"Элементы": новости науки

На юго-западе Китая денисовцы жили в «охотничьем раю»

Mon, 19 Oct 2026 05:02:00 +0000

Раскопки в пещере Бяньфу на юго-западе Китая и палеопротеомный анализ найденных там зубов и костей показали, что в период от 190 до 70 тысяч лет назад в пещере жили денисовцы. Таким образом, на карте распространения денисовского человека появилась пятая доказанная точка (четыре других — это Денисова пещера на Алтае, пещера Байшия в Тибете, западное побережье Тайваня и Харбин на северо-востоке Китая). Денисовцы из Бяньфу были успешными охотниками на крупных и средних копытных, таких как быки и олени. При этом они пользовались более примитивными каменными орудиями, чем алтайские денисовцы, жившие в Денисовой пещере значительно раньше — 300–200 тысяч лет назад. Возможно, это связано с исключительно благоприятными условиями для жизни охотников-собирателей в данном районе, что делало изготовление сложных каменных орудий излишним. Странно, впрочем, что описанная ранее каменная индустрия тибетских денисовцев из окрестностей пещеры Байшия, живших примерно в одно время с денисовцами из Бяньфу, тоже проста и примитивна, хотя условия жизни в Тибете были более суровыми.

В 2010 году анализ древней ДНК из крошечной косточки, найденной в Денисовой пещере на Алтае, позволил обнаружить ранее неизвестную ветвь человеческого рода. Несмотря на попытки ряда исследователей присвоить ей официальное латинское видовое название (или даже два, Homo longi и Homo juluensis, см. C. J. Bae & X. Wu, 2024. Making sense of eastern Asian Late Quaternary hominin variability), большинство специалистов продолжает называть новооткрытое средне- и позднеплейстоценовое азиатское человечество по привычке просто «денисовцами». И это, наверное, хорошо, потому что переименование объекта в самый разгар интенсивных исследований привело бы к путанице.

С момента открытия наши знания о денисовцах стремительно расширяются (см. ссылки в конце новости). Уже можно уверенно утверждать, что денисовцы населяли огромные пространства Азии в течение нескольких сотен тысячелетий (как минимум от 300–250 до 50–40 тысяч лет назад) и что это была не однородная популяция, а совокупность генетически и морфологически различавшихся, хотя и родственных групп. Эти группы расселялись, сменяли друг друга, а иногда вступали в контакты и даже скрещивались с другими представителями человеческого рода: поздними азиатскими эректусами, неандертальцами и сапиенсами.

Вплоть до 2019 года Денисова пещера оставлась единственной точкой на карте, где присутствие денисовцев было установлено абсолютно надежно (по древней ДНК). Потом на этой карте стали появляться новые точки. У быстрого расширения известного нам ареала денисовцев две основные причины:

1) Развитие методов палеопротеомики. Фрагменты белковых молекул, прежде всего коллагенов, часто сохраняются в древних костях лучше, чем ДНК. Они несут меньше информации о происхождении и родстве, чем ДНК, но отличить денисовца от неандертальца или сапиенса они часто позволяют вполне надежно.

2) Накопление данных по морфологии денисовцев. В Денисовой пещере из морфологически информативных материалов нашли только несколько денисовских зубов. В 2019 году челюсть из пещеры Байшия в Тибете была отнесена к денисовцам по палеопротеомным данным. Таким образом, мы наконец-то узнали, как выглядела денисовская нижняя челюсть. Такая же история произошла в 2025 году с черепом из Харбина. В результате сейчас уже можно довольно уверенно относить к денисовцам ряд находок (в основном китайских), из которых пока не удалось извлечь ни ДНК, ни белков.

Но всё же абсолютную уверенность в том, что данная кость — денисовская, пока дает только палеогенетика или палеопротеомика.

К 2026 году молекулярные данные подтвердили присутствие денисовцев в четырех точках: 1) Денисова пещера на Алтае, 2) пещера Байшия на Тибете, 3) Тайвань (челюсть Penghu с сохранившимися денисовскими белками обнаружена на морском дне в 25 км от западного побережья острова), 4) Харбин на северо-востоке Китая (рис. 2).

В двух статьях, опубликованных в сентябре 2026 года в журнале Nature, китайские ученые нанесли на карту распространения денисовцев еще одну, пятую по счету, строго доказанную точку. Эта точка — пещера Бяньфу на юго-западе Китая, в провинции Юньнань, у юго-восточной окраины Тибетского нагорья. Пещеру обнаружили (и успели частично разрушить) в ходе карьерных работ, а в 2019 году там начались систематические раскопки.

Археологи раскопали в Бяньфу последовательность слоев культурных отложений возрастом от 190 до 70 тысяч лет. Из этих слоев извлекли 1366 каменных артефактов, более 64 тысяч костей млекопитающих (включая многочисленные морфологически неопределимые фрагменты), а также четыре человеческих зуба. Все четыре происходят из одного и того же слоя возрастом около 140 (148–134) тысяч лет.

Кости млекопитающих были изучены методом ZooMS (Zooarchaeology by Mass Spectrometry). Метод основан на масс-спектрометрическом анализе фрагментов молекул коллагенов, сохранившихся в древних костях. При помощи ZooMS часто удается определить кость до отряда, семейства или даже еще точнее (M. Buckley, 2017. Zooarchaeology by Mass Spectrometry (ZooMS) Collagen Fingerprinting for the Species Identification of Archaeological Bone Fragments). Ранее этот метод с успехом применялся к материалам из Денисовой пещеры (см. Уникальные каменные орудия из Денисовой пещеры были изготовлены древнейшими денисовцами, «Элементы», 29.11.2021) и из пещеры Байшия (см. Денисовцы прожили в Тибете более ста тысяч лет, «Элементы», 22.07.2024). В результате число известных науке денисовских косточек почти удвоилось. Метод не подвел и на этот раз.

Авторы применили ZooMS не ко всем костным фрагментам (это было бы слишком дорого), а только к 22 образцам, предварительно отобранным вручную из разных слоев пещерных отложений как кости, которые потенциально могут оказаться человеческими. Масс-спектрометрия показала наличие человеческих коллагенов в трех из них: в двух обломках теменных костей и во фрагменте лучевой кости (рис. 1). Две из этих косточек происходят из слоя возрастом около 140 (148–134) тысяч лет, а третья (та, что внизу слева на рис. 1) — из более древнего слоя возрастом около 160 (167–150) тысяч лет.

Таким образом, в распоряжении ученых оказалось семь человеческих образцов: четыре зуба и три костных фрагмента. Важно, что они происходят из разновозрастных слоев, что указывает на длительное человеческое присутствие в пещере.

Попытки извлечь из человеческих костей и зубов древнюю ДНК оказались безуспешными. Это ожидаемый результат для района с теплым климатом. Зато из трех косточек и двух зубов удалось извлечь фрагменты белковых молекул в количестве и разнообразии, достаточном для определения образцов до вида (для этого нужны фрагменты молекул коллагенов, в которых есть аминокислотные варианты, специфичные для сапиенсов, неандертальцев и денисовцев).

Оказалось, что и кости, и зубы принадлежали денисовцам. Это, собственно, и есть главный результат работы, добавляющий на карту распространения денисовцев пятую строго доказанную точку (рис. 2). Причем эта точка «стратегически» важна, поскольку находится на перекрестье возможных миграционных путей, соединяющих Южную, Юго-Восточную и Восточную Азию, а также Тибетское плато.

Кроме того, удалось показать, что оба исследованных зуба принадлежали денисовцам-мужчинам. По белкам зубной эмали можно определить пол, поскольку белок амелогенин Y (AMELY), ген которого находится на Y-хромосоме, есть только в эмали мужских зубов.

Кости денисовцев из Бяньфу морфологически мало информативны, но всё же авторы скрупулезно изучили их строение. Про фрагменты теменных костей определенно можно сказать только то, что они очень толстые. Однако толстые черепные кости характерны для многих архаичных Homo, и ничего специфически денисовского в этом нет.

Обломок лучевой кости из Бяньфу — важная находка, потому что это первый хоть сколько-нибудь информативный фрагмент кости конечности денисовца. Он демонстрирует мозаику признаков, одни из которых сближают его с неандертальцами, другие — с сапиенсами. Но в целом получается, что ни к сапиенсам, ни к неандертальцам эту косточку по морфологии отнести нельзя. Различия, возможно, связаны с разными биомеханическими требованиями и различающимися поведенческими адаптациями сапиенсов, неандертальцев и денисовцев. К сожалению, более внятных выводов о морфологических и функциональных особенностях рук денисовцев исследователи из этой косточки извлечь не смогли.

Денисовские зубы и кости указывают на присутствие денисовцев в пещере Бяньфу в интервале от 160 до 140 тысяч лет назад. Это было ледниковое время (предпоследнее оледенение), однако климат на юго-западе нынешнего Китая был тогда довольно теплым. В окрестностях пещеры росли хвойные леса, перемежавшиеся со степными и лесостепными участками. Местность изобиловала копытными крупного и среднего размера (такими как носороги, быки и олени), на которых денисовцы успешно охотились. Судя по возрастному составу копытных, денисовцы охотились в основном на взрослых животных в расцвете сил, а не на молодняк или старых, ослабленных особей. Условия для палеолитических охотников здесь были очень благоприятными; по выражению авторов, это был своего рода «охотничий рай» (hunting ‘paradise’).

Помимо костей и зубов денисовцев в пещере Бяньфу найдены и другие свидетельства человеческого присутствия: каменные орудия, царапины на костях копытных, а также следы раскалывания костей для извлечения костного мозга. Эти находки показывают, что люди жили в пещере и ее окрестностях очень долго: примерно от 190 до 70 тысяч лет назад (рис. 3).

Туши животных разделывали непосредственно в пещере. Антропогенные повреждения на костях копытных встречаются значительно чаще следов зубов хищников и грызунов. Авторы заключают, что именно люди были основными агентами накопления костных остатков.

Каменные орудия из пещеры Бяньфу интересны прежде всего своей относительной простотой и даже примитивностью. В общей сложности найдено 1366 каменных артефактов, в том числе 187 нуклеусов (ядрищ, от которых отбивали отщепы), 220 целых и фрагментированных отщепов, 34 ретушированных орудия и многочисленные отходы расщепления. Кроме того, найдены очень примитивные костяные орудия, похожие на те, которыми иногда пользовались тибетские денисовцы из пещеры Байшия, а также неандертальцы. Кости использовались, в частности, для ретуширования каменных орудий (рис. 4).

К примитивным чертам каменных изделий из Бяньфу относятся:

1) Простое расщепление нуклеусов. Преобладают односторонние ядрища, от которых отбивали отщепы в небольшом количестве и только с одной стороны. Этот и многие другие признаки указывают на то, что каменные орудия изготавливались, во-первых, непосредственно перед использованием, во-вторых, кое-как и на скорую руку.

2) Слабая подготовка ядрищ. Изготавливались преимущественно отщепы, сохраняющие участки естественной поверхности камня.

3) Ретушированных орудий (то есть отщепов, которые подвергались доработке, например, чтобы придать изделию определенную форму или лучше заострить край) немного и они примитивны. По-видимому, денисовцы из Бяньфу ретушировали свои орудия редко и без энтузиазма. Они предпочитали пользоваться убогими отщепами случайной формы, словно какие-нибудь хабилисы.

4) Нет леваллуазской технологии, которой широко пользовались в те времена как сапиенсы Африки и Ближнего Востока, так и западноевразийские неандертальцы.

5) Отсутствует развитое производство стандартизированных заготовок (а это, между прочим, одно из главных отличий среднего палеолита от нижнего).

Авторы отмечают, что технологические приемы денисовцев из Бяньфу существенно не менялись на протяжении всей стратиграфической последовательности (то есть примерно от 190 до 70 тысяч лет назад). Этот культурный консерватизм является аргументом в пользу того, что обитателями Бяньфу были именно денисовцы — не только на протяжении интервала, для которого есть находки человеческих костей и палеопротеомные подтверждения (160–140 тысяч лет назад), но и в остальные периоды.

Самое интересное, что орудия из Бяньфу намного проще и примитивнее, чем более древние орудия из Денисовой пещеры, которые изготавливались алтайскими денисовцами 300–200 тысяч лет назад (см. Уникальные каменные орудия из Денисовой пещеры были изготовлены древнейшими денисовцами, «Элементы», 29.11.2021). Этот так называемый «ранний средний палеолит» Денисовой пещеры интересен еще и тем, что в других районах Восточной и Центральной Азии ничего похожего пока не найдено. Единственная похожая каменная индустрия — это так называемый Ашело-Ябрудийский комплекс, распространенный в Леванте 400–250 тысяч лет назад и трактуемый как переход от нижнего к среднему палеолиту. На этом основании археологи, работающие с материалами из Денисовой пещеры, предполагают, что предки азиатского денисовского человечества, может быть, пришли на Алтай с Ближнего Востока около 300 тысяч лет назад или немного раньше (M. Kozlikin & M. V. Shunkov, 2024. Acheulo-Yabrudian Cultural Complex in the Levant and Questions of the Altai Middle Paleolithic Genesis).

Авторы обсуждаемых статей интерпретируют примитивность каменных орудий денисовцев из Бяньфу очень политкорректно, без намеков на культурную деградацию, в духе «им и не нужны были более сложные орудия». По мнению авторов, простота каменной индустрии Бяньфу свидетельствует не об ограниченных технологических возможностях денисовцев, а скорее об их смекалке и рациональной экономии усилий. Дескать, местные денисовцы предпочитали обходиться минимальными затратами труда и времени, используя легкодоступные материалы (в основном гальку из ближайшей речки) и изготовляя простые орудия по мере необходимости. Судя по археозоологическим данным, такая стратегия позволяла им успешно добывать крупных животных и разделывать их туши — а что еще нужно простым среднепалеолитическим ребятам?

Однако нужно учитывать, что упрощенная каменная индустрия денисовцев из Бяньфу — это не единичный эпизод, а уже как минимум второй известный случай такого рода. Описанная ранее денисовская каменная индустрия из тибетской пещеры Байшия (см. Денисовцы прожили в Тибете более ста тысяч лет, «Элементы», 22.07.2024) тоже проста и примитивна по сравнению с древнейшими орудиями из Денисовой пещеры. Есть в Китае и другие местонахождения сопоставимого возраста с примитивной каменной индустрией, которые ассоциируются с денисовцами пока только предположительно.

Авторы объясняют эти факты в том же стиле «им и так было хорошо». Но такая повторяемость, на мой взгляд, ставит под сомнение идею о том, что примитивизация каменной индустрии у денисовцев из Байшьи и Бяньфу — это просто некие специфические локальные зигзаги культурной эволюции, обусловленные исключительно благоприятными условиями для жизни охотников-собирателей в этих конкретных районах. Да и не были условия в выскогорной Байшие такими уж тепличными. В целом логика «а они и так прекрасно обходились», на мой взгляд, плохо объясняет известные случаи культурного регресса (такого, например, как у тасманийцев, отрезанных от Австралии подъемом уровня моря). Культурная эволюция так не работает. Мало ли без чего можно обойтись! Австралопитеки, может быть, обходились вообще без сложной накопительной культуры. Но в межгрупповой конкуренции побеждают группы, владеющие более совершенными технологиями.

Деградация, наблюдаемая у денисовцев из Байшии и Бяньфу, может объясняться не тем, что «им и так было хорошо», а очень низкой численностью популяций, их разобщенностью и, как следствие, слабой межгрупповой конкуренцией. Первые два фактора повышают вероятность утраты культурных богатств, а третий способствует замедлению прогресса. Может быть, денисовцы, принесшие с Ближнего Востока (?) довольно изощренные каменные технологии, растеряли их в ходе расселения по просторам Восточной Азии, а впоследствии осваивались и выживали только в тех немногочисленных и разобщенных районах, где им «и так было хорошо». Что касается Алтая, то туда 200–150 тысяч лет назад пришли с запада неандертальцы с развитой среднепалеолитической мустьерской культурой и техникой Леваллуа (см. Раскопки в Южной галерее Денисовой пещеры уточнили хронологию заселения Алтая, «Элементы», 11.06.2025). Местные денисовцы, возможно, всё это переняли, поэтому на Алтае никакой деградации мы не наблюдаем. Однако дальше на восток и на юг ни Леваллуа, ни неандертальцы не проникли (возможно, за единичными локальными исключениями). Наверняка в ближайшем будущем появятся новые археологические данные, которые позволят проверить эти предположения.

