Метаморфозы живого

Метаморфозы живого
По представлениям деятелей науки, они в том, что разбегающимся хромосомам белки помогают строить укрепления, чтобы клеткам было легче делиться, а бабочки находят муравьев по запаху, и акулы любят металлическую музыку
Свое изложение неведомых до селе деталей деления клетки, открытых исследователями Университета Монреаля и Университетского колледжа Лондона, описанные в статье в Nature, дает «Наука и жизнь».
«Несмотря на то, что деление клеток изучили вдоль и поперёк, нам до сих пор открываются здесь волнующие детали, до сих пор неведомые. Долгое время думали, что хромосомы в делящейся клетке – просто пассивный груз, что они двигаются туда, куда их тащит сложный молекулярный аппарат микротрубочек веретена деления. Но это, как выяснили исследователи из Университета Монреаля и Университетского колледжа Лондона, не совсем так. Экспериментируя с клетками дрозофилы и человека, Базз Баум (Buzz Baum) вместе с коллегами Нелио Родригесом (Nelio T. L. Rodrigues), Сергеем Лекомцевым и др. выяснил, что хромосомы могут влиять на работу белковых «канатов», которые тащат их к полюсу клетки.
Как было сказано выше, микротрубочки-«канаты» держатся за кинетохор – специальный белковый комплекс на хромосоме. Среди белков кинетохора удалось найти фермент PP1–Sds22 (фосфатаза PP1 и её регуляторная субъединица Sds22), который действовал на белки цитоскелета, находящиеся рядом с клеточной мембраной у полюсов деления, то есть там, куда притягивались хромосомы. Полюса начинают тянуться в противоположные друг от друга стороны вскоре после того, как начинается расхождение хромосом.
Вытягивание полюсов дополнительно помогает разделить хромосомы и облегчает деление клетки. Но под клеточной мембраной находится цитоскелетная подложка, добавляющая мембране прочности и упругости. Чтобы полюса начали расходиться, цитоскелетные «крепежи» нужно ослабить. Именно этим и занимается вышеупомянутый фермент, сидящий на хромосомах – он начинает работать после того, как хромосомы начали двигаться к полюсам.
В статье в Nature авторы пишут, что «размягчение» полюсов не зависело ни от работы микротрубочек, ни от формирования борозды деления (которая проходит по экватору и делит клетку надвое). Иными словами, хромосомы сами помогают клетке поделиться. То, что такой механизм работает и в клетках дрозофилы, и в клетках человека, говорит о его универсальном характере, свойственном клеточному делению как таковому. Хотя у некоторых клеток (как, например, у стволовых, делящихся сильно несимметрично) он может и отличаться от обычной схемы. И, разумеется, было бы интересно узнать, как он работает в раковых клетках, чья самая главная и самая неприятная особенность состоит в бесконтрольном, неукротимом делении,- повествует «Наука и жизнь».

В свою очередь «Элементы» занялись собственным пересказом описанного в статье в Proceedings of the Royal Society B открытия того, как бабочки семейства арион отыскивают поселившихся в корнях растений муравьев по запаху, которым, собственно, растения и пытаются отпугнуть этих самых муравьев.
«Гусеницы бабочки голубянки арион на ранних стадиях своего развития питаются цветами тимьяна или душицы, а на поздних паразитируют в гнездах муравьев рода Myrmica, питаясь муравьиными личинками. Как выяснилось, бабочки находят растение, в корнях которого поселились муравьи, по запаху карвакрола — репеллента, которым дущица и тимьян отпугивают муравьев. Из всех муравьев именно Myrmica наиболее устойчивы к карвакролу, что позволяет им избегать конкуренции с другими муравьями, хотя и повышает шанс стать жертвами бабочки-паразита. Выявленные обонятельные предпочтения выгодны как самой бабочке, которая одновременно находит кормовое растение для молоди и жертв для подросших гусениц, так и растению, которому паразитическая бабочка помогает избавиться от муравьев, подгрызающих его корни.
