ-излучению, чем одиночные, — этот результат описан Евгением Куниным в его самой первой опубликованной работе в далеком 1980 году. То есть на молодой Земле за счет потока «лишних» электронов могли образовываться самые разные органические молекулы, но под действием жесткого солнечного излучения «выживали» в первую очередь РНК-подобные молекулы, предпочтительно свернутые в спиральные структуры.

Разовое, маловероятное событие: ансамбль из нескольких РНК-подобных молекул начал сам себя копировать (миллиарды лет спустя подобные самокопирующиеся РНК-ансамбли удалось получить РНК-селекцией в лабораторных условиях).

Последующая эволюция: РНК-репликаторы стали конкурировать между собой за ресурсы, эволюционировать, объединяться в большие сообщества и т. д.

Недостаток этой гипотетической схемы в том, что не известны ни молекулярные детали возникновения РНК-репликаторов, ни природные факторы, способствовавшие их отбору. Надежду дает то, что в случае следующего по значимости (и по очереди) эволюционного события, а именно возникновения рибосом, машин для синтеза белка, молекулярные детали реконструировать удалось. Это было сделано различными методами в четырех лабораториях; результаты реконструкций очень похожи. Говоря кратко, предком современных очень сложных рибосом был конструкт из двух петель РНК по 50–60 рибонуклеотидов каждая, способный объединять две аминокислоты пептидной связью. Промежуточные стадии на пути от этой двухпетлевой структуры до современных рибосом детально отслежены Константином Боковым и Сергеем Стадлером (Университет Монреаля), нобелевским лауреатом Адой Йонат и коллегами (Вейцмановский институт), Джорджем Фоксом и коллегами (Университет Хьюстона) и Антоном Петровым с коллегами (Университет Джорджии).


Рибосома, имевшая сперва одну каталитическую РНК-субъединицу, постепенно усложнялась и увеличивалась в размерах, всё это время синтезируя белковые последовательности из случайного набора аминокислот. Только на последних стадиях ее эволюции произошло объединение с другой молекулой РНК, ставшей малой субъединицей рибосомы, и начался кодируемый синтез белка. Таким образом, возникновение генетического кода — это отдельное от возникновения рибосомального синтеза белка маловероятное эволюционное событие.


Скорее всего, дальнейшие исследования позволят реконструировать и возникновение репликаторов, и другие маловероятные события, например, связанные с возникновением первых клеток, обменом генами между первыми клетками и вирусами и т. д.


Возвращаясь к поставленным вопросам о вероятностях: наше детальное рассмотрение показывает, что эволюция земной жизни — это не одно «совершенно невероятное совпадение», а много последовательных чрезвычайно маловероятных событий.


Мощная генерация органики шла, скорее всего, и на других молодых планетах. Но это не обязательно могло приводить к возникновению жизни. Если бы самовоспроизводящийся РНК-ансамбль не собрался бы на Земле, никакой жизни и не было бы. Производство органики постепенно бы затухло, и стала бы Земля похожа на Марс или Венеру.


Но даже в случае возникновения жизни на других планетах эта жизнь могла «застрять» на любой начальной стадии, причем вероятность навсегда остаться на примитивном уровне развития была несравненно выше вероятности вскарабкаться на следующую ступеньку и продвинуться дальше.


Поэтому вероятность встретить на другой планете мудрых инопланетян неизмеримо ниже шанса вляпаться там в немудреную, но живую слизь (и это если очень повезет). Вероятность того, что где-то есть кислородная жизнь, тоже неизмеримо мала: разложение воды с образованием кислорода — это очень нетривиальная четырехэлектронная реакция.


Так что строить какую-либо стратегию в надежде найти инопланетный разум как раз не очень разумно. То, что на Земле есть (пока) разумные существа, — это очень большая удача. Поэтому гораздо осмысленнее инвестировать в создание «запасных аэродромов» для уже имеющейся разумной жизни на тот случай, если подведет природа или сами носители разума. Значит, нужна запасная Земля, а еще лучше несколько.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Евгений Кунин, ведущий научный сотрудник Национального центра биотехнологической информации, член Национальной академии наук США:


Я могу ограничиться очень краткими замечаниями, поскольку вполне согласен со всем, сказанным Александром Марковым... кроме, конечно, выводов. Действительно, лимитирующая стадия в возникновении жизни — спонтанное образование популяции молекул рибозима-полимеразы с достаточно высокой скоростью и точностью самокопирования. Вероятность такого события исчезающе мала. Чтобы ее существенно повысить, нужен некий процесс, создающий возможность эволюции без участия таких рибозимов, в гораздо более простой системе. Неферментативная репликация, обсуждаемая Александром, — хороший кандидат на роль такого процесса. Беда только в том, что на основе всего, что мне известно из химии и термодинамики, нет никаких шансов довести эти реакции до уровня достаточно точной репликации длинных молекул. Репликация совсем коротких олигонуклеотидов была бы очень интересна как возможная промежуточная стадия, но вероятности существенно не повысит. Таким образом, мой вывод остается прежним: возникновение жизни требует исключительно маловероятных событий, и, следовательно, мы одни в нашей Вселенной (вопрос о множественных вселенных здесь обсуждать необязательно). Не только мы — разумные существа, но шире — живые существа вообще.


Тут важно заметить следующее: исключительно низкая вероятность возникновения жизни никак не означает, что это всё произошло чудом. Напротив, всё это серии нормальных химических реакций, только включающие стадии с очень низкой вероятностью. Следовательно, изучать механизмы, которые как-то облегчают возникновение жизни, не только не бессмысленное, а исключительно важное и интересное дело. Просто не видно (пока), чтобы это могло существенно повысить вероятность, но созданию сценария событий вполне может помочь.


Ну, и закончу квазифилософским, но, по-моему, имеющим отношение к делу соображением. Сверхнизкая вероятность возникновения жизни нарушает принцип посредственности (mediocrity principle): события, произошедшие на нашей планете, исключительны, даже уникальны во Вселенной. Принцип посредственности в данном случае проигрывает антропному принципу: как бы невероятно возникновение жизни ни было a priori, при условии существования разумных существ, да и просто клеток его вероятность в точности равна 1.

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Михаил Никитин, научный сотрудник отдела эволюционной биохимии НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозерского МГУ:


Мне кажется, что жизнь бактериального уровня сложности широко распространена во Вселенной, а вот развитие до многоклеточных животных и потенциально разумных существ гораздо менее вероятно.


Почему я считаю, что возникновение бактериальной жизни высоко вероятно?

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Почему я считаю, что эволюция жизни от простых клеток к многоклеточным животным может быть очень маловероятной? Здесь есть два соображения, одно скорее геологическое, другое — чисто биологическое. Начнем с первого.


В палеонтологии надежно установлено, что эволюция организмов происходит очень неравномерно. Кризисы и революции чередуются с периодами стазиса, иногда очень долгими. Самый долгий период стазиса получил название «скучный миллиард» и продолжался большую часть протерозоя — примерно с 2 до 0,8 млрд лет назад. Ему предшествовало появление кислорода в атмосфере, возникновение эукариотных клеток и глобальное Гуронское оледенение, а закончился он крупнейшим в истории Земли Стертским оледенением, ростом содержания кислорода до почти современных значений и появлением многоклеточных животных. Так же относительно медленно шла эволюция в архейском эоне между 3,5 и 2,5 млрд лет назад по сравнению как с предшествующим катархейским эоном (временем появления жизни и поздней метеоритной бомбардировки), так и с последующей кислородной революцией. Причины такой неравномерности до конца неизвестны. Мне лично кажется убедительным, что «кислородная революция» (массовое распространение выделяющих кислород цианобактерий) была связана с исчерпанием запасов восстановленного (закисного) железа в океанской воде. Пока железа в океане хватало, там процветали микробы, использующие более простой и безопасный железо-окисляющий фотосинтез. В нем выделяется не кислород, а соединения окисного железа — магнетиты и гематиты, которые на протяжении всего архея откладывались на морском дне. Поступление нового железа в море (в основном из гидротермальных источников на дне) снижалось по мере затухания геологической активности планеты, и наконец ресурсный кризис вынудил фотосинтезирующих микробов перейти на более сложную «технологию» кислородного фотосинтеза. Аналогично, причиной «скучного миллиарда» могло быть постоянное потребление кислорода на окисление различных минералов на суше, не позволяющее поднять содержание кислорода выше 1–2%. В протерозойских морских осадках есть много следов шедшего на суше окисления сульфидных руд, из-за которого реки несли в океан сульфаты, мышьяк, сурьму, медь, хром, молибден, уран и другие элементы, которых почти не было в архейском океане. Позднепротерозойский кризис с глобальными оледенениями, быстрым ростом содержания кислорода и появлением многоклеточных животных, возможно, был вызван исчерпанием на суше легкоокисляемых минералов.


