10 ФАКТОВ О ЖИВОМ МИРЕ

На сегодняшний день ежедневно, в результате нерациональной деятельности человека, 44 гектара земель обращаются в пустыни, ежегодно исчезает около 1% тропических дождевых лесов. При этом ежедневно вымирает до 70 видов растений и животных, что составляет примерно 3 вида в час. В настоящее время погибает десятая часть коралловых рифов — зон наибольшего биологического разнообразия на мелководье, еще около 30% будет разрушено в ближайшие десятилетия. Возможно, один из прекративших в этот момент свое существование видов, хранил секрет, который помог бы человечеству решить крайне актуальные на сегодня вопросы. Но также остается верным и то, что на решения некоторых проблем человека мы смотрим каждый день и пока не замечаем или не понимаем их. За последнее десятилетие было сделано немало открытий благодаря животным, полезных и тех, которым пока не нашли применение. Вот некоторые из них.

Бактерия, которая вырабатывает золото

Еще в начале XXI века ученые открыли бактерию с необычными свойствами: Cupriavidus metallidurans «переваривает» химические соединения в металлических рудах, превращая те в золото. Палочкообразных C. metallidurans можно найти в почвах с высокой концентрацией меди и других тяжелых металлов. Здесь много питательных веществ, но для того, чтобы выживать в подобных экстремальных условиях, бактериям пришлось научиться их перерабатывать. Правда, чтобы узнать, как она это делает, ученым понадобилось несколько лет. Изучением этого процесса занималась международная группа исследователей. Им удалось выявить цепочку биохимических реакций. Механизм запускается на внешней стороне мембраны бактерии: соли меди и золота разлагаются там до соединений, способных проникнуть сквозь клеточную стенку. Бактериям для жизнедеятельности нужна медь, но ее количество должно быть строго ограничено. Как только наступает насыщение медью, ее избыток начинает выводиться из организма ферментом CupA. При этом под действием другого фермента, CopA, в реакцию вступает избыток соединений золота. В результате поступление лишних металлов в клетку прекращается, и бактерия избавляется от токсичных излишков. Побочным эффектом этого процесса становится образование частиц металлического золота размером не более нескольких нанометров. Они оседают на внешней стороне клеточной стенки бактерии, что в итоге становится ключевым фактором в формировании золотых самородков из первичной золотой руды [2].

Мраморный рак и его клоны

23 года назад в американском национальном парке Эверглейдс выловили и продали самку рака (вид Procambarus fallax). Американец, купивший рака, запустил его в домашний аквариум. Но через некоторое время оказалось, что самка не только дала потомство путем партеногенеза, но и эволюционировала в новый подвид — Procambarus virginalis, или Мраморный рак. Из-за увеличивающегося количества раков, хозяин не смог заботится о них и отнес в зоомагазин, где их купили другие аквариумисты. На данный момент ученые, секвенировав геном мраморных раков, пришли к выводу, что все особи являются потомками одной «матери». К таким выводам они пришли из-за того, что геномы разных представителей вида были практически идентичны. Помимо этого выяснили, что у мраморных раков три набора хромосом, которые, вероятно, защищают от наследования генетических мутаций и позволяют адаптироваться к изменчивой среде. Сегодня существуют миллиарды особей мраморных раков во всем мире [5].

Очень сильные лапки «мускулистой мушки»

Ecdyonurus mayfly — это размером до 1 см. в длину водное насекомое, из-за сильных передних конечностей прозванное учеными «мускулистой мушкой». Обитая среди водорослей, которые покрывают скалистые русла быстрогорных рек, они не боятся сильного течения, с которым встречается, выползая на камни. Долгое время было загадкой, как насекомые удерживаются на камнях, а сильное течение их не смывает. И только недавно было выяснено, что эти самые большие лапки, из-за которых они получили свое прозвище, играют роль крыльев. Передние конечности по форме напоминают перевернутое крыло самолета, и вода, обтекая лапку, прижимает ее к земле, подобно заднему крылу гоночного автомобиля — именно так насекомым и удается удерживаться на скалах. При необходимости мушки лишь наклоняют ноги под определенным углом, что усиливает прижимную силу и поэтому они буквально приклеиваются к скале [3].

