Чем занимались биологи в 2014 году
Нейроны и коалы, иммунитет и динозавры, онкология и птичий интеллект – и ещё многое, многое другое из биологических новостей, о которых мы рассказывали вам в течение года.
В конце года принято подводить итоги того и сего, но мало где это занятие выглядит настолько неблагодарным, как в современной науке. Даже если не брать всю науку целиком, а разделить её по областям (физика, биология и т. д.), нелегко определить, что в них считать самым важным, что не очень важным, а что – просто интересным? Придётся спускаться ещё на уровень ниже, и, например, в биологии отделять важные события, случившиеся в нейробиологических отраслях, от событий, связанных с экологическими исследованиями. С другой стороны, разделы наук сейчас переплелись между собой, границы между ними размыты, и поэтому не всегда можно утверждать, что какой-то замечательный результат принадлежит, скажем, нейробиологии, а не молекулярной биологии. А ведь на основе выстроенных топов научных достижений нередко появляются предсказания грядущих трендов развития.
Мы не берёмся угадывать, куда двинется наука в следующем году, мы лишь попытаемся, ограничившись биологией, выделить самые любопытные из публикаций 2014 года, из тех, что попали в наше поле зрения. Некоторые из них действительно укладываются в магистральные течения внутри той или иной области, некоторые представляют собой отдельно стоящие удивительные научные факты. Начать следует, несомненно, с нейробиологии, ведь открытия именно в этой области получили в уходящем году Нобелевскую премию по медицине и физиологии. Награду дали первооткрывателям двухкомпонентной системы навигации в мозге: оказывается, в наших центрах памяти есть специальные нейроны, которые не только хранят карты мест, где мы побывали, но и отслеживают наше перемещение в пространстве, подобно GPS-устройству. Исследования нейронов-навигаторов начались ещё в конце 60-х годов и продолжаются по сей день, о чём мы подробно писали в нашей журнальной статье.
Раз уже мы упомянули центры памяти, скажем пару слов и о ней. Вообще, феномен памяти до сих пор во многом остаётся загадкой, несмотря на то, что на её изучение брошены колоссальные интеллектуальные, финансовые и технологические ресурсы. Хотя и успехи тут велики – здесь можно вспомнить работу, посвящённую перекодированию воспоминаний: оказывается, нейроны, связанные с отрицательной или положительной стороной воспоминания, могут быть перепрограммированы с помощью смены контекста. Модификация информации, записанной в нервных клетках, изменение эмоциональной окраски памяти – довольно крупное «течение» в нейробиологии, и в нём можно выделить ещё особо популярные разделы, связанные со сном и биологическими часами. Давно известно, что сон способствует превращению кратковременной памяти в долговременную, но лишь сейчас удалось увидеть, что происходит на клеточном уровне, в нейронах и синапсах. А вот расстройство биологических часов на памяти сказывается плохо, и для этого вовсе не нужно ложиться спать и просыпаться в неправильное время, достаточно лишь регулярно есть после шести.
Не обошлось в уходящем году и без новостей о «взрослом нейрогенезе». Новые нейроны, образующиеся в мозге уже в зрелом возрасте, помогают поддерживать упорядоченную структуру уже существующих нервных цепочек, а, кроме того, они играют довольно своеобразную роль относительно всё то же памяти: с одной стороны, помогают запомнить новое, с другой – заставляют забыть устаревшую информацию. Ещё одно большое направление в нейробиологии – исследования вспомогательных клеток нервной системы, так называемой нейроглии. Их роль не ограничивается одними лишь вспомогательными функциями, питанием и защитой нейронов. Нейроглия, как оказалось, активно регулирует передачу сигналов в нервных цепочках. Например, в 2014 году удалось выяснить, что глиальные клетки астроциты помогают нейронам отличать знакомое от незнакомого.
