16.01.2018
Blue Red Green

В Африке найден новый вид обезьян

В Африке обнаружен новый вид обезьян - второй раз за 28 лет, говорят ученые. Нового примата нашли в Демократической Республике Конго, где его называют "лесула".

От ближайших родственников обезьяну отделяют реки Конго и Ломами.

Экологи говорят, что это открытие доказывает необходимость защищать разнообразие диких животных в бассейне реки Конго.

Подробности открытия неизвестного ранее вида были опубликованы в интернет-журнале Public Library of Science.

Первым представителем нового вида, которого увидели ученые, стала молодая самка, которую держал в клетке директор начальной школы города Опала.

Он называл животное "лесула" - это общее название, которое используют местные охотники. Ученые взяли найденную обезьяну под свою опеку.

Позже специалисты обнаружили и других особей, живших в неволе, а через полгода, наконец, смогли увидеть обезьян в дикой природе.

"Когда мы начали исследование ... мы знали, что эта местность в значительной степени неисследована, однако мы и не представляли, насколько важным будет наше биологическое открытие", - говорит доктор Джон Харт из фонда "Лукуру", руководивший проектом.

"Мы не ожидали, что найдем новый вид, особенно в группе, известной, как африканские обезьяны", - добавляет ученый.

Среди определяющих черт нового вида зоологи называют длинную светлую гриву вокруг бледной и безволосой морды с четкой вертикальной переносицей кремового оттенка.

Ученые окрестили новый вид Cercopithecus lomamiensis в честь реки Ломами.

Согласно расчетам, ареал обитания обезьян составляет около 17 тысяч квадратных километров в центральной части Демократической Республики Конго. Это сравнительно немного, и ученые обеспокоены, что приматы могут стать жертвами охотников за мясом диких животных.

По словам доктора Харта, перед экологами теперь стоит задача вмешаться до того, как эти потери станут значительными.

"Виды с малым ареалом обитания, такие, как лесула, всего за несколько лет могут превратиться из уязвимых в находящихся под серьезной угрозой", - говорит он.

Ученые предполагают, что в неисследованных лесах могут жить и другие неизвестные виды.

"Это открытие может быть первым в этих замечательных, но малоисследованных лесах, расположенных в центре ДР Конго", - говорит антрополог Эндрю Баррелл из Нью-Йоркского университета, также принимавший участие в исследовании.

"Недавние исследования показывают, что в этих лесах также обитают окапи (семья жирафовых), карликовые шимпанзе и слоны, а также 10 других видов или подвидов приматов", - добавляет он.

Сейчас идет завершающая стадия присвоения этой территории статуса национального парка, говорит доктор Харт.

"Открытие лесулы расширило наши знания об эволюции и экологии африканских обезьян и подтвердило важность этого ранее малоисследованного региона в разнообразии приматов", - рассказал доктор Харт.

Источник: BBC Україна

Украинский профессор, предположительно, решил одну из задач миллениума

Профессор из Луганска Анатолий Плотников (на фото) предложил и опубликовал в международном научном журнале Journal of computer science (8 том, 7 выпуск) вариант решения одной из так называемых "нерешаемых" математических задач P vs NP.

"Анатолий Плотников занимается проблемами информатики и дискретной математики с 80-х годов. Решение задачи P vs NP имеет важное практическое значение. В частности, оно позволяет определить пути решения многих проблем криптологии - науки, занимающейся методами шифровки и дешифровки информации, что поможет защитить информацию с ограниченным доступом (банковскую, военную, коммерческую тайну)", - сообщили в пресс-службе Восточноукраинского национального университета имени Владимира Даля.

Сейчас вариант решения, предложенного Плотниковым, проходит проверку. А сам ученый собирается заняться проблемой решения задач класса UF: "Я планирую работать в этом направлении. Я не прекращу работать в этой области, ведь это моя жизнь".

Напомним, что так называемые задачи миллениума - это семь классических задач, решение которых не найдено. За решение каждой из них бостонский Институт Клэя предложил приз в 1 млн долларов США.

До сих пор решена только одна из семи проблем тысячелетия. Российскому математику Григорию Перельману удалось доказать гипотезу Пуанкаре в 2002-2003 годах. Однако математический гений от миллиона отказался.