Таким образом, время наступления двух ключевых революций (кислородный фотосинтез и многоклеточные животные), вероятно, определялось балансом биологических (фотосинтез) и геологических (выделение закисного железа и других окисляемых веществ гидротермами и наземными вулканами) процессов. Вполне возможно, что на других планетах эти революции наступают гораздо позже. Например, более массивная планета (суперземля) будет медленнее терять геологическую активность, дольше выделять железо в океан и может оттянуть кислородную революцию на миллиарды лет. Планеты в зоне обитаемости красных карликов будут получать мало видимого света, пригодного для фотосинтеза, и их биосферы тоже рискуют застрять на бескислородной стадии. Количество воды на планете тоже важно. Если вся планета покрыта глубоким океаном, то в нем будет дефицит фосфора, поступающего в основном из сухопутных вулканов, а если воды мало, то мала будет и площадь океана, доступная фотосинтезирующим микробам (до появления многоклеточных растений продуктивность наземных экосистем была пренебрежимо малой по сравнению с морями). То есть полно причин, по которым биосфера может застрять на бескислородной микробной стадии и не развиться до животных. Время на развитие, кстати, ограничено: светимость звезд со временем растет, и Земля через 1,5–2 млрд лет станет необратимо разогреваться, ее океаны — испаряться, и нарастающий парниковый эффект превратит ее во вторую Венеру. У красных карликов светимость растет медленнее, но их планеты могут стать непригодными для жизни из-за исчезновения магнитного поля и последующей потери воды в космос, как это произошло на Марсе.


Второе соображение относится к появлению эукариот — клеток с ядром. Эукариотные клетки намного крупнее и сложнее клеток бактерий и архей и появились позже, скорее всего, во времена «кислородной революции». Эукариотная клетка появилась как химера из архейной клетки, поселившейся внутри нее симбиотической бактерии и, возможно, заразившего их вируса (а то и не одного). Устройство генома эукариот однозначно показывает, что их ранняя эволюция происходила не благодаря естественному отбору, а во многом вопреки. В малочисленных популяциях отбор не очень эффективен, и слегка вредные признаки могут закрепляться благодаря генному дрейфу и другим чисто случайным процессам. Это подробно изложено в соответствующей главе «Логики случая» Кунина и наводит на мысль, что появление эукариот может быть очень маловероятно даже в подходящей обстановке (бактериальная биосфера, вступающая в кислородную революцию). Как минимум, случаи внутриклеточного симбиоза между бактериями и археями практически неизвестны — хотя внутри эукариотных клеток бактерии селятся легко.


Подводя итоги: я думаю, что сочетание описанных факторов должно приводить к тому, что в нашей Галактике будут миллионы планет с бактериальной жизнью и намного меньше (возможно, единицы) — с жизнью эукариотного и многоклеточного уровня сложности.


Постскриптум Бориса Штерна

Вероятность зарождения жизни Наука, Химия, Биология, Эволюция, Абиогенез, Копипаста, Дискуссия, Elementy ru, Длиннопост

Отсюда следуют, по крайней мере, два важных оргвывода. Первый: Развитая жизнь — редчайший и ценнейший феномен во Вселенной. Поэтому см. последний абзац заметки Армена Мулкиджаняна: у человечества есть благородная тотальная цель — распространение этого феномена. О возможностях и методах достижения этой цели поговорим отдельно.


Второй оргвывод: уничтожение этой жизни станет невосполнимой потерей галактического или даже космологического масштаба. Это следует учитывать в собственной оценке «ястребов» и политиков, готовых прибегнуть к ядерному шантажу ради надувания собственного «величия». То же самое относится к цивилизации безудержного потребления.

https://elementy.ru/nauchno-populyarnaya_biblioteka/434611/V...

Показать полностью 8

Аммониты из Миэрина

p4hshok в Лига Палеонтологии
Аммониты из Миэрина Наука, Палеонтология, Аммонит, Мифология, Игра престолов, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

На некоторых кадрах девятой серии шестого сезона «Игры престолов» внимательный зритель может заметить несколько окаменелых раковин вымерших головоногих моллюсков аммонитов, которые украшали зал великой пирамиды города Миэрин. Например, на этом кадре они позади Тириона Ланнистера (которого играет Питер Динклэйдж).


Похоже, что использованные при съемках сериала раковины, скорее всего, но, к сожалению, они были показаны издалека и детали их строения рассмотреть сложно. По словам научного сотрудника Геологического института РАН Михаила Рогова, вероятнее всего, что раковины принадлежат аммонитам мелового периода, — возможно, из семейства пахидисцид (Pachydiscidae).


Аммониты — это древние головоногие моллюски с наружной спирально закрученной раковиной. Они были широко распространены в древних морях нашей планеты, появились в девоне и вымерли на границе мела и палеогена вместе с динозаврами.

К сожалению, из сюжета сериала нельзя выяснить, что это за раковины и как они там оказались. Но, учитывая культовый статус великой пирамиды, можно предположить, что аммониты имели какой-то сакральный смысл и не были простым украшением интерьера. Тем более что представления о божественном статусе аммонитов были широко распространены в культурах древнего мира, отсылки к которым присутствуют в сериале.

Нельзя точно сказать, когда аммониты стали известны людям. Это связано со сложностью интерпретации древних источников. Отсутствие четкого названия раковин аммонитов у греческих и римских авторов не позволяет с уверенностью говорить, какие именно окаменелости или минералы имелись в виду. К примеру, греческий поэт третьего века, писавший под псевдонимом Орфей, считал, что душа обитает в офитах — камнях в форме змей. Эти офиты вероятнее всего были раковинами аммонитов. Одно из первых и самых знаменитых упоминаний раковин аммонитов принадлежит Плинию Старшему, который в своей «Естественной истории» писал, что «рог Аммона» (Hammonis cornu) считается священным камнем в Эфиопии, он золотисто окрашен, имеет форму бараньего рога и приносит пророческие сны. Считается, что это название связано с именем финикийского бога Баал-Хаммона или древнеегипетского божества Амона, которых изображали с головой барана и спирально закрученными рогами.

Аммониты из Миэрина Наука, Палеонтология, Аммонит, Мифология, Игра престолов, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

В поздней античности образ древнеегипетского бога Амона слился с образом греческого Зевса в единое божество Зевс-Амон, которого часто изображали с бараньими рогами. Герма из коллекции Эрмитажа, Древний Рим, I–II вв. Фото с сайта hermitagemuseum.org

Ученые Нового времени восприняли это имя и называли ископаемые раковины аммонитов «рогами Амона». Этой традиции следовал и М. В. Ломоносов. В 1745 году в описи минералогического собрания Кунсткамеры он указывал, что здесь присутствуют многочисленные «cornuum Hammonis» (в русском переводе — «рога Гаммоновы»). Они проходили по разделу «животные водяные, в камень обращенные». Именно от бога Амона аммониты в конце концов получили свое имя: в конце ХVIII века французский натуралист Жан-Гильом Брюгиер в «Методической энциклопедии» предложил для них латинизированное название Ammonites.


Не только в Эфиопии, но и в других культурах аммониты считались проявлением сакрального. Индуисты до сих пор почитают раковины аммонитов как камни бога Вишну (любопытно, что символами бога Шивы считаются остатки других головоногих моллюсков — белемнитов). В Непале аммонитов называют «шалиграм» (Shaligram) и рассказывают легенду, как однажды Вишну совратил молодую девушку, приняв образ ее мужа. Когда обман раскрылся, девушка прокляла Вишну, и он превратился в окаменелые спиральные раковины.

Аммониты из Миэрина Наука, Палеонтология, Аммонит, Мифология, Игра престолов, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Отпечаток аммонита юрского периода в черных сланцах, Поволжье. В Костромской области, на реке Унжа такие отпечатки называют «иконками» — вероятно, за сусальный золотой блеск. Однако никаких преданий и легенд, связанных с этим названием, нет. Фото с сайта ammonit.ru


На Северном Кавказе аммониты еще недавно тоже рассматривались как проявление сакрального. Крупные раковины меловых аммонитов здесь использовали для оформления захоронений, они даже попали в литературу и упоминаются в одном из стихотворений Велимира Хлебникова:


«Увидел я камень, камню подобный, под коим пророк

Похоронен: скошен он над плитой и увенчан чалмой.

И мощи старинной раковины, изогнуты в козлиный рог,

На камне выступали; казалось, образ бога камень увенчал мой...»


Однако, остатки аммонитов интерпретировались не только как проявления божественного. Зачастую их оценивали противоположно: как порождение нечистой силы либо остатки чудовищ.