Мухи-аквалангисты

На востоке Центральной Калифорнии на высоте 1945 метров над уровнем моря, находится озеро Моно. Концентрация соли в его воде более чем в два раза превышает концентрацию в Мировом океане и составляет 69 г/л. Из-за этого в озере обитают только одноклеточные водоросли, рачки Artemia monica и мухи-береговушки Ephydra hians. Эти насекомые необычны: они питаются откладывают яйца под водой. Вылупившиеся личинки питаются водорослями и дышат кислородом, который вырабатывается подводными растениями. На поверхность они поднимаются только когда станут взрослыми. Во взрослом состоянии они живут не более 5 дней, добывая питание не только на поверхности воды, но и под ней. Пытаясь понять, как это стало возможным, биологи провели эксперименты с участием разных видов мух и выяснили, что в соленой воде они тонут даже быстрее, чем в обычной: их кутикула заряжена положительно и легко намокает при взаимодействии с водой, полной отрицательно заряженных карбонат-ионов. А вот у Ephydra hians кутикула густо покрыта волосками, которые обволакивает воск с повышенным содержанием коротких углеводородов, что позволяет успешно отталкивать жесткую карбонатную воду, одновременно притягивая воздух. В результате в момент погружения под воду тело мухи оказывается внутри защитного пузырька воздуха. Воздушная прослойка не касается только глаз, благодаря чему зрение под водой не искажается. Чтобы проверить эти выводы, ученые удаляли воск с тела мух, и они тонули, как и другие насекомые. Благодаря этому мушки ни с кем не конкурируют за пищевые ресурсы. Их естественными врагами являются только птицы, гнездящиеся по берегам Моно [1].

«Дамский чулок» и биомедицинские исследования

Рыба да́нио-ре́рио (Brachydanio rerio), зебра-фиш или «дамский чулок» — это вид пресноводных лучепёрых рыб семейства карповых, длиной 3,5 сантиметра и обитающих в реках Южной Азии. Эта маленькая рыбка очень важна для биомедицинских исследований. У да́нио-ре́рио есть мозг, сердце, печень, почки, а также 84 процента генов, которые становятся причиной наследственных болезней человека, есть и у нее. В природе эта рыбка начинает спариваться с восходом солнца. В лабораторных условиях достаточно включить свет и убрать перегородку, отделяющую самок от самцов. Самки начинают метать икру (300 икринок за раз), которую оплодотворяют самцы и уже через неделю можно наблюдать появление мальков. Так как зародыши прозрачные, и развиваются вне тела матери, то ученые могут экспериментировать с генами, вызывающими заболевания, и наблюдать за изменениями. «Дамский чулок» является немаловажным объектом в исследовании и создании лекарств, ведь в аквариум достаточно вылить лекарства, чтобы эмбрионы начали их поглощать. Мальки также достаточно прозрачны, чтобы изучать их сосудистую и другие системы с помощью фотолюминесценции. Изучение данио-рерио позволило узнать много нового о раке, диабетах и нервно-мышечных заболеваниях. При исследовании мозга рыбы был обнаружен интересный факт: в мозге зебра-фиш живут макрофаги, которые перерабатывают отмершие клетки [12, 15].

Амфибия, которая «светится»

В Южной Америке, в бассейне Амазонки обитает желтоточечная квакша (Hypsiboas punctatus) – трехсантиметровая лягушка из семейства квакш. Вполне обыкновенная при свете дня (желтоватая, с мелкими пятнами), она единственная, среди 7000 известных науке амфибий, излучает желто-зеленый свет под воздействием ультрафиолета. Это происходит из-за того, что химические соединения, в том числе и хилоин (новое органическое соединение) в тканях квакши поглощают короткие световые волны (которые мы видим синими), преобразуют их и испускают свет с бóльшей длиной волны, в данном случае — зеленой. Хилоин содержится в коже лягушки, лимфатической ткани и выделениях желез, и, как заметил химик Норберто Пепорине Лопес, до сих пор подобных веществ ни разу не находили у животных; его ближайшие аналоги встречаются в царстве растений. Для чего квакшам нужна способность к флуоресценции – пока не известно. Возможно, чтобы видеть друг друга в потемках или маскироваться от охотников. Для ответов на эти вопросы ученым предстоит подробно изучить свойства и строение их глаз. Помимо желтоточечной квакши, способностью к флуоресценции (излучению попавшего на нее света) обладают, морские кораллы, редкая морская черепаха бисса и более 180 видов рыб. Среди наземных организмов ее наблюдали у бабочек, скорпионов и волнистых попугаев. А вот мерцающие брюшки светлячков или приманка рыбы-удильщика — примеры биолюминесценции: эти живые организмы не отражают свет, а производят его сами с помощью химических реакций [8].

