наука

Найдено универсальное противоядие от смертельных змеиных ядов

Хотя современные методы лечения отравлений змеиными ядами достаточно развиты, необходимо сначала идентифицировать вид укусившей человека змеи, чтобы подобрать нужное противоядие. Но благодаря новому исследованию международной команды ученых вскоре этого не придется делать. Они разработали универсальное антитело, нейтрализующее смертельный яд кобр, крайтов и мамб и потенциально способное спасать десятки тысяч жизней ежегодно.

Королевская кобра

Отравление из-за змеиных укусов признано серьезной глобальной проблемой общественного здравоохранения. По различным оценкам (впрочем, большинство из них несколько завышены), от укусов змей ежегодно умирают до 138 тысяч человек, еще более 400 тысяч остаются инвалидами. В основном страдает население Африки и Азии, причем не только из-за большого числа случаев укуса змей, но и из-за ограниченного доступа к адекватной медицинской помощи.

Для решения этой проблемы крайне необходимы улучшенные методы лечения. Сегодня для борьбы с отравлениями смертельными ядами змей необходимо точно идентифицировать вид укусившей человека змеи для подбора подходящего противоядия. Однако и в этом случае не исключены осложнения в виде сывороточной болезни и анафилаксии — аллергической реакции организма на присутствие в крови чужеродного белка-противоядия, который зачастую имеет животное происхождение.

Поэтому международная группа исследователей из США, Великобритании и Индии решила создать универсальное противоядие от смертельного яда змей семейства аспиды (Elapidae). В это обширное семейство входит 384 вида ядовитых змей, включая самых опасных: королевскую кобру, черную мамбу и индийского крайта. О своей разработке ученые сообщили в статье, опубликованной в журнале Science Translational Medicine.

Кристаллическая структура взаимодействия антитела 95Mat5 с токсином 3FTx-L15 и сходство при взаимодействии α-бунгаротоксина с белком мышечного рецептора nAChRα1

Чтобы найти антитело, блокирующее токсин 3FTx и наименее вероятно вызывающее аллергическую реакцию, биологи изучили библиотеку, содержащую более 50 миллиардов различных человеческих антител. Они проверили, какие лучше всего связываются с различными вариантами белка токсина 3FTx. Таким образом удалось сузить область поиска до 30 антител, из которых лишь одно выделялось наиболее сильным взаимодействием с токсином яда — антитело 95Mat5.

Затем ученые протестировали действие полностью синтетического 95Mat5 на мышах, которым вводили токсины южнокитайского многополосного крайта, моноклевой кобры, черной мамбы и королевской кобры. Во всех случаях грызуны, которым одновременно вводили 95Mat5, были защищены не только от гибели, но еще от паралича и каких-либо других осложнений. Когда исследователи изучили, почему 95Mat5 настолько эффективен в блокировании различных вариантов токсина 3FTx, они обнаружили, что антитело имитирует структуру человеческого белка, с которым обычно связывается токсин 3FTx, вызывая мышечный паралич.

Хотя 95Mat5 эффективен против яда всех аспидов, он не блокирует яд гадюк — второго обширного семейства ядовитых змей. В дальнейшем авторы работы планируют найти широко нейтрализующие антитела против другого токсина аспидов, а также двух токсинов, содержащихся в яде гадюк. По словам исследователей, объединение 95Mat5 с тремя другими антителами потенциально может работать как универсальное противоядие от любой змеи в мире.

Статья спизжена отсюда

Адаптация приматов-инвалидов в дикой природе

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Японская макака с врождёнными дефектами

Врожденные пороки развития, болезни и травмы, полученные во взрослом возрасте, бывают не только у людей, но и у животных. Это вовсе не означает, что такая особь в дикой природе непременно погибнет — она может жить и адаптироваться к своим недостаткам.

Ученые из Университета Конкордия (Канада) решили больше узнать о том, как такие животные выживают в дикой природе. Исследование, опубликованное в American Journal of Primatology, посвящено приматам. Специалисты проанализировали 2807 исследований, проведенных с 1931 по 2023 год. В работах изучались в общей сложности 125 видов, чаще всего это были шимпанзе. К другим видам относились японские макаки, макаки-резусы, макаки-крабоеды и оливковые бабуины. Из всего объема изученных работ ученые выделили 114 статей о физических недостатках приматов.

Выяснилось, что врожденные пороки развития больше характерны для макак, а вот травмы и болезни в процессе жизни чаще получали шимпанзе. По крайней мере, именно такие случаи были объектом проанализированных учеными работ.