В XIX веке жители нынешнего Подмосковья называли раковины аммонитов «чертовыми печатями». В Британии их считали остатками змей, которые окаменели из-за проклятья святого, чье имя менялось в зависимости от региона. В некоторых местах это был епископ Кутберт, в других — святая дева Кейн, а чаще всего — святая Хильда, которой в VII веке понадобилось избавить от змей участок в Уитби для постройки монастыря. Легенда про Хильду была обыграна в поэме Роберта Сертиса (Robert Smith Surtees), где сказано:


«Одна среди племени змеи встала святая,

С пылкой верой взмолилась, подняв святой крест,

И бессчетные змеи упали на землю,

Став безголовыми камнями».

Аммониты из Миэрина Наука, Палеонтология, Аммонит, Мифология, Игра престолов, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Аммонит Titanites из юрских отложений Британии с вырезанной змеиной головой. Фото из книги M. G. Bassett, 1982. ‘Formed Stones’, Folklore and Fossils


Встречались и другие варианты легенды. В Южной Англии полагали, что аммониты вначале были феями, которые за какие-то преступления превратились в змей, а уже потом окаменели. Отсутствие голов объяснялось просто: они разрушились после того, как змеи стали камнями. Иногда торговцы вырезали головы на раковинах, чтобы повысить цену образца. Такие псевдоокаменелости представлены в нескольких британских музеях.


Схожие представления бытовали на севере России. Манси считали аммонитов остатками змея ялпинг уй, который не умирает, а «однажды ложится на землю, свертывается в кольцо и превращается в камень». Ялпинг уй считался злым, опасным животным. Сто лет назад этнограф Валерий Чернецов писал о поверьях манси с реки Сосьвы: «По берегам рек живет ялпинг уй — змей. Длиной он достигает до 4 сажен. Раньше они достигали величины 7–8 сажен (самые старые толщиной в руку и толще). На брюхе имеет ряд костяных пластин. Весной он кричит, издавая крик, похожий на крик утки. „Неч, Неч“ или по-другому, когда крик походит на капанье воды. В последнем случае подходить к нему опасно. Он бросается на человека, обвивает его, душит и перетирает своими пластинками».

Аммониты из Миэрина Наука, Палеонтология, Аммонит, Мифология, Игра престолов, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

«Ялпинг уй», аммонит с реки Северная Сосьва. Фото с сайта fly.pripolar.ru


Столь разнообразные интерпретации не удивительны, учитывая, что раковины аммонитов привлекали внимание совершенно разных народов на протяжении тысячелетий. Благодаря своей необычной форме они оказались в числе немногих окаменелостей, которые фигурировали в мифологической картине мира и находили в ней свое объяснение. Использование их в качестве украшения великой пирамиды вымышленного города Миэрина кажется вполне уместным и отвечает атмосфере сериала, наполненной чудесами и колдовством.


Кадр из девятой серии шестого сезона сериала «Игра престолов».


Антон Нелихов

https://elementy.ru/kartinka_dnya/880/Ammonity_iz_Mierina

Показать полностью 4

Каракатицы-«правши» лучше дерутся, зато каракатицы-«левши» успешнее размножаются

p4hshok в Наука | Научпоп

У многих животных самого разного систематического положения и сложности строения возникает латерализация поведения. Это означает, что определенные действия они чаще совершают одной стороной тела, чем другой. Головоногие моллюски не исключение. В стычках с конкурентами своего пола и при охране партнерш самцы гигантской австралийской каракатицы (Sepia apama) чаще смотрят на другую особь левым глазом. Доля тех, кто при борьбе за самку повернут к сопернику правой стороной тела, а общении с самкой смотрит на нее правым глазом, невелика. Но в такой нетипичной латерализации есть и свои преимущества: ее обладатели чаще выигрывают стычки.

Каракатицы-«правши» лучше дерутся, зато каракатицы-«левши» успешнее размножаются Наука, Биология, Копипаста, Elementy ru, Зоология, Этология, Длиннопост

Рис. 1. Самец гигантской австралийской каракатицы (Sepia apama, самец слева) охраняет самку. К ней обращен его левый глаз. В подавляющем большинстве случаев взаимное расположение особей именно такое. По какой-то причине их попытки ухаживания оказываются эффективнее, чем у тех самцов, которые смотрят на потенциальных партнерш правым глазом. Изображение с сайта alexschnell.net



Большинство видов животных имеет двустороннюю (билатеральную) симметрию. Это значит, что через их тело можно провести плоскость, по обе стороны от которой расположены одинаковые органы (зеркально симметричные друг другу относительно этой плоскости). Правда, есть одна большая оговорка. Эта симметрия почти никогда не бывает абсолютной. Ряд органов присутствует в единственном экземпляре, и расположены такие органы зачастую не по центру, а преимущественно в какой-то одной половине тела. У человека, например, такие органы — сердце, селезенка, печень и т. д. Да и парные органы не полностью идентичны. Скажем, у людей правая почка обычно расположена ниже левой («подняться» ей не дает печень, которая находится преимущественно справа, над почкой). То есть две стороны тела у билатерально симметричных животных редко бывают равнозначны. Эту неравнозначность организм способен использовать в своих целях, поскольку каждую половину тела можно на чем-нибудь специализировать.


За время эволюции жизни специализация происходила и в другом «направлении»: тем организмам, которые активно двигались, нужно было сконцентрировать органы чувств на переднем конце тела, который, таким образом, постепенно становился более чувствительным, чем задний. Не возникни такое «разделение труда», эффективность перемещений животных была бы существенно ниже.


Но перемещения, движения — основа поведения. Даже речь — одна из наиболее продвинутых поведенческих реакций — невозможна без сокращения и расслабления мышц, то есть, опять же, без движений. Так что асимметрия анатомическая идет бок о бок с асимметрией поведенческой. Фраза «бок о бок» здесь приобретает и буквальное значение. Левая половина тела нередко специализируется на своем наборе поведенческих реакций, правая — на своем. Это латерализация поведения. Ее проявления нашли у представителей самых разных систематических групп, в том числе и беспозвоночных. К примеру, пчелы эффективнее обучаются связывать запах и зрительный стимул, если видят этот стимул правым глазом (P. Letzkus et al,. 2007. Lateralization of visual learning in the honeybee). Кошки предпочитают делать первый шаг правой лапой, а коты — левой (L. J. McDowell et al., 2018. Lateralization of spontaneous behaviours in the domestic cat, Felis silvestris). Детеныши различных копытных чаще держатся справа от матерей и смотрят на них левым глазом, и многие другие позвоночные стараются во время социальных взаимодействий смотреть на «собеседника» левым глазом (см. Асимметрия социального поведения: левый глаз — правое полушарие).


Особи, у которых левая и правая половины тела в поведенческом плане неравноценны, получают преимущества перед более симметричными представителями своего вида. Они могут, например, выполнять сразу две задачи — искать пищу и сканировать пространство на наличие хищников, при этом для каждой задачи отводится своя половина тела (L. J. Rogers et al., 2004. Advantages of having a lateralized brain). Преимущества не теряются и у тех, у кого глаза расположены не по бокам тела, а спереди — как у человека или шимпанзе. Шимпанзе, к примеру, ловят больше термитов, если делают это предпочтительно одной рукой (W. C. McGrew, L. F. Marchant, 1999. Laterality of hand use pays off in foraging success for wild chimpanzees).


В теории не столь важно, какая сторона тела на чем специализируется, главное, чтобы «разделение труда» вообще было. На практике оказывается, что среди представителей одного вида особи с латерализацией поведения одного типа встречаются в разы чаще, чем латерализованные в противоположную сторону. У Homo sapiens правши численно преобладают над левшами, а центры речи (зона Брока и зона Вернике) в подавляющем большинстве случаев расположены в левом полушарии независимо от того, какой рукой человек пишет . То есть один вариант латерализации оказывается более выгодным, чем другой.


В чем заключается подобная выгода? Согласно сравнительно новой модели в рамках теории игр (S. Ghirlanda et al., 2008. Intraspecific competition and coordination in the evolution of lateralization), латерализация «как у большинства» позволяет эффективно кооперироваться с представителями этого большинства, то есть приносит пользу при мирных контактах. Но и в нетипичной латерализации есть свой плюс: она добавляет элемент неожиданности в агонистическое взаимодействие. Во многих единоборствах левши считаются сложными противниками именно потому, что наносят удары не с той стороны, откуда их обычно ждут бойцы-правши.


Справедливость этой модели авторы обсуждаемой статьи, биологи из Австралии, Франции и США, проверили на гигантских австралийских каракатицах Sepia apama (рис. 1). Этот головоногий моллюск и впрямь вырастает до внушительных размеров — длина достигает полуметра, а масса может превышать 10 килограммов, — так что наблюдать за ними просто. Самцы обычно чуть крупнее самок, но разброс длины и массы у обоих полов существенный, а габариты самцов, судя по имеющимся данным, не влияют на успех их размножения. С мая по август у южных берегов Австралии самцы борются друг с другом за половых партнерш (главный автор научной статьи, Александра Шнелль (Alexandra K. Schnell), защитила кандидатскую диссертацию о сражениях Sepia apama за самок, а позже помогла изложить эту диссертацию в виде комикса).