Источник

Студент Открытого университета Сколково научил беспилотники выполнять параболу Кеплера.

Томас Эдисон как-то сказал, что для изобретения нужно лишь хорошее воображение и куча хлама. Поскольку современные средства коммуникации позволяют обесценить любую идею, обнародовав на весь мир, а предприимчивые конкуренты всегда готовы присвоить ее себе и кинуться наперегонки реализовывать, цена идей возросла невероятно. Наиболее разумные инвесторы предпочитают платить за идею «в зародыше».

Университет Сингулярности (Singularity University, SU) в Кремниевой долине, США, – как раз то самое место, куда приезжают молодые люди со всего мира, чтобы поучаствовать в своеобразной лотерее по созданию проектов. Университет предоставляет им площадку с некими условиями игры. Сюда же направляют свои стопы бизнесмены, готовые в любую секунду потратить средства на создание фирмы по реализации идеи, если им покажется, что она того стоит.

Популярность программы SU такова, что даже притом, что претенденты готовы выложить 25 тысяч долларов за 10 недель пребывания в университете, конкурс среди них составляет 40 человек на место.

Открытый университет Сколково (ОтУС) при финансовой поддержке Фонда «Сколково» уже второй год посылает на обучение по этой программе победителей конкурса «Моя идея для России». Мы рассказывали о первом проекте, рожденном в 2011 году в недрах Кремниевой долины группой молодых инноваторов, в составе которой был и российский молодой ученый Сергей Мусиенко. Идея его проекта – объединить людей в социальных сетях в группы по принципу общности генома. И надо отметить, что данный проект вызвал горячее обсуждение на форуме www.nkj.ru.

В этом году посчастливилось поучаствовать в программе, называемой Graduate Studies Program, GSP12, Ярославу Меньшенину – победителю конкурса «Моя идея для России 2012», который ОтУС и SU провели среди студентов старших курсов вузов и аспирантов. Ярослав Меньшенин – выпускник МИСиС по специальности «физика металлов», работает в Сколковском институте науки и технологий и является студентом Открытого университета Сколково.

Поскольку весь мир сейчас с особым интересом следит за новыми космическими проектами, конечно, многие участники программы GSP12, в их числе и Ярослав Меньшенин, старались придумать такой проект, который в той или иной степени был бы связан с космическими технологиями.

– Ярослав, насколько популярна космическая тема в Америке? Вы были в одном из исследовательских центров НАСА как раз в тот самый момент, когда на поверхность Красной планеты был спущен марсоход Curiosity. Как праздновали это событие?

– Тема космоса очень популярна в США. Работа по космическим проектам или в космической отрасли уважаема, и каждый студент, специалист, профессионал, даже если он занимается другой областью науки или предпринимательства, все равно старается найти приложения для своего проекта в космической сфере. Тема космоса на слуху каждый день: новые разработки, идеи колонизации Луны, идеи освоения новых планет не кажутся заоблачными. Наоборот, возникает уверенность, что это нужно сделать и это будет сделано.

Когда была высадка Curiosity на Марс, за несколько дней до этого события на YouTube появился очень популярный, почти голливудский трейлер «Семь минут террора». Про то, как Curiosity будет садиться на Марс. Про то, что будет семь минут ожидания сигнала с аппарата, семь минут, в течение которых человечество не будет знать об успешности операции – совершил он посадку или разбился, и что произошло. И это было подано как захватывающее видео с нагнетающей обстановкой.

Мы жили на территории одного из самых больших исследовательских центров НАСА (всего их одиннадцать) – Центра Эймса. Он находится в самом сердце Кремниевой долины, в получасе езды от Сан-Франциско. Так вот, в день посадки на поле поставили два огромных экрана, транслирующих научно-популярные видео о марсоходе, о том, какие опасности его поджидают, какие системы и как работают. Трансляция началась в 16.00 и продолжалась после 22.32, когда марсоход совершил посадку. Все это время прибывали новые зрители – в общей сложности более 6 тысяч человек. Я думаю, самый малый процент из них имеет отношение к космической деятельности непосредственно. Люди аплодировали, обнимались, выражали радость. Было воскресенье. Мы понимали, что в понедельник каждый поедет на работу и расскажет об этом зрелище.

