Лягушки яйца. Самоорганизация цитоплазмы яйца лягушки: новые открытия о структурировании клеток без мембран

Как цитоплазма яйца лягушки может самостоятельно формировать клеткоподобные структуры. Какую роль играют микротрубочки в этом процессе. Почему это открытие важно для понимания ранних этапов эмбрионального развития и возникновения жизни. Какие перспективы открывает это исследование для синтетической биологии.

Ключевые результаты исследования

Ученые из Стэнфордского университета провели серию экспериментов с экстрактами яиц шпорцевой лягушки Xenopus laevis и обнаружили удивительную способность цитоплазмы к самоорганизации:

  • Цитоплазма яйца самопроизвольно разделяется на компартменты размером 300-400 мкм, напоминающие клетки, но не окруженные мембранами.
  • Процесс занимает около 30 минут и не требует наличия ДНК, ядер или центросом.
  • Ключевую роль в формировании компартментов играют микротрубочки из тубулина.
  • При добавлении ядер и центросом из сперматозоидов компартменты способны даже «делиться» подобно настоящим клеткам эмбриона.

Механизм самоорганизации цитоплазмы

Как происходит формирование клеткоподобных структур в экстракте яйца?

  • Тубулин полимеризуется в микротрубочки, образующие упорядоченный каркас.
  • К микротрубочкам прикрепляются органеллы и другие компоненты цитоплазмы.
  • Между областями с высокой концентрацией микротрубочек формируются «границы» компартментов.
  • Для процесса необходимы АТФ и способность тубулина к полимеризации.

Значение открытия для биологии развития

Почему способность цитоплазмы к самоорганизации важна для понимания эмбрионального развития?

  • Показывает наличие в цитоплазме яйца важной негенетической информации о структуре клеток эмбриона.
  • Объясняет, как происходит начальное структурирование зиготы до активации собственного генома.
  • Демонстрирует механизмы, лежащие в основе процесса дробления зиготы на бластомеры.

Перспективы для синтетической биологии

Какие возможности открывает это исследование для создания искусственных клеток и тканей?

  • Позволяет воспроизводить базовые процессы организации клеток in vitro.
  • Показывает принципы формирования многоклеточных структур без генетического контроля.
  • Может помочь в разработке искусственных клеток на основе безмембранных компартментов.

Значение для теорий происхождения жизни

Как данное открытие влияет на представления о возникновении первых протоклеток?

  • Демонстрирует возможность самоорганизации сложных клеткоподобных структур без мембран.
  • Показывает роль белковых полимеров (микротрубочек) в структурировании протоклеток.
  • Предполагает возможность существования промежуточных форм между бесструктурными коацерватами и настоящими клетками.

Ограничения исследования

Какие аспекты требуют дальнейшего изучения?

  • Пока неясно, насколько эти выводы применимы к другим типам клеток помимо яиц лягушки.
  • Необходимо исследовать молекулярные механизмы, управляющие самоорганизацией цитоплазмы.
  • Требуется изучить роль других компонентов цитоскелета (актина, промежуточных филаментов) в этом процессе.

Методы исследования

Какие экспериментальные подходы использовали ученые?

  • Получение экстрактов яиц Xenopus laevis путем центрифугирования.
  • Добавление в экстракты ядер и центросом из сперматозоидов.
  • Микроскопическое наблюдение за формированием компартментов.
  • Использование ингибиторов полимеризации тубулина и актина.
  • Изучение поведения различных органелл и белковых комплексов в компартментах.

Сравнение с другими моделями самоорганизации клеток

Чем отличается данная система от других известных примеров клеточной самоорганизации?

  • В отличие от самосборки губок, здесь нет целых клеток — только компоненты цитоплазмы.
  • Процесс не требует наличия мембран, в отличие от формирования липидных везикул.
  • Самоорганизация происходит быстрее, чем в большинстве моделей формирования протоклеток.
  • Система способна к «делению» без участия генетического материала.

Эволюционное значение открытия

Какую роль могла играть способность к самоорганизации цитоплазмы в эволюции многоклеточных организмов?