Источник: Huiyun Rao, Song Xing, Qijun Ruan, Fan Bai, Yuhao Zhao, Zhongyou Wu, Siyuan Tang, E. Andrew Bennett, Xiaotian Feng, Sungui Lin, Qingfeng Shao, Xiong Yang, Zitao Li, Kai Zhou, Feng Liu & Qiaomei Fu. Ancient proteins identify various Denisovan remains from Southwest China // Nature. Published: 09 September 2026.

Александр Марков

Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2026

Fri, 09 Oct 2026 04:25:00 +0000

Нобелевскую премию по физиологии и медицине получили трое исследователей, показавших возможность управления активностью нейронов с помощью вспышек света. Германские исследователи Петер Хегеман и Георг Нагель открыли первые светочувствительные ионные каналы, которые можно встроить в мембрану клетки и «научить» ее реагировать на свет. А Карл Дейссерот попробовал приспособить их к выявлению механизмов психических заболеваний — и в итоге получил ценный рабочий инструмент для нейробиологии, который назвали оптогенетикой. Сейчас создаются новые светоуправляемые белки «на любой вкус и цвет», а оптогенетика становится почти рутиной в науке и приходит в медицину, давая надежду на прозрение пациентам с пигментным ретинитом.

Нобелевская неделя 2026 года по традиции началась с Нобелевской премии по физиологии и медицине, которую неофициально называют «Нобелевкой по биологии». Именно в этой номинации в последние годы вручаются награды за самые прорывные открытия в биологии — в том числе фундаментальной и экспериментальной. В этом году премию получила тройка исследователей (рис. 1) — Карл Дейссерот (США), Петер Хегеман и Георг Нагель (Германия) с формулировкой «за открытия в области светоуправляемых ионных каналов и оптогенетики».

Оптогенетика — это фактически способ управлять клетками с помощью света. Так как большинство клеток нечувствительно к свету, сначала в них методами генной инженерии внедряют светочувствительный белок, способный напрямую модулировать их активность. За этой внешне красивой идеей и удобной экспериментальной методикой скрываются годы поиска тех самых волшебных белков и их «обкатка» в разных лабораториях не только in vitro, но и in vivo.

В 1971 году у архей, живущих в экстремально соленых водоемах типа Мертвого моря, обнаружили белок, структурно похожий на родопсин — тот самый родопсин, который служит белком-фоторецептором наших глаз. У него тоже есть семь белковых спиралей, пересекающих мембрану, и небелковая часть — ретиналь, производное витамина А. Но в отличие от нашего родопсина, запускающего в клетке цепочку передачи сигнала через G-белок, этот белок, названный бактериородопсином, просто перекачивал протоны через мембрану, как протонная помпа, используя энергию света. Так он создавал протонный градиент, за счет которого архея синтезирует АТФ — точно так же как митохондрии и хлоропласты. Чем-то это похоже на фотосинтез на минималках.

Важно отметить, что бактериородопсин не гомологичен нашему родопсину — проще говоря, он не имеет с ним общего происхождения. Структурное сходство здесь имеет, скорее всего, сугубо конвергентный характер: ретиналь — химически один из самых удачных хромофоров для светочувствительных белков, которых в принципе в природе существует немного. А укладка из семи трансмембранных сегментов — это эволюционное приспособление белка для удачного «обхватывания» ретиналя. Ничего личного, просто химия!

Это открытие оказалось ценным в фундаментальном плане, однако использовать этот белок для управления активностью клеток никому тогда ожидаемо не пришло в голову. Потому что это абсолютно неочевидное решение, подходящее лишь к небольшому числу случаев. Большая часть клеток млекопитающих просто не будут «знать», что им делать с протонным градиентом на цитоплазматической мембране и с чем его едят. Ну хотя бы потому, что у животных (Metazoa) основной градиент — натриево-калиевый, а не протон-калиевый, как у большей части живого мира.

В 1990-х гг. Петер Хегеман изучал одноклеточную водоросль хламидомонаду (рис. 2). В ее сложно устроенной клетке, как это часто бывает у протистов, есть нестандартная специализированная органелла. Светочувствительный глазок, буквально дающий водоросли зрение. Конечно, она не способна «воспринять» картинку (у нее нет мозга), но вполне себе отличает свет от тьмы и плывет к свету — да так резво, что при освещении одной стороны чашки Петри с хламидомонадами все они соберутся у освещенной стороны. Очевидно, глазок как-то реагирует на свет, но как? Хегеман изучал этот процесс электрофизиологически, то есть записывал с помощью тонкого электрода колебания крошечного «напряжения» на мембране глазка. Освещение вызывало скачок этого электрического потенциала — подобный тому, который распространяется по нейронам и служит физической основной нервных импульсов.

Хегеману удалось идентифицировать ген, который отвечает за этот процесс, но своими силами он не мог изучить кодируемый им белок. Для этого его надо было клонировать и испытать в подходящей клетке — и Хегеман попросил о помощи своего коллегу Георга Нагеля, у которого были возможности для такого эксперимента. И главное — у него был опыт!

Ранее он уже экспериментально охарактеризовал тот самый бактериородопсин, используя в качестве модельного объекта яйцеклетки гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) — идеальную тест-систему для электрофизиологических исследований (см. Модельные организмы: ксенопус, «Биомолекула», 01.09.2020). В эти крупные яйцеклетки удобно и впрыснуть нужную матричную РНК для наработки чужеродного белка, и ввести электрод для измерения ионного тока. Теперь Нагелю предстояло фактически повторить тот же самый эксперимент с новым светочувствительным белком хламидомонады (рис. 3).

Этот белок по своей последовательности был гомологом (эволюционным «родственником») бактериородопсина — и Хегеману это уже было известно по его последовательности. Но функционально он оказался не ионным насосом, а ионным каналом, открывающимся под воздействием света и пропускающим катионы (положительно заряженные ионы) внутрь клетки. На ионных каналах в принципе держится почти всё распространение электрических сигналов в нервной системе человека, а также, например, в мицелии грибов — но те ионные каналы открываются при связывании определенного вещества или изменении электрического потенциала мембраны (см. Мицелий вёшенки приспособили для управления движением робота, «Элементы», 27.12.2024). Особенность этого канала была в том, что он открывался на свет. В совместных публикациях группы Хегемана и Нагеля назвали этот белок каналородопсином (см. Channelrhodopsin). Вскоре за первым каналородопсином был открыт и второй (рис. 4) — у той же самой хламидомонады (G. Nagel et al., 2003. Channelrhodopsin-2, a directly light-gated cation-selective membrane channel). И именно он стал главным героем следующей главы.

Хегеман и Нагель открыли светоуправляемый ионный канал, но чтобы придумать ему успешное применение, нужен был человек с мотивацией Карла Дейссерота. Карл Дейссерот пришел в нейробиологию из психиатрии — и признавался в своей статье в Scientific American (написанной задолго до вручения премии), что к исследованиям мозга его подтолкнула проблема стигматизации людей, страдающих ментальными расстройствами (см. K. Deisseroth, October 20, 2010. Optogenetics: Controlling the Brain with Light). Откуда берется стигматизация? По мнению Дейссерота, ключевой причиной является отсутствие понимания механизмов развития ментальных расстройств: то, что выглядит опасно и возникло по непонятной причине, легко демонизируется. А значит, надо исследовать нейробиологические механизмы психических расстройств.

Но Дейссероту не хватало инструментария для активной стимуляции определеных зон мозга или групп нейронов. Можно вживить электрод — но его локализация задает жесткую точку приложения стимуляции (которую нельзя сменить), его установка травматична, его эффективность со временем падает, так как мозг инкапсулирует его рубцом из глиальных клеток, не реагирующих на импульс. А что если сделать нейроны восприимчивыми к свету? Тогда можно было бы избирательно освещать их короткими вспышками, управляя нервными импульсами в прямом эфире.

В 2005 году Дейссерот в соавторстве с Нагелем и коллегами публикует прорывную статью, в которой показывает такую возможность (E. S Boyden, F. Zhang, E. Bamberg, G. Nagel & K. Deisseroth, 2005. Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity). В культуру нейронов (рис. 5) с помощью ретровируса был внедрен ген каналородопсина-2. И нейроны действительно обрели способность «включаться» в ответ на вспышку света, генерируя потенциал действия. Более того, Дейссероту и его коллегам удалось адаптировать методику для применения на живом мозге крысы. Самым значимым нейробиологическим приложением методики, сделанным в лаборатории самого Дейссерота, стало выяснение механизма развития нарколепсии.

До Дейссерота уже знали, что нарколепсия ассоциирована с потерей небольшой популяции нейронов гипоталамуса, вырабатывающих нейромодулятор орексин и поэтому называемых орексиновыми. Но достаточна ли их электрическая активность для поддержания бодрствования? Чтобы это проверить, группа Дейссерота сцепила ген каналородопсина со специфическим промотором, который экспрессировался только в оркесиновых нейронах. Далее ген был упакован в ретровирус, а полученный вирус был введен мышам в область гипоталамуса. Туда же был вживлен светодиод — и мыши стали просыпаться, как только им включали свет в гипоталамусе. Такие «мыши со встроенным будильником» послужили решающим доказательством роли орексиновых нейронов в поддержании бодрствования — и их гибели как ключевой причины «засыпания на ходу» у пациентов с нарколепсией.

Пока автору заметки неизвестны признанные открытия именно в области психобиологии и патофизиологии психических расстройств в лаборатории Карла Дейссерота — хотя в своей статье в Scientific American ученый пишет об исследованиях механизма развития шизофрении. Видимо, эти исследования пока не показывают впечатляющих результатов лишь в силу множественности нейробиологических дефектов при этом заболевании — и поэтому не попали в популярные обзоры оптогенетических открытий (например, обзор Оптогенетика. Как управлять нейроном с помощью света, «Химия и жизнь» №2, 2016).

Но открытия Дейссерота и его коллег стали не просто изобретением удобного белка для управления нейронами. Они стали рождением продуктивной идеи — а ведь именно за это награждают Нобелевской премией. Нагель, Хегеман и Дейссерот показали принцип, который за прошедшие годы успел обрасти новыми реализациями.

Каналородопсин-2 недолго был единственным инструментом оптогенетики. Являясь катионным каналом, он при включении света вызывает возбуждение клетки, так как оно обеспечивается притоком катионов. Но в 2010-е годы были обнаружены анионные каналородопсины, которые работают наоборот и «выключают» нейроны при включении света (см. Обнаружены управляемые светом анионные каналы, «Биомолекула», 11 августа 2015). Для этой же цели можно использовать аналоги бактериородопсина (Xiao Duan et al., 2025. Two Decades of Optogenetic Tools: A Retrospective and a Look Ahead). Более того, на ионных каналах уже никто не зацикливается — «передним краем» оптогенетической науки являются ферменты, синтезирующие внутриклеточные сигнальные веществ, такие как аденилатциклаза и фосфодиэстераза (да, их тоже можно сделать светоуправляемыми).

Для неврологии оптогенетика стала незаменимым инструментом. Это теперь почти рутинный метод «расшифровки» механизмов нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона и болезнь Хантингтона. Причем такие методики активно используют в том числе российские исследователи (см. Как спасти Тринадцатую? (Перспективы лечения болезни Хантингтона), «Биомолекула», 29 октября 2013). Другие российские исследователи пытаются усовершенствовать оптогенетику такими образом, чтобы она работала без световодов в мозге — только за счет света, проходящего через ткани головы (см. Российские ученые ищут способ управлять клетками мозга без световодов, Наука Mail, 07.10.2026). За техническими решениями, в общем, дело не стало — но для этого кто-то должен был показать, что так можно.

Актуальности оптогенетике добавляет тот факт, что сейчас FDA — Управление по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов (США) — уже рассматривает первый метод лечения на ее основе (см. J. Rock-Torcivia, October 5, 2026. Optogenetics just won the Nobel Prize, its first therapy is already under FDA review). Речь идет о лечении пигментного ретинита — наследственного заболевания сетчатки, при котором постепенно отмирают палочки и колбочки, лишая глаз способности воспринимать свет. Оптогенетические методы позволяют внедрить ген каналородопсина в другие слои сетчатки, где находятся «релейные» клетки, не воспринимающие свет в норме, но и не пораженные заболеванием (рис. 6).

Это фактически превращает клетки, ранее бывшие только проводниками, в новые фоторецепторы. Полноценное зрение не возвращается – мир остается монохромным и контурным, и даже такое зрение достигается только в специальных усилительных очках-проекторах (рис. 7). Но это гораздо лучше ретинальных протезов типа Argus II, с которыми пациент обретает лишь грубое предметное зрение. Большое преимущество оптогенетики по сравнению с другими методами генной терапии пигментного ретинита — ее мутационная агностичность (см. Optogenetics: New Therapy for Retinitis Pigmentosa Shows Promise). То есть какая бы мутация ни вызвала дегенерацию палочек и колбочек — сделать новые фоторецепторы из клеток-проводников можно всегда.

В целом, история оптогенетики — это практически эталонная история «нобелевского» открытия. Случайная находка, успешная коллаборация, мотивация на почти недостижимый результат — и идея, которая становится для научного сообщества чем-то вроде «а как мы раньше-то не догадались»? Она также как нельзя лучше подчеркивает философию Нобелевской премии и ее принципы — награждение исследователей, чей вклад уже изменил науку и технику.

В мире «большой науки», построенной на рутинном труде тысяч специалистов в больших группах, новые инструменты и методики сами по себе становятся яркими открытиями — как в случае с оптогенетикой. Аналогичным образом дело обстоит с AlphaFold — программой для предсказания структуры белка на основе нейросетей, «удостоившейся» Нобелевской премии по химии в 2024 году (см. AlphaFold 3: как диффузионные модели пришли в предсказание структуры белков, «Биомолекула», 28 августа 2026). Но на этом фоне особенная красота «оптогенетической» Нобелевки состоит в напоминании, какой должна быть настоящая наука. Насколько важным остается стремление решить непостижимые прежде вопросы и творческий подход к процессу — и к каким значимым результатам это может привести.

Источники:
1) Пресс-релиз Нобелевского комитета.
2) Научно-популярная статья Нобелевского комитета.

Георгий Куракин

Гипотеза о происхождении жизни из горячих источников поставлена под сомнение

Mon, 05 Oct 2026 22:19:00 +0000

Канадский геохимик Бенджамин Тутоло опубликовал статью, в которой критически разобрал господствующую теорию происхождения жизни с геохимических позиций. В почти консенсусном сценарии появления первых протоклеток в горячих источниках он нашел сразу несколько изъянов: неправильные измерения pH, экстраполяция современных геологических условий на древнюю Землю и игнорирование условий протекания реакций. При последовательном применении корректировок теория распадается: протоклетки просто не формируются, протонный градиент оказывается чрезвычайно слабым, а для «железо-серного мира» не находится серы. Пока биологи думают, как тогда объяснить особенности живых организмов, Тутоло предлагает пересобрать теорию с нуля, обратив внимание на альтернативные сценарии.

В 2000 году океанографическое исследование Срединно-Атлантического хребта с помощью батискафа «Элвин» (Alvin, см. картинку дня Глубоководный «Элвин») и спускаемого аппарата «Арго» (Argo) явило миру причудливый ландшафт, получивший название «Затерянный город» (The Lost City, см. Lost City Hydrothermal Field). Морское дно было усеяно гидротермальными источниками, сформировавшими вокруг себя «башни» из минералов, выпадающих в осадок на границе раздела горячей и щелочной воды (из жерла источника) и прохладной океанской воды с более низким pH (рис. 1А). Казалось бы, обнаружение этого гидротермального поля поставило точку в давнем вопросе о происхождении жизни на Земле: это поле представляло собой образец той системы, где могла зародиться знакомая нам жизнь.

Прежде всего, живые организмы — это открытые неравновесные системы. Пока организм живет, он поддерживает состояние, отличающееся от термодинамического равновесия с окружающей средой. Так же «работает» каждая клетка: в частности, цитоплазма клетки отличается от окружающей среды или межклеточной жидкости не только концентрацией белков и ферментов, но и концентрацией ионов. Если взять «среднюю температуру по больнице» (то есть по всему живому миру), то обычно в цитоплазме клетки много ионов калия и мало ионов водорода (протонов). Цитоплазма как бы более щелочная по отношению к внешней среде. Правда, у животных клеток основную роль играет не градиент водород/калий, а градиент натрий/калий, но это уже частные эволюционные «странности» той ветви, из которой возникли мы. А вот у митохондрий в наших клетках — потомков древних бактерий — градиент вполне себе протонный, и именно из него генерируется энергия АТФ.

Такой же механизм генерации энергии используется растениями при фотосинтезе, а также бактериями и археями. Он на удивление постоянен в разных эволюционных ветвях. Более того, такой механизм реконструируется филогенетическими методами даже для LUCA — последнего общего предка всех современных клеточных организмов (см. Универсальные паралоги помогают составить «портрет» LUCA, «Элементы», 24.04.2026). Общий предок человека и кишечной палочки тоже получал энергию из протонного градиента на мембране.