– На марсоходе установлено российское оборудование. Вы знаете о том, что это за оборудование и какие исследования на нем будут выполнены?

– Я слышал, что часть установленного на Curiosity оборудования – российского производства, но подробностей не знаю. Кстати, хотел бы отметить, что в США налогоплательщики внимательно следят за тем, куда идут деньги. Поэтому в NASA заинтересованы в том, чтоб люди это понимали, и посредством таких трансляций отчитываются перед своими налогоплательщиками.

– Теперь расскажите о той программе, в которой Вы принимали участие. Как все происходило?

– Эта очень динамичная программа рассчитана на 10 недель. Аббревиатуру SU иногда расшифровывают как Sleepless University, поскольку спать приходится совсем мало – ранний подъем и занятия до поздней ночи. На занятия уходит все время. Непривычно, насколько много общения – в автобусе по дороге в компании и научные центры, по электронной почте.

Первые четыре недели уходят на знакомство с другими участниками, преподавателями. В этот период читают лекции, рассказывают об идеологии Университета Сингулярности – идее экспоненциального развития технологий.

Лекторы – профессионалы в своих областях. Но из них гораздо меньше половины являются сотрудниками SU, большинство приглашенных спикеров – предприниматели. Кстати, средний возраст самих участников программы – 31 год.

Первые четыре недели уходят не только на обучение и лекции – людям дают возможность оглядеться, «притереться» в неформальном общении, поскольку все знают, что должны будут сделать выбор – создать команду.

Наша команда возникла, когда мы поздним вечером поехали посмотреть на Стэндфордский университет, куда недавно поступил один из участников GSP12. И, сидя в кафе, мы приняли решение, что будем в одной команде.

Всего нас было пятеро – инженер по аэрокосмическому направлению из Индии, инженер-электронщик из Чили, два человека из Мексики (один из них специалист по телекоммуникациям, другой – архитектор) и я.

– Кто стал лидером?

– Применительно к десятинедельной программе Singularity University правильнее ввести понятие «кто за что отвечал». Команда состояла из людей различных национальностей и культур, поэтому у всех было внутреннее понимание, что «перетягивание одеяла» деструктивно повлияет на развитие проекта. Мне лично больше всего нравилось работать с потенциальными инвесторами и людьми, принимающими решения – выходить с ними на связь, проводить переговоры и консультации.

– За основу был взят проект одного из участников программы?

– Каждый приехал со своим проектом. Но мне не известно ни одного примера, когда развитие получил именно тот проект, с которым человек приехал. В течение первых недель мы рассматривали мир с точки зрения глобальных процессов, нашей задачей было переключиться на поиск проектов, которые могут воздействовать на жизнь миллиардов людей. 

Наш проект родился в результате мозгового штурма. В течение десяти дней мы не только обсуждали идею между собой, но и приглашали экспертов. Был назначен срок, к которому нужно было максимально кратко ее сформулировать. Мы старались сформулировать как можно быстрее, поскольку поставили себе задачу создать компанию, а не просто выполнить программу. Поэтому мы были заинтересованы как можно больше времени оставить на развитие проекта, создание прототипа, общение с инвесторами.

Для работы над проектом каждой команде предоставили офисные помещения, где мы собирались после занятий. Последние две недели все наше время целиком уходило на работу над проектом. Лишь по вечерам, с восьми до десяти, были лекции, после которых мы снова устраивали встречи, обсуждения и работу с прототипом.

Следует сказать, что за время пребывания в Кремниевой долине мы посетили много высокотехнологичных компаний, поучаствовали в многочисленных рабочих встречах.

– Теперь расскажите о самой идее вашего проекта.

– Идея такова – использовать беспилотный летательный аппарат для создания состояния невесомости. Область применения – испытания различных образцов новых материалов, биологических объектов. Это позволило бы удешевить стоимость такого рода исследований, которые проводят в космосе, на космических аппаратах. И для этого не надо отправлять образцы и объекты в космос. Чуть позже, по совету экспертов и предпринимателей, мы расширили область применения нашего аппарата, включив и работу «Дронов» в сельском хозяйстве, и в нефтегазовой отрасли, и в государственных службах, занимающихся предсказанием стихийных бедствий и борьбой с ними.

