Сахар на астероиде, вулканическая чума и лидерство китайских ученых: новости науки
Неодинаковая ДНК в разных клетках организма
Оказывается, со временем в хромосомах накапливаются очень значительные изменения, и в результате молекулы ДНК в клетках одного человека сильно различаются: чем он старше — тем больше различия. В новом исследовании секвенировали полные геномы более ста клеток 74-летнего мужчины и обнаружили огромные генетические различия между ними. «Результаты выявили настоящий хаос: лишняя хромосомная ветвь здесь, недостающий фрагмент хромосомы там, и везде измененные, удаленные или дублированные мелкие фрагменты ДНК. В некоторых клетках Y-хромосома была полностью утрачена», — пишут в Nature.
Это явление называют «мозаицизм», подразумевая, что каждый из нас представляет мозаику из клеток с разными геномами. А исследование — начало большого проекта каталогизации мутаций в клетках разных участков тела, чтобы получить полную картину генетических вариаций между клетками в одном организме и изучить влияние на здоровье генетической изменчивости в клетках человека. «Нам нужно молекулярное определение того, что является нормой», — говорят исследователи.
Набор для сборки
В декабре вышло сразу три новых исследования грунта астероида Бенну, добытого станцией OSIRIS-REx.
Еще в начале 2025 года в этом грунте нашли все пять нуклеиновых оснований, которые образуют ДНК и РНК, и 14 из 20 аминокислот, составляющих земные белки. Всего в природе встречаются около 500 аминокислот, но в состав белков входят только 20. А еще обнаружили, что грунт Бенну богат солями, созданными миллиарды лет назад, — вероятно, когда водные пруды на родительском астероиде испарились и оставили после себя корку минералов (Бенну собран из фрагментов более крупного астероида, разрушенного столкновением в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера). Эти соленые пруды, вероятно, и были средой, когда-то сформировавшей органику, найденную на астероиде. Ну а если бы он упал на формирующуюся Землю, эти соли очень пригодились бы для создания рассола, из которого состоят океаны и наша внутренняя среда.
Казалось бы, что может быть мертвее астероида? А он перевозит почти полный набор ингредиентов для приготовления «первичного бульона»: ключевые детали конструктора, из которого сделана биосфера. Не хватало только сахаров.
И вот сейчас и их тоже нашли: ученые из Университета Тохоку обнаружили на Бенну пятиуглеродный сахар рибозу и, впервые во внеземном образце, шестиуглеродный сахар — глюкозу. Для жизни на Земле сахара дезоксирибоза и рибоза являются ключевыми строительными блоками ДНК и РНК соответственно. Эти сахара соединяют цепочки азотистых оснований, несущих генетическую информацию. А глюкоза — важнейший источник энергии для живых существ.
Теперь мы знаем то, чего год назад никто и не предполагал: все компоненты, необходимые для сборки молекулы РНК, присутствуют в астероиде Бенну.
Это открытие дает новый взгляд не только на астероиды, но и на формирование Солнечной системы в целом, и на оценку вероятности появления в ней жизни. Астероиды, которые казались бессмысленными глыбами материи, несущими только разрушения, оказались семенами жизни, модулями для терраформирования — превращения безжизненной планеты в земной рай. В начале истории Земли эти семена жизни сыпались на нее в огромном количестве. Создание и распространение химической основы для жизни, базового набора молекул-деталей, видимо, является обычной частью ранней эволюции звездных систем.
Возможно, чуму принес вулкан
«Черная смерть», или пандемия бубонной чумы, унесшая жизни половины европейцев всего за несколько лет, могла стать одним из последствий неизвестного нам извержения вулкана, предполагает новое исследование.
«Черная смерть» пронеслась по Европе между 1347-м и 1353 годами. Считается, что источником болезни стали блохи, обитавшие на спинах диких грызунов Центральной Азии, и что чума пришла в Европу через Черное море, но причины ее появления не вполне понятны. Чума поражает людей уже как минимум 5000 лет, почему же она так внезапно и молниеносно распространилась по Европе именно в XIV веке?
Ученые из Кембриджа и Института истории и культуры Восточной Европы имени Лейбница обнаружили доказательства того, что около 1345 года, непосредственно перед вспышкой заболевания, в тропиках произошло мощное извержение. Об извержении свидетельствуют и годичные кольца европейских деревьев, и уровень вулканической серы в ледяных кернах Антарктиды и Гренландии, и косвенно —письменные источники того времени.
Вулкан выбросил в атмосферу столько газа и пепла, что три лета подряд были очень холодными и дождливыми — в 1345-м, 1346-м и 1347 годах. Повторяющиеся неурожаи поставили юг Европы на грань голода. Чтобы предотвратить надвигающийся голод, могущественные итальянские приморские города-государства, такие как Венеция и Генуя, были вынуждены заключить мир с Золотой Ордой и импортировать огромные объемы зерна со всего Причерноморья в 1347 году. А вместе с зерном завезли крыс с блохами, зараженными Yersinia pestis — бактерией, вызывающей чуму. Эта бактерия, вероятно, попала в Крым или соседние регионы по Великому шелковому пути из Центральной Азии, но именно в перенаселенных в то время городах Европы с царившей в них антисанитарией она смогла устроить настоящий конец света. Первые случаи чумы в Венеции зафиксировали через два месяца после прибытия кораблей с зерном; примерно то же случилось в Падуе, Марселе и других портовых городах Средиземноморья.
