Неандертальская стоматология, древний кракен и «даркнет мозга»: новости науки
Даркнет в человеческом мозге
Астроциты, вспомогательные клетки мозга, не просто влияют на работу нейросетей, но и создают собственные сети, показывает исследование, вышедшее в журнале Nature.
Глиальные клетки, которых в мозге больше, чем нейронов, обслуживают нейроны — кормят, ремонтируют, поддерживают: мозг человека, подобно арбузу, в основном состоит из воды, и нейронные структуры нуждаются в каркасе. Их долго считали «клетками второго сорта», но, как выяснилось пару десятилетий назад, их роль в деятельности мозга намного больше и загадочнее. Недаром у животных по мере эволюции идет постепенное увеличение числа глиальных клеток относительно числа нейронов.
Самый распространенный тип глии — астроциты, клетки, похожие на звезды с многочисленными короткими отростками. Астроциты не просто «молча работают», а ведут оживленный диалог с нейронами и друг с другом. В отличие от нейронов, для общения они используют не электрические, а химические сигналы. Было обнаружено, что они обладают рецепторами, чувствительными к нейротрансмиттерам, — веществам вроде дофамина, которыми обмениваются нейроны. Оказалось, с их помощью астроциты отслеживают передачу информации между нейронами. То есть они буквально «слышат» разговор нейронов, улавливают те же химические сигналы.
Еще выяснили, что астроциты вмешиваются в нейронную активность, влияя на нее. Они, например, могут усилить или ослабить передачу нервного сигнала, выбрасывая нейротрансмиттер в синаптическую щель или поглощая его. Они даже умеют управлять образованием синапсов, определяя место, где нейронам следует создавать новые соединения. Регулируя синапсы и сигналы, проходящие через них, астроциты могут играть огромную роль в процессах памяти, обучения, да и в любых психических процессах.
И вот в новом исследовании обнаружили, что астроциты в мозге мыши образуют обширные сети, похожие на нейросети мозга, создаваемые нейронами. Про сети астроцитов не то чтобы совсем не подозревали, но не могли отследить, насколько протяженными могут быть цепочки соединенных астроцитов, и полагали, что сети астроцитов носят крайне локализованный характер. А сейчас исследователи даже составили первую в истории трехмерную карту сетей астроцитов, показавшую, что эти сети соединяют отдаленные области мозга, в том числе между полушариями, а также между областями коры и стволом мозга, в котором находятся самые древние и самые базовые для управления организмом нейронные структуры.
«Астромагистрали» на карте не дублируют нейронные пути, а обладают высокой специфичностью. «Это как секретная система метро, о существовании которой мы не знали», — говорят авторы. Кроме того, исследование показало, что сети астроцитов пластичны, подобно сетям нейронов: например, астроциты изменяют свои связи в ответ на сенсорную депривацию.
Открытие помог сделать новый метод, заимствованный из генной терапии. Исследователи вводили в участки мозга живых мышей генетический редактор, который заставлял астроциты оставлять своего рода «штамп» на сигнальных молекулах, которые астроциты отправляют другим астроцитам через щелевые соединения — у них есть свой аналог синапсов. Эти «штампы» позволили авторам визуализировать связи и обмен молекулами в сети астроцитов. Ученые сделали мозг мышей прозрачным и с помощью специального микроскопа получили трехмерные изображения каждого помеченного астроцита. Проделав это с сотнями мышей, они смогли составить карту сети астроцитов в мышином мозге.
Зачем мозгу еще одна сеть клеток, обрабатывающая информацию? Мы не знаем. Возможно, это информация о том, какие вещества и ресурсы нужны нейронам и где их взять. Кстати, в другом недавнем исследовании показали, что нарушения в сетях астроцитов приводят к расстройствам, сходным с шизофренией. Но в любом случае «астросеть» — это фундаментальное открытие, не только про мышиный мозг, но и про наш.
Древний кракен Мелового периода
Легенды моряков о головоногом монстре не лгут: правда, кракен жил в конце мелового периода. Японские исследователи описали отлично сохранившиеся окаменелые останки пары десятков огромных челюстей, точнее, хитиновых клювов, которые принадлежали гигантским осьминогам, достигавшим, по расчетам авторов исследования, 19-метровой длины. Это самые крупные беспозвоночные в истории планеты. Следы износа на их натруженных клювах указывают на то, что эти чудовища охотились на морских ящеров, таких как плезиозавры и мозазавры.
В течение последних 370 млн лет крупные позвоночные доминировали на вершине пищевой цепи, а беспозвоночные служили им добычей. Но был, оказывается, период реванша: где-то в промежутке от 100 млн до 72 млн лет назад высшими хищниками были беспозвоночные — древнейшие осьминоги, наводившие ужас на рептилий. Умом эти гиганты, видимо, тоже не были обделены: трудно иначе быть высшим хищником и ловить гигантских морских ящеров, как куропаток.