– По сути – это летающая микрогравитационная лаборатория. Кому-нибудь до вас приходила в голову такая идея?

Следует сказать, что Питер Диамандис, один из основателей SU, является сооснователем компании Gozerog (каждый желающий может ознакомиться с этим проектом на сайте www.gozerog.com), которая зарабатывает деньги, предоставляя людям возможность испытать состояние невесомости в самолете. Для этого самолет делает параболу, набирая определенную скорость и высоту под определенным углом, спускается, опять-таки под определенным углом, и примерно в течение 25–30 секунд люди испытывают состояние невесомости. В течение одного полета самолет может сделать несколько таких парабол.

* * *

Здесь сделаем лирическое отступление, пояснив читателю, что состояние невесомости, называемое также микрогравитацией, нулевой перегрузкой, было известно уже первым пилотам, поднявшимся в небо на первых летательных аппаратах. Часто эти знания были драматичны, поскольку пике – это не всегда фигура пилотажа, но и роковая неизбежность.

При микрогравитации ускорение свободного падения g, формируемое под воздействием гравитационного притяжения планеты, становится бесконечно малым или равным нулю. (Значение ускорения свободного падения у поверхности Земли считают равным 9,8 м/с2.) Такое состояние впервые описал Альберт Эйнштейн в начале 1900-х годов в одном из своих «мысленных экспериментов»: если поместить незакрепленный объект в герметически закрытый лифт, находящийся в свободном падении, то его вес в момент падения будет нулевым, поскольку будет скомпенсирован силой тяжести, возникающей при падении самого лифта.

Это открытие активно используют для изучения невесомости. Например, в Германии, в 146-метровой башне лаборатории Центра исследований микрогравитации Бременского университета.

Во Франции микрогравитацию создают в широкофюзеляжных самолетах-лабораториях А-300 с середины 1980-х годов, в России – в прежние времена для этих целей использовали Ил-76МКД. Основной принцип выполнения «параболы Кеплера»: самолет набирает высоту 6000 м и из горизонтальной траектории с ускорением под углом 45 градусов взмывает вверх на полной тяге двигателей. При этом возникает перегрузка примерно в 2g, но длится она недолго, примерно 15 секунд. На высоте 9000 м полностью убирают тягу двигателей, и самолет летит по инерции. Это – верхняя точка «параболы Кеплера», с которой начинается невесомость. Затем самолет начинает резкое снижение на максимальной тяге двигателей под тем же углом, что и в начале выполнения маневра. Состояние невесомости длится примерно 25 секунд. За один рейс самолет способен сделать 10–20 таких «парабол». Экипаж, как правило, должен быть хорошо укомплектован, поскольку такие перегрузки могут сказаться на способности управлять самолетом. Поэтому на борту всегда есть вторая группа пилотов, готовых принять управление самолетом.

Эксперименты в условиях невесомости действительно важны для науки. Например, можно изучать свойства жидкостей и газов, на которые не воздействует «гравитационный колодец» Земли. На борту Ил-76МКД в условиях микрогравитации выполнял тренировки, исследовал свойства биологических объектов Олег Юрьевич Атьков – лётчик-космонавт, врач, Герой Советского Союза, ныне вице-президент ОАО «РЖД» по здравоохранению и работе с общественными организациями. Поэтому идея научить беспилотник выполнять «параболу Кеплера» с научными образцами на борту не кажется лишенной логики и здравого смысла.


* * *

– А теперь расскажите о материальном воплощении идеи. Как вы учили беспилотники выполнять параболу?

– В качестве прототипа мы взяли обычный радиоуправляемый самолет (их можно приобрести в специализированных магазинах). У нас был определенный бюджет на реализацию проекта, и мы его использовали для покупки таких самолетов и оборудования. Мы их разбивали, ремонтировали по ночам и потом снова разбивали, пока не научили летать так, как нужно нам. Было сделано несчетное количество выездов на летные поля на территории Центра Эймса НАСА, чтобы провести испытания. У нас было много таких самолетов, мы ставили на них регистратор для определения параметров полета.

Мы использовали программу, которая позволила в режиме реального времени оценивать параметры самолета, насколько стабильно он себя ведет, насколько достигается состояние невесомости. Нам удалось продержаться на отметке 0,078g в течение 1 секунды. Для начала это неплохо.