Такой механизм генерации энергии, если задуматься, кажется абсолютно неочевидным. Но именно протонный градиент питает энергией практически весь живой мир (кроме организмов, получающих энергию исключительно за счет брожения). И именно «Затерянный город» показывает, откуда он мог взяться в процессе абиогенеза. В источниках этого гидротермального поля сталкивается щелочная вода из земных глубин и океанская вода, pH которой близок к нейтральному. На границе раздела образуется сложный трехмерный «узор» из выпадающих в осадок минералов, образующих тонкие перегородки (рис. 1B). Это практически готовые клетки с протонным градиентом: мало протонов внутри, много снаружи. Вдобавок они с самого начала были бы неравновесными системами: это отклонение от равновесия поддерживалось бы постоянным поступлением горячей щелочной воды.

Весь этот механизм поддерживается за счет процесса, называемого серпентинизацией (см. Serpentinization) — гидратацией магниевой горной породы оливина при высокой температуре с превращением его в серпентинит (рис. 2). Но в случае наличия в оливине примеси фаялита — железосодержащей горной породы — при серпентинизации также происходит окисление двухвалентного железа в трехвалентное с выделением водорода, высвобождаемого из воды. Это готовое «топливо» для процесса метаногенеза, за счет которого и нынче получают энергию метаногенные археи. Более того, даже у LUCA филогенетическими методами реконструируется способность окислять водород (см. LUCA стал древнее и при этом сложнее, «Элементы», 02.09.2024).

И наконец, океаны древней Земли до Кислородной катастрофы были насыщены железом (см. В конце архея океаны должны были быть зелеными из-за гидроксида железа, «Элементы», 10.03.2025). Предполагается, что при столкновении насыщенной сульфидами воды из жерла источника с океанической водой, богатой железом, образовывался осадок сульфидов железа. Эти сульфиды входили в состав стенок минеральных протоклеток и, по предположениям биологов, могли быть первыми катализаторами предбиологических реакций — в частности, катализовать ту самую реакцию метаногенеза (рис. 2). И какое совпадение: в активных центрах ферментов ключевых реакций клеточного дыхания работают железосерные кластеры — фактически, микроскопические кристаллики сульфидов железа.

Всё выглядит так, будто в живых клетках отпечатались состав и микроструктура «Затерянного города» — с поправкой на условия древней Земли. Это и привело исследователей к «глубоководной геотермальной гипотезе» — идее, что жизнь возникла в глубоководных геотермальных источниках и унаследовала их особенности. Эта гипотеза была подробно сформулирована известным британским биохимиком и писателем Ником Лейном, его соавтором биоинформатиком Уильямом Мартином и геохимиком Майклом Расселлом (Michael Russell) (см. Во тьме и в кипятке: Майкл Рассел и его гипотеза жизни, «ТрВ», 28.07.2026). Иногда ее так и называют — гипотеза Рассела — Мартина — Лейна (RML hypothesis, см. J. B Jackson, 2016. Natural pH Gradients in Hydrothermal Alkali Vents Were Unlikely to Have Played a Role in the Origin of Life). Во многом благодаря стараниям Лейна, написавшего большое количество книг для широкой аудитории по этой теме (в частности, «Энергия, секс, самоубийство. Митохондрии и смысл жизни»), эта концепция стала почти консенсусной в современной науке и самой распространенной.

Но достаточно ли она учитывает условия древней Земли? И не изменится ли эта модель драматически, если детально учесть в ней геохимию архейского эона, когда на Земле должна была зарождаться первая жизнь? Таким вопросом задался геохимик Бенджамин Тутоло (Benjamin Tutolo) из Университета Калгари, участник проекта «Кьюриосити» по исследованию Марса (см. Curiosity and the Mars Science Laboratory mission). В своей проблемной статье в PNAS он анализирует отличия в геологии и океанологии древней Земли, которые помешали бы этой модели пребиотической химии «работать» сразу на нескольких уровнях.

Прежде всего Тутоло обращает внимание на то, что на древней Земле могло не быть тех геологических условий, которые сформировали нынешний «Затерянный город». Это продукт современной тектоники плит, сформировавшей Срединно-Атлантический хребет. Формироваться он начал после раскола Пангеи — то есть в юрском периоде. «Затерянный город», скорее всего, ровесник динозавров, а вовсе не первых клеток. А в архейском эоне, когда, предположительно, возникла жизнь, геологические условия были другими. Ядро и мантия Земли были гораздо горячее, и подводные вулканы извергались в основном коматиитовыми лавами — чрезвычайно горячими (1,5–2 тыс. градусов) и очень жидкими, по консистенции напоминавшими жидкий сироп (см. Коматииты помогают понять, насколько горячей была мантия Земли в древности, «Элементы», 19.01.2023). Такая лава извергалась очень быстро, растекаясь по большой площади, а сами извержения были кратковременными. «Долгоиграющие» подводные вулканы, которые формируются из современных более прохладных (чуть более 1 тыс. градусов) и вязких лав, в ту эру отсутствовали. А для формирования горячего источника с минеральными порами важна долговременная и стабильная вулканическая активность — быстро такой «город» не построишь.

Следующие замечания касаются деталей предполагаемой химии абиогенеза, которые, по мнению Тутоло, были учтены эволюционными биохимиками недостаточно. Самое главное из них — неправильное определение pH воды в жерле горячих источников. В литературе обычно приводят числа около 10,6 единиц pH — это сильнощелочная среда, которая могла бы создать протонный градиент с более нейтральной или слабокислой океанской водой. Но вся проблема в том, что шкала pH для разных температур различается: в основе расчета pH лежит константа диссоциации воды, которая меняется с ростом температуры. А все измерения pH проводятся на борту корабля или вообще на берегу, почти при нормальных условиях — что делает полученные значения нерелевантными условиям в самом горячем источнике с его температурой.

А что будет, если просто пересчитать измеренный pH на температуру вблизи жерла источника? Из сильнощелочного pH станет близким к нейтральному, приняв значение около 8,4. Разница pH, которая должна была бы стать двигателем первых мембранных АТФаз, снижается до 2,5 — и Тутоло сомневается, может ли такой небольшой протонный градиент запустить механизм жизни. В своем скепсисе относительно протонного градиента он совершенно не одинок. Биолог из Бирмингемского университета Джей Баз Джексон (J. Baz Jackson) еще в 2016 году опубликовал обзорную статью, в которой отмечены дополнительные сложности гипотезы Рассела — Мартина — Лейна в плане градиента pH (см. J. B. Jackson. Natural pH Gradients in Hydrothermal Alkali Vents Were Unlikely to Have Played a Role in the Origin of Life). В частности, стенки минеральных протоклеток слишком толстые для его работы, а многие реакции предбиологической химии могут идти и без него.

Помимо большого количества железа в древнем океане было также много кремния по сравнению с нынешней эпохой. И это тоже «ломает» механизм, показанный на рис. 2: высокие концентрации кремния в воде ингибировали бы окисление железа и, следовательно, выделение водорода. И главное «топливо» для реакции предбиологического метаногенеза оказывалось бы в дефиците. Вдобавок к этому Тутоло отмечает, что даже в современном «Затерянном городе» абиотического метаногенеза на железо-серных катализаторах не наблюдается: изотопный анализ показывает, что весь метан происходит не из минеральных ячеек горячего источника, а из глубин земной мантии. Реакция могла бы все-таки запуститься, если бы градиент pH был более резким, а концентрации реагентов выше — но как раз с этим возникает самая большая проблема.

«Потеря» метаногенеза означает потерю ключевой реакции, которая формирует протометаболизм (см. Proto-metabolism) и дает свою собственную (а не вулканическую) энергию первым клеткам в господствующей теории происхождения жизни. Поправки на реконструируемые для древней Земли условия убирают из теории как структуру (протоклетки, невозможные при быстрых извержениях жидких коматиитовых лав), так и реакцию (которая идет слишком медленно или не идет вообще при таких низких градиентах pH и концентрациях водорода). Но это еще не всё — из теории при достаточном внимании к деталям исчезает и катализатор.

Формирование уже упомянутых железо-серных минералов требует в качестве реагентов и серы (в виде сульфида), и железа. Но Тутоло замечает, что и горные породы, слагавшие архейскую океаническую кору, и сам океан были бедны соединениями серы. Даже сейчас сульфиды «Затерянного города» — биологического происхождения, абиогенных сульфидов там нет. В общем, сульфидам в горячих источниках взяться было неоткуда — следовательно, и железо-серным минералам тоже.

Для этой проблемы Тутоло предлагает возможное решение: предбиологичекские реакции могли катализоваться не железо-серными, а железо-никелевыми минеральными катализаторами, которые вполне могли образовываться в бедных серой условиях. Косвенным намеком на этот сценарий является то, что уже упомянутая способность LUCA окислять водород обеспечивается именно железо-никелевой гидрогеназой (см. LUCA стал древнее и при этом сложнее, «Элементы», 02.09.2024). Но если так — почему железо-никелевые кластеры впоследствии заменились железо-серными?

Статья вызывает и другие вопросы. Например, филогенетические реконструкции показывают, что LUCA был термофилом — то есть наш общий предок жил все-таки в какой-то горячей среде (см. В диких условиях: как жил последний всеобщий предок LUCA, «Биомолекула», 06.03.2017). Если не в горячем источнике, то где? И почему тогда все-таки все живые клетки так привязаны к протонному градиенту?

Здесь стоит подчеркнуть, что статья Тутоло — это только статья с авторским взглядом (perspective article), и она по определению не может одномоментно опровергнуть целую теорию. Однако Тутоло призывает не воспринимать эту теорию догматически и как минимум пересмотреть все ее ключевые детали. По его мнению, основная проблема гипотезы Рассела — Мартина — Лейна — это отношение к ней как к утвержденной при наличии нерешенных проблем. Он также призывает обратить внимание на другие места, перспективные для пребиотической химии, — например, пруды и лужи, где вода периодически испаряется (см. C. Cassella, 2026. A Scientist Says We've Been Wrong About Where Life on Earth Began). Такие локации могли бы объяснить те реакции, которые пока остаются «за скобками» гипотезы Рассела — Мартина — Лейна, — например, синтез белков без участия рибосом на высохшей поверхности минералов и некоторые сценарии возникновения генетического кода.

Более того, существует альтернативная гипотеза, где есть и горячие источники, порождающие неравновесные процессы, и высыхающие лужи — это «наземный» вариант гидротермальной гипотезы, где жизнь зарождается на наземных гидротермальных полях (такие поля сейчас встречаются на Камчатке, в Калифорнии и в Австралии). В России эту гипотезу развивает Армен Мулкиджанян (см. Инкубаторы жизни на Земле — геотермальные поля четыре миллиарда лет назад, PCR.News, 16.02.2022), в Австралии — Мартин ван Крадендонк (см. M. J. Van Kranendonk et al., 2017. Life on Earth Came from a Hot Volcanic Pool, Not the Sea, New Evidence Suggests). Возможно, пришла пора изучить этот сценарий глубже. Движение в этом направлении неизбежно породит новые вопросы. Но, видимо, в том и есть главная ценность статьи Тутоло — напомнить, что проблема происхождения жизни еще далека от своего разрешения.

Источник: Benjamin M. Tutolo. Rethinking the origin of life at seafloor hydrothermal vents // PNAS. August 28, 2026. V. 123. No. 36. P. e2613108123. https://doi.org/10.1073/pnas.2613108123.

Георгий Куракин

Распределенное социальное обучение: как животные могут «собирать» сложное поведение

Mon, 28 Sep 2026 03:23:00 +0000

Когда животное осваивает новый способ добывать пищу, первое объяснение кажется очевидным: кто-то придумал, остальные подсмотрели и повторили. Но что если всё происходит иначе? Что если ученик не копирует новый навык целиком, а уже обладает его отдельными, пока неработающими компонентами? Тогда социальное обучение нужно не столько для того, чтобы освоить новое поведение с нуля, сколько для того, чтобы, скомбинировав врожденные и заново освоенные навыки, собрать рабочую последовательность. При этом разные особи могут быть носителями различных спящих фрагментов целевого поведения. Именно такую возможность известный этолог Жанна Резникова рассматривает в новой обзорной статье, посвященной гипотезе распределенного социального обучения.

Говоря о культуре, обычно мы представляем нечто исключительно человеческое: накопленные знания, традиции, способы изготовления инструментов, правила поведения. Однако за последние 70 лет этологи собрали множество свидетельств того, что устойчивые поведенческие традиции, передаваемые путем подражания сородичам, существуют и у других животных (см. Культура у животных — не редкий курьез, а вездесущее явление, «Элементы», 13.04.2021). Иначе говоря, как минимум часть видов животных действительно «культурны»... но возникает вопрос: а что именно они передают друг другу?

Быть может, уже готовый навык? Одна особь придумала новый способ поведения, другая увидела его и стала повторять, и чем точнее подражание, тем сложнее и стабильнее может становиться традиция. Особенно далеко такой механизм зашел у нашего вида: мы можем точно копировать чужое действие, сохранить его, усовершенствовать и передать следующему поколению. Так возникает то, что называют кумулятивной культурой — когда изменения накапливаются, а не исчезают вместе с их изобретателем (см. A. Buskell, 2020. Cumulative culture and complex cultural traditions и Новый подход к эволюции мозга и культуры, «Элементы», 09.01.2024).

Но у животных точное подражание встречается очень редко, и в передаче культурных навыков, как правило, не участвует. Социальное обучение включает целый спектр механизмов значительно более простых, чем воспроизведение действий инициатора шаг за шагом. К примеру, расширение стимулирования (stimulus enhancement) позволяет привлечь внимание наблюдателя к действиям сородича, и уже это может способствовать запуску схожего ответа на тот же стимул (см., например, F. Hacker et al., 2023. Inter-species stimulus enhancement: herring gulls (Larus argentatus) mimic human food choice during foraging). В случае социального облегчения (social facilitation) само присутствие других животных повышает вероятность проявления поведения, уже имеющегося во врожденном репертуаре (см., например, M. Dindo et al., 2009. Social facilitation of exploratory foraging behavior in capuchin monkeys (Cebus apella)). А при заразительном поведении (contagious behavior) реакция одной особи просто запускает такую же реакцию у остальных, и поведение быстро охватывает группу или целую популяцию (см., например, M. L. Miller et al., 2012. Evidence for contagious behaviors in budgerigars (Melopsittacus undulatus): An observational study of yawning and stretching). Все эти механизмы важны потому, что позволяют животному экономить время и избегать опасного самостоятельного эксперимента: не обязательно лично выяснять, какой объект съедобен, где находится пища или откуда появляется хищник, если можно увидеть, как отреагировали сородичи.

В обширной обзорной части статьи рассмотрены редкие случаи учительства, когда поведение «учителя» особым образом меняется в присутствии «ученика», облегчая ему приобретение определенного навыка: к примеру, взрослые сурикаты (Suricata suricatta) по мере взросления детенышей меняют свои охотничьи привычки и приносят молодняку всё более опасную добычу, что создает условия для постепенного освоения охотничьего навыка (A. Thornton, K. McAuliffe, 2006. Teaching in Wild Meerkats). Но вот кошки — от домашних до гепардов — а также хищные птицы не обучают свое потомство, как это ранее предполагали классики этологии (T. M. Caro, 1987. Effects of the mother, object play, and adult experience on predation in cats; T. M. Caro, M. D. Hauser, 1992. Is there teaching in nonhuman animals?; M. Howard, W. Hoppitt, 2017. Ospreys do not teach offspring how to kill prey at the nest).

С антропоидами ситуация совсем сложная. С одной стороны, у человекообразных обезьян известно множество отдельных поведенческих традиций, то есть навыков, социально передаваемых внутри группы и сохраняющихся из поколения в поколение, а в некоторых популяциях шимпанзе и орангутанов выявлены культуры, то есть устойчивые совокупности нескольких поведенческих традиций. С другой же стороны, почти нет доказательств того, что взрослые особи намеренно учат детенышей полезным навыкам. Наблюдения, скорее, говорят об обратном. Так, в популяции, научившейся сложным способам «ужения» термитов с помощью различных палочек, самки чаще передают свои «удочки» детенышам в ответ на их просьбы — то есть инициатива должна исходить от детеныша, а не от взрослого (см. Матери-шимпанзе делятся удочками с детенышами, чтобы помочь им научиться ловить термитов, «Элементы», 17.10.2016 и S. Musgrave et al., 2020. Teaching varies with task complexity in wild chimpanzees). Приматологи образно сравнивают такое обучение с ученичеством в традиционных человеческих культурах: скажем, в искусстве изготовления суши ученику предоставляется лишь возможность освоить навык, наблюдая за работой учителя (T. Matsuzawa et al., 2008. Emergence of Culture in Wild Chimpanzees: Education by Master-Apprenticeship).