В начале сезона размножения самок еще мало (видимо, они позже приплывают): бывает, что одна приходится на одиннадцать самцов. Так что бороться приходится часто. Тем не менее, конфликты далеко не всегда доходят до физического контакта. Сначала каракатицы занимают определенные демонстративные позы (рис. 2): фронтальную (голова обращена к противнику, задний конец тела — от него), латеральную (самец повернут одним боком к противнику) либо расправляют мантию и вытягивает вперед все щупальца, в результате чего их тело приобретает форму лопаты (в англоязычной литературе это называют shovel display ). Обычно фронтальная поза предшествует латеральной (A. K. Schnell et al., 2016. Cuttlefish perform multiple agonistic displays to communicate a hierarchy of threats). Если демонстрации не выявили сильнейшего, самцы переходят к более агрессивным действиям — толчкам и укусам.

Каракатицы-«правши» лучше дерутся, зато каракатицы-«левши» успешнее размножаются Наука, Биология, Копипаста, Elementy ru, Зоология, Этология, Длиннопост

Рис. 2. Демонстративные позы самцов гигантской австралийской каракатицы во время борьбы за самку. Слева направо: фронтальная, латеральная, «лопатовидная» (shovel display). Изображение с сайта alexschnell.net


Победа в поединке не гарантирует спаривания. Самка, за которую шла борьба, может уплыть от самца, выпустив в его сторону струю чернил, оттолкнуть его или просто показать белую полосу на боку тела — сигнал неготовности к копуляции. Благосклонно настроенную партнершу самец охраняет некоторое время до и после спаривания, при этом он находится сбоку от самки на расстоянии не больше ширины ее тела (см. рис. 1). Таким образом, поведенческие реакции гигантских австралийских каракатиц, связанные с соревнованиями и кооперацией, хорошо различимы.


То, какой стороной тела во время таких реакций чаще обращены друг к другу моллюски, авторы определяли, просматривая видеозаписи их движений в дикой природе (воды залива Спенсер, штат Южная Австралия) и в лаборатории. Поскольку у более крупных самцов все-таки выше шанс победить в схватке, исследователи анализировали только те случаи боев, когда соперники различались по длине мантии не более чем на 10%. Ученые подсчитывали, в каком проценте случаев во время латеральных демонстраций самцы показывают противникам левый бок, в каком — правый, каким глазом чаще смотрят на соперника, кто чаще затевает конфликты — «левши» или «правши» — и кто чаще их выигрывает. Также биологи вычисляли, кто из «левшей» и «правшей» чаще получает от самок отказ. Всего было проанализировано больше 200 эпизодов взаимодействий между каракатицами: в заливе Спенсер было записано 44 поединка самцов и 43 случая взаимодействия с самкой, а в лаборатории — 48 поединков (в которых участвовали 24 самца — каждый в двух поединках) и 88 случаев взаимодействия с самкой .


Подсчеты показали, что в большинстве случаев самцы во время поединков смотрели на соперников левым глазом (рис. 3, a). Притом «левши» чаще переходили к более агрессивным действиям во время стычек и в природе, и в лаборатории (рис. 3, c). Тем не менее, особи, предпочитающие видеть противника правым глазом, «в полевых условиях» выходили победителями чаще тех, кто смотрел на них левым глазом (рис. 3, d). Самки чаще отказывались от спаривания, демонстрируя белую полосу, если самцы подплывали к их левому боку — а значит, смотрели на потенциальных партнерш правым глазом (рис. 3, e). Впрочем, большинство самцов приближались к правому боку самки, наблюдая за ней левым глазом (рис. 3, f). При охране партнерши они занимали такую же позицию (рис. 3, b).

Каракатицы-«правши» лучше дерутся, зато каракатицы-«левши» успешнее размножаются Наука, Биология, Копипаста, Elementy ru, Зоология, Этология, Длиннопост

Рис. 3. a — доля самцов, во время сражений за самку чаще смотрящих на противника тем или иным глазом. b — доля самцов, которые при охране самки чаще повернуты к ней тем или иным боком (и соответствующим глазом). c — зависимость склонности самца переводить конфликт на более агрессивный уровень от латерализации поведения. d — успех схватки в зависимости от предпочитаемого поворота к противнику. На графиках a–d группы столбиков слева — результаты анализа записей поведения в дикой природе, справа — данные по взаимодействиям каракатиц в лаборатории. Также на a–d темно-серым обозначена доля особей, предпочтительно использующих левый глаз, светло-серым — правый глаз, белым — не имеющая предпочтений. В ряде ситуаций каракатиц, не имеющих предпочтений в использовании глаз, не выявили, поэтому белые столбики есть не везде. e — доля случаев демонстрации самками белой полосы на боку тела (white lateral stripe, WLS) в зависимости от того, к какому их боку подплывал самец. f — доля самцов, при попытках спаривания подплывавших к самкам с левой и правой стороны. g — доля успешных попыток спаривания в зависимости от того, к какому боку самки подплывал самец. На e–g левый столбик — приближение к левой стороне тела самки, правый — к правой. Звездочки обозначают уровень статистической значимости различий p по итогам проверки хи-квадрат: * — p < 0,05; ** — p < 0,01; *** — p < 0,001. Изображение из обсуждаемой статьи, с изменениями


Вероятно, более частый зрительный контакт с самкой именно левым глазом возник в силу анатомических особенностей гигантских австралийских каракатиц. Гектокотилем, щупальцем для переноса мешочков со сперматозоидами в мантийную полость самки, у них служит одна из конечностей на левой стороне тела. Так что, вероятно, оплодотворять самку, повернувшись к ней соответствующим боком, проще. А предпочтение левого глаза при «боевых действиях» может объясняться строением нервной системы головоногих моллюсков. У позвоночных и беспозвоночных структуры, принимающие сигналы от левого поля зрения, в большей степени влияют на быстрые движения, связанные с защитой от хищников, и социальные взаимодействия любого толка. Однако у каракатиц практически нет перекрестов нервных путей, поэтому правая половина мозга управляет правой стороной тела, а левая — левой.


Анатомическое объяснение не противоречит социальному. Если разные особи производят конкретные действия одной и той же стороной тела, они действуют согласованно. Одинаковая латерализация облегчает кооперацию. Этот факт выражают даже на приземленном уровне житейской мудрости в устойчивых выражениях вроде «Любить — значит смотреть в одном направлении».


С высокой вероятностью описанное исследование первое, в ходе которого экспериментально проверили предположение: латерализация поведения дает определенные преимущества в ходе соревнований (состязаний за самку) и кооперации (дальнейшего взаимодействия с ней). А то, кем будет большинство представителей популяции — «правшами» или «левшами», в конечном счете определяет удобство мирных контактов. Больше доля тех, кто подплывает к самкам левым боком, с правой стороны. Таким самцам, согласно данным исследования, реже отказывают — а значит, они чаще участвуют в размножении. Также работа предлагает объяснение, почему доля особей с нетипичной латерализацией не падает до нуля. У каракатиц-«правшей», не столь успешных в привлечении самок, есть преимущество: чаще побеждают конкурентов благодаря обилию неожиданных движений. Правда, если доля таких нетипично латерализованных особей поднимется выше определенного порога, их некогда необычные движения перестанут быть редкими, и преимущество будет утеряно.


Источник: Alexandra K. Schnell, Christelle Jozet-Alves, Karina C. Hall, Léa Radday and Roger T. Hanlon. Fighting and mating success in giant Australian cuttlefish is influenced by behavioural lateralization // Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 2019. V. 286. I. 1898. Article ID: 20182507. DOI: 10.1098/rspb.2018.2507.


Светлана Ястребова

Показать полностью 2

Графит в архейских железистых кварцитах вероятно имеет биогенное происхождение

p4hshok в Наука | Научпоп

Древнейшие из известных полосчатых железистых кварцитов относятся к раннему архею, являясь одними из самых древних осадочных пород на Земле. Несмотря на такой солидный возраст, основная гипотеза их происхождения — биогенная. Предполагается, что обогащенные оксидом железа слои кварцитов возникли в результате жизнедеятельности цианобактерий, но однозначных свидетельств этого нет. Международный коллектив геологов, исследовав собранные по всему миру образцы этих пород, предложил новые критерии проверки этой гипотезы, согласно которым графит образовался как при метаморфизме древнейших осадочных пород, предположительно содержавших органику, так и при более поздних процессах. На основе этих критериев предложена методика обнаружения возможных признаков жизни в древнейших породах.