Засняли видео и с самолета, и с земли; «подловили» момент, сделали кадры параболы, и они вошли в нашу презентацию (http://vimeo.com/47750064). Мы применяли для съемки и инфракрасную камеру. Она стоит очень дорого, поэтому разместили ее на самолете только тогда, когда приноровились к «полетам». Также мы установили камеру, снимающую в HD-формате, на фронтальную часть самолета. Надев специальные очки, в режиме реального времени мы могли просматривать видео с этой камеры. Можно было почувствовать себя в роли пилота.

– Кстати, насколько в США распространены любительские запуски самолетов-беспилотников, и есть ли законодательство, регламентирующее такие запуски?

– Могу сказать, когда мы приезжали на разные поля, мы видели большое количество любителей, которые используют «Дроны», летающие на высоких скоростях. Для этого летательный аппарат не нужно регистрировать, нужно просто использовать его на определенных полях. Ожидается, что в мае 2013 года в США будут приняты законы, официально разрешающие полеты беспилотников. В конце сентября выйдет ряд документов, касающихся этого вопроса, и ожидается стремительное развитие компаний, которые будут работать в данной области.

– То есть любой гражданин сможет купить себе беспилотник и отправить его куда вздумается?

– Будет какое-то ограничение, но, как ожидается, оно будет достаточно небольшим, что позволит вести бизнес.

– Есть ли понимание, что если психически неустойчивый человек захочет запустить такой самолет, ему никто не помешает?

– Никто не помешает…

– Видели ли вы «Дроны», и каково отношение к этим самолетам в американском обществе?

– Мы устраивали специальные тесты аналогов беспилотников, управляемых профессионалами. Это относительно большие по размерам самолеты, достигающие нескольких метров в длину и ширину.
Что касается восприятия слова «беспилотник», оно, в основном, негативное, как в России, так и в США. О них обычно думают как о военных технических средствах, в том числе для наблюдения за территориями. Отчасти это так, но если говорить о предпринимательской сфере, то «Дроны» позволяют многое. Например, в сельском хозяйстве. Мы моделировали ситуацию, когда фермеру нужно отследить своих животных на поле и определить, что не хватает, скажем, трех коров. К нашему проекту присоединилась команда, разрабатывающая программное обеспечение. Они создали ПО для обработки видеоинформации, позволяющее в автоматическом режиме пересчитывать объекты, зафиксированные камерами «Дронов». Ведь если таких объектов много, скажем, 100 полей, то человек не сможет сам справиться с подсчетами коров на них.

В качестве примера мне вспоминается курс металлографии, который нам преподавали в МИСиС. На практических занятиях мы использовали программу Image Expect Pro для обработки изображений образцов. Это очень сложная программа, если можно создать такую программу для анализа и подсчета микрообъектов, то уж для коров – не стоит труда.

– Спасибо, Ярослав, за интересный рассказ «с места событий». И последний вопрос – практический выход. Удалось ли найти инвесторов? Как Вы оцениваете результаты с такой точки зрения?

– Мы продолжаем взаимодействовать по проекту и всегда на связи друг с другом. Конечно, важно сгенерировать идею, но гораздо важнее – найти предпринимателей, готовых инвестировать в проект. Мы обсуждали свою идею с бизнесменами Кремниевой долины, в том числе с теми, кто реализует проекты в космической сфере, некоторых из них наш проект заинтересовал, и мы продолжаем общение с этими предпринимателями.

На фото:

1. Беспилотник.
2. Участники проекта с основателем фонда X PRIZE Питером Диамандисом (в центре).
3. Ярослав Меньшенин (слева) с Президентом и CEO Virgin Galactic Джорджем Уайтсайдесом.


Автор: Лариса Аксёнова, Источник: www.nkj.ru

Ученые: мозг «сов» и «жаворонков» сильно отличается

Нейрофизиологи из института Альберты (Эдмонтон) в Канаде в ходе исследований выяснили существенные различия в работе мозга «сов» и «жаворонков», результаты которого опубликованы в июньском выпуске Journal of Biological Rhythms. Ученые еще раз подтвердили насколько «совы» и «жаворонки» различаются на физиологическом уровне.