Иначе говоря, новое поведение может распространяться без целенаправленного обучения: наблюдая за сородичем, животные сами начинают использовать знакомые объекты по-новому. Таким образом среди диких шимпанзе распространилась забавная традиция при перебирании шерсти вскидывать руки над головой, образуя фигуру, напоминающую букву «А» (W. C. McGrew, C. E. G. Tutin, 1978. Evidence for a Social Custom in Wild Chimpanzees?), а японские макаки научились мыть батат в воде, чтобы избавлять его от налипшего песка (M. Kawai, 1965. Newly-acquired pre-cultural behavior of the natural troop of Japanese monkeys on Koshima islet). Очевидно, что сложным поведенческим паттернам, включающим целую последовательность действий, научиться «с нуля» сложнее, чем простым движениям... но что, если часть паттерна у животного уже есть? Эксперименты с разными видами грызунов, проведенные коллективом авторов под руководством Жанны Ильиничны Резниковой, показали, что паттерн состоит не из одной неделимой программы, а из множества коротких цепочек действий, часть которых функциональна сама по себе, а часть — совершенно бесполезна, пока не окажется в правильном контексте (Zh. Reznikova et al., 2019. Using the Data-Compression Method for Studying Hunting Behavior in Small Mammals; Zh. Reznikova et al., 2022. Flexibility and Rigidity in Hunting Behaviour in Rodents: Is There Room for Cognition?). При этом разные животные в популяции могут иметь разные фрагменты одного и того же паттерна, и лишь у сравнительно небольшого количества этот паттерн в поведенческом репертуаре присутствует целиком. Вот за такими «невольными учителями» могут наблюдать их сородичи, что будет способствовать достройке отдельных фрагментов до целостной формы поведения.

Эта идея получила название «гипотезы распределенного социального обучения» и была впервые сформулирована в лаборатории Жанны Резниковой в 2008 году на основе экспериментов с муравьями Myrmica rubra, которым предлагали охотиться на прыгающих ногохвосток (см. Лучший «учитель» для животных — генетическая предрасположенность). Как вспоминает в своей статье Жанна Резникова, идея распределенного социального обучения родилась у нее еще в детстве, c рассказа Станислава Лема «Формула Лимфатера». В нем вымышленный мирмеколог увидел, как, попав из разбитой пробирки в незнакомую скалистую пустыню, некоторые муравьи сразу «знали», как охотиться на невиданных доселе прыгающих клещиков. У них быстро нашлись подражатели. Ну а настоящие мирмекологи — Жанна Резникова и София Пантелеева — обнаружили, что рыжие мирмики, не имея анатомических приспособлений для эффективной ловли такой юркой и подвижной добычи, как ногохвостки, при изобилии ногохвосток начинают массово их добывать, используя сложную охотничью тактику — «наскок с опрокидыванием», подобный поведению мышкующей лисы. В местах, где ногохвостки были редки, муравьи на них охотиться не умели.

Неужели это «муравьиная культура»? Муравьи подражают поведению, которое часто видят? А может быть, сама добыча служит релизером (внешним стимулом)? Мирмекологи проверили обе гипотезы. Они вырастили из куколок множество молодых муравьев, никогда не встречавших ни потенциальную жертву, ни взрослого представителя своего вида. Когда этим «наивным» муравьям предложили ногохвосток, они отнеслись к ним вполне дружески. Значит, добыча — не релизер. И всё же наблюдения за сотнями испытуемых выявили примерно у 5% особей характерный охотничий паттерн, причем по принципу «всё и сразу», что говорит о наличии в колонии немногочисленных носителей полного стереотипа поведения. Вот тут-то исследователи предположили и обосновали третью гипотезу: в основе распространения подобных навыков в популяции лежит распределенное социальное обучение (Zh. Reznikova, S. Panteleeva, 2008. An ant’s eye view of culture: propagation of new traditions through triggering dormant behavioural patterns).

тут-то исследователи предложили и обосновали третью гипотезу: в основе

Пока что гипотеза распределенного социального обучения проверена только на охотничьем поведении. Однако она позволяет делать важные прогнозы о способах передачи и распространения разных поведенческих моделей в популяциях. Это касается использования инструментов, поиска пищи и даже таких проявлений субкультуры, как упоминавшаяся выше экстравагантная форма груминга у шимпанзе. Например, новокаледонские вороны (Corvus moneduloides) — одни из немногих животных, в природе активно изготавливающие и использующие инструменты. Однако эксперименты с «наивными» птицами, которых выращивали из яиц, показали, что, как и у муравьев, базовые элементы орудийного поведения возникают спонтанно, в отсутствие взрослых (B. Kenward et al., 2005. Tool manufacture by naive juvenile crows).

Любопытно, что исследователи, работавшие на воронах и муравьях практически одновременно, задались одним и тем же вопросом о врожденном репертуаре их подопечных. Это технически трудные эксперименты. И носители полного врожденного паттерна оказались «на вес золота». У муравьев таких носителей было 7 из 123 особей, выращенных из коконов, а наивных воронят воспитали всего 4, и лишь один продемонстрировал весь паттерн целиком, тогда как в репертуаре остальных наблюдались лишь отдельные элементы. Позже было выявлено влияние социального обучения на изготовление орудий у новокаледонских воронов — однако, как показали эксперименты с птенцами, у такого поведения есть врожденная основа (B. Kenward et al., 2006. Development of tool use in New Caledonian crows: inherited action patterns and social influences).

С точки зрения распределенного социального обучения «учитель» скорее становится «вдохновителем», у которого случайно оказалась полная комбинация необходимых поведенческих элементов. Его сородичи могут не копировать его буквально, но использовать увиденное действие как ключ к собственным «спящим» способностям. Тогда вклад в новую традицию оказывается не исключительной заслугой уникального инноватора: он как бы распределен между множеством особей. В статье говорится о «народной культуре» (folk culture), когда врожденные компоненты и социально полученная информация множества особей объединяются, формируя новую форму поведения. Отнюдь не все потенциально полезные инновации закрепляются в популяциях: например, в экспериментах с шимпанзе отдельные животные самостоятельно находили новые способы решения задач, однако остальные члены группы их достижения игнорировали (E. Bandini, R. A. Harrison, 2020. Innovation in chimpanzees). По словам Жанны Резниковой, «инновациям трудно распространяться в вязкой среде носителей врожденных стереотипов»; только если эти носители сами обладают врожденными фрагментами новой формы поведения, оно сможет закрепиться в популяции.

Источник: Zhanna Reznikova. Distributed social learning hypothesis: a driving mechanism for filling the missing fragments of innate complex patterns // acta ethologica. 2026. V. 29, article number 38. DOI: 10.1007/s10211-026-00506-1.

Анна Новиковская

Когтистые бурозубки на зиму уменьшают мозг, но увеличивают нос

Mon, 21 Sep 2026 03:48:00 +0000

Мелкие млекопитающие, такие как бурозубки, способны уменьшать размер тела, головного мозга, черепа и внутренних органов к холодному времени года и восстанавливать его при наступлении тёплого сезона. Это явление, названное феноменом Денеля, известно уже несколько десятилетий. Сейчас же японские исследователи обнаружили, что в случае когтистой бурозубки (Sorex unguiculatus) мозговая и носовая части черепа перед зимой меняются неодинаково: первая уменьшается в объёме, однако вторая растёт. Авторы открытия предлагают называть это обратным феноменом Денеля и считают, что увеличение носа помогает прогреть заходящий в него зимой холодный воздух.

Млекопитающие в большинстве своём поддерживают одну и ту же температуру тела независимо от того, насколько холодно или жарко вокруг. Чем меньше зверёк, тем сложнее даётся ему такая терморегуляция: со снижением объёма тела ускоряются как его разогрев, так и охлаждение. Поэтому животные из мест с сезонным климатом вынуждены прибегать к разным дополнительным средствам терморегуляции, например отращивать на зиму более густой мех или более толстую прослойку подкожного жира. Кто-то «позволяет» себе снизить температуру тела до минимума, почти прекратив при этом активную жизнедеятельность, — впадает в спячку.

Среди мелких млекопитающих есть множество видов, которые остаются активными и зимой. В их числе бурозубки — миниатюрные насекомоядные, родственники кротов. В 1949 году польский зоолог Август Густав Денель (см. August Dehnel) исследовал самый распространённый в Европе вид, бурозубку обыкновенную (Sorex araneus), и на примере уже погибших особей показал, что зимой объём черепной коробки бурозубок меньше, чем летом. Коллега Денеля Здислав Пуцек установил количественную разницу между этими значениями: 17% (Z. Pucek, 1963. Seasonal Changes in the Braincase of Some Representatives Of The Genus Sorex from the Palearctic Get access Arrow). Кроме головного мозга и черепной коробки на зиму уменьшаются и внутренние органы, например печень и почки.

Впоследствии феномен Денеля был продемонстрирован и на других млекопитающих: кротах, полёвках, ласках и горностаях. В 2025 году американские исследователи показали, что у местных бурозубок в холодный период года обратимо уменьшается не только объём мозговой части черепа, но и длина бедренной кости (B. S. McLean et al., 2025. Seasonal Body Size Plasticity and the Generality of Dehnel’s Phenomenon in Sorex Shrews).

Механизмы временного уменьшения черепной коробки тоже были исследованы. Эксперименты с применением магнитно-резонансной томографии (МРТ) выявили, что у обыкновенных бурозубок на зиму снижается содержание воды в клетках головного мозга, а само количество нейронов не уменьшается, а кое-где, например в обонятельной луковице, даже растёт (C. Baldoni et al., 2025. Programmed seasonal brain shrinkage in the common shrew via water loss without cell death). Всё это позволяет бурозубкам сохранять активность и «ясность ума» в холодное время года.

Несмотря на большое количество работ, посвящённых феномену Денеля, остаётся ещё много неразрешённых связанных с ним вопросов. В частности, до недавнего времени никто не проводил исследования на азиатских видах бурозубок, которых весьма много (а северо-восток Азии считается одним из крупнейших центров видообразования для млекопитающих этого рода). Кроме того, во всех предыдущих исследованиях череп рассматривали как единое целое, не разделяя его на мозговую и «носовую» (ростральную) часть. Учёные с острова Хоккайдо, известного своими суровыми зимами, решили исправить это и провели работу на черепах когтистых бурозубок (Sorex unguiculatus, рис. 1) — преобладающего вида в их местности.

Зоологи из Университета Хоккайдо сделали многочисленные замеры черепов 67 самцов, 51 самки и 18 особей неопределённого пола. Для всех черепов была известна дата получения образца (у большинства это 1977–1979 годы). Исследованных поделили на две возрастные группы: сеголетки и перезимовавшие взрослые (большинство когтистых бурозубок рождается весной-осенью, после зимовки достигает половой зрелости и ко второй зиме своей жизни погибает).

Черепа бурозубок взвешивали с точностью до 0,1 мг и фотографировали с разных ракурсов: сверху (дорсальный вид), снизу (вентральный вид), справа сбоку (латеральный вид). Также отдельно фотографировали нижние челюсти (справа сбоку). Далее по цифровым фотографиям с помощью 32 меток на каждом черепе определяли десять расстояний для неподвижных частей черепа и четыре расстояния для нижней челюсти (рис. 2). Сравнивая эти расстояния у бурозубок разного возраста и пола, исследователи определяли, какие измерения растут к зиме, какие снижаются, а какие значимо не изменяются.

По результатам измерений оказалось, что и у самцов, и у самок когтистых бурозубок зимой снижались масса тела (её измеряли при поимке зверьков много лет назад), масса и длина черепа, а также высота его мозговой части (черепной коробки) и длина зубного ряда. В то же время увеличивались высота постгленоидного отростка (см. Postglenoid Tubercle) височной кости и ширина черепа на уровне пятых однобугорчатых зубов (фактически, ширина нёба). Оба этих измерения относятся к передней, «носовой» части черепа.

Авторы статьи делают заключение, что феномен Денеля довольно широко распространён среди мелких млекопитающих, обитающих в суровом климате. По крайней мере, теперь точно существует свидетельство того, что для одного вида бурозубок из Северо-Восточной Азии он характерен. Кроме того, японские учёные отмечают и «обратный феномен Денеля» — увеличение носовой части черепа зимой и её уменьшение к тёплому времени года. В качестве объяснения этому явлению они предлагают три гипотезы, которые не исключают друг друга:

1) передняя часть черепа механически укрепляется на зиму, чтобы расширить доступный выбор пищи в условиях, когда её мало (укус становится сильнее);

2) увеличенная носовая полость лучше прогревает заходящий в неё зимой холодный воздух;

3) растёт площадь поверхности обонятельного эпителия, что позволяет эффективнее искать добычу.

Некоторые из этих гипотез подвергают сомнению сами авторы статьи. Во-первых, когтистые бурозубки питаются в основном дождевыми червями, для которых не нужны мощные челюсти. Во-вторых, в почве, откуда берут пищу бурозубки, доступность еды слабо зависит от сезонов. В-третьих, согласно первой гипотезе, на зиму должна бы увеличиваться и нижняя челюсть, но она этого не делает. Чтобы подтвердить третью гипотезу, необходимы гистологические исследования: мало предположить, что обонятельный эпителий увеличивается, нужно ещё это показать. Поэтому самой правдоподобной на данный момент остаётся вторая гипотеза.

Интересно, что само по себе уменьшение черепной коробки и головного мозга, по крайней мере у обыкновенной бурозубки, идёт вразрез с некоторыми экологическими правилами. Так, в 2020 году немецкие исследователи установили, что несмотря на «усыхание» мозга и ряда внутренних органов обмен веществ у измельчавших на зиму бурозубок не ускоряется (P. J. Schaeffer et al.,2020. Metabolic rate in common shrews is unaffected by temperature, leading to lower energetic costs through seasonal size reduction). Они не начинают потреблять больше кислорода на единицу массы, как это следовало бы из правила Аллена. Почему это так, авторы статьи 2020 года на момент публикации не установили.

Источник: Yugo Ikeda, Yukina Suwa, Satoshi D. Ohdachi. Dehnel's phenomenon is not a simple reduction of size: seasonal change in skull shape of the long-clawed shrew (Soricidae, Mammalia) // Proceedings of the Royal Society B. 1 August 2026; 293 (2077): 20260244. DOI: 10.1098/rspb.2026.0244.

Светлана Ястребова

У эукариот появились ещё два предка

Mon, 14 Sep 2026 05:13:00 +0000

Происхождение эукариот остаётся в биологии дискуссионной темой: были предложены разные модели, но чаще всего они базировались на косвенных данных. Группа исследователей из Барселоны реконструировала протеом LECA — последнего общего предка всех эукариот — и вычислила, от каких групп организмов происходят его белки. Среди этих прокариотических предков предсказуемо оказались археи и альфа-протеобактерии, но наряду с ними — совершенно неожиданно — также миксобактерии и планктомицеты. И если наличие миксобактериального предка по крайней мере хорошо согласуется с гипотезой двойного эндосимбиоза, то участие планктомицетов в эукариогенезе оказалось для всех полным сюрпризом. Их массивный генетический вклад ставит вопрос о возможном заимствовании у них эукариотами решений для компартментализации клетки.

Происхождение эукариот — организмов с оформленным клеточным ядром и сложным строением клетки с разделением её на «отсеки» — один из горячо обсуждаемых вопросов современной биологии. Уже можно с уверенностью говорить, что эукариотические клетки — это химеры, «собранные» из нескольких прокариот. Известно также, что одним из предков была архея из группы асгардархей, у которых уже есть некоторые сходства с эукариотами — см. У асгардархей обнаружен сложный актиновый цитоскелет, «Элементы», 09.01.2023. Вторым предком, давшим начало митохондриям, стала какая-то альфа-протеобактерия.

Уже здесь начинаются дебаты. До сих пор, например, не ясно, какая именно альфа-протеобактерия. В слегка устаревших учебниках и популярном сознании укоренилась гипотеза о связи митохондрий с внутриклеточными паразитами риккетсиями — однако, по всей видимости, это лишь артефакт филогенетического анализа, а ближайшие современные родственники митохондрий живут вовсе не в чужих клетках, см. Ближайшими родственниками митохондрий могут быть бактерии из горячих источников, «Элементы», 03.10.2023. Но самое главное — до конца не ясно, было ли в этом симбиозе только два партнёра. Только из двух прокариот модель эукариогенеза не «собирается» — остаётся непонятным, почему у эукариот мембраны бактериального, а не архейного типа и почему предположительно анаэробная архея связала свою жизнь с заведомо аэробным предком митохондрий.