Несмотря на физические недостатки, приматы смогли приспособиться — они адаптировали свое типичное для вида поведение, чтобы выжить и даже размножаться. Так, некоторые шимпанзе успешно передвигались на трех или даже двух конечностях (за неимением остальных) вместо обычных четырех. Приматы с физическими особенностями активно внедряли в свою жизнь новые способы функционирования. Если у них не было передних конечностей, они использовали предплечья, чтобы наклонить ветку с фруктами и поесть.

Интересно, что к нуждам детеныша-инвалида адаптировались и их родители. Они обеспечивали дополнительный уход, что не наблюдалось в случае здорового потомства. Более того, сородичи помогали своим родственникам с ограниченными возможностями. Например, самец японской макаки «усыновил» молодую обезьяну-сироту с физическими недостатками.

(1) Взрослый самец без кистей и с пороками развития ног;
(2) Тот же самец прыгает на двух ногах;
(3) Взрослый самец с пороками развития кистей ест картошку;
(4) Группа обезьян с ограниченными возможностями и без них занимается социальным уходом;
(5) Молодая самка с обширными пороками развития всех четырех конечностей, передвигается используя локти;
(6) Взрослая самка-инвалид ухаживает за сородичем без инвалидности, используя жесты ухода, характерные для инвалидов;
(7,8) Взрослый самец без инвалидности держит и ухаживает за младенцем-инвалидом, в то время как мать сидит рядом;
(9) Взрослая самка с сильно уродливыми руками сжимает зерно в жесте кормления, характерном для инвалидов

«Приматы находят способы изменить свое поведение — например, уникальный стиль передвижения, ношение своих детенышей, методы поиска пищи, а также индивидуальный стиль социального ухода, чтобы компенсировать свои физические недостатки», — рассказала одна из авторов работы Сара Тернер.

Еще ученые узнали, что примерно 60 процентов случаев инвалидности приматов были связаны с деятельностью человека. Обезьяны попадали в силки, предназначенные для других животных, получали увечья в результате столкновений с автомобилями, переносили инфекции, передающиеся от людей, или болели из-за воздействия загрязняющих веществ. Этот вывод оказался весьма неожиданным для исследователей, поэтому они рекомендовали уделить более пристальное внимание охране дикой природы.

Статья спизжена отсюда

765. Образовательный Контент

Ученые впервые увидели размножение гигантских антарктических морских пауков

Процесс размножения гигантских морских пауков из Антарктиды не попадался на глаза исследователям более 140 лет — с момента их открытия и до сих пор. Недавно ученые отправились на отдаленный континент и своими глазами увидели поведение этих загадочных существ.

Морские пауки (класс Pycnogonida) — это группа паукообразных беспозвоночных, обитающих в морских средах по всему миру. Большинство из них размером меньше ногтя, но у антарктического вида Colossendeis megalonyx размах конечностей (от кончика одной ноги до кончика противоположной ноги) превышает 40 сантиметров. Это животное представляет собой известный пример «полярного гигантизма» — эволюционного феномена, когда организмы в полярных регионах вырастают до гораздо больших размеров, чем их сородичи в более теплом климате.

У всех известных видов морских пауков самец-родитель заботится о детенышах,  вынашивая эмбрионы на яйценосных ножках от оплодотворения до вылупления и часто после него. Исключительная забота самца о потомстве — самый редкий вид родительской заботы, и его эволюционное происхождение у морских пауков не раскрыто до конца.

Пара антарктических морских пауков. Стрелка указывает на кладку яиц

Команда исследователей, ныряя под льды Антарктики, вручную собрала несколько пауков, которые спаривались. Ученые перенесли их в резервуары для наблюдения. Оказалось, что гигантские морские пауки вынашивали потомство иначе, чем остальные виды морских пауков. Выводы исследователей опубликованы в журнале Ecology.

К удивлению авторов работы, две разные спаривающиеся группы произвели тысячи крошечных, около миллиметра диаметром, яиц. Они впервые были замечены в виде студенистого облака, окружающего одного паука, который ранее был частью группы спаривания. Вместо того чтобы вынашивать детенышей, пока они не вылупятся, как у большинства видов морских пауков, один из родителей (вероятно, самец) провел два дня, прикрепляя яйца к каменистому дну.  В течение нескольких недель после откладки мельчайшие яйца обросли микроскопическими водорослями, обеспечивая идеальную маскировку.