Посредством анкетирования группу волонтеров разбили на «жаворонков» и «сов». Затем ученые измерили показатели сократимости мышц и возбудимости нервных волокон. Было установлено, что мозг «жаворонков» больше всего возбудим в 9 часов утра, а у «сов» в 21:00.

Мышечная сократимость «жаворонков» на протяжении всего дня одинакова, а вот у «сов» она понемногу увеличивается, достигая своего максимума вечером. Показатель возбудимости спинномозговых нервных путей, отвечающий за рефлексы, и у той и у другой группы был неизменен в течение всего дня.

По мнению авторов исследования, если правильно учитывать физиологические особенности «жаворонков» и «сов», то можно существенно оптимизировать любой производственный процесс. Этому совету уже последовала израильская армия. Поэтому в личные дала призывников будут вноситься данные о типе их биоритмов, передает News.israelinfo.ru.

Источник

Внутригрупповое сотрудничество помогает бактериальным популяциям противостоять конкурентам

 

Схема взаимоотношений между бактериями, производящими антибиотик, не производящими антибиотик, но защищенными от него и чувствительными к антибиотику

Рис. 1. Схема взаимоотношений между бактериями, производящими антибиотик (P, Producing, красные кружки), не производящими антибиотик, но защищенными от него (R, Resistant, зеленые кружки) и чувствительными к антибиотику (S, Sensitive, синие кружки). A — взаимоотношения «камень-ножницы-бумага»: P убивают S, S вытесняют R (потому что не тратят ресурсы на производство средств защиты), R вытесняют P, потому что не тратят ресурсы на производство антибиотика. B — в смешанной популяции, изначально содержащей все три разновидности, в итоге останется только одна, потому что сначала бактерии P отравят всех S, а потом будут вытеснены штаммом R. C — в пространственно-структурированных местообитаниях может наблюдаться циклическая динамика: штаммы будут вытеснять друг друга попеременно. D — внутригрупповая кооперация помогает поддерживать разнообразие (ситуация, рассмотренная в обсуждаемой статье): две популяции, каждая из которых производит свой антибиотик и состоит из штаммов P и R, устойчиво сосуществуют и не могут вытеснить друг друга, потому что обладают защитой только от своего, но не от чужого антибиотика. Остается только понять, что мешает штаммам R вытеснить P внутри каждой популяции. Изображение из синопсиса к обсуждаемой статье в Science

Американские микробиологи расшифровали сложную систему взаимоотношений между 185 генетическими линиями (штаммами) морских бактерий Vibrio, которые подразделяются на 9 «экологических популяций», связанных генетическим родством и схожими экологическими предпочтениями. Оказалось, что 44% штаммов выделяют антибиотики, угнетающие рост одного или нескольких других штаммов. В большинстве случаев антибиотики действуют только на представителей чужих популяций и безвредны для «своих», то есть межгрупповой антагонизм преобладает над внутригрупповым. Это позволяет говорить о своеобразной внутригрупповой кооперации, которая защищает бактериальные сообщества от экспансии чужаков.

Многие микроорганизмы ведут друг с другом химическую войну, выделяя антибиотики, угнетающие рост микробов-конкурентов. При этом между микробами складываются сложные системы антагонистических отношений. Например, часто встречается ситуация, напоминающая детскую игру «камень-ножницы-бумага» (см. рис. 1). В эту игру любят играть бактерии, производящие антибиотик (P), с теми, кто антибиотика не производит, но имеет средства защиты от него (R), и теми, кто не имеет средств защиты (S). Как производство антибиотика, так и синтез защитных средств имеет свою цену: бактериям приходится тратить ресурсы на производство соответствующих веществ. Поэтому ни один из трех вариантов не может получить решающего преимущества. Бактерии P убивают своим антибиотиком бактерий S, однако их самих побеждают в конкуренции бактерии R, которые не расходуют ресурсы на производство антибиотика и потому размножаются быстрее, чем P. Когда P будут вытеснены и в популяции останутся только R, сообщество окажется беззащитным перед экспансией S, которые не тратят ресурсы на производство противоядий и потому размножаются быстрее, чем R. Но когда R будут вытеснены и в сообществе начнут доминировать S, туда снова cмогут внедриться P. Они отравят всех S, но торжествовать будут лишь до тех пор, пока не начнется вторжение R... и так до бесконечности.