Так появилась модель, где эукариоты появляются как симбиоз не двух, а трёх партнёров — гипотеза двойного эндосимбиоза. На роль третьего (но отнюдь не лишнего!) предлагается некая дельта-протеобактерия. В последнее время появляется всё больше свидетельств в пользу такого сценария. Например, группе Евгения Кунина удалось установить, что вирусы эукариот происходят от вирусов бактерий, а не архей (см. Эукариотические клетки могли возникнуть в результате двойного эндосимбиоза, «Элементы», 10.07.2023). Это плохо согласуется с гипотезой об архейном происхождении эукариотической клетки — зато если предположить, что внешние мембраны и цитоплазма произошли от какой-то третьей бактерии, то всё становится на свои места.

Все эти доказательства оставались в значительной степени косвенными. Группа исследователей из Барселоны решила обратиться к самым прямым данным, которые доступны на сегодняшний день — последовательностям ДНК и белков — и выяснить, из наследия каких прокариот генетически «состоят» эукариоты. Результаты, опубликованные в журнале Nature, оказались неожиданными: геномы нынешних эукариот несут чёткий сигнал не двух, а четырёх прокариотических предков (рис. 1).

По белкам современных эукариот исследователи реконструировали, какие белки могли быть у их последнего общего предка — LECA, Last Eukaryotic Common Ancestor. (Просим не путать с LUCA, про реконструкцию которого мы писали ранее, см. LUCA стал древнее и при этом сложнее, «Элементы», 02.09.2024 и Универсальные паралоги помогают составить «портрет» LUCA, «Элементы», 24.04.2026). Получился организм, похожий на современных одноклеточных эукариот — гетеротрофный и аэробный (рис. 2). Вероятно, он был хищником и охотился на бактерий.

Далее учёные вычислили ближайших «родственников» генов LECA среди прокариот. При этом пришлось применить целый ряд статистических фильтров, чтобы случайно не взять в расчёт недавние горизонтальные переносы генов (они к происхождению LECA отношения точно не имели) и не попасться на другие артефакты молекулярной филогенетики типа притяжения длинных ветвей. Здесь кроется самый интересный момент: пороги значимости учёные настроили таким образом, чтобы они были максимально строгими, но гарантированно подтверждали две группы вероятных предков — архей и альфа-протеобактерий. Так как эти группы априори причисляются к предкам эукариот, то они рассматривались как предки bona fide — которые точно должны пройти порог, иначе он просто плохо откалиброван.

Оказалось, что при такой настройке вместе с археями и альфа-протеобактериями порог проходят ещё две группы прокариот: планктомицеты и миксобактерии. Их генетический вклад в формирование LECA (и всех эукариот) оказался сопоставимым с вкладом асгардархей и предков митохондрий. В генетическим плане LECA выглядел как «собранный» не из двух, а из четырёх прокариот.

Миксобактерия (представитель филума Myxococcales) среди предков эукариот может показаться сюрпризом. Современные миксобактерии — это социальные организмы со способностью формировать многоклеточные плодовые тела (рис. 3), и очень сложно представить себе такого «бактериального слизевика» в то время и в тех условиях древней Земли, когда формировались эукариоты. Однако на самом деле этот момент подтверждает теорию двойного эндосимбиоза.

Когда была впервые опубликована синтрофная гипотеза (см. Предложена новая гипотеза происхождения эукариот, «Элементы», 07.05.2020) — ныне господствующая модель двойного эндосимбиоза — миксобактерии ещё не выделялись в самостоятельный филум. Их относили к дельта-протеобактериям вместе с сульфатредуцирующими бактериями вроде Desulfovibrio (того самого, который был замечен в причастности к болезни Паркинсона, см. Кишечная сульфатредуцирующая бактерия может передать болезнь Паркинсона от человека к нематоде, «Элементы», 02.06.2023). И именно дельта-протеобактерия фигурировала в синтрофной гипотезе как вероятный «третий партнёр» (точнее, хронологически скорее второй, см. рис. 4). Так что с поправкой на версии таксономии предсказания синтрофной гипотезы вроде бы сходятся с биоинформатическими находками испанских исследователей. С той лишь оговоркой, что обнаруженный сигнал оказался связан именно с новообразованным филумом Myxococcota, а не с условным Desulfovibvrio, что было бы более ожидаемо.

Впрочем, у этой загадки уже есть решение: филум Myxococcota включает в себя не только красивых социальных миксобактерий, но и живущих в горячих источниках бактерий-сульфатредукторов, открытых совсем недавно (Chelsea L Murphy et al., 2021. Genomes of Novel Myxococcota Reveal Severely Curtailed Machineries for Predation and Cellular Differentiation). Вероятно, кто-то из них и стал тем самым «дельта-протеобактериальным» предком из синтрофной гипотезы. Любопытно, что ближайшие нынешние родственники митохондрий тоже живут в горячих источниках — что прозрачно намекает на условия формирования LECA.

Вклад миксобактериальных генов согласуется с гипотезой двойного эндосимбиоза и может рассматриваться как генетический след «третьего предка». Это дополнительно подтверждается также относительной хронологией переноса генов, реконструированной авторами: «миксобактериальный» предок появляется довольно поздно и почти одновременно с предком митохондрий, в то время как генетический след архейного предка выглядит старше — как будто он вошёл в процесс объединения на самой ранней стадии. В синтрофной гипотезе так и должно быть, но теперь уже планктомицеты оказываются «четвёртым лишним».

Во-первых, ни в одной из современных моделей эукариогенеза они не фигурируют. Это как деталь пазла, которая в наборе точно есть, но никуда не вставляется. И датировка вклада плактомицетных генов ещё более неожиданная: этот приток оказывается ранним и по времени близким ко вкладу архейного предка.

Сразу оговорюсь, что у авторов рассматриваемой статьи подробных обсуждений этого предка нет. Но биологический контекст выглядит довольно очевидным: планктомицеты известны как «бактерии с клеточным ядром». На самом деле, конечно, это не ядро: впячивание мембраны, окружающее ДНК планктомицетов, топологически открыто, и разделения транскрипции с трансляцией нет — РНК спокойно перемещается из «ядра» и в «ядро». Даже серная бактерия Thiomargarita magnifica в этом отношении гораздо более похожа на эукариот, чем планктомицеты: см. Альтернативная эволюция: сложные формы жизни на основе гигантских серных бактерий, «Биомолекула», 24.11.2025. Тем не менее, само существование компартментализации клетки у планктомицетов делает их вклад в эволюцию эукариот очень интересным.

Планктомицеты — пример «ошибочного» названия в истории науки. Когда венгерский биолог Надор Гимеши открыл их в 1924 году, он заметил прикрепление к субстрату тонким стебельком (у того штамма, с которым он работал) и картину «почкования» при делении (см. Odilon D Kaboré et al., 2020. Planctomycetes as Host-Associated Bacteria: A Perspective That Holds Promise for Their Future Isolations, by Mimicking Their Native Environmental Niches in Clinical Microbiology Laboratories). Он решил, что имеет дело с грибом, и назвал новый организм Planctomyces — «планктонный (плавающий) гриб». И только дальнейшие исследования показали, что это не гриб, а бактерия. Но название менять было уже поздно.

Могли ли они поделиться с будущим LECA «рецептами» этой компартментализации? Если посмотреть на приведённые барселонскими биологами функциональные аннотации генов от разных предков, вошедших в геном LECA (рис. 5), то такое предположение точно не получится сбросить со счетов. Эти данные выглядят абсолютно правдоподобными: согласно им, археи подарили нам цитоскелет (выше я писал, что у асгардархей он есть) и аппарат транскрипции и трансляции (он у эукариот и правда архейного типа). Предок митохондрий отличился вкладом в энергетический метаболизм (абсолютно ожидаемо) и в клеточный цикл (и ныне митохондрии запускают апоптоз). Миксобактериальный предок — «третий партнёр» в двойном эндосимбиозе — принёс с собой широкий спектр функций от метаболизма липидов до подвижности клетки (что тоже ожидаемо). А чем нас наградил планктомицет? Во-первых, от него нам досталась часть генов, связанных с транскрипцией и процессингом РНК. А во-вторых и в главных, гены, связанные с биогенезом клеточных мембран.

Биогенез клеточных мембран и работа с РНК — действительно важные для компартментализации «навыки» клетки. Не исключено, что неизвестный плактомицет «поделился» ими с архейным предком эукариот, пока у того ещё и митохондрий не было. Получается, что обрести ядро эукариотам помогли планктомицеты — ну и кто тут теперь не настоящая клетка с ядром!?

Если резюмировать всё вышесказанное, то происхождение эукариот оказывается не только многокомпонентным, но и растянутым во времени. Скорее оно было не уникальным скачком, а цепочкой инноваций, где каждая предыдущая определяла следующую. А однократная механическая «сборка» протоэукариота из нескольких прокариот в новой парадигме уступает место серии эндосимбиозов и горизонтальных переносов генов.

У этих горизонтальных переносов, по всей видимости, был мощный драйвер в лице вирусов. Для некоторых генов LECA ближайшие сестринские последовательности обнаружились у гигантских вирусов типа Nucleocytoviricota. К этому типу, в частности, принадлежат вирусы африканской чумы свиней и вирусы оспы (включая нашумевшую оспу обезьян). И если генетический вклад бактерий указывает на участников процесса эукариогенеза, то генетический вклад вирусов демонстрирует, кто «носил гены» между ними.

В предыдущей новости об эволюции осмотрофных эукариот (см. Грибы и еще три группы эукариот помогали друг другу развить осмотрофное питание, обмениваясь генами, «Элементы», 06.08.2026) мы уже обсуждали возможную роль вирусов в эволюции. Но в этот раз биоинформатические улики куда значимее. В каком-то смысле мы все появились, потому что древняя архея когда-то заболела не менее древней оспой. А в итоге в нас живёт гораздо больше предков, чем мы ранее предполагали.

Источник: Moisès Bernabeu, Saioa Manzano-Morales, Marina Marcet-Houben & Toni Gabaldón. Gene ancestries reveal diverse microbial associations during eukaryogenesis // Nature. 2026. V. 656, pp. 399–405.

Георгий Куракин

Избыток цитозина позволил тимовирусам записать изменчивый ген поверх стабильного

Thu, 10 Sep 2026 03:34:00 +0000

Геном тимовирусов — фитопатогенов, заражающих в основном крестоцветные и паслёновые, — небольшой даже по вирусным меркам: всего около шести тысяч оснований. Тимовирусам приходится экономить: с одного и того же участка РНК считываются и гены, отвечающие за репликацию вируса (в основной рамке), и ген белка движения, обеспечивающего распространение вируса (в дополнительной рамке, со сдвигом в одно основание). Белки основной рамки под давлением отрицательного отбора почти не меняются, тогда как записанный буквально теми же «буквами» белок движения находится под положительным отбором и накапливает замены — вероятно, чтобы ускользать от защитных систем растения. Исследователи из Австралии и Ирана разобрались, как вирусам удается совместить несовместимое. Они показали, что разнонаправленный отбор на одном и том же участке генома становится возможным благодаря тому, что геном тимовирусов необычно богат цитозином.

Самый известный тимовирус (Tymovirus) — вирус желтой мозаики турнепса (TYMV), вызывающий появление пятен различной окраски на листьях. Он поражает растения семейства крестоцветных, например капусту (рис. 1). Статья, вышедшая в Journal of General Virology, выполнена на материале геномов TYMV и еще одного хорошо изученного тимовируса APLV (Andean potato latent virus). Ее главный автор — Адриан Гиббс из Австралийского национального университета в Канберре, — занимается эволюцией вирусов растений не одно десятилетие. Нынешняя статья продолжает его же работу, опубликованную несколькими месяцами ранее, — филогению 109 тимовирусов, прослеживающую их путь от крестоцветных Евразии к паслёновым Южной Америки (см. A. J. Gibbs et al., 2026. A Phylogeny of the Tymoviruses, Sensu Stricto, and Its Global Interpretation in Space and Time).

Эволюция геномов балансирует между давлением отрицательного отбора, отсеивающего мутантов с вредными изменениями, и положительного отбора, увеличивающего в популяции число мутантов с полезными изменениями. Для того чтобы «наткнуться» на благоприятную мутацию, в геноме должно быть достаточно материала для проб и ошибок. Если исходить из этого представления, то у вирусов с небольшими геномами, таких как тимовирусы, эволюция должна склоняться в сторону отрицательного отбора. Замены нуклеотидов в генах, связанных с важными функциями, такими как репликация, «не имеют права» быть даже слабовредными и отсеиваются отбором. Это позволяет виду выжить, однако ограничивает изменчивость и, следовательно, приобретение новых признаков. Однако наблюдения показывают, что тимовирусы остаются эволюционно достаточно гибкими, чтобы приобретать новых хозяев и реагировать на изменения в окружающей среде. Как им это удается? В описываемой статье показано, как разные режимы отбора могут поддерживаться параллельно на одном и том же отрезке генома тимовируса благодаря особенностям его нуклеотидного состава.

Нуклеотиды, кодоны и рамки считывания

Наследственная информация тимовирусов записана не в ДНК, а в одноцепочечной РНК. Попав в клетку, РНК тимовирусов читается рибосомой напрямую, как готовая инструкция. Можно сказать, что такой геном — это матричная РНК (мРНК). Такие РНК называют «плюс-цепями». Всё вместе принято сокращать +ssRNA — от английского positive-sense single-stranded RNA (плюс-цепь одноцепочечной РНК). Запись ведется четырьмя основаниями (нуклеотидами), которые обозначают буквами A (аденин), C (цитозин), G (гуанин) и U (урацил). В геноме тимовирусов 5,9–6,5 тысяч оснований.

Обычно в геномах +ssRNA-вирусов превалирует аденин, однако тимовирусные геномы сильно выделяются: они содержат до 40% цитозина. Кроме того, белки тимовирусов удивительно богаты аминокислотами лейцином (Leu), пролином (Pro) и серином (Ser).

Нуклеотиды читаются не по одному, а тройками: каждая тройка, называемая кодоном, соответствует одной аминокислоте — звену будущей белковой цепи. Аминокислот всего двадцать, а возможных троек шестьдесят четыре, поэтому многие аминокислоты закодированы несколькими разными кодонами — это свойство называется «вырожденностью генетического кода». Три тройки не кодируют ничего и служат сигналом «конец белка» (их называют стоп-кодонами). У разных организмов есть предпочтительные и редкие кодоны. Например, аминокислота лейцин может быть закодирована шестью кодонами — UUA, UUG, CUU, CUC, CUA и CUG, — однако на практике у конкретного вида может встречаться лишь один или два из них. Таким образом, кодонный состав, то есть набор предпочитаемых кодонов для аминокислот, не одинаков для разных организмов.

Раз нуклеотидные «слова» читаются тройками, то результат зависит от того, с какой позиции начать: сдвиг всего на одну букву разбивает ту же самую последовательность на другие тройки, а значит, при считывании получается совсем другой белок. Продолжим аналогию с естественным языком: набор букв томпилром, если ставить пробел после каждой третьей буквы, распадается на осмысленную фразу Том пил ром. Если же начало сдвинуть на одну букву вперед, но оставить правило «вставить пробел после каждой третьей буквы», то фраза превращается в бессмыслицу: омп илр ом. У любой РНК таких вариантов разбивки три, и участок, который при выбранном начале читается как осмысленная инструкция для белка (или белков, если инструкция содержит несколько генов — такое тоже бывает, например у бактерий), называется открытой рамкой считывания (open reading frame, ORF), или просто рамкой считывания. Обычно вирус использует одну рамку на один участок генома. Тимовирусы, как мы увидим, используют две, причем сдвинутая рамка считывания дает не бессмыслицу, а функциональный белок движения — подобно тому, как набор букв естоконас в зависимости от того, с какой буквы мы начинаем разделять его на слова, дает ест око нас и сто кон ас.

Четыре гена вируса желтой мозаики турнепса (TYMV), кодирующие белки для размножения вируса внутри клетки, расположены в пределах одной рамки считывания (Main ORF на рис. 2). Это метилтрансфераза, протеаза, хеликаза и РНК-зависимая-РНК-полимераза. Полимераза копирует геном, наращивая новую цепь РНК по старой как по образцу, а хеликаза нужна для корректной работы полимеразы. Метилтрансфераза достраивает на конце готовой копии «шапочку», прячущую вирусную РНК от защитных систем клетки. Протеаза (пептидаза) работает как ножницы: все эти белки синтезируются единой длинной цепью и лишь потом разделяются на самостоятельные части как раз с ее помощью. Отдельно транслируется ген белковой оболочки вируса (coat protein, CP на рис. 2): из множества его копий собирается «скорлупка», защищающая РНК за пределами клетки (рис. 1, справа).