Но нейроны и мозг живут не сами по себе, а в сложном организме, где на них влияют другие системы; кроме того, говоря о нервных клетках, нельзя не учитывать молекулярно-генетический аппарат, от которого зависит работа нервной системы. Из удивительных результатов, полученных, если можно так сказать, в молекулярно-генетической нейробиологии, можно вспомнить статью исследователей из Гарварда, которые попытались понять, какие генетические аномалии могут спровоцировать развитие шизофрении. Оказалось, что её причиной могут стать мутации в более чем ста участках нашей ДНК – не слишком обнадёживающий результат для тех, кто полагал, что от шизофрении можно будет лечить, просто подавляя работу одного-двух генов. С другой стороны, к психической нестабильности может привести слишком активный иммунитет.
С иммунитетом же связана другая новость, которая особенно привлекла внимание наших читателей – о том, что голод обновляет иммунные клетки. Из других заметных открытий в этой сфере мы бы упомянули работу исследователей из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которые описали молекулярный механизм, позволяющий иммунитету отличать настоящие инфекционные сигналы от ложных, а также любопытное поведение одного кишечного вируса, защищающего своего хозяина от ненужного воспаления. Иммунная система служит также промежуточным звеном между стрессом и атеросклерозом: иммунные клетки из-за стресса запускают воспаление, которое вредит сосудам. Ну и, наконец, одна из самых важных «иммунных новостей» уходящего года: впервые удалось очистить иммунные клетки человека от ВИЧ.
Где иммунитет – там и микрофлора. Наши симбиотические бактерии активно сотрудничают с иммунной системой и даже могут подавлять развитие пищевой аллергии, не пуская в кровь те вещества, на которые наш организм может отреагировать неподобающим образом . Ну а о том, что кишечная микрофлора может защитить или, наоборот, спровоцировать диабет с ожирением, уже давно всем известно. Например, бактериям могут не понравиться заменители сахара, так что их употребление может доставить вам серьёзные проблемы с обменом веществ.
Ещё одна, к сожалению, вечно популярная проблема, над которой биологи и медики бьются не одно десятилетие – онкологические заболевания. Исследований в этой области тьма, и мы можем указать лишь на некоторые. Например, можно вспомнить работу сотрудников Массачусетского технологического института и Онкологического института Даны–Фарбера, которые нашли способ предсказывать рак поджелудочной железы за 10 лет до болезни. Может показаться странным, что рак развивается так долго, однако с молекулярной точки зрения здесь всё вполне объяснимо: динамика онкомутаций бывает такова, что болезнь вполне в состоянии прождать не то что 10, а и все 20 лет, прежде чем войти в активную клиническую фазу. С каждым годом у злокачественных опухолей обнаруживается всё больше необычных и малоприятных свойств. Так, совсем недавно выяснилось, что раковые клетки могут заражать здоровые, и что необычайная устойчивость опухолей к лечению и вообще неблагоприятным факторам среды происходит из-за их сложного клеточного строения и альтруистичного поведения различных типов клеток.
Впрочем, хотя мы ещё и не победили ни рак, ни диабет, медицине есть чем похвастаться: в 2014 году удалось вырастить человеческую сетчатку из искусственных стволовых клеток, человеческий «желудок» – опять же благодаря стволовым клеткам – вырастили в пробирке, а полученные с помощью клеточно-стволовых методов новые нейроны удалось успешно вставить в мозг. Не будем даже говорить, насколько популярно сейчас в науке всё, что связано со стволовыми клетками – результаты говорят сами за себя. Из других биотехнологических событий: искусственную руку научили чувствовать, бактерий снабдили памятью (в рамках проекта по созданию биокомпьютера), а электронный мозг сделали ещё более похожим на человеческий.