Графит в архейских железистых кварцитах вероятно имеет биогенное происхождение Наука, Геология, Копипаста, Эволюция, Elementy ru, Длиннопост, Текст

Рис. 1. Примеры пород, в которых авторами обсуждаемого исследования были обнаружены биогенные признаки: слева вверху — породы из штата Мичиган (США) возрастом 1,85 млрд лет, слева внизу — породы из провинции Онтарио (Канада) возрастом 2,7 млрд лет, справа — породы из Западной Австралии возрастом 2,5 млрд лет. Фото с сайта geologypage.com

Полосчатые железистые кварциты (banded iron formation) — типичные породы докембрия, широко распространенные по всему миру. У них слоистая структура: тонкие (от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров) слои железосодержащих минералов (например, гематита или магнетита) перемежаются бедными железом слоями, состоящими в основном из кварца. Древнейшие из этих пород датируются возрастом 3,85 млрд лет, являясь самыми древними из известных первично осадочных пород на Земле.


Основная гипотеза происхождения полосчатых железистых кварцитов, несмотря на столь солидный возраст этих пород, — биогенная. Предполагаемый механизм их формирования такой. В архее океан был в целом бескислородным, а небольшие участки кислородной среды (так называемые «кислородные карманы») существовали только над цианобактериальными матами — цианобактерии были в то время главным источником молекулярного кислорода на Земле. При этом практически весь кислород, вырабатываемый ими в процессе фотосинтеза, расходовался в реакциях окисления растворенного в морской воде закисного железа с образованием нерастворимых оксидов железа, осаждавшихся на дно океана в виде осадков, которые затем превратились в железистые кварциты. Чередование в структуре кварцитов красных (железистых) слоев с более светлыми (кремнистыми) свидетельствует о периодической смене кислородных условий бескислородными. С чем была связана такая смена, пока неизвестно. Возможно, с изменениями уровня океана: цианобактериям для фотосинтеза нужен свет, а на глубинах в несколько десятков метром его уже слишком мало.


Казалось бы, если все так, и железистые слои кварцитов осаждались прямо на бактериальные маты, в этих слоях должны сохраниться какие-то биогенные признаки. Но дело в том, что полосчатые железистые кварциты в чистом виде осадочными породами уже давно не являются. В результате регионального метаморфизма — процесса, при котором значительные объемы земной коры подвергаются воздействию высоких температур и давления, — произошла перекристаллизация первично осадочных пород с образованием на их месте пород метаморфических. Несмотря на то, что метаморфические породы во многом наследуют общую структуру и слоистость исходных осадочных пород, следы микроорганизмов в процессе метаморфизма разрушаются, а биогенное органическое вещество переходит в графит (так называемая графитизация). Минеральный графит ученые регулярно находят в полосчатых кварцитах (см. Обнаружены вероятные следы жизни возрастом 3,95 миллиарда лет, «Элементы», 28.09.2017), но доказать его биогенное происхождение весьма проблематично. К тому же не всегда удается доказать, что графит образовался одновременно с вмещающими его породами, а не является более поздним образованием.


Международная группа ученых во главе с Домиником Папино (Dominic Papineau) из Университетского колледжа Лондона недавно представила новые минералогические и геохимические критерии, которые помогут выявлять биогенные признаки (биосигнатуры) в сильно измененных породах. Авторы утверждают, что эти критерии можно применить не только к древним земным породам, но и к породам с других планет. Результаты исследования опубликованы в журналах Journal of the Geological Society и Earth and Planetary Science Letters.


Авторы описывают находки минерального графита различной степени кристаллизации из десяти формаций полосчатых железистых кварцитов, находящихся в Канаде, Индии, Китае, Финляндии, США, Австралии и Гренландии (рис. 1). Возраст формаций лежит в пределах от 1,8 до 3,9 млрд лет. Главной задачей авторов было изучение минеральных ассоциаций, в составе которых присутствует графит, и выяснение генезиса этих ассоциаций. В качестве основных методов исследования использовались: оптическая микроскопия, микро-рамановская спектроскопия, сканирующая электронная спектроскопия, энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия и изотопная масс-спектрометрия.


Несмотря на то, что для описанных пород характерна различная степень переработки метаморфическими процессами, во всех из них графит тесно ассоциирует с апатитом: находится внутри зерен апатита или на их гранях (рис. 2). Ранее же считалось, что нахождение графита совместно с апатитом носит случайный характер.

Графит в архейских железистых кварцитах вероятно имеет биогенное происхождение Наука, Геология, Копипаста, Эволюция, Elementy ru, Длиннопост, Текст

Рис. 2. Вверху — увеличение небольшого участка тонкого среза железистого кварцита возрастом 3,9 млрд лет с полуострова Лабрадор (показан снизу слева), в котором была обнаружена тесная ассоциация графита (красные пятна, обведенные белым) с апатитом (гексагональный кристалл). Даны изображения в проходящем свете (вверху слева) и в рамановских лучах (вверху справа). Желтое пятно — шпинель. Внизу справа приведен для сравнения тонкий срез железистого кварцита возрастом 3,85 млрд лет с гренландского острова Акилиа (Akilia). По поводу органического происхождения вещества графита кварцитов острова Акилия дискуссия в научной среде продолжается не один год (см., например, C. M. Fedo, M. J. Wighthouse, 2002. Metasomatic origin of quartz-pyroxene rock, Akilia, Greenland, and implications for Earth's earliest life). Рисунок из обсуждаемой статьи в Earth and Planetary Science Letter


В полосчатых железистых кварцитах формации Мичигамм (Michigamme formation, штат Мичиган, США), имеющих возраст 1,85 млрд лет и метаморфизованных при температурах более 550°С, авторами были обнаружены не только тесные минеральные срастания графита с апатитом, но и оторочки из тончайших волокон графита по периферии апатитовых кристаллов (рис. 3). Такая морфология минеральных агрегатов характерна только для метаморфизованных продуктов распада органического вещества.

Графит в архейских железистых кварцитах вероятно имеет биогенное происхождение Наука, Геология, Копипаста, Эволюция, Elementy ru, Длиннопост, Текст

Рис. 3. Тесные срастания графита (gra) с апатитом (apa) в железистых кварцитах формации Мичигамм. На правом фото виден волокнистый агрегат графита по периферии кристалла апатита. Фото из обсуждаемой статьи в Journal of the Geological Society


Авторы утверждают, что такой характер минеральных срастаний графита с апатитом свидетельствует о первично сингенетическом (совместном с формированием материала вмещающих пород) отложении биомассы, которая затем, при рекристаллизации, превратилась в агрегат графита и апатита. На первично биогенное происхождение углерода графита указывает и его изотопный состав. Проведенные авторами исследования анализы показали обедненность углерода графита изотопом 13С (−22‰), что является биосигнатурой и указывает на его происхождение из изотопно-легкого органического вещества.


В высоко метаморфизованных кварцитах обедненный 13С кристаллический графит ассоциирует с апатитом, карбонатом, пиритом, амфиболом и ортопироксеном. Авторы особо подчеркивают, что ими была идентифицирована еще одна фаза графита, также обедненного 13С — скрытокристаллического, слабо раскристаллизованного графита (PCG — poorly crystalline graphite), отложение которого происходило из более поздних, обогащенных С, О и Н растворов. PCG-графит связан в минеральных ассоциациях с гриналитом — водным силикатом каолинит-серпентиновой группы, образующимся на регрессивных стадиях метаморфизма, а также встречается в оторочках поздних магнетитовых жил, секущих породу, то есть однозначно является более поздним (рис. 4).

Графит в архейских железистых кварцитах вероятно имеет биогенное происхождение Наука, Геология, Копипаста, Эволюция, Elementy ru, Длиннопост, Текст

Рис. 4. Минеральная ассоциация апатита и графита из железистых кварцитов канадской формации Нуввуагиттук (Nuvvuagittuq) возрастом 3,75 млрд лет. Слева: изображение в проходящем свете. Видно, что зерна графита (Gr) присутствуют как внутри кристалла апатита (Apa) (область d), так и в переотложенном виде, вдоль поздних трещин (показаны черной стрелкой), заполненных гриналитом (Gre). Справа — области b, c и d в рамановских лучах (цвета такие же, как на рис. 2). Фото из обсуждаемой статьи в Earth and Planetary Science Letter


Это, по мнению авторов, должно положить конец дискуссии о том, является ли графит в древнейших породах первичным или наложенным. Они говорят о том, что есть и тот, и другой. При этом первичным источником углерода и сингенетического, и позднего графита является органическое вещество осадочных пород, просто во втором случае оно является переотложенным. На это указывает сходный изотопный состав графита обеих фаз. Рентгеновские спектры показывают в них характерные для органического углерода следы N, S, O, H, Ca, Fe и алифатических соединений.


Полученные результаты говорят о том, что, несмотря на высокотемпературные преобразования и перекристаллизацию, которым подверглись древнейшие осадочные породы, они сохранили морфологические, минералогические, элементные и изотопные сигнатуры, свидетельствующие о присутствии биомассы в первичных отложениях. И авторы предлагают конкретные критерии поиска этих биосигнатур.