Наши знания о войнах в микромире пока основываются в первую очередь на теоретических моделях и экспериментах с лабораторными культурами. О том, как обстоит дело в природе, известно немного. Американские микробиологи из Массачусетского технологического института (MIT), изучающие природные популяции морских планктонных бактерий рода Vibrio, пытаются восполнить этот пробел. Об одном из их исследований «Элементы» уже рассказывали (см. В эволюции бактерий горизонтальный генетический обмен играет ту же роль, что и половое размножение у высших организмов, «Элементы», 09.04.2012). В новой статье, опубликованной в недавнем выпуске журнала Science, ученые описали систему взаимоотношений между 185 генетическими линиями вибрионов. Эти линии подразделяются на девять групп, связанных генетическим родством и схожими экологическими предпочтениями. Группам формально присвоены видовые названия (Vibrio ordalii, Vibrio breoganii и т. д.), однако авторы предпочитают не называть их видами (слишком уж всем биологам надоела полемика о сущности и критериях вида) и пользуются более безопасным термином «популяция».

Для каждой из девяти популяций характерен свой набор предпочитаемых субстратов. Это могут быть, например, плавающие в воде частицы взвеси разного размера, поверхность тела мелких планктонных животных или одноклеточные водоросли. Впрочем, между группами нет экологической изоляции: представители разных популяций сплошь и рядом встречаются вместе, на одном и том же субстрате, просто где-то преобладают одни, где-то другие.

Авторы выращивали представителей 185 подопытных линий в искусственной среде попарно, чтобы выявить антагонистические взаимодействия, то есть случаи, когда одна линия подавляет рост другой. Всего было проверено около 35 000 парных комбинаций. Антагонистические взаимодействия были зарегистрированы в 830 случаях. Выяснилось, что 44% изученных линий выделяют антибиотики, подавляющие рост хотя бы одной другой линии. Большинство (86%) линий чувствительно хотя бы к одному из антибиотиков. Около 5% линий оказались «сверхубийцами» (super-killer strains): их антибиотики губительны более чем для 25% изученных линий. При этом в каждой из девяти популяций производством антибиотиков занимаются не все, а лишь часть линий.

Генеалогическое дерево 185 изученных штаммов морских вибрионов и структура антагонистических взаимодействий между ними

Рис. 2. Генеалогическое дерево 185 изученных штаммов морских вибрионов и структура антагонистических взаимодействий между ними. Дерево основано на сравнении нуклеотидных последовательностей шести генов. Кружки с цифрами соответствуют последним общим предкам девяти популяций: 1 — V. ordalii2 — V. fischeri3 — V. breoganii4 — V. alginolyticus5 — V. sp. F126 —V. crassostreae7 — V. cyclotrophicus8 — V. tasmaniensis9 — V. splendidusСтрелками показаны антагонистические взаимодействия: зелеными — межгрупповые, коричневыми — внутригрупповые. Видно, что межгрупповой антагонизм преобладает над внутригрупповым. Снаружи от круга голубыми прямоугольниками отмечены штаммы, чей рост подавляется хотя бы одним другим штаммом (то есть чувствительные хотя бы к одному антибиотику), черными — штаммы, подавляющие рост хотя бы одного другого штамма, красными — «сверхубийцы». Изображение из обсуждаемой статьи в Science

Анализ сети антагонистических взаимодействий (рис. 2) показал, что межгрупповой антагонизм резко преобладает над внутригрупповым. В большинстве случаев бактерии защищены от антибиотиков, производимых другими представителями той же популяции, но часто оказываются беззащитны перед «чужими» антибиотиками.

Химическая природа антибиотиков пока неизвестна, но авторы сумели показать при помощи специальных мембран, не пропускающих белки, но пропускающих небольшие молекулы, что 96% антагонистических взаимодействий обусловлены малыми молекулами, а не белками.