  • Могла обеспечивать базовое структурирование первых многоклеточных агрегатов.
  • Позволяла формировать сложные эмбриональные структуры до развития сложных систем морфогенеза.
  • Возможно, лежала в основе перехода от колониальных форм к настоящей многоклеточности.
  • Могла способствовать эволюции крупных яйцеклеток у некоторых групп животных.

Перспективы дальнейших исследований

Какие направления исследований открывает данное открытие?

  • Изучение молекулярных механизмов, управляющих самоорганизацией цитоплазмы в других типах клеток.
  • Исследование роли самоорганизации цитоплазмы в нормальном развитии эмбрионов позвоночных.
  • Разработка искусственных клеток и тканей на основе самоорганизующихся компартментов.
  • Моделирование ранних этапов эволюции клеток с использованием данной системы.

Это исследование открывает новые горизонты в понимании фундаментальных принципов организации живой материи и может иметь важные практические применения в биотехнологии и медицине. Дальнейшее изучение механизмов самоорганизации цитоплазмы поможет глубже понять процессы эмбрионального развития и эволюции многоклеточных организмов.

Цитоплазма яйца лягушки самопроизвольно подразделяется на отсеки, напоминающие клетки

Эксперименты с экстрактами яиц шпорцевой лягушки Xenopus laevis показали, что цитоплазма яйца способна самопроизвольно подразделяться на многочисленные отсеки, напоминающие клетки, хотя и не окруженные клеточными мембранами. Такая самоорганизация, основанная на формировании упорядоченных комплексов тубулиновых микротрубочек, происходит даже в отсутствие ДНК, клеточных ядер и центросом. Если же в экстракт добавить ядра и центросомы сперматозоидов, то отсеки начинают еще и делиться — почти как настоящие клетки раннего эмбриона. Исследование показало, что цитоплазма яйца содержит важную негенетическую информацию о структуре и поведении эмбриональных клеток.

«Фарш невозможно провернуть назад, и мясо из котлет не восстановишь» — гласит народная мудрость. Вопреки ожиданиям, основанным на повседневном опыте и здравом смысле, некоторые живые системы всё-таки умеют «проворачиваться назад» и восстанавливаться из фарша. Например, губки и некоторые книдарии успешно самособираются из отдельных клеток после того, как животное протёрли через тонкое сито (см.: А. Кириллова, Ю. Краус, А. Марков. Удивительная способность к регенерации книдарий: 100 лет исследований).

Но в этом случае всё-таки сохраняется целостность клеток. Клетки выделяют сигнальные вещества и реагируют на химические и механические сигналы, приходящие от других клеток, что и обеспечивает самоорганизацию клеточной массы в нечто более или менее упорядоченное.

Способна ли хоть частично восстановить свою структуру «провернутая в фарш» клетка? Биологи из Стэнфордского университета Сяньжуй Чэн (Xianrui Cheng) и Джеймс Феррелл (James E. Ferrell) показали в опытах на экстрактах яиц шпорцевой лягушки Xenopus laevis (рис. 1), что и это тоже возможно.

Экстракты получают из целых яиц путем центрифугирования с последующим отделением фракции «чистой» цитоплазмы от всего остального — в первую очередь от желтка, липидов и хроматина. Такие экстракты используются в разнообразных исследованиях в области биохимии и цитологии. Ранее уже было замечено, что если в такой экстракт добавить центросомы, то в исходно бесструктурной цитоплазме начинаются процессы самоорганизации, связанные с образованием вокруг центросом «звездочек» (asters, рис. 2) из микротрубочек (P. A. Nguyen et al., 2014. Spatial organization of cytokinesis signaling reconstituted in a cell-free system).