Источники:

1) Dominic Papineau, Bradley T. De Gregorio, James Sagar, Richard Thorogate, Jianhua Wang, Larry Nittler, David A. Kilcoyne, Hubertus Marbach, Martin Drost, Geoff Thornton. Fossil biomass preserved as graphitic carbon in a late Paleoproterozoic banded iron formation metamorphosed at more than 550°C // Journal of the Geological Society. 2019. DOI: 10.1144/jgs2018-097.

2) Matthew S. Dodd, Dominic Papineau, Zhen-Bing She, Chakravadhanula Manikyamba, Yu-Sheng Wan, Jonathan O’Neil, Juha A. Karhu, Hanika Rizo, Franco Pirajno. Widespread occurrences of variably crystalline 13C-depleted graphitic carbon in banded iron formations // Earth and Planetary Science Letters. 2019. V. 512. P. 163–174. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.01.054.


Владислав Стрекопытов https://elementy.ru/novosti_nauki/433470/Grafit_v_arkheyskik...

Показать полностью 3

Заботливые стеклянные лягушки

p4hshok в Наука | Научпоп
Заботливые стеклянные лягушки Наука, Биология, Земноводные, Лягушки, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

На фото — самец сетчатой стеклянной лягушки (Hyalinobatrachium valerioi) охраняет кладки икры на разных стадиях развития. Все они отложены разными самками, которые практически сразу покидают будущее потомство. Самец оплодотворяет яйца, остается увлажнять кладку и охранять ее от хищников днем и ночью, нередко до самого вылупления потомства. В свободное от родительских обязанностей время самец зазывает других самочек, чтобы те подарили ему свое внимание и икру, о которой он будет заботиться параллельно с уже отложенной. Самец сетчатой стеклянной лягушки одновременно может пестовать до семи кладок.


Стеклянные лягушки (семейство Centrolenidae) — небольшие (от 2 до 8 см) бесхвостые амфибии, которые обитают на юге Мексики, в Центральной Америке и центральной части Южной Америки. Ведут в основном ночной образ жизни. Главная особенность этих земноводных — прозрачная кожа на нижней стороне туловища, через которую можно увидеть их органы — печень, кишечник, крупные сосуды, а у некоторых видов еще и сердце.

Заботливые стеклянные лягушки Наука, Биология, Земноводные, Лягушки, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Cамка стеклянной лягушки. Видны сердце, печень, желудок, кишечник, яйца. Фото с сайта earth.com


У специалистов нет однозначного ответа, какую роль играет отсутствие пигмента. Возможно, это делает лягушек менее заметными для хищников, если смотреть через листовую пластинку. При этом рисунок на спине, скорей всего, делает взрослых особей похожими на кладку и отвлекает внимание врагов от яиц.

Заботливые стеклянные лягушки Наука, Биология, Земноводные, Лягушки, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Самка стеклянной лягушки Hyalinobatrachium valerioi. Через прозрачную кожу ее живота просвечивают яйца. Пятна на коже спины и ног стеклянных лягушек, по-видимому, имитируют кладку. Фото из статьи E. A. Vockenhuber et al., 2008. Reproductive behaviour of the glass frog Hyalinobatrachium valerioi (Anura: Centrolenidae) at the tropical stream Quebrada Negra (La Gamba, Costa Rica)


Стеклянные лягушки в большинстве своем ночные животные, поэтому амплексус и откладка яиц происходят обычно после заката. После того как самец оплодотворит отложенную икру, у некоторых видов, например у Teratohyla pulverata и зернистой стеклянной лягушки (Cochranella granulosa), самки охраняют и увлажняют икру в первую ночь, а у гигантской стеклянной лягушки Ikakogi tayrona самка заботится о потомстве в течение нескольких ночей. Но чаще у стеклянных лягушек о будущем поколении заботятся самцы, а самки, отложив яйца, сразу покидают кладку, чтобы восстановиться и искать новую пару.

Заботливые стеклянные лягушки Наука, Биология, Земноводные, Лягушки, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

а — самка Hyalinobatrachium valerioi (справа) приближается к издающему призывные звуки самцу (слева). Фото © E. Vockenhuber. b — амплексус у Hyalinobatrachium valerioi; через прозрачный бок самки (снизу) видны яйца. Фото © U. Karpfen. Фото из статьи E. A. Vockenhuber et al., 2008. Reproductive behaviour of the glass frog Hyalinobatrachium valerioi (Anura: Centrolenidae) at the tropical stream Quebrada Negra (La Gamba, Costa Rica)


Родительская забота характерна примерно для 30% видов стеклянных лягушек и начинается с выбора места для кладки. Эти земноводные обитают во влажных тропических лесах вдоль рек и озер и предпочитают откладывать икру на широкие гладкие листьях над водоемами или рядом с ними. Некоторые виды, в том числе и сетчатые стеклянные лягушки, обычно откладывают яйца с нижней части листовой пластины. Иногда кладки встречаются и с верхней стороны листа, но тогда лист с икрой нередко завернут в воронку или прикрыт сверху другим листом. Это защищает будущих головастиков от хищников и солнечного излучения, но кладка оказывается укрыта также от дождя и тумана, поэтому родители должны часто увлажнять икру. То, насколько часто родители должны увлажнять кладку, зависит от ее местоположения и особенно от погоды: чем выше влажность, тем меньше работы у папы или мамы. Замечено, что и яйца стеклянные лягушки откладывают чаще в дождливую погоду. Нередко лягушки откладывают икру на листьях не над самой водой, а над берегом, на который падают вылупившиеся головастики. Сильный дождь смывает их в водоем вместе с грунтом, а в мутной воде шансы у будущих лягушат скрыться от хищных рыб вдвое выше.

Заботливые стеклянные лягушки Наука, Биология, Земноводные, Лягушки, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Головастик Hyalinobatrachium orientale, частично прошедший метаморфоз. У головастиков стеклянных лягушек длинные мощные хвосты, которые помогают им при плавании.


При выборе места для кладки самец также учитывает множество других факторов: характер водоема, конкуренцию, свои шансы дозваться самку. Если забраться в гущу зелени, да еще вниз листа, звук будет сильно рассеиваться. Сверху же можно нарваться на хищника. Каждый вид решает проблему по-своему. Самцы сетчатой стеклянной лягушки делают выбор в пользу безопасности и зовут самок, спрятавшись под лист. А, например, самцы лягушки Флейшмана (Hyalinobatrachium fleischmanni) предпочитают вокализировать на верхней стороне листа, но только если их ареал не перекрывается с летучей мышью Trachops cirrhosus. Тогда в сумерках самцы призывают пару, находясь сверху листа, а с наступлением темноты, когда просыпается и выходит на охоту летучая мышь, прячутся вниз и продолжают звать самку оттуда. Максимальную активность стеклянные лягушки проявляют в дождливую погоду.

Cамец Hyalinobatrachium fleischmanni зовет самку, виден раздутый горловой мешок


Родители увлажняют яйца, контактируя с поверхностью кладки нижней частью тела. Предварительно они набирают воду в кровь и мочевой пузырь через участки кожи на животе и внутренней поверхности бедер с хорошо развитой сосудистой сетью. В передаче воды участвуют белковые каналы в мембране клеток — аквапорины. Из-за разницы водного потенциала в крови взрослой особи и в оболочке яиц влага переходит от родителя в оболочку, а оттуда частично в перивителлиновое пространство (между зародышем и оболочкой яйца), благодаря наличию в нем осмотически активных веществ (вероятно, мочевины и/или полисахаридов). Возможно также, что лягушки орошают кладку жидкостью из мочевого пузыря. Впитав воду, стенка яиц становится толще и намного лучше защищает содержимое от хищников, внутрияйцевых паразитов и различных патогенов. При контакте с икринками родитель передает им и часть своей микрофлоры, за счет чего у них формируется местный иммунитет, что еще больше повышает их устойчивость к инфекции, в том числе и грибковой.


Эмбриональное развитие у разных видов длится от 2 до 4 недель, но увлажнение кладки имеет самое большое значение в первые несколько дней (48–72 часа). Чем старше кладка, тем больше шансов у будущих головастиков выжить и без родительского увлажнения.

Заботливые стеклянные лягушки Наука, Биология, Земноводные, Лягушки, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Вылупление головастиков стеклянных лягушек. Фото с сайта ru.wikipedia.org


Помимо пересыхания кладке угрожают паразиты и хищники — некоторые виды крабов, муравьи, сверчки, кузнечики, осы, сенокосцы, пауки и некоторые другие животные. Поэтому самцы некоторых видов, например лягушки Флейшмана, по ночам охраняют кладку, пока не вылупится последний головастик. Самец сетчатой стеклянной лягушки опекает яйца не только ночью, но и днем. Отдыхает он тоже рядом с кладками, нередко положив на них голову и/или конечности. Такая забота увеличивает процент вылупившихся головастиков по сравнению с другими видами.

