Иллюзии осьминогов, происхождение вирусов и свадьба черных дыр: новости науки
Рождаются ли в мозге взрослого человека новые нейроны
Идея, что «нервные клетки не восстанавливаются», давно вошла в фольклор, но для нейробиологов этот вопрос больше полувека оставался предметом острых дискуссий. Еще в 1962 году исследования на крысах показали, что у них нейрогенез продолжается на протяжении всей жизни. Позже обнаружили, что молодые нейроны существуют в мозге взрослого человека. Но было неясно, были ли эти «незрелые» нейроны только что возникшими или просто «спавшими», не развивавшимися до поры.
Новая работа, опубликованная в Science, призвана положить конец этим спорам. Исследователи сосредоточились на поиске новых нейронов в гиппокампе: из предыдущих исследований уже было ясно, что если нейрогенез у взрослых происходит, то, скорее всего, в этой важнейшей и таинственной структуре мозга, связанной с запоминанием нового, картами реальности, оперативной памятью и, возможно, сознанием. В человеческом гиппокампе до сих пор не находили так называемые «клетки-предшественники», которые делятся и развиваются, чтобы превратиться в новые нейроны и глиальные клетки (зато их находили у мыши и свиньи). Но сейчас команда нейробиологов из Каролинского института в Стокгольме, ранее обнаружившая новые нейроны в человеческом мозге, выяснила, как они появились.
Для этого они изучили незрелые нейроны и клетки-предшественники в гиппокампе шести маленьких детей, чей мозг был передан науке после их смерти. Из сотни тысяч клеток выделили РНК и нашли те комбинации РНК, которые можно использовать как надежные маркеры определения стадии жизни нейрона. А потом стали искать эти маркеры в 19 гиппокампах людей, умерших в возрасте от 13 до 78 лет. Оказалось, все они, кроме одного, содержали незрелые нейроны, а 12 из 19 —клетки-предшественники.
Получается, новые нейроны у нас в головах все-таки рождаются (причем не где-нибудь, а в важнейшем для обучения, запоминания и сознания центре) — вот только не у всех. Исследования на мышах ранее уже показали, что нейрогенез и у них иногда нарушается, например при болезни Альцгеймера и при депрессии.
Свидетели на свадьбе черных дыр
Новые «органы чувств» астрофизиков, детекторы гравитационных волн, зафиксировали крупнейшее в истории наблюдений слияние черных дыр. История эта пока недолгая, гравитационной астрономии всего 10 лет, но зарегистрированы уже сотни слияний.
LIGO обнаруживает гравитационные волны, направляя лучи лазеров по длинным L-образным рукавам-туннелям. Незначительные изменения длины рукавов свидетельствуют о прохождении гравитационных волн, которые представляют собой рябь в пространстве-времени, вызванную ускорением массивных тел, например при слиянии двух сближающихся черных дыр или нейтронных звезд.
Моделируя сигнал, обнаруженный обсерваторией LIGO, ученые вычислили, что событие, получившее название GW231123, было вызвано слиянием двух черных дыр с массами примерно в 100 и 140 масс Солнца, да еще и вращающимися с огромной для черных дыр скоростью — около 40 оборотов в секунду. В результате образовалась черная дыра массой около 225 солнечных.
Две дыры, участвовавшие в слиянии, слишком велики, чтобы родиться из массивных звезд при взрывах сверхновых (а это единственный точно установленный механизм рождения черных дыр). Поэтому предполагают, что они тоже возникли из слившихся черных дыр. Похоже в космосе частенько происходят «свадьбы черных дыр». Логично предположить, что в результате таких браков и рождаются так называемые «черные дыры промежуточной массы» — от 100 до 100 000 солнечных масс. А в центре галактики, где слияний особенно много, появляется сверхмассивная дыра.
Иллюзии осьминогов
В недавнем исследовании выяснили, что осьминоги тоже подвержены «иллюзии резиновой руки», которая ярко проявляется у людей, — верят, что искусственное щупальце принадлежит им, если его поглаживают одновременно с настоящим, которое осьминог не видит.
Между щупальцем, которого касаются, и глазами осьминога ставили непрозрачную перегородку. Затем и настоящую, и искусственную конечность одновременно гладили пластиковой палочкой. Примерно через восемь секунд один из исследователей сжал муляж пинцетом. Осьминог выдал защитную реакцию, словно почувствовал, что его настоящую конечность ущипнули. Ученые повторили эксперимент с пятью другими осьминогами, и все отвечали защитными реакциями — бегством, изменением цвета или втягиванием конечностей. А если поглаживания настоящего и поддельного щупалец производились несинхронно, или поглаживания не производились вовсе, или поддельное щупальце не было похоже на настоящее, иллюзия исчезала.
С тех пор как иллюзию резиновой руки впервые продемонстрировали в 1998 году, уже было показано, что обезьяны и даже мыши тоже попадаются на этот трюк. Но осьминоги — это другое: их нервная система развивалась совершенно независимо от позвоночных, они больше 0,5 млрд лет шли совершенно другим эволюционным путем, связанным, помимо прочего, с гораздо большей децентрализацией (у них нервная система каждого щупальца обладает значительной автономией). А пришли к тому же: к мультимодальной схеме тела — модели собственного тела, интегрирующей и достраивающей разные сенсорные данные, интерпретирующей сигналы от органов чувств в соответствии с логикой этой модели, «образом себя», который в итоге служит базой и для самосознания — наших представлений о своем «Я».