Чэн и Феррелл детально исследовали этот процесс. Оказалось, что гомогенизированная цитоплазма с добавлением ядер и центросом, выделенных из сперматозоидов (это одна из стандартных манипуляций с такими экстрактами, используемая при различных исследованиях), довольно быстро — примерно за 30 минут — подразделяется на аккуратные отсеки (компартменты) диаметром 300–400 мкм. Внешне отсеки напоминают клетки (рис. 3). Ядра при этом мигрируют и в итоге оказываются в центре компартментов (иногда по одному, иногда по несколько сразу), но начальное расположение ядер не влияет на то, где именно сформируются границы отсеков. Самоорганизация не связана с экспрессией генов и синтезом белка, потому что в экстракты добавлялся циклогексимид — вещество, блокирующее синтез белка.

Расположение ядер, митохондрий, эндоплазматического ретикулума и тубулиновых микротрубочек в компартментах примерно такое же, как в интерфазных (то есть не делящихся в данный момент) клетках лягушачьего эмбриона. Однако, в отличие от настоящих клеток, компартменты не окружены липидными мембранами. Их обособленность определяется организацией микротрубочек, к которым прикрепляются органеллы. Границы между компартментами — это области, в которых практически нет ни микротрубочек, ни органелл. На самом деле компартменты больше похожи не на клетки, а на структурные элементы синцития (так называемые «энергиды»), вроде тех, из которых состоит бластодерма на ранних стадиях развития дрозофилы.

Логично предположить, что самоорганизация происходит благодаря добавленным в экстракт ядрам и центросомам сперматозоидов. Но, как ни странно, это не подтвердилось. Экстракты, в которые не добавлялись компоненты спермы, подразделились на примерно такие же компартменты. Правда, у них на это ушло чуть больше времени. Эксперименты с разным количеством добавляемых ядер сперматозоидов (и связанных с ними центросом) показали, что те компартменты, в центре которых оказалось ядро, оформляются быстрее и в итоге получаются более крупными (рис. 4). Слишком большое количество ядер может нарушить процесс самоорганизации, так что четких компартментов в итоге не получается (рис. 4, слева).

Как показали дальнейшие эксперименты, обязательным условием формирования компартментов является способность тубулина полимеризоваться в микротрубочки. При добавлении ингибитора полимеризации тубулина (нокодазола) компартменты перестают формироваться. Такой же эффект дает добавление фермента апиразы, гидролизующего АТФ. Это значит, что АТФ тоже необходима для самоорганизации.

В стандартный экстракт яиц Xenopus, с которым работали ученые, добавляется ингибитор полимеризации актина (цитохалазин B). Следовательно, актиновые филаменты не нужны для формирования компартментов. Когда авторы попробовали не добавлять это вещество, в компартментах стали образовываться актиновые филаменты. Они концентрировались на периферии компартментов и начинали сокращаться. В результате компартменты немного сжимались, а просветы между ними расширялись (здесь можно вспомнить о роли сократимых актомиозиновых структур в морфогенезе, см.: Колонии нового вида воротничковых жгутиконосцев в темноте выворачиваются наизнанку, «Элементы», 22.10.2019).

Первоочередная задача, стоящая перед оплодотворенным яйцом лягушки — дробление, то есть серия клеточных делений, в промежутках между которыми клетки не растут, так что в итоге получается эмбрион из примерно 4000 клеток, по объему не превышающий исходную яйцеклетку (cleavage, см. рис. 1). Способны ли компартменты, образующиеся в экстракте яиц, к делению? Как ни удивительно, оказалось, что способны. Для этого в экстракт нужно добавить центросомы и ядра сперматозоидов и не добавлять упоминавшийся выше циклогексимид — ингибитор белкового синтеза. В этом случае компартменты, едва сформировавшись, приступают к делению, похожему на нормальный митоз — с образованием митотического веретена (для этого как раз и нужны центросомы) и даже с аккуратным расхождением дочерних ядер по дочерним компартментам (рис. 5).

Полученные результаты важны для синтетической биологии, поскольку открывают новые горизонты перед учеными, работающими над созданием искусственных клеток. Кроме того, работа наглядно показала, что компоненты цитоплазмы яйца содержат важную негенетическую информацию о структуре и поведении клеток развивающегося эмбриона. Пока неясно, в какой мере эти выводы приложимы к каким-то другим клеткам помимо лягушачьих яиц.