Стеклянная лягушка защищает кладку от осы


Встречается родительская забота и у других бесхвостых (10–20% видов), и формы ее проявления очень разнообразны. Например, у суринамской пипы (Pipa pipa) самка вынашивает икринки у себя на спине (см. картинку дня Суринамская пипа), у сумчатых жаб (Assa darlingtoni) самец носит головастиков в бедренных складках, а у ринодермы Дарвина (Rhinoderma darwinii) будущие лягушата развиваются в горловом мешке самца.


Фото © W. Hödl, Коста-Рика, сентябрь 2007 года, из статьи W. Hödl, 2016. Herpetologische Forschung der Universität Wien in der Neotropis (1974–2014) в книге Amphibien und Reptilien der Neotropis, 2016.


Алёна Шурпицкая

https://elementy.ru/kartinka_dnya/874/Zabotlivye_steklyannye...

Показать полностью 5 2

УФ-излучение не снижает жизнепригодность экзопланет в системах красных карликов

p4hshok в Наука | Научпоп
УФ-излучение не снижает жизнепригодность экзопланет в системах красных карликов Наука, Астрономия, Экзопланеты, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 1. Экзопланета Проксима b в представлении художника. Над горизонтом изображена звезда Проксима Центавра, а правее и выше от нее — двойная звезда Альфа Центавра АВ. Масса планеты Проксима b немного больше массы Земли, а температура на ее поверхности вполне допускает присутствие воды в жидкой фазе. Рисунок с сайта eso.org


С тех пор как стало известно, что вокруг многих звезд вращаются планеты, в том числе и похожие на Землю, не утихают споры о том, может ли там существовать жизнь. Естественное требование: экзопланета должна быть в зоне обитаемости, чтобы на ней могла существовать жидкая вода. Но у красных карликов — самого распространенного типа звезд в нашей Галактике, к которому относится и ближайшая (помимо Солнца) к нам звезда Проксима Центавра, — зона обитаемости маленькая и находится очень близко к звезде. Учитывая высокую активность красных карликов, это означает, что уровень радиации на поверхности экзопланеты должен быть очень высоким. Однако проведенное учеными из США моделирование условий на таких экзопланетах показало, что интенсивность УФ-излучения на них ниже, чем она была на Земле ранних этапах развития жизни.


Существование экзопланет — планет, находящихся вне Солнечной системы, — было надежно установлено в 1992 году (A. Wolszczan, D. A. Frail, 1992. A planetary system around the millisecond pulsar PSR1257 + 12). Сейчас, благодаря усовершенствованным средствам наблюдения и методам обработки информации, открытие новых экзопланет происходит регулярно. В каталоге экзопланет на сегодняшний день числится более 4000 экзопланет из более чем 3000 планетных систем. Это только те экзопланеты, которые надежно подтверждены с помощью наземных телескопов, — ожидающих подтверждения кандидатов в экзопланеты еще больше.


Имеют экзопланеты и ближайшие к нам звезды (в частности, уверенность в существовании экзопланеты у звезды Барнарда — четвертой по близости к Солнцу после трех звезд системы Альфа Центавра — появилась в прошлом году, см. I. Ribas et al., 2018. A candidate super-Earth planet orbiting near the snow line of Barnard’s star). Некоторые из этих экзопланет располагаются в так называемой обитаемой зоне: условия на их орбитах близки к земным и теоретически там возможно существование жизни (прежде всего исходя из возможности наличия на этих планетах воды в жидкой фазе, поскольку это необходимый растворитель во многих биохимических реакциях).


Близкие по размеру к Земле экзопланеты называются землеподобными или экзопланетами земного типа. А если землеподобная экзопланета еще и находится в зоне обитаемости, то ее называют двойником Земли. Понятно, что именно такие экзопланеты представляют самый большой интерес как с точки зрения изучения внеземной жизни, так и с точки зрения подбора будущего «дома» для человечества. Поиск экзопланет земного типа — ключевая часть миссии космического телескопа «Кеплер», запущенного в марте 2009 года. Несмотря на то, что в 2013 году телескоп частично вышел из строя, информация с него продолжала поступать до прошлого года, а анализ всех полученных данных займет еще некоторое время. По состоянию на март 2019 года им было обнаружено больше 2600 экзопланет.


Ближайшая к Земле звезда после Солнца — красный карлик Проксима Центавра, входящий в состав звездной системы Альфа Центавра, — также имеет свою планетную систему. В 2016 году было объявлено о том, что вокруг этой звезды обращается как минимум одна планета, Проксима b (G. Anglada-Escudé et al., 2016. A terrestrial planet candidate in a temperate orbit around Proxima Centauri), а буквально несколько дней назад на конференции Breakthrough Discuss, организованной в рамках программы исследования жизни во Вселенной Breakthrough Initiatives, было заявлено о том, что вокруг этой звезды обращается еще одна планета (но она, разумеется, пока находится в статусе кандидата в экзопланеты). Проксима b немного больше Земли и при этом находится в обитаемой зоне. Большая полуось ее орбиты равна всего 0,05 а. е. (то есть она в 20 раз ближе к своей звезде, чем расстояние от Земли до Солнца), но поскольку светимость красного карлика (Проксима относится к спектральному классу М), гораздо ниже, чем у звезды вроде Солнца, то Проксима b получает как раз столько тепла, чтобы вода могла на ней существовать в жидкой фазе. Но достаточно ли этого, чтобы там могла существовать жизнь? До недавнего времени считалось, что нет.


Красные карлики составляют большинство звезд в нашей Галактике (например, двадцать из тридцати ближайших к Земле звезд относятся к этому типу). Такие звезды проявляют гораздо большую активность, чем Солнце. Мощные вспышки и связанные с ними потоки ионизированных частиц (звездный ветер) губительны для возможной жизни на экзопланетах, вращающихся вокруг красных карликов: во время вспышек поток ультрафиолета может увеличиваться на два порядка, а, как известно, сильное УФ-излучение повреждает клетки и нуклеиновые кислоты. Все это усугубляется тем, что зона обитаемости находится очень близко к звезде и эти экзопланеты, скорее всего, лишены защитного магнитного поля: из-за приливного захвата они всегда обращены к звезде одной стороной и у них отсутствует вращение ядра, порождающее магнитное поле.


Однако значимые выводы о жизнепригодности планетных систем красных карликов можно делать только после как можно более точного расчета мощности достигающего планеты коротковолнового излучения, которое обладает наибольшей биологической активностью (по сравнению с инфракрасным излучением и излучением видимой части спектра) и представляет наибольшую опасность для живых организмов. Из трех видов коротковолнового излучения (ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение) важнее всего оценить уровень ультрафиолетового, поскольку на его долю приходится подавляющая часть излучаемой энергии. Ровно это и проделали астрономы из Корнеллского университета (США) Джек О’Мэлли-Джеймс (Jack O’Malley-James) и Лиза Калтенеггер (Lisa Kaltenegger). Результаты опубликованы в недавнем выпуске журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.


Ученые смоделировали условия на поверхности четырех ближайших потенциально обитаемых экзопланет: Проксимы b, TRAPPIST-1 e, Ross-128 b и LHS-1140 b. Поскольку спектр излучения родительских звезд хорошо известен, ученые могли оценивать вероятный уровень ультрафиолетового излучения на поверхности этих экзопланет, исходя из различных вариантов состава и плотности атмосферы: от аналогичного современной земной атмосфере до очень тонкой и нарушенной в результате звездных вспышек бескислородной атмосферы, плохо блокирующей ультрафиолет. Как и следовало ожидать, моделирование показало, что по мере истощения атмосферы и снижения в ней уровня озона всё больше ультрафиолета достигает поверхности. Но даже при самом высоком уровне показанного моделью уровня УФ-излучения на поверхности экзопланет (во время вспышек на родительской звезде при тонкой бескислородной атмосфере), он все же был ниже того, что получала Земля в начале архея (4,0–3,9 млрд лет назад), когда на Земле зародилась жизнь (рис. 2). Сравнительные данные для ранней Земли авторы брали из модели спектральной эволюции (L. Kaltenegger et al., 2007. Spectral Evolution of an Earth-like Planet).