Со сдвигом в один нуклеотид относительно основной рамки считывания закодирован белок движения (MP на рис. 2), участвующий в распространении вируса в тканях растения и, возможно, противодействующий защитным системам его клеток. Интересной особенностью белка движения является то, что он внутренне неупорядоченный (intrinsically disordered protein, IDP), или нативно-развернутый. Обычный белок после синтеза самопроизвольно сворачивается в определенную пространственную структуру, от которой зависит его функция: фермент режет или копирует именно потому, что его активный центр имеет строго заданную геометрию. Внутренне неупорядоченный белок такой структуры не имеет вовсе. В растворе он существует как подвижный ансамбль постоянно меняющихся конформаций.

Обилие цитозина и аминокислотный состав

Ранее было показано, что основная рамка считывания в геноме TYMV содержит признаки сильного отрицательного отбора, но те кодоны, которые закрепились в результате положительного отбора, расположены в пределах сдвинутой на один нуклеотид более короткой рамки считывания (MP ORF на рис. 2). В рассматриваемой статье авторы провели поиск взаимосвязей между сдвигом рамки считывания, нуклеотидным составом вирусных РНК, аминокислотным составом белков, синтезированных на основе двух перекрывающихся рамок считывания, и предпочтением кодонов (их выбором из возможных альтернатив, доступных благодаря вырожденности генетического кода) в двух открытых рамках считывания.

Авторы исследовали закономерности того, как меняется распределение нуклеотидов и кодонов на протяжении генома вируса. Содержание C, A, U и G равномерно распределено по всему геному, однако распределение кодонов аминокислот, кодируемых перекрывающимися открытыми рамками считывания, варьирует значительно сильнее.

Чтобы проверить, является ли обогащение вирусных белков лейцином, пролином и серином следствием нуклеотидного или кодонного состава, нуклеотиды из геномов двух родственных и при этом хорошо изученных вирусов, APLV и TYMV, перетасовали случайным образом (по 100 повторов на геном) и «транслировали» полученную белиберду — естественно, только виртуально. Перемешивание сохраняет мононуклеотидный состав генома, но разрушает кодонную структуру, рамки считывания и влияние отбора. Всё, что остается в «белках» после такой процедуры, объясняется одним лишь нуклеотидным составом.

Случайные «белки» оказались так же богаты аминокислотами лейцином, пролином и серином, как настоящие. Это можно объяснить высоким содержанием цитозина в геноме. Дело в том, что цитозин во второй позиции кодона дает пролин (CCN, N означает «любой из возможных»), серин (UCN), треонин (ACN) или аланин (GCN); в первой — в том числе лейцин (CUN). Лейцин и серин имеют по шесть кодонов, пролин — четыре, то есть они часты в любой случайной последовательности. Следовательно, обогащенность лейцином, пролином и серином — не свойство белков, а следствие нуклеотидного состава генома.

У случайных «белков» также были посчитаны стоп-кодоны. В случайных «трансляциях» двух геномов стоп-кодоны встречались с частотой 3,1% и 3,0%. Это заметно ниже 4,69%, ожидаемых при равных долях оснований, и объясняется тем, что ни один из трех стоп-кодонов (UAA, UAG, UGA) не содержит C. Настоящие же рамки считывания стопов не содержат вовсе, при том что случайная рамка обрывалась бы в среднем через 33 кодона.

Затем авторы провели сравнение аминокислотного состава трех рамок считывания (главной рамки, содержащей четыре основных гена, рамок белка оболочки и белка движения) попарно у APLV и TYMV. Мерой служила сумма квадратов разностей процентных долей: для каждой из двадцати аминокислот смотрели, насколько отличается ее доля в двух белках, разности возводили в квадрат (чтобы крупные расхождения весили больше мелких, а избытки не гасили недостачи) и складывали. Получалось одно число: чем оно больше, тем сильнее два белка разошлись по составу. Заметим, что порядок аминокислот в цепи такое сравнение не учитывает вовсе.

В результате выяснилось, что продукт основной рамки считывания наиболее консервативен, а белок движения наиболее вариативен, причем белки движения различаются в основном по пролину и серину, а белки оболочки двух вирусов — по серину и треонину. То, что белки движения у родственных вирусов различаются именно по пролину и серину, особенно примечательно. Это остатки, характерные для внутренне неупорядоченных белков — как раз таких, как белок движения. Обогащение этими аминокислотами последовательности обычного белка обернулось бы поломкой, а у неупорядоченного белка ломать нечего и пространство свободы для положительного отбора больше.

Отрицательный и положительный отбор в перекрывающихся рамках считывания

В одной из предыдущих работ авторы выяснили, что отрицательный отбор в геномах тимовирусов сосредоточен в той рамке считывания, которая кодирует жизненно важные для вируса белки репликации — то есть белки, необходимые для размножения и воспроизведения генетической информации вируса. Положительный же отбор, напротив, приходится в основном на ген белка движения.

Как узнать, какой отбор действовал на ген? Здесь помогает та самая избыточность кода. Замены в геноме бывают двух видов: одни меняют кодон так, что изменяется кодируемая им аминокислота в белке (их называют несинонимичными, или значимыми); другие заменяют кодон альтернативным и аминокислоту не затрагивают вовсе (синонимичные). Второй вид замен отбор почти не замечает, так что синонимичные замены позволяют измерить, сколько изменений накопилось бы, если бы отбор молчал. Синонимичные замены можно использовать как «фон», отклонение от которого помогает увидеть влияние отбора. Отношение несинонимичных замен к синонимичным, нормированное на число потенциально возможных мест для таких замен, обозначают dN/dS. Если значимые замены накапливаются примерно так же, как безразличные, отношение близко к единице: отбор к судьбе этого белка равнодушен. Если значимых заметно меньше — отношение меньше единицы, и это признак отрицательного отбора: почти любое изменение белка оказывалось вредным и отсеивалось. А если значимых замен, наоборот, больше, чем безразличных, и отношение превышает единицу — это более редкий случай, когда отбор не просто «терпит» изменения белка, но и поддерживает их как полезные. Это и есть след положительного отбора.

Метод подсчета dN/dS имеет ограничение: с его помощью можно посчитать только давление отбора в среднем на весь геном. В нынешней статье авторы проверили этот вывод более тонким инструментом FUBAR, способным оценивать давление отбора для каждого отдельного кодона. Работает этот метод так. Несколько прочитанных геномов одного или близких видов выравнивают — то есть располагают друг под другом так, чтобы в одном столбце оказались нуклеотиды общего происхождения, а на месте вставок и делеций появились пропуски (для этого существуют специальные, хорошо известные специалистам алгоритмы). Получается таблица, где строки — геномы, а столбцы — сравнимые между собой позиции. Именно столбцы дальше и анализируются: столбец, одинаковый у всех изолятов (образцов вируса, для которых прочитан геном), говорит о сохранении этой позиции в эволюции, разнообразный же по составу столбец несет эволюционный сигнал.

Каждый столбец в отдельности — слишком бедный источник сведений. Даже по нескольким десяткам последовательностей замен в одной позиции обычно всего одна-две, и по такому материалу ничего надежного не скажешь. Поэтому FUBAR сначала «смотрит» на выравнивание целиком и оценивает, какие вообще режимы отбора встречаются и насколько они распространены: много ли позиций жестко законсервированных, много ли безразличных, есть ли позиции с превышением значимых замен над синонимичными. А затем каждую отдельную позицию оценивает уже на фоне этой общей картины и выдает не «да» или «нет», а вероятность того, что конкретный кодон относится к тому или иному режиму. В статистике такой прием называется байесовским: сведений об одной позиции мало, поэтому недостающее берется из того, что известно про весь ген. Позиция считается отобранной, если вероятность превышает установленный порог. У метода есть важное ограничение. FUBAR ищет отбор, действовавший постоянно, на всем протяжении истории вируса, и не замечает ситуаций, когда белок быстро менялся при освоении нового хозяина, а затем снова застыл. Иными словами, метод отвечает не на вопрос «менялась ли эта позиция когда-нибудь под давлением отбора», а скорее на вопрос «менялась ли она так всегда».

Такой анализ, как видно, должен получить на входе некоторое количество последовательностей родственных геномов для выравнивания. В достаточном количестве отсеквенированы геномы лишь двух тимовирусов — APLV и TYMV: 18 геномов и 21 геном, соответственно. Их и взяли для оценки давления отбора на конкретные кодоны.

Результат воспроизвел прежнюю картину. В белке движения APLV положительно отобранными оказались 211 кодонов, TYMV — 58, тогда как отрицательно отобранных там нашлось всего 14 и 8, соответственно. Таким образом, ген белка движения выглядит почти целиком «разрешенным к изменениям». В основной рамке считывания всё зеркально: положительно отобранных кодонов там оказались буквально единицы (один у APLV и три у TYMV), зато под отрицательным отбором находится 75% кодонов у APLV и 48% у TYMV. Почему эти два вируса так различаются между собой и по абсолютным числам, и по доле законсервированных позиций, авторы объяснить не берутся и лишь осторожно предполагают, что дело может быть в разных хозяевах.

Следующий анализ показал, что положительно отобранные кодоны распределены по всей длине гена белка движения более или менее равномерно, а отрицательно отобранные — так же равномерно по всей главной рамке считывания. Авторы также заметили, что положительно отобранные позиции в гене белка движения часто идут не поодиночке, а парами и более длинными сериями подряд, вплоть до двух групп по восемь идущих подряд сайтов у APLV. Чтобы понять, случайно ли это, они применили тест ван дер Планка (J. E. van der Plank, E. P. Phillips, 1947. A Method for Estimating the Number of Random Groups of Adjacent Diseased Plants in a Homogeneous Field). Забавно, что этот метод был придуман для оценки того, сколько групп соседствующих друг с другом больных растений должно возникать на однородном поле просто по случайности. В данном случае «полем» служит последовательность, а «больными растениями» — отобранные кодоны. Наблюдаемый избыток пар и более крупных групп превысил ожидаемое при случайном распределении более чем на семь стандартных отклонений у TYMV и на двенадцать у APLV, то есть скучивание явно не случайно. Что за этим стоит, осталось неясным: никакого общего аминокислотного состава у этих групп не нашлось — одни пары состояли из похожих остатков, другие нет. И, что существенно, у отрицательно отобранных кодонов подобного скучивания не наблюдается: они рассеяны по основной рамке считывания независимо друг от друга.

У патогенов растений генами авирулентности называют гены, продукты которых узнаются R-белками устойчивого к этому патогену хозяина и запускают защитную реакцию. Такие гены отвечают за взаимодействие с хозяином и находятся под положительным отбором, поскольку патогену выгодно ускользнуть от узнавания. Чтобы выжить, вирус должен одновременно иметь и жестко законсервированные гены, и гены, свободно меняющиеся. Тимовирусы, по мысли авторов, решили эту задачу необычным способом: у них почти весь положительный отбор упакован в один-единственный ген, лежащий «поверх» других генов в дополнительной рамке считывания.

Для контраста приводятся потивирусы (Potyvirus), у которых практически весь геном — вдвое длиннее генома тимовирусов — это одна рамка считывания, а положительно отобранные участки разбросаны вдоль всего генома. За счет длины генома потивирусы могут позволить себе иметь участки под положительным отбором в разнообразных местах своей РНК, затрагивая несколько генов.

Правда, «тимовирусный» способ вряд ли окажется распространенным, потому что он опирается на редкую особенность генома — очень высокое содержание C, а через него на пролин-серинное смещение в составе белков. Поскольку это свойство нуклеотидного состава, а не рамки считывания, оно проявляется при любом способе прочтения последовательности, в том числе в сдвинутой рамке. Наглядный частный случай: тройка UCC, кодирующая серин, вместе с любой следующей буквой дает при сдвиге на один нуклеотид один из четырех кодонов пролина — CCA, CCU, CCG или CCC. Это позволяет белку движения обладать нативно-развернутой структурой и освобождает его от давления отрицательного отбора, стремящего сохранить жесткую пространственную структуру белков (рис. 3).

Как именно ген белка движения тимовирусов работает в роли гена авирулентности, неизвестно. Проверять предлагается через круг хозяев. Большинство тимовирусов выделено либо с крестоцветных, либо с паслёновых, но несколько изолятов происходит с Ullucus tuberosus, уллюко, представителя гвоздичноцветных. При этом из уллюко получены два разных тимовирусных метагенома, и один из них ближе к вирусам крестоцветных, а другой к вирусам паслёновых. Иными словами, перед нами два независимых события освоения одного и того же необычного хозяина двумя разными линиями. Если эти вирусы удастся выделить и культивировать (пока это только метагеномные последовательности), то, сравнивая их гены белка движения с генами их ближайших родственников, оставшихся на исходных хозяевах, можно было бы биохимически проверить роль белка движения в определении круга хозяев.

Выводы

Итак, тимовирусы решают задачу, с которой сталкивается любой паразит. Часть его устройства меняться не должна: механизм копирования генома отлажен, и почти любая правка в нём может оказаться поломкой. Другая часть, наоборот, меняться обязана, иначе растение научится узнавать пришельца и остановит заражение. Обычно вирусы разносят эти две задачи по разным участкам генома. Тимовирусы поступили иначе: у них консервативная и изменчивая части записаны друг поверх друга, на одном и том же отрезке РНК, но читаются в двух разных рамках. Замена, безразличная для белка репликации, оказывается заметной для белка, прочитанного со сдвигом. Так на одном куске генома уживаются два противоположных режима: один сохраняет, другой позволяет меняться.

Вирус доверил изменчивой рамке ген белка движения, того самого, что проводит вирус из клетки в клетку и, значит, чаще прочих сталкивается с защитными системами растения. У родственных вирусов белок движения давно известен как мишень, по которой растение опознает заразу; логично предположить, что и тимовирусы меняют его, чтобы такое опознание сорвать. Прямых доказательств этому пока нет, так что здесь мы имеем дело с правдоподобной догадкой, а не с установленным фактом. Проверить ее можно: несколько тимовирусов освоили уллюко, южноамериканский корнеплод, далекий и от капусты, и от картофеля. Сравнение их белков движения с белками ближайших родственников, оставшихся на прежних хозяевах, могло бы показать, действительно ли этот ген определяет, кого вирус способен заразить.

Наконец, стоит удержаться от соблазна считать найденное общим правилом. Запись с перекрыванием работает у тимовирусов во многом потому, что их геном необычно богат цитозином, из-за чего белок, прочитанный со сдвигом, лишен жесткой пространственной структуры и потому терпим к заменам, которые в обычном белке были бы смертельны. Такой состав генома встречается у немногих вирусов, и повторить этот прием мало кому под силу. Перед нами, похоже, не универсальный рецепт, а частное решение, выросшее из особенностей конкретной группы.

Источник: Adrian J. Gibbs, Mark J. Gibbs, Howard M. Gibbs and Mohammad Hajizadeh. Tymoviruses partition selection using overlapping genes to allow their replication genes and their movement protein gene to evolve independently // Journal of general virology. 2026. V. 107. Issue 7. DOI: 10.1099/jgv.0.002297.

Лиза Григорашвили

Живорождение могло появиться у предков млекопитающих еще в триасе

Mon, 31 Aug 2026 04:06:00 +0000

Сегодня все млекопитающие, если не считать утконоса и его родственников, живородящие: они не откладывают яйца, а дают жизнь сравнительно крупным детенышам. Долгое время ученые полагали, что живорождение появилось уже у сравнительно поздних представителей эволюционной линии млекопитающих — на стадии, когда возникла группа териев, объединяющая сумчатых и плацентарных. Но новое исследование, опубликованное в Frontiers in Mammal Science, переносит возможное происхождение живорождения гораздо глубже в прошлое — в поздний триас, примерно за 95 миллионов лет до появления последних общих предков человека и кенгуру. Изучив кости молодых цинодонтов Chiniquodon theotonicus и уделив особое внимание так называемой неонатальной линии, у нынешних млекопитающих отмечающей момент рождения, группа исследователей из Аргентины и Южной Африки пришла к выводу, что хиникводоны появлялись на свет слишком крупными, чтобы уместиться внутри яйца, а значит, их матери были живородящими.