Источник: Xianrui Cheng and James E. Ferrell Jr. Spontaneous emergence of cell-like organization in Xenopus egg extracts // Science. 2019. V. 366. P. 631–637. DOI: 10.1126/science.aav7793.

См. также:
Нужны ли эмбрионам гены?, «Элементы», 08.05.2007.

Александр Марков

64

Показать комментарии (64)

Свернуть комментарии (64)


  • olegov
     05. 11.2019  09:55

    Ответить

    Похоже что клетке не так и нужна мембрана на определенном этапе? Возможно мы наблюдаем в этом процессе реликт времени абиогенеза где первые протоклетки еще не обзавелись мембраной?

    Ответить

    • trvit
      olegov 05.11.2019  15:29

      Ответить

      Там уже всё почти наверняка многократно перелицовано (наши (современных организмов) белки вряд-ли сильно близки к белкам протоклеток, все-таки порядка 3,5-4 млрд. лет прошло; будь иначе регулирующие этот процесс белки присутствовали и были бы очень похожи у всех доменов (как минимум у эукариот, и архей или бактерий, от кого то же должны были эукариоты его унаследовать)). Сходство, соответственно, скорее всего чисто внешнее (если вообще есть), а не реликтовое.

      Ответить

  • avkor2000
    olegov 05. 11.2019  17:38

    Ответить

    Первые клетки были, скорее всего, прокариотные, так что на реликт времен абиогенеза это не похоже

    Ответить

  • VladNSK
     05.11.2019  12:29

    Ответить

    Существует целый ряд попыток оценить шансы на возникновение жизни. Правильно ли я понимаю, что такого рода открытия заставляют биологов оценивать эти шансы как более высокие (по сравнению с тем, что было до открытия)

    Ответить

    • PavelS
      VladNSK 05.11.2019  14:47

      Ответить

      Может я чего-то не догоняю, но к вопросу возникновения жизни это не имеет прямого отношения. Тут более техническая сторона — в каком возрасте у эмбриона начинают доминировать его собственные гены, а до которого гены яйцеклетки. Вопрос вероятно важный, но таки он довольно узкий технический, скорее интересный при создании трансгенных организмов и организмов с синтетическим геномом (у которых гены подсаживаются в готовую яйцеклетку, т.к. саму яйцеклетку никто не синтезирует, а берут что есть).

      Ответить

  • VolkaDlak
    VladNSK 05.11.2019  15:43

    Ответить

    Не согласен с Павлом. Одна из проблем возникновения жизни как раз заключается в единовременном возникновении довольно сложной химии и мембраны отделяющей эту химию от внешней среды.

    Сложно судить по этой статье, но в целом наверное можно представить себе систему где первые белки подобным образом собирались себе в некоторые сгустки создавая в них условия подобные клеткам но ещё без мембраны. Так же вполне себе можно представить что нарабатывая вещество такой сгусток мог делиться, скажем в силу механических воздействий.

    То есть в каком-то смысле эта работа действительно немного повышает шансы на возникновение жизни пока не будет доказано что протожизнь не могла существовать в виде компартментов.

    Ответить

    • PavelS
      VolkaDlak 05.11.2019  17:13

      Ответить

      Единовременного возникновения не было. И очень вероятно что первая жизнь не имела мембран, жила в глине или естественных порах не полностью отделённых от внешней среды.
      Про «шансы» возникновения жизни мне не понятно. Жизнь возникла, это известно как факт, шанс 100%.

      Ответить

      • VolkaDlak
        PavelS 05.11.2019  17:18

        Ответить

        Да, есть и такая теория, не спорю.
        Я просто имел в виду что добавление ещё одного сценария развития действительно в некотором роде повышает шансы на возникновения жизни. Хотя конечно когда будет (если будет) установлена истина все прочие варианты отметутся со всеми своими шансами.
        Кстати упомянутая вами теория не отвергает «безмембранных протоклеток»

        Ответить

        • Rattus
          VolkaDlak 11.11.2019  12:41

          Ответить

          Это не «теория» — это факт!
          Мембрана бактерий и архей имеют настолько различную химическую основу, что их лабораторные гибриды выглядят весьма бледно. То же самое по мембранным белкам — общих гомологов там крайне немного: https://users.livejournal.com/-hellmaus-/120714.html
          Пусть даже до их расхождения у LUCA и была своя настоящая мембрана, вышеуказанный факт сам по себе свидетельствует, что этот компонент вполне взаимозаменямый, а значит никак не базовый в процессе абиогенеза.