«Вечная молодость» голых землекопов

Голые землекопы (Heterocephalus glaber) отличаются от большинства позвоночных не только устойчивостью к раку, высокой социальностью, но и способностью не стареть. В начале XIX в. Бенджамин Гомпертц выявил статистическую зависимость, согласно которой вероятность смерти увеличивается с годами. Так, вероятность умереть в 15 гораздо ниже, чем в 70. Но, оказывается, это не является истинной для голых землекопов. Исследовав 3299 землекопа, ученые обнаружили, что независимо от числа прожитых лет вероятность смерти у взрослых особей составляет около 0,0001%. Взрослыми грызуны становятся в 6 месяцев, и некоторые особи могут в лаборатории дожить и до 30 лет, сохраняя способность спариваться. Риск смертности у них не увеличивается даже тогда, когда животные в 25 раз превысили возраст половой зрелости. Помимо этого, одной из уникальных способностей этих необычных животных является возможность переживать до 20 минут полного лишения кислорода благодаря тому, что их клетки могут использовать чистую фруктозу, для обеспечения себя энергией [11, 13].

«Голос» мыши как реактивный двигатель самолетов

Многие животные используют для общения в различных ситуациях (в состоянии покоя или дискомфорта, для обороны территории и привлечения представителей своего вида) ультразвук. Однако сам принцип воспроизведения сигналов на подобных частотах у них различается, и наиболее удивительные способности продемонстрировали лабораторные мыши. В 2011 году группа российских ученых установила, что ультразвук мышей в покое характеризуется преобладанием частот в диапазонах 20−30 кГц (килогерц), а более яркие эмоции они передают на частотах 45−60 кГц. Ученые из Кембриджского университета, продолжив исследования в этом направлении, попытались установить, каким именно образом мыши издают необходимые им звуки. Биологи вели запись с помощью видеокамеры сверхвысокой скорости: 100 тысяч кадров в секунду. Анализируя результаты, ученые установили, что при ультразвуковой вокализации голосовые связки мышей остаются совершенно неподвижными, а звук создается за счет направления тонкого потока воздуха из горла к задней стенке гортани. Науке не известно ни одно другое животное, издающее звуки подобным образом. Зато аналогия нашлась в мире техники. «Этот механизм известен только по сверхзвуковым приложениям: реактивным двигателям самолетов вертикального взлета и посадки, или же по высокоскоростным дозвуковым течениям — таким, как струи для охлаждения электрических компонентов и турбин», — пояснил один из авторов исследования, руководитель аэроакустической лаборатории университета Анураг Агарвал. Он также отметил, что «хотя мыши уже изучены, казалось бы, вдоль и поперек, у них в запасе еще есть чем нас удивить». Результаты исследования важны не только для понимания мира животных: с помощью лабораторных мышей специалисты изучают различные нарушения речи у человека — например, заикание [7, 14, 16].

Необычный рог нарвала

В холодных арктических водах обитает редкий и малоизученный представитель китообразных – нарвал. В длину нарвалы достигают 4,5 метров, веся при этом до трех тонн, а их огромный, винтообразно закрученный «рог» увеличивает общий размер животного еще на 2−3 метра (длинными «рогами» обладают только самцы, а у самок он короткий и прямой). На самом деле «рог» нарвала – это не рог, а видоизменившийся левый передний зуб, который вырос в прямой и закрученный мелкой спиралью бивень. Заостренный, весом около 10 кг. внутри он полый. Ученые выяснили, что гигантский зуб используется для охоты. Являясь высокопрочным и гибким, его конец может изгибаться примерно на 30 см. в любом направлении, не ломаясь. Благодаря этому нанизывать жертву на острие не требуется: направляя бивень в нужном направлении, нарвалы просто оглушают ее. Также было обнаружено, этот орган пронизан миллионами крохотных трубок, которые содержат нервные окончания, что позволяет нарвалу определять температуру и давление воды. К сожалению, этому виду животных угрожает нешуточная опасность: помимо того, что нарвалы являются предметом охоты для эскимосов, они очень уязвимы к изменению климата, а также загрязнению окружающей среды [9].

«Правши» и «левши» в мире животных

Всем известно, что люди делятся на правшей, левшей и амбидекстеров. Это означает, что выполнять какие-либо действия правшам проще с правой руки, а левшам – с левой. Но это касается не только людей. Так, правшами и левшами бывают не только люди, но и некоторые животные. Например, у большинства домашних кошек есть «ведущая» лапа, левая или правая, с которой они начинают выполнение определенных типов действий. 73% животных предпочитали пользоваться определенной лапой, доставая корм. 70% спускались вниз с «ведущей» лапы, 66% — поднимались на небольшую высоту. При этом лежать на определенном боку предпочитали лишь 25% кошек. Ученые обнаружили, что самки чаще оказывались «правшами», а самцы — «левшами». Такое же различие ранее наблюдали у собак и лошадей, крыс, муравьев, шмелей, макак-резусов и мармозеток. Большинство синих китов, загоняя добычу на мелководье, двигаются по часовой стрелке. А вот среди пчел, как выяснили австралийские энтомологи из университета Квинсленда, больше всего амбидекстров — для них правая и левая стороны предпочтительны в равной степени [4, 6, 10].