Многие бабочки-голубянки (семейство Lycaenidae) являются мирмекофилами. Это значит, что их развитие так или иначе связано с муравьями. Взаимоотношения могут быть мутуалистическими (взаимовыгодными): гусеницы получают от муравьев надежную охрану в обмен на сладкие выделения. Предполагается, что этот тип взаимоотношений между муравьями и голубянками в ходе эволюции сложился первым. Уже на этом этапе гусеницы в какой-то мере манипулируют поведением муравьев, не позволяя им себя съесть. Впоследствии многие виды голубянок перешли от мутуализма к паразитизму. Они научились так искусно имитировать запах личинок муравьев (а иногда и специфические звуки, издаваемые муравьиными царицами), что муравьи относят их в свои гнезда и там тщательно выкармливают, ничего не получая взамен. От «стратегии кукушонка» гусеницы некоторых видов перешли к хищничеству: они пожирают муравьиных личинок, что часто заканчивается гибелью муравьиной семьи (см.: Муравьи стараются не пахнуть как гусеницы, пахнущие как муравьи, «Элементы», 10.01.2008).
Именно такую стратегию использует бабочка голубянка арион (Maculinea arion). Самки выбирают для откладки яиц соцветия душицы (Origanum vulgare) или тимьяна (Thymus spp.), у корней которых имеется гнездо муравьев рода Myrmica. Обманные уловки этих бабочек рассчитаны только на мирмик, другие муравьи не «покупаются» на них. Гусеница некоторое время питается цветами, а потом спускается на землю на шелковой нити и ждет, пока муравьи подберут ее и отнесут в свое гнездо. Там она безнаказанно пожирает муравьиных личинок в течение 11 месяцев, набирает вес, окукливается и покидает муравейник уже в виде взрослой бабочки.
До сих пор не было точно известно, каким образом голубянки арион выбирают подходящие растения для откладки яиц. Плодовитость этих бабочек не слишком высока: самка откладывает в среднем лишь около 50 яиц, поэтому она не может позволить себе класть их куда попало. Цветы душицы сами по себе привлекают бабочек, но для откладки яиц они выбирают не любые растения, а преимущественно те, у корней которых есть гнездо подходящего вида муравьев.
Может быть, бабочки ориентируются на запах самих муравьев? Некоторые мирмекофильные голубянки, взаимодействующие с другими родами муравьев, действительно так делают. Однако в случае с Maculinea arion это предположение выглядит сомнительным. Гнезда Myrmica располагаются под землей, рабочие особи редко забираются на растения, их запаховый след эфемерен, да и время наиболее активного сбора пищи мирмиками (утром и вечером) обычно не совпадает со временем откладки яиц бабочками (в середине дня). Кроме того, в поведении бабочек не удалось обнаружить признаков того, что они интересуются гнездами Myrmica как таковыми: похоже, всю информацию, необходимую для выбора растения, они получают от самого растения. На этом основании некоторые исследователи предполагали, что бабочки просто отдают предпочтение растениям, произрастающим в местах, благоприятных для муравьев-хозяев.
Вместе с тем хорошо известно, что многие растения выделяют особые летучие вещества в ответ на повреждение своих тканей насекомыми. Эти вещества оказывают разнообразные воздействия на других насекомых. Иногда они служат своеобразным «криком о помощи», привлекая хищников, питающихся растительноядными насекомыми, и тем самым помогая пострадавшему растению избавиться от врагов (M. Dicke, 2009. Behavioural and community ecology of plants that cry for help). Может ли подобный механизм работать и в данном случае?
Чтобы разобраться в этом, биологи из Италии, Дании, Великобритании и Германии изучили состав летучих веществ, выделяемых душицей в зависимости от присутствия или отсутствия муравьев в ее корнях, а также реакцию бабочек Maculinea arion на эти вещества.