          Ответить

          • VolkaDlak
            Rattus 11.11.2019  12:49

            Ответить

            Боюсь, это всё же не факт. Фактом он станет (и то вполне оспариваемым) когда удастся в лабораторных условиях из химического бульона в пузырьке глины запустить примитивный метаболизм со всеми его составляющими.

            А пока те же компоненты вполне себе являются альтернативой. А если хотите что ни будь по проработанней, то тоже что в глине, но в самоорганизующихся «пузырьках» например липидных.

            Ответить

            • Rattus
              VolkaDlak 11.11.2019  13:21

              Ответить

              То, что мембрана архей и бактерий состоит из РАЗНЫХ веществ — химический факт. И этот факт однозначно свидетельствует, что возникновение мембраны — далеко не единократный и не ключевой этап в абиогенезе.
              Это вообще если не десятый, то точно не первый и не второй вопрос в проблеме абиогенеза!

              Ответить

              • VolkaDlak
                Rattus 11.11.2019  14:42

                Ответить

                Да вы не горячитесь :). То что археи и бактерии разными мембранами окружены ещё не значит что они однозначно в пористой глине или каменюки зародились. Ведь я на это отвечал?
                Ещё раз говорю те же компартменты вполне не противоречат разным мембранам.
                И да, видимо они действительно зародились независимо, разве-ж я с этим спорил?
                Если же вы на моё первое сообщение так остро реагируете, где говорится про «единовременное зарождение мембраны и сложной химии», то туда и надо было тыкать на ответ. Но там я писал так, в целом, без претензий на истину, и говоря «единовременно» я не имел в виду прям вот одновременно, а всего лишь то что протожизнь очень быстро окружила себя менмбраной. Вот, опять таки, вы LUCA упомянули и про мембрану вспомнили…

                Ответить

            • Роман Пехов
              Rattus 11.11.2019  15:12

              Ответить

              По вашей ссылке Михаил Никитин пишет, что у LUCA мембрана была, хотя и примитивная. Других событий появления мембраны нам не известно. То есть её возникновение таки единократное.

              Пример вашей логики: копыто лошади весьма отличается от крыла летучей мыши. Вывод — кисть появилась поздно, первые млекопитающие имели конечности без кистей вовсе.

              Ответить

              • Rattus
                Роман Пехов 11.11.2019  15:30

                Ответить

                По вашей ссылке Михаил Никитин пишет, что у LUCA мембрана была, хотя и примитивная. Других событий появления мембраны нам не известно.

                Это кагбе и я отмечаю выше. Разве что потом опустил «не обязано быть» перед «единократным». И пусть даже и так — как это влияет на суть вопроса?

                Пример вашей логики: копыто лошади весьма отличается от крыла летучей мыши. Вывод — кисть появилась поздно, первые млекопитающие имели конечности без кистей вовсе.

                Наличие кисти является специфическим для млекопитающих или синапсид признаком? Кисть играет ключевую роль в их происхождении? Что известно про маммализацию ящериц и тритонов?

                Ответить

              • Роман Пехов
                Rattus 11. 11.2019  16:44

                Ответить

                Для полноты аналогии давайте вообразим, что прочие позвоночные, кроме млекопитающих, вымерли без следа.   И вот вы отстаиваете тезис, что кисть появилась либо после появления млеков, либо незадолго до.

                А вопросы, которыми вы возражаете, точно так же можно задать в отношении мембраны у луки, то есть у всей современной биоты.

                Являлась ли примитивная мембрана признаком, отличавшим луку от всей прочей жизни, существовавшей тогда?   Или же мембрана была уже у первой клетки, вышедшей из глины/возникшей вне глины?