Род Nanaimoteuthis, к которому принадлежали эти крупнейшие морские хищники мелового периода, относится к подотряду плавниковых осьминогов, потому что, помимо прочих достоинств, у них были огромные плавники. В отличие от древнего гиганта, современные представители этой подгруппы — крошечные существа, живущие у дна на больших глубинах. Древний осьминог обитал в Западном Внутреннем море — обширном мелководном море, разделявшем современную Северную Америку на две части. Видимо, это море представляло собой очень продуктивную, а следовательно, и крайне конкурентную экосистему. Крупных хищников было много, всем приходилось бороться за выживание, эволюция шла полным ходом. Авторы исследования отмечают, что хищники из разных групп прошли по пути конвергентной эволюции: в результате и головоногие моллюски, и позвоночные приобрели челюсти и утратили экзоскелеты.
Эволюция человека ускорилась
Эволюция культуры и технологий идет все быстрей, но что происходит с биологической эволюцией нашего вида? Логично предположить, что она замедлилась, ведь давление естественного отбора вроде бы ослабевало по мере развития культуры и технологий. Но новое исследование геномов древних людей, крупнейшее в истории, показало, что эволюция человека ускорилась за последние 10 000 лет. Переход к сельскому хозяйству только усилил естественный отбор, а следующая великая технологическая революция — наступление бронзового века — ускорила эволюцию человеческого рода еще раз.
Масштабное исследование ДНК почти 16 000 человек, проживавших в Западной Евразии на протяжении последних 10 000 лет, показало, что естественный отбор оказывал гораздо большее влияние на формирование генома современного человека, чем считалось. Генетики и эволюционисты из Гарвардской медицинской школы под руководством Дэвида Райха, одного из самых авторитетных палеогенетиков, выявили сотни вариантов генов, которые эволюционировали в результате естественного отбора у древних людей из Европы и Ближнего Востока после зарождения земледелия.
Мы не знаем, какие функции в организме выполняют большинство эволюционировавших вариантов (или знаем частично, ведь каждый вариант гена обычно влияет на множество процессов в организме). Но из того, что знаем, видно: эти изменения в генах имели далеко идущие последствия для здоровья и интеллекта современного населения. Интеллект рос, а склонность организма откладывать запасы жира уменьшалась. Отбирались и такие варианты генов, которые сейчас влияют на доход домохозяйства или количество лет обучения, однако какую роль они играли в пещерной жизни, мы не знаем. Или, например, явно шел отбор в пользу рыжих волос — тоже по неизвестной причине: возможно, этот вариант гена влияет и на что-то другое.
Появление земледелия и скотоводства около 10 000 лет назад очень сильно изменило среду обитания людей. Люди перешли на новые продукты питания, появилась масса новых патогенов и других проблем, поскольку стали жить большими группами, в более тесном контакте с животными. Ко всему этому как-то пришлось адаптироваться. Самый известный пример естественного отбора в этот период — распространение в популяции генетического варианта, который поддерживает выработку фермента лактозы во взрослом возрасте, что позволяет многим людям европейского происхождения переваривать молоко не только в детстве.
Ученые выявили 479 вариантов генов, которые демонстрировали явные признаки направленного отбора. При этом частота двух третей эволюционирующих вариантов не постоянно росла или уменьшалась, а колебалась, как на американских горках, — словно в поисках равновесия, испытывая периоды и роста, и сокращения. Исследование также показало, что эволюция ускорилась в бронзовом веке, около 5000 лет назад, что, вероятно, отражает интенсификацию изменений среды.
Интересно, а как идет биологическая эволюция в последние столетия? Ведь именно в последние пару сотен лет свершилась величайшая революция в образе жизни: мы снова полностью сменили среду обитания, впервые со времен неолита, — переехали из деревни в город. А значит, можно предположить, что давление отбора снова усилилось (в городской жизни ведь другие качества важны) и наша эволюция продолжает ускоряться?
Неандертальская стоматология
59 000 лет назад неандертальцы сверлили друг другу зубы для лечения кариеса — утверждает исследование ученых РАН. Коренной зуб, найденный при раскопках в Чагырской пещере на Алтае вместе с другими костями неандертальцев и тысячами каменных орудий, содержит глубокую полость с микроскопическими бороздками. Сканирование выявило микроследы многократного сверления и вращательных движений для очистки корневых каналов, сделанных небольшим заостренным инструментом из яшмы, который успешно удалил кариозную полость. Следы износа на зубе также свидетельствуют о том, что человек продолжал пользоваться своим зубом после процедуры. Возможно, дыру в зубе заделали какой-то доисторической пломбой, но ее следов не сохранилось.
Дыру исследовали с помощью компьютерной томографии и электронных микроскопов, а еще изготовили каменные сверла и испробовали их на зубах современных людей, получив практически идентичные узоры и царапины.
«Если бы я проверял эту работу у студента-стоматолога, я бы не поставил ей пятерку, но, учитывая обстоятельства, это впечатляюще. Ведь в современной стоматологии мы для таких процедур используем боры с алмазными наконечниками, вращающиеся со скоростью более 40 000 оборотов в минуту. Поэтому снимаю шляпу перед неандертальцем, который это сделал — он показал высокий уровень мышления и мастерства», — говорит профессор Джастин Дарем, главный научный советник Британской стоматологической ассоциации.
Эти удивительные данные — еще одно свидетельство того, что неандертальцы в когнитивном и психологическом плане были гораздо больше похожи на современных людей, чем считалось.