Если изучить кость любого млекопитающего под микроскопом, можно заметить тонкую границу, отделяющую ткань, сформировавшуюся еще до рождения, от ткани, которая начала расти уже после него. Эта так называемая «неонатальная линия» (Neonatal line) возникает из-за резкой смены темпа и характера роста: после рождения кость начинает формироваться в новых условиях, при другой нагрузке и с иной организацией кровоснабжения (C. Nacarino-Meneses , M. Köhler, 2018. Limb bone histology records birth in mammals). Если такую линию удается обнаружить в срезе ископаемой кости, она позволяет палеонтологам определить, какого размера было животное при появлении на свет, а значит, каким образом оно покинуло материнский организм. Сама по себе такая линия ничего говорит о способе размножения (она присутствует и у яйцекладущих видов), однако с ее помощью можно установить размер детеныша при рождении, а значит, сравнив его с размерами взрослой особи, понять, был ли это сравнительно мелкий малыш, вылупившийся из яйца, или сравнительно крупный детеныш, рожденный матерью.

Долгое время считалось, что синапсиды — эволюционная линия, связывающая древнейших четвероногих с млекопитающими, — были яйцекладущими, как современные утконосы и ехидны (A. S. Romer, 1956. The early evolution of land vertebrates; K. Ferner et al., 2017. Comparative anatomy of neonates of the three major mammalian groups (monotremes, marsupials, placentals) and implications for the ancestral mammalian neonate morphotype), и недавно обнаруженный эмбрион дицинодонта-листрозавра в характерной «яичной» позе (см. В бассейне Кару на юге Африки впервые обнаружено яйцо синапсиды, «Элементы», 13.04.2026) это только подтвердил. Однако группа исследователей из Аргентины и Южной Африки поставила под сомнение эту гипотезу, обнаружив, что живые детеныши у наших предков могли рожаться еще в триасовый период, задолго до появления млекопитающих как таковых.

Основанием для таких заявлений стал хорошо сохранившийся скелет хиникводона (Chiniquodon theotonicus) из отложений формации Чаньярес (Chaсares Formation) на северо-западе Аргентины. Этот представитель хищных синапсид принадлежал к группе цинодонтов, наиболее близких к млекопитающим. Он жил около 236 миллионов лет назад и был размером примерно с обыкновенную лисицу (Vulpes vulpes). Найденный скелет, скорее всего, принадлежал взрослой особи: все кости его черепа срослись (этот череп был одним из самых крупных среди обнаруженных в формации, всего их там нашли более пятидесяти), все зубы прорезались, а посткраниальный скелет, включая кости запястий и предплюсен, полностью окостенел. Когда ученые сделали тончайшие срезы локтевой и бедренной костей этого хиникводона, они с удивлением обнаружили на них то, чего еще не описывали ни для одного из цинодонтов, — предполагаемую неонатальную линию, разделяющую внутренний и внешний слои кости. Во внутренней части сосудистые каналы были более редкими и преимущественно ориентированными вдоль оси кости, тогда как за границей они становились многочисленнее, крупнее и чаще располагались радиально. Такое сочетание признаков соответствует резкому ускорению роста после рождения и наблюдается в костях современных млекопитающих.

Чтобы уточнить способ рождения хиникводонов, авторы решили установить размер животного во время формирования неонатальной линии, то есть непосредственно после рождения или вылупления. Для этого они использовали размеры бедренной кости: существуют регрессионные уравнения, связывающие окружность длинных костей с массой тела современных животных и позволяющие использовать эти зависимости для ископаемых форм (J. F. Anderson et al., 1985. Long-bone circumference and weight in mammals, birds and dinosaurs). По этим оценкам, взрослый хиникводон весил около 12 килограммов, а вот в период формирования неонатальной линии его вес составлял около 1,68 килограмма, то есть примерно 14% от веса взрослой особи. Кажется, что это немного, но на деле это очень крупный детеныш: если брать животных весом больше 10 килограммов, то у современных пресмыкающихся доля массы вылупившегося детеныша составляет меньше 1% от веса матери, у птиц — в среднем не больше 5%, а у плацентарных млекопитающих — до 22% (как у некоторых видов рукокрылых или у дельфина Коммерсона).

Таким образом, по размеру новорожденного относительно взрослой особи хиникводоны гораздо ближе к современным плацентарным млекопитающим, чем к другим древним синапсидам вроде южноафриканского листрозавра или американского кайентатерия (Kayentatherium wellesi), обнаруженного вместе с многочисленным выводком из 38 крохотных детенышей (E. A. Hoffman, T. B. Rowe, 2018. Jurassic stem-mammal perinates and the origin of mammalian reproduction and growth). Впрочем, несмотря на все доказательства, исследователи не спешат с окончательными выводами: неонатальную линию нельзя по одной только гистологии надежно отличить от аналогичной линии, появляющейся при выходе из яйца, а оценки массы ископаемого животного основаны на уравнениях, построенных для современных хищных млекопитающих (в основном кошачьих и псовых), что неизбежно дает определенную погрешность.

А если всё так, как описывают авторы исследования, возникает новый вопрос: если живорождение появилось так рано, почему современные утконосы и ехидны откладывают яйца? Авторы рассматривают два одинаково экономных с точки зрения эволюционной реконструкции сценария. Согласно первому, живорождение возникало независимо как минимум дважды — у некоторых высших цинодонтов и у первых териев (общих предков современных сумчатых и плацентарных). Согласно второму, живорождение появилось один раз у цинодонтов, а предки современных однопроходных позднее вернулись к яйцекладущему способу размножения. Увы, на основании имеющихся данных окончательно выбрать один из вариантов нельзя, и какая гипотеза на самом деле соответствует истине — пока загадка.

Источник: Leandro Carlos Gaetano, María de los Ángeles Miceli Baro, Ignacio Alejandro Cerda, Adriana Cecilia Mancuso. Early origin of viviparity in the mammalian lineage // Frontiers in Mammal Science. 13 August 2026. V. 5. DOI: 10.3389/fmamm.2026.1845319.

Анна Новиковская

Кто ты, Eoceras shaanxiense?

Tue, 25 Aug 2026 05:25:00 +0000

На протяжении большей части фанерозоя головоногие моллюски (класс Cephalopoda) играли важнейшие роли в морских экосистемах Земли. Они возникли задолго до появления рыб, освоили всю толщу воды от дна до приповерхностных слоев и быстро заняли самые разные экологические ниши — от гигантских фильтраторов до активных хищников. Среди своих мягкотелых родственников головоногие выделились благодаря изобретению аппарата нейтральной плавучести, который состоит из перегородок, разделяющих раковину на отдельные отсеки, и сифона — микропористой трубки, проходящей через все перегородки и камеры. Внутри этой трубки расположены кровеносные сосуды, обеспечивающие изменение соотношения газа и жидкости в камерах, которое позволяет животному всплывать либо погружаться. Сифон по праву можно назвать главным органом головоногих моллюсков, именно его появление превратило разделенную перегородками часть раковины в гидростатический аппарат. Первым достоверно известным на сегодняшний день головоногим моллюском, имевшим сифон, считается Plectronoceras cambria, живший в позднем кембрии, примерно 492 млн лет назад. Однако был ли Plectronoceras первым головоногим моллюском? То есть был ли он первым обладателем сифона, или этот орган появился раньше? Некоторые данные «молекулярных часов» показывают, что последний общий предок головоногих и остальных моллюсков мог жить еще в раннем кембрии, более 520 млн лет назад. А недавно в журнале Nature вышла статья, озаглавленная «Earliest siphuncle-bearing cephalopod from the early Cambrian». Ее авторы описали миниатюрные фосфатные раковинки из отложений формации Шуйцзинтуо в Южном Китае (Shuijingtuo Formation) возрастом порядка 520 млн лет (3-й ярус кембрия). Внутри них исследователи обнаружили сегментированную трубку, напоминающую сифон. Находки получили название Eoceras shaanxiense и были интерпретированы как раковины древнейших головоногих моллюсков с сифоном. Однако насколько обоснована такая интерпретация? Давайте разберемся.

В слоях нижнего кембрия часто встречаются многочисленные миниатюрные окаменелости, которые палеонтологи называют «мелкораковинной фауной» (SSF — small shelly fossils или small shelly fauna). К ней относят раковины и скелетные элементы самых разных ископаемых животных: моллюсков, брахиопод, иглокожих, губок, хиолитов, онихофор, а возможно, и каких-то до сих пор неизвестных науке вымерших существ. Всех их объединяют малые размеры — от 0,5 до 5 мм. Изучать такие крошечные окаменелости сложно, зато внимательным исследователям они могут преподнести интересные сюрпризы. Так вышло и сейчас: при исследовании мелкораковинной фауны из формации Шуйцзинтуо в Южном Китае (Shuijingtuo Formation) возрастом порядка 520 млн лет (это 3-й ярус кембрия) китайские палеонтологи обнаружили необычные маленькие раковины.

Эти удлиненно-конические окаменелости с округлым задним концом и резко скошенным устьем имеют длину 1,5–4,4 мм. Благодаря тому, что некоторые раковинки оказались частично разрушены еще до попадания в руки исследователей, палеонтологи смогли увидеть их внутреннее строение. Внутри оказались перегородки-септы (по 4–6 штук в каждом образце) и широкая цилиндрическая трубка. В задней части раковины она упиралась в ее апикальный конец, а в передней камере расширялась раструбом, края которого срастались с устьем раковины.

Всего исследователям удалось собрать 32 образца, которые по типу сохранности можно было разделить на три группы. В первую входили целые раковинки, внутри которых сегментированные трубки удалось разглядеть только с помощью микротомографии. Ко второй группе авторы отнесли те самые частично разрушенные образцы, в которых септы и трубки были видны снаружи. И наконец, в третью группу оказались объединены изолированные трубки-сифоны, сохранившиеся после разрушения самих раковин. Благодаря приустьевому расширению эти находки напоминают сильно скошенные бокалы на более или менее тонкой ножке.

В статье, вышедшей в журнале Nature, китайские палеонтологи на основании этих находок описали новый род головоногих моллюсков — Eoceras gen. nov. Song & Guo, с единственным видом Eoceras shaanxiense gen. et sp. nov. Song & Guo. Родовое название образовано от греческих слов «eo» — «заря» и «ceras» — «рог» (это типичное окончание для названия многих родов головоногих моллюсков), видовое — от провинции Шаньси, на территории которой были найдены окаменелости. Вполне достойное название для головоногого, жившего на заре эволюции этого класса. Если, конечно, это существо было головоногим моллюском. Основанием для включения эоцераса в состав головоногих (вне какого-либо отряда или семейства) стало наличие у него в раковине сегментированной трубки. Авторы интерпретировали эту трубку как сифон головоногих моллюсков, а самого эоцераса — как древнейшего представителя класса цефалопод.

Считавшийся до сих пор древнейшим головоногий моллюск Plectronoceras cambria, живший в позднем кембрии, был описан более ста лет назад, еще в 1905 году (первоначально под именем Cyrtoceras cambria). С тех пор он прочно вошел во все учебники палеонтологии. Однако Eoceras shaanxiense жил почти на 30 миллионов лет раньше. Пора переписывать учебники и менять в них время жизни древнейших известных науке головоногих моллюсков? Я уверен, что пока этого делать не стоит. И вот почему.

Первое, что бросается в глаза при внимательном прочтении статьи об Eoceras shaanxiense, — это фосфатный состав его раковин. Раковины головоногих всегда выполнены не из фосфата кальция, а из арагонита — одного из вариантов карбоната кальция. Авторы статьи предполагают, что изначально раковины Eoceras изначально были арагонитовыми, а фосфатизировались после смерти животных. Подобная посмертная фосфатизация действительно описана для раковин юрских аммонитов (Д. А. Петроченков, 2019. Минеральный состав и геммологические характеристики интерьерно-ювелирных аммонитов Ярославской области), а существенную часть кембрийской мелкораковинной фауны давно считают исходно арагонитовой и вторично фосфатизированной (L. Zhang et al., 2020. Influence of palaeo-redox and diagenetic conditions on the spatial distribution of Cambrian biotas: A case study from the upper Shuijingtuo Formation (Cambrian Series 2, Stage 3), Three Gorges area of South China; X. Yang et al., 2027. Euendoliths versus ambient inclusion trails from Early Cambrian Kuanchuanpu Formation, South China). Так что фосфатный состав раковины древнейшего головоногого сам по себе — не проблема.

Однако процессы замещения минералов имеют свои законы. При фосфатизации арагонита получается псевдоморфоза апатита по арагониту, частично сохраняющая исходную микроструктуру стенки раковины (Д. А. Петроченков, 2019. Минеральный состав и геммологические характеристики интерьерно-ювелирных аммонитов Ярославской области; L. Li et al., 2022. Deep origin of the crossed-lamellar microstructure in early Cambrian molluscs). У головоногих моллюсков арагонит имеет очень характерное перламутровое строение, такую структуру сложно с чем-то спутать. Однако у эоцераса ничего подобного не наблюдается.

Авторы обсуждаемой статьи в Nature приводят достаточное количество качественных снимков, полученных при помощи сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), чтобы можно было с уверенностью заключить: ни для стенки раковины, ни для септ эоцераса не характерна перламутровая микроструктура. Все структурные элементы его раковин имеют микропористо-волокнистое строение.

Также авторы отмечают наличие в краевой части септ эоцераса миниатюрных трубок-каналов. Они предполагают, что каналы могли использоваться для переноса жидкости и газа, увеличивая эффективность сифона. Ни у каких головоногих моллюсков, современных или вымерших, такие каналы не известны. Однако среди нижнекембрийской мелкораковинной фауны эоцерасы не единственные, кто обладает такими каналами. Практически идентичные каналы по краям септ неоднократно обнаруживали в раковинах хиолитов рода Cupitheca (H. Sun et al., 2019. Periodic shell decollation as an ecology-driven strategy in the early Cambrian Cupitheca).

Сходство раковин эоцераса и его современников хиолитов не исчерпывается каналами на краях септ. Стенки раковин многих нижнекембрийских хиолитов (например, Cupitheca и Paramicrocornus), также как и у эоцераса, состоят из микропористого волокнистого вещества (F. Liu et al., 2014. Morphological disparity and evolutionary patterns of Cambrian hyoliths), совершенно не похожего на плотные перламутровые стенки раковины головоногих.

Но стенки стенками, а строго говоря Eoceras был причислен к головоногим не из-за строения стенки раковины, а благодаря наличию сифона. Давайте присмотримся к строению этого органа, но для начала (чтобы было с чем сравнивать) обратим внимание на строение сифона головоногих моллюсков. Сифон цефалопод состоит из минерализованной оболочки и расположенных внутри нее кровеносных сосудов. Для того, чтобы кровеносные сосуды (через стенки которых могут выделяться жидкость либо газ) достигли каждой камеры в раковине головоногого, в перегородках-септах существуют отверстия, края которых образуют выступающие назад или вперед кольцевые возвышения (так называемые «септальные трубки»), получившие название «соединительных колец», которые служат опорой для микропористых трубок. Терминология кажется немного неудачной (трубки — короткие, кольцевидные, кольца наоборот длинные, цилиндрические, но так уж сложилось исторически). Сквозь соединительные кольца как раз и проходят жидкость и газ, которые выделяются или поглощаются кровеносной системой моллюска.

Но у эоцераса ничего этого нет. Авторы статьи в Nature честно об этом пишут: «У E. shaanxiense gen. et sp. nov. отсутствуют отверстия в септах и связанные с ними перегородочные трубки или соединительные кольца; вместо этого имеется сплошная септальная мембрана, которая разделяет сифон на сегменты» (“E. shaanxiense gen. et sp. nov. lacks septal foramina and associated septal necks or connecting rings, exhibiting instead a continous septal membrane which divides the siphuncle into segments”. Song et al., 2026: p. 5). Это же видно и на приведенных ими изображениях раковин эоцераса (Song et al., 2026: fig. 3d, g, l). Так что сифон эоцерасов на самом деле принципиально отличается от сифонов головоногих. Он представляет собой не сквозную трубку, а набор разделенных септами цилиндрических полостей. Ни о каких кровеносных сосудах, проходящих сквозь все камеры, тут и речи быть не может.

Но внимательный читатель, наверное, уже догадывается, что Eoceras — не единственное нижнекембрийское животное с таким «сифоном», точнее животное, имевшее в своей раковине внутреннюю полость, разделенную септами на отдельные объемы. У хиолитов рода Cupitheca в раковине тоже есть толстая трубка. И есть септы, которые во многих случаях перерезают эту трубку, изолируя ее задние части от передних. Особенно хорошо они задокументированы у Cupitheca из нижнего кембрия Мексики (L. Devaere et al., 2019. Early Cambrian Small Shelly Fossils from northwest Mexico: Biostratigraphic implications for Laurentia).