                Ответить

  • Роман Пехов
    PavelS 05.11.2019  18:34

    Ответить

    Когда говорят о вероятности возникновения жизни, речь идёт не о том факте, который произошёл на сто процентов, а о попытке оценить, сколько ещё таких событий случилось в галактике или в обозримой Вселенной.

    Если и правда простейшие клетки могли существовать без всяких стенок, тогда и пористая глина не нужна.   Зарождение жизни может происходить, грубо говоря, вообще в любом тёплом мокром месте.   Это повышает шансы, неправда ли.

    В итоге мы стали слегка менее одиноки, чем были до этого исследования.

    Ответить

  • Rattus
    Роман Пехов 11.11.2019  13:15

    Ответить

    Если и правда простейшие клетки могли существовать без всяких стенок, тогда и пористая глина не нужна.

    Простейшие — не могли, прочитайте уже наконец хотя бы вводные разделы глав книги Евгения Кунина «Логика Случая» — на сколько отличаются про- и эукариоты:
    http://uhimik.ru/evgenij-kunin/index11.html

    Зарождение жизни может происходить, грубо говоря, вообще в любом тёплом мокром месте.

    А вот это из данного факта вообще никаким образом не следует — опять таки читайте Евгения Кунина. Происхождение мембран — вообще дело десятое для жизни!
    Главный вопрос — происхождение минимально-надёжной системы воспроизводства массива_наследственной_информации. Т.е. в случае известной нам жизни — системы трансляции РНК-белок.
    И вот для этого, весьма подробно изученного процесса на сегодняшний день далеко не показаны все этапы пути его естественного возникновения и тем более не показана их высоковероятность в планетарном масштабе.

    Ответить

  • olegov
    PavelS 08.11.2019  09:45

    Ответить

    Почему в глине? То что я читал вероятнее всего сначала это аппатит, а затем сульфидные минералы.

    Ответить

  • OSAO
    VolkaDlak 06.11.2019  10:09

    Ответить

    То есть в каком-то смысле эта работа действительно немного повышает шансы на возникновение жизни пока не будет доказано что протожизнь не могла существовать в виде компартментов.
    @
    Ничего личного, просто интересно, наверное, я сильно отстал…Вот почему эта фраза из 25 слов обошлась без единой запятой?

    Ответить

  • OSAO
    VolkaDlak 06.11.2019  15:01

    Ответить

    …если в такой экстракт добавить центросомы, то в исходно бесструктурной цитоплазме начинаются процессы самоорганизации…
    @
    Это несколько напоминает процесс роста кристалла. Если в исходно бесструктурный раствор добавить затравку, то… То есть, для начала процесса кристаллизации никакие мембраны не нужны.
    В статье рассматривается одно из ВНЕШНИХ условий начала самоорганизации ВНУТРИ бесструктурной цитоплазмы — добавление центросомы. Значит, без внешней причины, без вброса центросомы, исходно бесструктурная цитоплазма таковой и останется.
    Отсюда получается, что, раз уж де-факто жизнь на земле существует, когда-то, в реликтовые времена, в первичный бесструктурный белковый сгусток откуда-то снаружи притек другой, затравочный, белковый сгусток — протоцентросома. Возникла первая белковая система, внутри которой и запустился процесс самоорганизации. А уже потом, с возникновением мембран, система стала усложняться во все стороны.

    Ответить

    • TotalKek
      OSAO 06.11.2019  15:26

      Ответить

      Да, также это напоминает ржавчину, где сама ржавчина является катализатором окисления железа. Может всё же начнём считать ржавчину первой жизнью на Земле, потому как железные металлические прожилки хондритов это первая и самая простая химическая энергия, доступная для пожирания.

      Ответить

  • VolkaDlak
    OSAO 06.11.2019  16:11

    Ответить

    Центросомы это всего лишь белковый комплекс. Да сложного строения, но в контексте зарождения жизни, это не то ради чего надо выдумывать «создателя». Как верно вами подмечено, это чем-то похоже на рост кристаллов, легко представить (раз уж мы тут вольно фантазируем) как изначально, вместо сложной современной центросомы, был более простой нитеподобный/клисталлоподобный белок.