У одного из штаммов «сверхубийц» удалось выявить группу генов, ответственную за синтез антибиотика. Повреждение этих генов лишает штамм способности убивать других бактерий. Как выяснилось, этот генный комплекс представляет собой мобильный генетический элемент, который, по-видимому, часто передается от одних бактерий другим в ходе горизонтального генетического обмена. У тех представителей популяции, которые не производят антибиотик, этот комплекс генов отсутствует. Гены, ответственные за устойчивость к данному антибиотику, не входят в состав генного комплекса и расположены в другом участке хромосомы.

На этом факты кончаются и начинаются интерпретации. По мнению авторов, результаты показывают, что природные популяции вибрионов имеют внутреннюю структуру, основанную на кооперации. Это помогает микробным популяциям противостоять конкурентам. Кооперация заключается в том, что некоторые микробы (P) производят антибиотик, который защищает популяцию от вторжения чужаков. Другие микробы (R) устойчивы к этому антибиотику, но сами его не производят. Таким образом, выгоду от антибиотика получают все члены сообщества, но не все несут бремя расходов на его производство. «Кооперация» получается какая-то односторонняя: пока одни тратят свои ресурсы на производство общественно-полезного продукта, другие живут на готовеньком. При желании, конечно, можно назвать такие взаимоотношения кооперативными, но скорее тут напрашивается аналогия с альтруизмом и нахлебничеством (похожая ситуация описана в заметке Альтруизм у бактерий помогает им противостоять антибиотикам, «Элементы», 07.09.2010).

По мнению авторов, вся совокупность данных свидетельствует о том, что в природе бактерии P и R, относящиеся к одной и той же популяции, могут мирно сосуществовать длительное время, не вытесняя друг друга. Если бы генетическое разнообразие популяции поддерживалось за счет циклической динамики, показанной на рис. 1C, то есть если бы штаммы попеременно вытесняли друг друга, то локальные микросообщества бактерий имели бы очень низкий уровень генетического разнообразия, чего не наблюдается. Почему же бактерии R («эгоисты») не вытесняют бактерий P («альтруистов»)? Ведь R не тратят ресурсы на производство антибиотика и должны размножаться быстрее. Ответа на этот вопрос пока нет. Будем надеяться, что его дадут дальнейшие исследования. Может быть, в данном случае срабатывает какая-то форма группового отбора, например так называемый «парадокс Симпсона» (см. Альтруисты процветают благодаря статистическому парадоксу, «Элементы», 16.01.2009).

Французский эволюционный эколог Элен Морлон (Hélène Morlon) в синопсисе к обсуждаемой статье указала еще на одну интересную возможность, связанную с горизонтальным генетическим обменом. Как показали недавние исследования, морские вибрионы меняются друг с другом генами очень часто. Поэтому с точки зрения мобильного элемента, содержащего гены для синтеза антибиотика, помощь бактериям R, возможно, не так уж бескорыстна. Дело в том, что бактерии R с большой вероятностью могут сами приобрести этот генный комплекс в ходе горизонтального обмена (и превратиться в P): ведь они устойчивы к данному антибиотику, поэтому такое приобретение безопасно для них. Этого нельзя сказать о бактериях из других популяций, для которых данный антибиотик смертелен. Поскольку гены защиты от антибиотика не входят в состав комплекса для его производства, чужак, позаимствовавший этот комплекс, погибнет. Таким образом, помогая бактериям R из «своей» популяции, ген антибиотика помогает не кому попало, а своим будущим потенциальным носителям. Возможно, тем самым он блюдет свои «корыстные интересы». Какое из двух объяснений ближе к истине — геноцентрическое или основанное на групповом отборе — покажет будущее.

Источники:
1) Otto X. Cordero, Hans Wildschutte, Benjamin Kirkup, Sarah Proehl, Lynn Ngo, Fatima Hussain, Frederique Le Roux, Tracy Mincer, Martin F. Polz. Ecological Populations of Bacteria Act as Socially Cohesive Units of Antibiotic Production and Resistance // Science. 2012. V. 337. P. 1228–1231.
2) Hélène Morlon. Microbial Cooperative Warfare // Science. 2012. V. 337. P. 1184–1185.

См. также:
1) В эволюции бактерий горизонтальный генетический обмен играет ту же роль, что и половое размножение у высших организмов, «Элементы», 09.04.2012.
2) Альтруизм у бактерий помогает им противостоять антибиотикам, «Элементы», 07.09.2010.

Александр Марков

  Свежий выпуск газеты