Эволюция разума приводит к похожим результатам, как бы он ни развивался. В развитии нервной системы быстро возникает необходимость построить не только модель мира, но и модель своего тела, образ самого себя.
Две звезды
У Бетельгейзе — одной из самых ярких и массивных звезд, ближайшего к Земле красного сверхгиганта, нашли звезду-компаньона. Астрономы уже около 100 лет подозревали, что она есть, из-за периодических изменений яркости Бетельгейзе, но разглядеть вторую звезду не могли.
Спутником Бетельгейзе оказалась горячая, но тусклая молодая бело-голубая звезда, в ядре которой термоядерные реакции еще только начинаются. Голубая звезда в полтора раза массивней Солнца, но крошечная на фоне гигантской Бетельгейзе, диаметр которой раз в 700 больше солнечного.
Но самое удивительное — по какой невероятно узкой орбите эта звезда вращается вокруг Бетельгейзе: расстояние звезды-компаньона от поверхности Бетельгейзе всего лишь в четыре раза больше, чем расстояние Земли до Солнца. Голубая звезда вращается глубоко внутри атмосферы красного гиганта! А ведь, например, у Солнца корона (внешний слой атмосферы) самая раскаленная — до нескольких миллионов градусов, намного горячее поверхности.
Это открытие — первый случай обнаружения столь близкой звезды-спутника, вращающейся вокруг сверхгиганта. Ее сумела разглядеть группа астрофизиков из Исследовательского центра Эймса НАСА с помощью спекл-камеры Alopeke (от греч. «лиса») на телескопе Gemini North.
Предполагают, что Бетельгейзе и ее звезда-компаньон родились одновременно. Век титанов совсем короток — Бетельгейзе всего 10 млн лет, в сотни раз меньше, чем Солнцу, но она уже находится на поздней стадии своей жизни и в ближайшие 100 000 лет должна взорваться сверхновой. Но дни Голубой звезды и вовсе сочтены — под действием мощных приливных сил она будет скатываться по спирали к Бетельгейзе и сольется с ней уже в течение ближайших 10 000 лет. А Бетельгейзе поглотит звезду-компаньона и изменит только яркость.
Из паразитов в вирусы
Как появились вирусы, и являются ли они живыми существами — вопросы нерешенные. Но вот намек на ответ: обнаружен «самый вирусоподобный» из известных клеточных организмов. Это микроб-паразит с геномом как у вируса, кодирующим только его размножение внутри клетки-хозяина. В геномах вирусов нет генов, регулирующих обмен веществ, и у новооткрытого микроба тоже.
Нашли его случайно: внутри одноклеточного простейшего (динофлагеллята, таких полно в океанах) искали другого микроба-симбионта. Уже было известно, что динофлагелляты содержат симбиотические цианобактерии. То есть одни живые клетки живут прямо в другой, как в доме, ведь клетка динофлагеллята больше цианобактерий в сотни раз.
Чтобы найти этих цианобактерий, исследователи из японского Университета Цукубы секвенировали всю ДНК внутри динофлагеллята, — и действительно, нашли там ДНК цианобактерий. Но нашли и то, чего не искали: геном неизвестного существа — археи. Это мелкое и простое создание, как бактерии, но с другой биохимией. У археи очень маленький геном: кольцевая молекула ДНК этого существа, названного учеными Sukunaarchaeum, состоит из 238 000 пар оснований.
Все 189 генов, которые насчитали в геноме Sukunaarchaeum, производят белки, нужные только для репликации. Остальное архея-паразит должна украсть у хозяина. Как и у вирусов, весь ее генетический аппарат напрямую работает на одну задачу: производство новых копий вирусоподобной археи. Есть и отличие: вирус не может реплицировать свой собственный генетический материал без аппарата репликации клетки-хозяина, а Sukunaarchaeum может. Но почти все идентифицированные гены нашей археи участвуют в репликации, транскрипции и трансляции ДНК — то есть в создании ее копий.
Эта клетка находится словно на грани превращения в вирус. Получается, вирусы могли возникнуть в ходе эволюции подобных внутриклеточных паразитов — архей или бактерий. Эту архею еще никто не видел, нашли только ее гены. Команда сейчас пытается сфотографировать Sukunaarchaeum — это сложно, учитывая, что ее диаметр, вероятно, намного меньше микрона. А еще выясняют, как эта группа связана с другими археями — например, есть ли у них близкие свободноживущие родственники.
Уже ясно, что Sukunaarchaeum не одинок. Когда исследователи посмотрели общедоступные последовательности ДНК, извлеченные из морской воды по всему миру, они обнаружили много последовательностей, похожих на последовательности Sukunaarchaeum. «Тогда мы и поняли, что не просто нашли один странный организм, а раскрыли первый полный геном большой, ранее неизвестной архейной линии», — говорят они.