    А в целом вы слишком глубоко копаете, никто ещё не утверждал никаких новых теорий зарождения жизни, просто человек спросил возможен ли такой сценарий, и я не вижу пока почему бы и нет.

    P.S. Посыпаю голову пеплом, вы правы ни одной запятой. Со мной это часто случается когда времени мало, печатаешь быстро, а потом не перечитываешь, а просто жмёшь кнопку отправить.

    Ответить

    • OSAO
      VolkaDlak 07.11.2019  11:58

      Ответить

      Глубоко копаю? Нет, скорее, смотрю вширь…
      В сети есть лекция академика А.Коновалова https://www.youtube.com/watch?v=IQ7cTwwEeJU , ещё от 2010 года, о краун-эфирах и этапах перехода неживой материи в живую. Конечный вывод — усложнение материи путем самосборки есть фундаментальное свойство нашей вселенной, поэтому возникновение жизни в ней — неизбежно.
      В статье говорится, что если в обработанная миксером цитоплазму добавить нечто(специально не называю, что), то внутри плазмы самоорганизуются тубулиновые микротрубочки, разделяющие объем сгустка на отсеки. Однако, весь пыл статьи связан с тем, что возникновение и деление отсеков происходит на негенетической основе и в отсутствие мембран. Типа, вот чудо!
      Чудо, не чудо — но самосборка трубочек внутри биоплазмы происходит на старой доброй химической основе. Так же, как самособираются ячейки Бенара, краун-эфиры и пр., и пр.
      Студенты-химики обычно стонут на лекциях по физхимии, не говоря уже о химфизике. Вот не пора ли отпочковывать от генетики химгенетику? А что, эпигенетика вполне себе отпочковалась…

      Ответить

      • VolkaDlak
        OSAO 07.11.2019  12:36

        Ответить

        Я согласен с вами, в химической самоорганизации нет ничего необычного и чудесного.
        Просто предыдущий ваш комментарий написан в таком стиле, что у меня сложилось впечатление что вы как бы говорите, что мол центросомы так сложны что не могли быть в первичном бульоне, и значит их туда кто-то закинул. Я вас неправильно понял, сейчас перечитал ваш комментарий всё у вас правильно написано — был сложный химический раствор в который так или иначе (или прямо в нём появилось) нечто типа протоцентросом что и привело к клеткоподобной самоорганизации. Хороший сценарий 🙂

        Ответить

      • Rattus
        OSAO 11.11.2019  13:47

        Ответить

        не пора ли отпочковывать от генетики химгенетику?

        Не пора, если пользоваться нормальным определением биологической информации (см. выше).

        А что, эпигенетика вполне себе отпочковалась…

        1. Никуда она особо не отпочковалась — разве что методологически.
        2. Эпигенетическая информация — набор вполне себе дискретных меток клеточного генома и связанных с ним белков (в случае эукариот).

        Ответить

        • OSAO
          Rattus 11.11.2019  15:41

          Ответить

          Поскольку я не биолог, то спрошу у специалиста: мы можем сказать, что «чистая» генетика — это наука, изучающая прямые наследственные сигналы, посылаемые геномом, а эпигенетика(над-генетика) изучает обратные связи, получаемые геномом из разнообразных сред организма? То есть, обратные связи между фенотипом и генотипом? Если можем, пусть и с массой оговорок, то да — эпигенетика вполне себе отпочковалась.

          Ответить

          • Rattus
            OSAO 12.11.2019  14:20

            Ответить

            В некотором смысле да. Но это отпочкование только по методу, а объект в целом по сути тот же.
            Например ультрамикроскописты называют бактериальную хромосому «нуклеоидом» и для них она — электронно-плотный неровный клубок в центре клетки, а не кольцевая цепочка с последовательностью в миллионы нуклеотидов.
            Такое разделение целостной картине не очень помогает (а терминологическое расхождение и вовсе препятствует) и по сути просто вынужденное — потому что нельзя одному заниматься всем и сразу.