Литература

Breugel F. Superhydrophobic diving flies (Ephydra hians) and the hypersaline waters of Mono Lake / F. Breugel, M. H. Dickinson // PNAS. – 2017. — V. 114 (51). – P. 13483-13488.
Bütof L. Synergistic gold–copper detoxification at the core of gold biomineralisation in Cupriavidus metallidurans / L. Bütof, N. Wiesemann, M. Herzberg, M. Altzschner, A. Holleitner, Reithc D. H. Nies // Metallomics. – 2018. V. 10. – P. 21616.
Ditsche P. “Spoiler”-legs help stream mayfly larvae to stay on the ground. P. Ditsche, F. Hoffmann, S. Kaehlert, A. Kesel, S. Gorb // Society for Integrative and Comparative Biology. -2018. – P.3-148.
Friedlaender A. Context-dependent lateralized feeding strategies in blue whales / A. Friedlaender, J. Herbert-Read, E. Hazen, D. Cade, J. Calambokidis, B. Southall, A. Stimpert, J. Goldbogen // Current Biology. – — V. 27 – Р. 1206–1208.
Gutekunst J. Clonal genome evolution and rapid invasive spread of the marbled crayfish / J. Gutekunst, R. Andriantsoa, C. Falckenhayn, K. Hanna, W. Stein, J. Rasamy, F. Lyko // Nature Ecology & Evolution. – 2018.
Louise J. Lateralization of spontaneous behaviours in the domestic cat, Felis silvestris / J. Louise, M. Dowell, L.D. Wells, G. H. Peter // Animal Behaviour. – 2018. – V. 135 – P.37-43.
Mahrt E. Mice produce ultrasonic vocalizations by intra-laryngeal planar impinging jets. E. Mahrt, A. Agarwal, D. Perkel, C. Portfors, C.P.H. Elemans // Current Biology. – 2016. – V. 26. — N19. – P. 880-881.
Nowogrodzki A. First fluorescent frog found / A. Nowogrodzki // Nature. – 2017. V. 543 (7645). – P. 21616.
Nweeia M. T. Sensory ability in the narwhal tooth organ system / M. T. Nweeia, F. C. Eichmiller, P.V. Hauschka, G. A. Donahue, J. R. Orr, S. H. Ferguson, C. A. Watt, J. G. Mead, C. W. Potter, R. Dietz, A. A. Giuseppetti, S. R. Black, A. J. Trachtenberg, W. P. Kuo // The Anatomical Record. – 2014. – V. 297. — N14. – P. 599-617.
Ong M. Obstacle traversal and route choice in flying honeybees: Evidence for individual handedness / M. Ong, M. Bulmer, J. Groening, M. V. Srinivasan // PLoS ONE. — — V. 12 — N11. – P. 1-25.
Park T. Fructose-given glycolysis supports anoxia resistance in the naked mole-rat / T. Park, J. Reznick, B. Peterson, G. Blass, D. Omerbasic, N. Bennet // Science. — — V. 356 – N6335. – P. 307-311.
Pelka K.E. Size does matter – Determination of the critical molecular size for the uptake of chemicals across the chorion of zebrafish (Danio rerio) embryos / K.E Pelka, K. Henn, A. Keck, B. Sapel, T. Braunbeck // Aquatic toxicology. – 2017. – V. 185. – P. 1-10.
Ruby J. G. Naked mole-rat mortality rates defy Gompertzian laws by not increasing with age / J. G. Ruby, M. Smith, R. Buffenstein // eLife. – 2018. – V.7 – P.31157.
Shultz D. ‘Stuttering’ mice may help unravel mystery of human speech disorder. D. Shultz // Science. -2016.
Zhang H. Influence of sublethal doses of acetamiprid and halosulfuron-methyl on metabolites of zebra fish (Brachydanio rerio) / H. Zhang, L. Zhao // Aquatic Toxicology. – 2017. – V. 191. – P. 85-94.
Каркищенко Н.Н. Ультразвуковая вокализация и ее информативные параметры у животных и человека / Н.Н. Каркищенко, Ю.В. Фокин, Д.С. Сахаров, В.Н. Каркищенко, Г.Д. Капанадзе, Д.Б. Чайванов // Биомедицина. – 2011. — №11. – С.4-23.

При подготовке материала использованы данные с официальных сайтов National Geographic и Naked Science.