УФ-излучение не снижает жизнепригодность экзопланет в системах красных карликов Наука, Астрономия, Экзопланеты, Копипаста, Elementy ru, Длиннопост

Рис. 2. Моделирование потока УФ-излучения для четырех экзопланет (Проксимы b, TRAPPIST-1 e, Ross-128 b и LHS-1140 b). Линии разных типов обозначают разные модельные атмосферы планет: ТОА — отсутствие атмосферы; Р = 1 bar — давление у поверхности составляет 1 бар (аналог современной земной атмосферы); Р = 0,5 bar — при давлении 0,5 бар; Р = 0,1 bar — при давлении 0,1 бар; Anoxic — при бескислородной атмосфере. Для сравнения даны графики для современной Земли (Modern Earth) и Земли периода раннего архея (Early Earth). По горизонтальной оси — длина волны (в нм); по вертикальной оси — поток излучения (в В·м−2·нм−1). Рисунок из обсуждаемой статьи в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society


Таким образом авторы показывают, что ультрафиолетовое излучение не является ограничивающим фактором жизнепригодности ближайших к Земле экзопланет, входящих в планетные системы красных карликов класса М, и ставят обратный вопрос: а не является высокий уровень радиации необходимым условием для развития жизни на ранних этапах развития планет земного типа? Ведь известно, что в некоторых биомолекулах, например, нуклеиновых кислотах, при облучении могут возникнуть мутации (в том числе и полезные). Возможно, признаки жизни надо искать именно в планетных системах активных звезд.


Не все длины волн ультрафиолетового излучения одинаково губительны для биологических молекул. Чем меньше длина волны, тем сильнее биологическое действие излучения. Чтобы оценить потенциальную обитаемость миров с различным объемом получаемого излучения, авторы приводят обобщенные данные о том, как меняется выживаемость при разных длинах ультрафиолетового излучения бактерий-экстремофилов Deinococcus radiodurans — одного из самых радиационно-устойчивых организмов на Земле. Оказывается, для того, чтобы спровоцировать одинаковый уровень смертности в популяции этих бактерий, доза УФ-излучения длины 360 нм должна быть на три порядка выше, чем доза УФ-излучения длины 260 нм.


История эволюции жизни на Земле демонстрирует различные стратегии выживания в условиях высокого уровня радиации: защитные пигменты, биофлуоресценция, жизнь под водой или под землей. Авторы уверены, что такие же механизмы защиты могут использовать организмы и на других планетах (если они там есть). В частности, в одной из своих предыдущих работ (J. O'Malley-James, L. Kaltenegger, 2016. Biofluorescent Worlds: Biological fluorescence as a temporal biosignature for flare star worlds) они писали, что допускают возможность существования на планете Проксима b биосферы, использующей биологическую флуоресценцию как защитный механизм от вспышек ультрафиолетового излучения Проксимы Центавра (правда, эта статья не была опубликована в рецензируемом журнале).


Авторы считают, что их новые результаты в целом снимают главное возражение против существования жизни на ближайших экзопланетах земного типа. Теперь осталось узнать, есть ли там атмосфера и жидкая вода.


Источник: Jack T. O’Malley-James, L. Kaltenegger. Lessons from early Earth: UV surface radiation should not limit the habitability of active M star systems // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 2019. V. 485. DOI: 10.1093/mnras/stz724.


Владислав Стрекопытов

https://elementy.ru/novosti_nauki/433465/UF_izluchenie_ne_sn...

Показать полностью 1

Эпоха викингов и современные технологии

p4hshok в Наука | Научпоп

Докладчик: Новиков Василий Васильевич, археолог, сотрудник археологической экспедиции "Гнёздово", кандидат исторических наук

Лекция на тему взаимодействия наук и применении современных технологий в археологии, на примере археологического комплекса Гнёздово.

«ноздри на макушке» Дыхало кита

p4hshok в Лига биологов
«ноздри на макушке» Дыхало кита Биология, Наука, Кит, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

На фото слева — дыхало горбатого кита (Megaptera novaeangliae), кит плывет влево. Дыхало кита гомологично ноздрям наземных млекопитающих, но находится не на кончике морды, а на верхушке головы (можно сказать, что у кита «ноздри на макушке»).


Для чего это нужно, легко понять: когда кит выныривает на поверхность, гораздо удобнее дышать через отверстие в той части тела, которая естественным образом торчит над водой, чем специально высовывать из воды кончик носа. У большинства китообразных сросшиеся шейные позвонки, и поднимать над водой переднюю часть головы им не очень удобно.


У дальних предков китообразных и даже у ранних представителей этой группы носовые отверстия находились там, где положено, — на кончике морды. Однако по мере приспособления к водному образу жизни ноздри стали постепенно «переезжать» назад и вверх. Для этого китам пришлось очень сильно изменить форму костей черепа: предчелюстная и челюстная кости существенно удлинились, а носовая и лобная сплющились.

«ноздри на макушке» Дыхало кита Биология, Наука, Кит, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Вид сверху на череп дельфина афалины (Tursiops truncatus, вверху) и череп серой лисицы (Urocyon cinereoargenteus, внизу). У дельфина удлинены предчелюстная (Premaxilla) и челюстная (Maxilla) кости, а носовая (Nasal) и лобная (Frontal) сплющены по сравнению с костями лисицы. Изображение с сайта digimorph.org


Промежуточную стадию перемещения ноздрей можно наблюдать на примере археоцетов — вымершей группы ранних китообразных. Например, у древнего кита базилозавра носовые отверстия находились примерно посередине верхней челюсти.

«ноздри на макушке» Дыхало кита Биология, Наука, Кит, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Череп базилозавра. Видно, что носовые отверстия находятся не на кончике морды, как у наземных млекопитающих, но еще не достигли расположения, характерного для современных китообразных. Фото с сайта en.wikipedia.org


У китообразных развился целый ряд адаптаций, предотвращающих попадание воды в дыхательный тракт. Когда кит или дельфин ныряет, его ноздри закрываются специальным клапаном. У двух доживших до нашего времени групп китообразных — усатых и зубатых китов — дыхало устроено немного по-разному: у усатых китов оно открывается наружу двумя раздельными отверстиями (это видно на фото горбатого кита), а у зубатых эти отверстия срослись в одно общее.

«ноздри на макушке» Дыхало кита Биология, Наука, Кит, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Дыхало косатки (Orcinus orca) с одним отверстием, как у всех зубатых китов. Фото © Ольга Филатова, остров Беринга, 2012 год


Впрочем, ниже, под дыхалом, носовой проход делится на два отдельных канала, которые играют важнейшую роль в жизни зубатых китов: в них расположены так называемые «вокальные губы» — мышечные складки, используемые для издавания звуков. В каждом из двух каналов носового прохода имеется по паре вокальных губ, что позволяет издавать два разных звука одновременно. У дельфинов одна пара вокальных губ несколько крупнее другой, и считается, что правая пара (более крупная) используется для издавания щелчков, а левая — для свистов. Чтобы заставить вокальные губы вибрировать, дельфины пользуются тем же, чем и мы, — потоком воздуха, но чтобы воздух не заканчивался и можно было подольше кричать под водой, они не выдыхают его наружу, а перегоняют между воздушными мешками, расположенными над и под вокальными губами.


Ниже вокальных губ и воздушных мешков носовые проходы сливаются в одну общую дыхательную трубку. Как и у всех млекопитающих, дыхательный тракт у китообразных пересекается с пищеварительным в той области, которая примерно соответствует нашей гортани. У наземных зверей специальный хрящ — надгортанник — перекрывает вход в трахею, препятствуя попаданию в нее пищи при глотании. У зубатых китов хрящи гортани срослись в трубку, которая проходит сквозь пищевод и заходит в верхний носовой проход. Благодаря этому дыхательный тракт оказывается полностью изолирован от пищеварительного: пища проходит справа и слева от хрящевой трубки, по которой воздух поступает в легкие, поэтому дельфин может одновременно есть и дышать.

«ноздри на макушке» Дыхало кита Биология, Наука, Кит, Копипаста, Elementy ru, Видео, Длиннопост

Строение дыхательного тракта дельфина. Зеленой стрелкой показан поток воздуха. Blowhole — дыхало, palatopharangeal muscle — нёбно-глоточная мышца, esophagus — пищевод, trachea — трахея, larynx — гортань, epiglottic spout — надгортанник. Рисунок © Stephen Dawson с сайта hakaimagazine.com


У усатых китов всё устроено несколько проще: их гортань ближе по строению к гортани наземных млекопитающих, что позволяет им, например, выдувать пузыри воздуха через рот, создавая знаменитую «пузырьковую сеть» (см. Bubble net feeding) для ловли рыбы. Впрочем, у дельфинов хрящевая трубка не прирастает к верхнему носовому проходу и в некоторых случаях может извлекаться из него, обеспечивая связь между дыхательным трактом и ртом. Например, известен случай, когда дельфин научился дышать через рот, что было связано, по-видимому, с каким-то повреждением дыхала.

Новозеландский дельфин Гектора (Cephalorhynchus hectori), научившийся дышать ртом


Фото © Ольга Титова, остров Беринга, 2013 год.


Ольга Филатова

Источник https://elementy.ru/kartinka_dnya/869/Dykhalo_kita

Показать полностью 4 1
Отличная работа, все прочитано!