Для начала авторы вырастили в 12 террариумах по 4 растения душицы. В шесть террариумов были поселены также семьи одного из двух видов Myrmica: My. scabrinodis или My. sabuleti. Первый вид является основной жертвой бабочек Ma. arion на севере Италии (в том числе в природном парке Parco fluviale Gesso e Stura, где проводилось исследование), второй — в других районах Западной Европы. Результаты по обоим видам Myrmica оказались одинаковыми и в дальнейшем были объединены.
Летучие вещества, выделяемые растениями, анализировались при помощи технологии Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE). Всего было выявлено два десятка летучих веществ. Оказалось, что присутствие муравьев достоверно влияет на выработку двух из них: карвакрола (вещества, придающего душице ее характерный запах) и его биохимического предшественника γ-терпинена. Растения, выросшие в террариуме с муравьями Myrmica, производили больше карвакрола, чем контрольные растения. Такой же результат получился и при анализе экстракта листьев. У душицы, в корнях которой копались муравьи, оказался повышен уровень экспрессии генов, связанных с синтезом карвакрола и жасмоновой кислоты («защитного» гормона, регулирующего в том числе и реакцию растения на повреждения).
Итак, деятельность муравьев, которые при строительстве подземных гнезд часто перегрызают корешки растений, стимулирует производство карвакрола. Известно, что это вещество обладает фунгицидным и инсектицидным действием. По-видимому, усиление его производства — защитная реакция растения, пытающегося таким способом отпугнуть вредных насекомых.
Затем авторы проверили, влияет ли запах карвакрола на поведение голубянок. Для этого использовался Y-образный лабиринт из труб диаметром 15 см. В его «ножку» помещали 10 взрослых самок Ma. arion, в «рога» подавали те или иные запахи и смотрели, куда полетят бабочки. Оказалось, что карвакрол их привлекает: подопытные насекомые явно предпочитали обычному воздуху воздух с примесью карвакрола, а запаху контрольной душицы — запах растения, выросшего в террариуме с муравьями. При этом на запах самих муравьев Myrmica (или почвы из их гнезда) бабочки никак не реагировали.
Полученные результаты показывают, что голубянки арион, возможно, используют запах карвакрола для поиска растений, рядом с которыми есть подземные гнезда Myrmica. На этом этапе общая картина уже начала складываться, но отдельные детали оставались неясными. Прежде всего, нужно было понять, является ли усиленный запах карвакрола надежным признаком того, что в корнях живут именно Myrmica, а не другие муравьи, на которых голубянка арион, как мы помним, паразитировать не может.
Система работала бы, если бы мирмики обладали повышенной устойчивостью к карвакролу по сравнению с другими муравьями. Для проверки этой гипотезы в герметичную камеру с воздухом, содержащим 50 ppm (миллионных долей) карвакрола, сажали рабочих муравьев — представителей пяти самых массовых видов в изучаемом районе: Myrmica scabrinodis, Tetramorium caespitum, Lasius alienus, Tapinoma erraticum и Formica cinerea. Оказалось, что в этой ядовитой атмосфере Myrmica выживают около шести часов, а все остальные муравьи — не более часа. Анализ экспрессии генов помог выявить механизм повышенной устойчивости мирмик: в отличие от других муравьев, у них в ответ на присутствие карвакрола резко возрастает синтез нескольких ферментов, помогающих обезвреживать различные яды (таких как глютатион-S-трансфераза и цитохром CYP4509E2).
Зачем нужна мирмикам повышенная устойчивость к карвакролу? Возможно, она позволяет им процветать в отсутствие конкурентов там, где растет душица или тимьян (который тоже выделяет карвакрол) и где другие виды муравьев чувствуют себя неуютно. Для проверки этой гипотезы авторы расставили 190 муравьиных ловушек непосредственно под растениями душицы и 80 — в местах с такой же почвой и растительностью, но не менее чем в 2 м от ближайшей душицы. Мирмики попались в 73% ловушек, стоявших под душицей, и лишь в 45% ловушек, расположенных далеко от пахучего растения. Для муравьев других родов соответствующие цифры составили 9% и 55%. В 19% ловушек, стоявших под душицей, муравьи вообще не попались. Таким образом, мирмики действительно доминируют возле душицы, тогда как вдали от этого растения преобладают другие муравьи.