Ученые выдерживали эмбрионы в отфильтрованной морской воде в инкубаторах при температуре -1,8 градуса по Цельсию в течение 11 месяцев и фотографировали их каждые 2-3 недели под микроскопом. Развитие шло медленно, что характерно для антарктических видов. Зачатки конечностей были видны только на 83 день и становились все более и более отчетливыми на протяжении остального процесса созревания. Первая вылупившаяся личинка была замечена примерно через 8 месяцев после нереста.

(e) Бластулы, через 6 месяцев после нереста. (f) Невылупившиеся особи через 8 месяцев после нереста. (g, h) Только что вылупившиеся личинки 50 мкм

В итоге ученые впервые узнали детали жизненного цикла этих удивительных антарктических животных. Открытый механизм ухода за эмбрионами у гигантских морских пауков представляет собой эволюционно промежуточную стратегию между свободным нерестом и отцовским вынашиванием, характерным для большинства других групп морских пауков.

Общая экология и репродуктивная биология морских видов Антарктики остаются в подавляющем большинстве неизвестными, до сих пор были описаны лишь несколько видов с этого континента. Подобные работы буквально проливают свет на то, как обитают животные в одной из наименее изученных частей мирового океана.

Статья спизжена отсюда

Биологи объяснили, почему у растений разная форма листьев

Исследователи из США и Китая определили генетические механизмы, лежащие в основе разнообразия форм листьев у растений. Полученные данные позволят адаптировать растения к разным климатическим зонам и повысить их урожайность путем управления формированием листьев на генетическом уровне.

Земляника с различной формой листьев

Форма, размер, структура и сложность строения листьев растений могут значительно отличаться даже у разных сортов одного вида, не говоря уже об их общем многообразии в природе. Наблюдаемые различия возникли не совсем случайно. Они обусловлены необходимостью терморегуляции, управления водным режимом листа и адаптации растений к условиям окружающей среды, таким как влажность воздуха и количества солнечного света.

Разнообразие листьев определяется главным образом двумя факторами: сложностью листа и особенностями его края. Простой лист состоит из одной плоской пластинки, а сложный — из нескольких простых. В свою очередь, край листа может быть цельным, зубчатым или лопастным с разной глубиной зубцов.

Чтобы определить, от чего зависит характер развития листьев, биологи из Мэрилендского университета (США) и Шэньчжэньского института синтетической биологии (Китай) изучили их формирование на примере лесной земляники (Fragaria vesca). Исследователи определили два ключевых регуляторных пути, участвующих в развитии разной структуры листьев у трех мутантов земляники. Результаты своей работы ученые описали в статье, опубликованной в журнале Current Biology.

Обычно у земляники образуются сложные листья, состоящие из трех отдельных листочков, причем край каждого из них имеет четко выраженные зубцы. Но недавно был обнаружен мутант с одиночными листьями вместо тройных. В новом исследовании международная команда биологов идентифицировала мутант с тройными листьями, но более глубокими зубцами.

Краткое графическое представление результатов исследования

Подробно изучив геном этих трех вариантов земляники, ученые обнаружили два независимых пути, при помощи которых генетические факторы SL1 и SALAD определяют сложность и зубчатость листьев соответственно. Чем больше в зачатке листа синтезируется фактора SL1, тем более сложным он получится: тройным, пятерным и так далее. И наоборот, чем меньше в клетках на краю листа образуется фактора SALAD, тем более глубокие зубцы получаются. Удивительно, но эти два пути регуляции формы листьев в конце сходятся и влияют на работу одного и того же гена CUC2, который во многом отвечает за рост и деление растительных клеток.

Причем выводы биологов не ограничиваются земляникой и могут применяться ко многим другим растениям. Эксперименты с резуховидкой таля (Arabidopsis thaliana) — стандартным модельным растением — показал аналогичную регуляцию особенностей листа. По мнению исследователей, эта связь может быть использована, чтобы помочь растениям адаптироваться или переносить более широкий спектр условий в разных климатических зонах.

Резуховидка таля или просто арабидопсис

«Если мы сможем настроить эту регуляцию, мы сможем, например, заставить растение производить больше биомассы, что потенциально будет способствовать увеличению производства фруктов. Мы также можем вывезти эту землянику куда-нибудь за пределы ее естественной среды обитания и расширить ее адаптивность, изменив морфологию листьев. Например, больше зубцов означает, что они будут иметь более высокую устойчивость к холоду. А более широкие и гладкие листья будут лучше адаптированы к более теплому климату», — объяснили авторы нового исследования.

Статья спизжена отсюда