Апикальные (то есть задние или верхние) концы раковин головоногих имеют очень характерные признаки, связанные с формой их эмбриональных раковин. Они заканчиваются либо сферической начальной камерой — протоконхом, либо характерным рубчиком — цикатриксом (см. картинку дня Цикатрикс наутилоидей). Однако ни у одного экземпляра эоцераса оригинальный апикальный конец не сохранился. Авторы объясняют это прижизненной трункацией (обламыванием) заднего конца раковины. Хотя у многих более поздних головоногих известна трункация (А. А. Мироненко, 2020. Трункация раковины у ископаемых головоногих моллюсков), для кембрийских форм она не характерна. Зато она характерна для... — правильно, для хиолитов рода Cupitheca (H. Sun et al., 2019. Periodic shell decollation as an ecology-driven strategy in the early Cambrian Cupitheca). У них, как и у гастропод, это явление именуется деколляцией, но по сути это одно и то же. В общем, и по форме, и по строению септ и стенок раковины, и даже по строению «сифона» Eoceras ничем не отличается от хиолитов.

Кто же такие эти хиолиты? Это небольшие палеозойские животные с наружной арагонитовой раковиной, появившиеся в раннем кембрии и сразу же достигшие большой численности и разнообразия, но постепенно угасшие к концу палеозоя. Устье их раковин закрывалось маленькой створкой — крышечкой. В класс Hyolitha входят два отряда: Hyolithida и Orthothecida. К последнему относятся, среди прочего, и формы с продолговато-коническими раковинами, имеющими круглое или овальное сечение. К ним принадлежит и вышеупомянутая Cupitheca.

Систематическое положение хиолитов до сих пор остается предметом дискуссий: их считали то лофофоратами, близкими родственниками брахиопод (J. Moysiuk et al., 2017. Hyoliths are Palaeozoic lophophorates), то базальными представителями лофотрохозоев, группы, объединяющей лофофорат, моллюсков и многих червей (F. Liu et al., 2020. Are hyoliths Palaeozoic lophophorates?), и даже примитивными моллюсками (L. Li et al., 2022. Deep origin of the crossed-lamellar microstructure in early Cambrian molluscs). Но в качестве родственников, а уж тем более предков головоногих их до сих пор никто не рассматривал — слишком много у этих двух групп различий в строении раковины и микроструктуре арагонита.

Головоногие (ни современные, ни палеозойские) на хиолитов совершенно не похожи. А вот эоцерас оказался очень похож. Описавшие его исследователи явно осознавали это сходство. В разделе «сравнение», необходимом при описании нового таксона, они сравнивают Eoceras исключительно с хиолитами Cupitheca, а также Inflatatheca и Doliutheca, при этом никакие головоногие, даже классический Plectronoceras, там вообще не упоминаются. Чтобы объяснить удивительное сходство их эоцераса с хиолитами, авторы пишут, что: «хиолиты или некоторые представители этой клады (Cupitheca) <...> являются стволовыми головоногими моллюсками в составе кроновой группы Conchifera, в которой E. shaanxiense gen. et sp. nov. произошел от миниатюрных моллюсков семейства Cupithecidae, имеющих ортоконические, септированные раковины, лишенные функционального сифона». (“hyoliths or certain members of this clade (Cupitheca) <...> are stem cephalopods within crown Conchifera in which E. shaanxiense gen. et sp. nov. evolved from diminutive cupithecid molluscs exhibiting orthoconic, septate shells lacking a functional siphuncle” — Song et al., 2026: p. 6).

Выходит, что хиолиты (по крайней мере Cupitheca) — базальные моллюски? Однако на пути этой гипотезы оказывается одно важное анатомическое препятствие, связанное с тем, как животное удерживалось внутри раковины. В раковине эоцераса трубка, интерпретированная как сифон, начинается непосредственно от устьевого края. Чтобы достичь устья в передней камере раковины, эта трубка резко расширяется, образуя конус. Для обозначения этой расширенной части авторы статьи в Nature используют термины «мантийная мембрана» (mantle membrane) либо «тело-сифункулярная мембрана» (body-siphuncle membrane). Тело эоцераса должно было находиться внутри этой конической мембраны и не могло соприкасаться ни с арагонитовыми стенками раковины, ни с последней перегородкой-септой. Это хорошо видно на приведенной в статье реконструкции, на которой раковина сделана (спасибо художнику-иллюстратору) полупрозрачной.

Ничего подобного у головоногих нет и быть не может по одной простой причине: головоногий моллюск не просто сидит в своей раковине, он прочно закреплен в жилой камере при помощи мускулов-ретракторов. А места прикрепления этих мускулов у древних головоногих располагались на стенке раковины вдоль последней септы. Хотя сами мышцы в ископаемом состоянии сохраняются крайне редко, места их прикрепления к раковине (бугорки и возвышенности, именующиеся «отпечатками мускулов») очень хорошо видны на ядрах — слепках жилых камер. Кстати, именно расположение мест прикрепления мускулатуры кольцом вокруг перегородки, наряду со сходным строением перламутрового слоя, стало первым аргументом в пользу происхождения головоногих от моноплакофор, еще до появления генетических анализов. Ведь у моноплакофор их мускулы также крепятся к раковине по кругу.

Таким образом, никакой «мантийной мембраны», полностью изолировавшей тело животного от стенок раковины, у головоногих быть не может. Можно, конечно, следуя логике авторов нового исследования, предположить, что мускулы-ретракторы появились у головоногих позже, когда передний край сифона сместился от устья в заднюю часть жилой камеры, где он и находится у всех наружнораковинных цефалопод.

Но не слишком ли много получается допущений? Ведь для того, чтобы потомки эоцераса и купитеки стали головоногими моллюсками, они должны были бы независимо от моноплакофор, гастропод и двустворок развить перламутровый арагонитовый слой раковины, отказавшись от перекрестно-ламеллярного варианта арагонита. Кроме того, они должны были бы независимо от других моллюсков «изобрести» мускулы-ретракторы, крепящиеся к раковине аналогично мускулам моноплакофор и некоторых гастропод. Более того, им пришлось бы из имевшейся у них внутренней трубки, разделенной перегородками на отдельные замкнутые секции, сделать настоящий сифон головоногих: сформировать отверстия в септах, окруженные септальными трубками, разработать микропористые соединительные кольца и протянуть через них кровеносные сосуды.

Не нужно быть специалистом по кладистике, чтобы увидеть, что такой эволюционный путь куда менее вероятен, чем появление узкой трубчатой сегментированной полости в септированной раковине холитов из семейства Cupithecidae. Тем более что широкая полость, разделенная септами, у них и так уже была (L. Devaere et al., 2019. Early Cambrian Small Shelly Fossils from northwest Mexico: Biostratigraphic implications for Laurentia).

Остается обсудить еще один, последний вопрос: как же быть с данными молекулярных часов, указывающих на расхождение головоногих и других моллюсков в раннем кембрии? На самом деле тут всё просто: разделение эволюционных ветвей указывает лишь на время жизни последнего общего предка головоногих и других моллюсков, но оно ничего не говорит о том, когда именно возникли уникальные признаки класса цефалопод.

Здесь работает та же закономерность, что и в антропологии. Последний общий предок человека и шимпанзе (CHLCA) жил, по современным оценкам, около 6 млн лет назад. Но это не значит, что 6 млн лет назад по Земле уже ходили первые люди. Древнейшие примитивные представители рода Homo появились менее 3 млн лет назад, сменив множество промежуточных форм, которые внешне были далеки от нашего привычного облика.

Примерно то же самое могло происходить и с головоногими. На протяжении большей части кембрия предки головоногих, хотя и обособившиеся от других моллюсков, вполне могли сохранять архаичный план строения и быть похожи на своих предков (вероятнее всего, моноплакофор), либо иметь раковины с перегородками-септами, но еще без сифона. Таких из кембрийских отложений описано довольно много, например род Tannuella из нижнего кембрия. Так что время дивергенции головоногих и других моллюсков отмечает лишь нижнюю точку их вероятного появления, но совершенно ничего не говорит о том, когда именно они приобрели все те признаки, которые делают их головоногими.

Источник: Zuchen Song, Bing Pan, Junfeng Guo, Jakob Vinther, Guoxiang Li, Jian Han, Heyo Van Iten, Xiaofang Zhao, Xianzhi Pei, Jiaxin Peng, Yaqin Qiang, Boyao Zhang & Hanjie Wen. Earliest siphuncle-bearing cephalopod from the early Cambrian // Nature. 2026. Published: 29 July 2026. https://doi.org/10.1038/s41586-026-10868-y.

Александр Мироненко

Дарвин снова оказался прав: у одной из камнеломок подтвердили насекомоядность

Tue, 18 Aug 2026 02:41:00 +0000

Еще Чарльз Дарвин предполагал, что представители семейства Камнеломковые могут ловить и переваривать насекомых. Однако его эксперименты на двух европейских видах этих горных растений не дали убедительных доказательств насекомоядности камнеломок. Спустя полтора века китайские ученые исследовали тибетский вид Saxifraga candelabrum и несколькими методами показали, что он привлекает железистыми волосками членистоногую добычу. Возможно, новые эксперименты докажут, что и другие растения используют насекомых как азотную подкормку в суровых условиях высокогорий.

Плотоядные растения фотосинтезируют, как и многие другие растения, но вместе с тем используют мелких позвоночных и беспозвоночных в качестве дополнительного источника азота. Обычно такие виды растут на болотах (росянки, саррацении), в бедной азотом пресной воде (пузырчатки) или, по крайней мере, во влажном климате (непентесы). Все они ловят добычу с помощью видоизмененных листьев. У одних растений листья преобразуются в кувшинчики или в захлопывающиеся ловушки, у других — покрываются железистыми волосками, в чьих секретах увязает добыча.

Однако плотоядными растениями встречаемость железистых волосков не ограничивается. На это обращал внимание и Чарльз Дарвин. Он отметил, что у горных растений камнеломок (Saxifraga) такие волоски присутствуют и они, вероятно, тоже ловят мелких животных. В 1875 году Дарвин пытался проверить свою гипотезу на двух европейских видах — Saxifraga rotundifolia и Saxifraga umbrosa, подкармливая их насекомыми. К сожалению, эксперименты не дали однозначных результатов, поэтому камнеломки всё это время не считались плотоядными растениями.

Теперь же, полтора века спустя, ситуация начала меняться. Исследователи из Куньминского ботанического института Китайской академии наук выбрали объектом изучения азиатскую камнеломку — вид Saxifraga candelabrum, растущий на Тибетском нагорье (рис. 1). Чтобы определить, действительно ли он относится к плотоядным, ученым нужно было показать, что эта камнеломка привлекает добычу, обездвиживает ее, переваривает и усваивает из нее соединения азота (нитраты).

Для этого ученые провели целый комплекс экспериментов (рис. 2). Сначала они исследовали 45 гербарных образцов Saxifraga candelabrum, датированных 1888–2016 годами, а также 32 особи этого вида в дикой природе на предмет наличия прилипших насекомых. Почти во всех гербарных образцах (43 из 45) насекомые обнаружились. То же можно было сказать и о живых растениях: в среднем, к волоскам каждого из них было прикреплено 71 членистоногое. Такая частота показывает, что прилипание животных к камнеломке не случайность.

Затем ботаники установили, привлекает ли насекомых вид растения или выделяемые им молекулы. Они ограждали дикорастущие особи камнеломки одним из двух видов барьеров — стеклянным с крышкой, через который не проходили летучие вещества, и белым мелкосетчатым, через который растения становилось хуже видно. Выяснилось, что насекомые прилетают к S. candelabrum, даже если не видят растение, но при этом могут воспринимать его выделения. Их анализ методом газовой хроматографии с масс-спектрометрией показал, что среди летучих веществ, производимых Saxifraga candelabrum, есть бета-мирцен и цинеол. Об этих веществах известно, что насекомые воспринимают их, а в некоторых случаях (при опылении южноамериканских орхидей пчелами) и летят к их источнику. Из этого исследователи сделали вывод, что тибетская камнеломка активно привлекает насекомых.

Интересно, что больше всего насекомых обнаруживалось на соцветиях. Все известные плотоядные растения ловят добычу видоизмененными листьями, а цветки в этом процессе не участвуют, чтобы не потерять опылителей. Так что в этом смысле S. candelabrum выбивается из общей массы. Впрочем, в каком-то смысле эта камнеломка тоже бережет своих опылителей: в полевых экспериментах к железистым волоскам в основном прилипали небольшие комары-звонцы (Chironomidae), не способные эффективно опылять камнеломку, а на цветки садились крупные мухи и пчелы, которых железистые волоски не останавливали.

Известно, что Saxifraga candelabrum — монокарпик, то есть цветет раз в жизни, а после созревания плодов и семян погибает. Вероятно, поэтому больше всего насекомых и соединений азота из них (о том, как это было установлено, чуть позже) обнаруживали в цветках, а не, скажем, в верхних листьях, которые находятся так же близко к ножке соцветия, как и цветки. Скорее всего, азот из насекомых активно используется цветками Saxifraga candelabrum как раз для того, чтобы сделать половое размножение растения максимально эффективным.

Кроме того, требовалось показать, что растение переваривает насекомых и усваивает содержащийся в них азот. Первое смогли установить по активности фосфатаз — одного из классов ферментов, необходимых для пищеварения. Для выявления этой активности железистые волоски обрабатывали веществом ELF 97, которое служит для фосфатаз субстратом. Когда ELF 97 расщепляется фосфатазами, при соответствующей микроскопии можно увидеть желто-зеленую флуоресценцию. Она свидетельствует о проявлении активности фосфатаз. У двух контрольных неплотоядных видов, растущих рядом с S. candelabrum, такой флуоресценции в железистых волосках не наблюдалось, а у Saxifraga candelabrum и другого насекомоядного растения, росянки Drosera peltata, флуоресценция присутствовала.

То, что азот из насекомых усваивается растением, исследователи доказали, когда в лабораторных условиях скармливали каждой камнеломке по 10 дрозофил, меченных азотом-15 (см. Изотопы азота). Первые две недели этот изотоп, которого в природе гораздо меньше, чем азота-14, находили в большом количестве в соцветиях. Кроме того, сравнение с теми же видами, что в экспериментах с фосфатазами, показало, что азот-15 неплотоядные виды не захватывают.

Наконец, авторы статьи сравнили аннотированный геном Saxifraga candelabrum с доступными геномами других представителей камнеломковых, хищных растений с железистыми волосками и кувшинчиками, а также неплотоядных видов из нескольких разных семейств (всего 31 вид), чтобы выявить общие черты в эволюции плотоядности. Известно, что плотоядность возникала в эволюции цветковых растений по крайней мере шесть раз (рис. 3). Поэтому исследователи искали молекулярные признаки конвергентной эволюции в геномах непентесов, росянок, S. candelabrum и некоторых других видов. Кроме этого они обращали внимание на уменьшение и увеличение разнообразия генов в различных генных семействах.

У хищных видов, имеющих ловчие железистые волоски, по сравнению с неплотоядными растениями было увеличено разнообразие генов в 20 генных семействах. Среди них гены, облегчающие плотоядный образ жизни: отвечающие за привлечение добычи, ее поимку (выработку липкого секрета), переваривание (создание ферментов-гидролаз) и всасывание питательных веществ. 16 генов у растений с липкими волосками, чьи геномы были исследованы, подверглись положительному отбору.

Когда исследователи проанализировали все шесть плотоядных видов, чьи геномы были доступны, нашлось еще 58 генов с такими заменами нуклеотидов, которые предполагают конвергентную эволюцию пищеварительных ферментов у растений, независимо ставших плотоядными. Однако общей группы генов, достоверно связанных с расширением репертуара ловчих аппаратов у всех шести исследованных плотоядных видов, выявить не удалось.

Авторы исследования отмечают, что камнеломка S. candelabrum, скорее всего, изначально использовала железистые волоски для защиты от поедателей (те могли увязнуть в липком секрете волосков), и только позже к этому добавилась функция ловли добычи. В бедной минералами среде это повысило выживаемость вида, а тот факт, что крупные эффективные опылители не страдают от железистых волосков камнеломки, позволяет сочетать в одном соцветии и функцию размножения, и функцию минерального питания.

Вероятно, новые плотоядные виды обнаружатся не только среди камнеломок, но и среди других, не родственных им видов — но при этом имеющих железистые волоски. Искать такие растения стоит не только в болотистой, но и в горной местности, а также в любом другом биотопе, где может наблюдаться нехватка азота.

Источник: Xin-Jian Zhang, Tao Deng, Nan Lin, Heng-Chang Wang, Bo Song, Er-Na Xun, Xian-Han Huang, Quan-Sheng Fu, Jun-Tong Chen, Peng-Rui Luo, Douglas E. Soltis & Hang Sun. Identification of carnivory in the flowering plant Saxifraga via multidisciplinary evidence // Nature Communications. 2026. V. 17: 7557.

Светлана Ястребова