Из этого следует, что если ваша задача — найти душицу, под которой живут мирмики, а в запахах муравьев вы не разбираетесь, то ориентироваться на запах карвакрола — неплохая идея.
По-видимому, это первый обнаруженный в природе случай, когда один и тот же запах используется насекомым для обнаружения и кормового растения, необходимого для ранних стадий развития личинки, и жертвы, на которой будут паразитировать подросшие гусеницы.
Авторы подчеркивают, что выявленные особенности биологии бабочек, растений и муравьев, по-видимому, выгодны (адаптивны) для всех участников этого необычного комплекса. Почему бабочкам выгодно откладывать яйца на цветы душицы, пахнущие карвакролом, уже говорилось. Душице выгодно выделять карвакрол в ответ на повреждение корней муравьями, потому что это эффективно отпугивает всех муравьев, кроме мирмик, а заодно приманивает врагов мирмик — голубянок. Попадание гусениц Ma. arion в гнездо мирмик часто приводит к полной гибели муравьиного семейства. Это, конечно, облегчает жизнь растению, ведь в природных условиях мирмики не только подгрызают корни при постройке гнезда, но и разводят на корнях колонии домашних тлей, отчего растению становится еще хуже. Правда, услуги паразитической бабочки не бесплатны для душицы, ведь маленькие гусеницы съедают часть цветов перед тем, как проникнуть в муравьиное гнездо. Но эта плата совсем не велика. Даже в местах наибольшей численности голубянки арион на одно «зараженное» растение душицы приходится в среднем лишь одна-две гусеницы, которые съедают от силы 2% цветов. Этот ущерб с лихвой окупается той пользой, которую бабочки приносят душице, избавляя ее от докучливых муравьев.
Что же касается мирмик, то их выигрыш от повышенной устойчивости к карвакролу состоит в том, что они могу жить припеваючи в корнях душицы или тимьяна, где им не мешают конкуренты — другие муравьи. За это удобство мирмики платят повышенным риском стать жертвами паразитических гусениц. Впрочем, цена не слишком велика, потому что голубянка арион, при всех ее премудрых адаптациях, является очень редким видом бабочек. В большинстве мест, где растет душица или тимьян, этих бабочек просто нет, и мирмики могут наслаждаться своим преимуществом почти бесплатно. «Почти», потому что усиленное производство защитных ферментов — все-таки дело затратное,- повествуетсриале на сайте «Элементов».
В свою очередь «Лента.ру», пересказывая статью в The Independent, описывает довольно неожиданное открытие группы кинодокументалистов, что внимание больших белых акул можно привлечь с помощью музыки в стиле дэт-метал.
«Открытие было сделано ими в ходе подготовки передачи о жизни акул для телеканала Discovery. Съемочная группа собиралась запечатлеть на пленке большую белую акулу по прозвищу Joan of Shark. Ее имя представляет собой каламбур на основе имени Жанны Д'арк. Хищницу впервые заметили у берегов Австралии в 2014 году, ее длина составляет примерно 4,8 метра, а вес — 1,6 тонны.
Кинематографисты опустили в воду динамик и включили музыку в стиле death metal. Однако вместо Жанны на звуки приплыли две другие акулы. Одна из них была около 3,6 метра в длину.
Акулы способны различать колебания окружающей среды в пределах от 100 до 2500 герц. Как предположили эксперты, низкочастотные вибрации метал-композиций напоминают им те, что издают трепыхающиеся рыбы — их потенциальные жертвы.
В 2011 году австралийский новостной ресурс ABC сообщил об открытии, сделанном местным экскурсоводом Мэттом Уоллером (Matt Waller). Уоллер обнаружил, что проигрывание композиций группы AC/DC, исполняющей хард-рок, делает больших белых акул менее агрессивными и более любопытными. Особой популярностью у рыб пользовались песни Back in Black и You Shook Me All Night Long,- повествует «Лента.ру».