Само извержение остается загадкой. Исследователи предполагают, что оно произошло относительно близко к экватору, поскольку его следы видны в кернах ледяных шапок на обоих полюсах. Но для нахождения виновника нужны новые исследования.
Как появились предки всех многоклеточных
Новое исследование по-новому освещает одно из ключевых событий биологической эволюции — возникновение эукариотов. Это крупные клетки, многотысячно превосходящие по размерам бактерии, разделенные мембранами на отсеки, где согласованно работают тысячи митохондрий и других органелл. Главное же их отличие — наличие ядра с длинной молекулой ДНК, упакованной в хромосомы. Именно поэтому все, что касается нас, так сложно: мы — эукариоты.
С выходом на сцену эукариотов эволюция пошла гораздо динамичней: эти сложные клетки научились соединяться в многоклеточные организмы, появились грибы, животные и растения, жизнь приобрела знакомые нам формы. До этого миллиарды лет Земля была планетой прокариотов: бактерий, а также похожих на них внешне архей, — тоже крошечных одноклеточных с маленькой кольцевой ДНК, но с другим метаболизмом. Если общая длина двух цепочек нашей ДНК — пара метров, то у прокариотов она насчитывает всего пару миллиметров.
Так как же мы, эукариоты, появились? Давно известно, что это произошло благодаря симбиозу — универсальному методу эволюции для создания нового уровня сложности. Один прокариот стал жить внутри другого, постепенно теряя самостоятельность и становясь чем-то вроде органа в большем организме.
Новое исследование генетиков, перенастроивших «молекулярные часы» с учетом разной скорости накопления мутаций в разных группах, показало, когда и как именно это произошло.
Оказалось, все началось на 1 млрд лет раньше, чем считалось до сих пор, т. е. почти 3 млрд лет назад. Тогда внутри протеобактерии удачно поселилась асгардархея. Асгардархея стала клеточным ядром, а от протеобактерии эукариотам достались мембраны. Гены ядра появились примерно 2,9 млрд лет назад, но это только начало процесса «эукариотизации»: полноценные эукариоты формировались постепенно, на это ушло около 1 млрд лет.
Гены, связанные с митохондриями, давшими эукариотам способность использовать кислород для метаболизма и выйти на новый энергетический уровень, появились гораздо позже, примерно 2,2 млрд лет назад. Это стало результатом второго великого симбиоза, когда внутри нашего «уже-почти-эукариота» удачно поселилась альфа-протеобактерия, ставшая матерью всех митохондрий. А будущим растениям предстоял еще третий эндосимбиоз, с предком хлоропластов, но он в этой работе не исследуется.
В науке сменился лидер
По данным недавнего исследования, Китай отобрал у США научное лидерство в 90% самых перспективных для развития технологий областях. Исследователи аналитического центра ASPI оценили важнейшие (входящие в 10% самых цитируемых) исследования по 74 перспективным технологиям и выяснили, что Китай занимает первое место в мире в 66 областях, таких как ядерная энергетика и синтетическая биология, а Соединенные Штаты лидируют в оставшихся 8 областях, например, в квантовых вычислениях.
Еще в начале столетия Соединенные Штаты лидировали более чем в 90% оцениваемых технологий, а Китай — нигде. Как это стало возможным?
Впервые этот тренд заметили еще в 2020-м, когда в журнале Nature опубликовали статью с данными о финансировании науки, собранными Национальным научным фондом США. Оказалось, что по этому параметру Китай перегнал Евросоюз и догнал Америку. Главная составляющая китайского секрета успеха проста: с начала века расходы на исследования и разработки в США росли в среднем на 4,3% в год, а в Китае — более чем на 17% в год. К началу 2020-х инвестиции в науку Китая и США сравнялись — вместе эти страны финансировали половину мировой науки, каждая по четверти.
Но одно дело — вложить деньги, а другое — вырастить ученых и провести исследования. Оказывается, к началу 2020-х в Китае было уже 2 млн исследователей, а в США не набиралось и 1,5 млн. И по количеству научных публикаций уже тогда Поднебесная опережала США. Но насколько значимы были эти открытия? Китайцев цитируют меньше, но показатели цитируемости американских авторов снижаются, а китайских — растут.
Происходящее не так удивительно, если вспомнить, что в Китае создали компас, бумагу, книгопечатание, порох, шелк и фарфор, а до XVI века Китай оставался самой развитой страной, как и положено стране с самым большим населением и экономикой. Удивительней скорее то, что, закрывшись от внешнего мира, он на время уступил это место, но это уже совсем другая история.