Технологии технологиями, но не будем забывать, что царицей биологии считается эволюционное учение. Конечно, когда мы говорим об эволюции, то в первую очередь в голову приходят динозавры, массовые вымирания и происхождение человека. Действительно, палеонтологические находки, в том числе и те, что относятся к гигантским ящерам, многое рассказывают нам о том, как развивалась жизнь на Земле. В 2014 году мы узнали, что динозавры были полутеплокровными, а погубили их, вероятнее всего, вулканы. Однако для того чтобы проникнуть в тайны эволюции, нужно не только копаться в древних костях, но и экспериментировать с ныне живущими организмами. Именно так удалось установить, что древние рыбы могли выйти на сушу благодаря правильному воспитанию, то есть благодаря подходящим условиям среды, а не только генетическим перестройкам.
Одна из самых больших эволюционных загадок – это формирование сложного мозга позвоночных животных. Пока что удалось установить, что эволюция заранее заготовила для него генетические «чертежи», которые просто ждали, пока предки позвоночных не поднимутся до нужного уровня. Человеческий же мозг мог развиться из обезьяньего за счёт мышц ; кроме того, развитие интеллекта у приматов зависело не только от коры, но и от мозжечка, который, оказывается, активно вовлечён в высшие когнитивные процессы. Вообще же многие особенности нашего организма восходят к тем временам, когда по Земле гулял общий предок всех человекообразных приматов. Например, человеческое умение перерабатывать алкоголь, по-видимому, возникло именно тогда, когда нашему предку пришлось включить в свой рацион перебродившие фрукты .
Человеческий мозг, конечно, выдающееся изобретение природы, однако не стоит недооценивать интеллектуальные способности животных. Оставим в покое врановых и попугаев, они и так традиционно пользуются повышенным вниманием зоопсихологов. (Отметим лишь работу наших учёных, которые выяснили, что серые вороны могут мыслить аналогиями, и эксперименты орнитологов из Венского университета, показавших, что попугаи могут учиться друг у друга.) Но даже рыбы, как оказалось, могут строить сложную охотничью стратегию, договариваясь о помощи с хищником другого вида, а у пауков в кругу знакомых особей появляются зачатки личности . Кстати говоря, именно с социальными пауками связано одно из заметнейших открытий минувшего года: у них нашли групповой отбор, существование которого уже много лет вызывает среди биологов самые яростные споры.
Сложная социальная жизнь служит признаком когнитивной развитости – равно как и сложные эмоции. Французские исследователи сообщили нам, что раки могут чувствовать тревогу , так что стоит ли удивляться после этого, что крысы могут сожалеть о случившемся? Возможно, обнаружив в братьях наших меньших эмоционально-интеллектуальное богатство, мы с большим вниманием будем относиться к экологии. Ведь нельзя же допустить, чтобы столь высокоразвитые организмы, способные и к тревоге, и к сожалениям, вот так взяли и вымерли? Впрочем, далеко не всегда антропогенные изменения несут безусловный вред окружающей среде, по крайней мере, в первом приближении. В качестве примеров можно привести пауков, которым городская жизнь идёт лишь на пользу, и бабочек, которые странным образом делаются крупнее и умнее, если в их организм попадает дорожная противогололёдная соль.
Как, наверно, заметили наши читатели, мы постепенно перешли от больших научных трендов к публикациям, по поводу которых только и остаётся, что покрутить головой да подумать «вот оно как в природе бывает». Упомянем ещё несколько новостей такого рода: некоторые пауки, как оказалось, маскируются под птичий помёт, у генетиков, наконец, дошли руки, чтобы проверить подлинность образцов шерсти йети (результат для йети оказался неутешительным), а коалы охлаждают себя, обнимая деревья. Ну и, конечно, нельзя не вспомнить новость на вечную тему, которая волнует многих даже больше, чем рак, диабет, полёты в космос и происхождение человека вместе взятые – «чего на самом деле хотят женщины?». Впрочем, как бы игриво ни выглядел заголовок, речь здесь идёт о серьёзных вещах, а именно о взаимосвязи психологии с физиологией. И «пусть будет стыдно тому, кто плохо об этом подумает», как сказал один король своим не слишком воспитанным подданным.