            Ответить

  • glagol
     05.11.2019  20:17

    Ответить

    Очень интересно!
    Немножко похожая работа (и даже результаты немного похожи) — https://www.biorxiv.org/content/10.1101/506436v1.full

    Ответить

  • antiximik
     06.11.2019  18:36

    Ответить

    Да, интересно!
    И в то же время просто до элегантности. .. 🙂
    Бластула же формируется не в вакууме. И совершенно логично, что процессы «первичной разметки» и собственно умножение числа ядер протекают одновременно и синхронно. Причём заготовок компартментов заведомо больше, чем нужно: чтобы все ядра получили по своему уголку. Ненужные компартменты скукоживаются (Рис.4) и впоследствии утилизируются (а чего добру пропадать!..).

    В этой связи лично мне оченно интересно, как прорастает нервная ткань или даже отдельные нейроны (!)… Вот где клондайк для регенеративной медицины!!

    Ответить

  • vibbtwo
     18.11.2019  14:29

    Ответить

    Как по методике, так и по результатам эти опыты почти не отличаются от лженаучных экспериментов О.Б.Лепешинской 70-летней давности. Она тоже наблюдала «самопроизвольное образование живых клеток» из центрифугированной протоплазмы клеток гидры и дальнейшие процессы их «деления». Странно, что уважаемые научные журналы опять публикуют это средневековое мракобесие марксистских биологов, давно отвергнутое современной наукой!

    Ответить

  • Написать комментарий

    Найдена лягушка, способная откладывать яйца и в воде, и на суше

    Панамская лягушка оказалась переходным звеном в эволюции земноводных. Крестовидная древесница может откладывать яйца и в воде, и на суше. Такой же шаг когда-то сделали предки рептилий, птиц и зверей.

    Путь на сушу дался нашим предкам нелегко: несколько миллионов лет ушло у двоякодышащих рыб, чтобы обрести способность выходить на сушу. Потом амфибии довершили начатое, отказавшись от воды как обязательной временной среды обитания. Ключевым моментом в этом вопросе, до сих пор вызывающим споры учёных, оставались переходные формы – в данном случае те земноводные, что способны откладывать яйца и в воде, и на суше.

    Обнаруженная в Панаме крестовидная древесная лягушка (Dendropsophus ebraccatus) – первое позвоночное, обладающее такой «гибкостью» в выборе дома для будущего потомства. Джастин Тушон и Карен Варкентин из Университета Бостона доказали, что она не просто может откладывать икру на листьях, чтобы вылупившиеся головастики падали в воду, но делает это сознательно – насколько это возможно при лягушачьем уровне развития высшей нервной деятельности.

    Квакши (Hylidae)

    одно из самых крупных семейств бесхвостых земноводных, объединяющее около 580 видов, сгруппированных в 34 рода. Эти лягушки распространены в Европе, Азии, Северной Африке, Австралии, Южной и Северной Америке. Для всех квакш характерно…

    Как признался в интервью Livescience Тушон, эту работу нельзя было назвать приятной – «грязь, сырость, а подчас и вонь, сочетающаяся с многочисленными москитами и прочими кровососущими».

    Может быть, по этой причине биологи в своей работе ограничились тремя естественными водоемами. Два из которых находились в тени деревьев, а вот третий от палящего субтропического солнца ничего не защищало. Именно в нем подавляющее большинство яиц лягушки сразу откладывали в воду, что позволяло сэкономить на запасах воды в яйце и значительно снизить смертность потомства от перегрева. Одну пару лягушек учёные даже застали за важным занятием продолжения рода непосредственно в воде.

    Чтобы проверить появившуюся гипотезу, биологи вооружились лопатами и создали несколько искусственных водоемов в лесу и на открытой местности. Учёные надеялись проверить, зависит ли предпочтение в выборе места откладки яиц лишь от факторов внешней среды; ведь оно могло определяться и генетически, просто «в воду» и «на суше яйцекладущие» лягушки были неразличимы.

    Но подопытные не подвели ожидания Тушона и Варкентин. Одни и те же квакши откладывали яйца в воду «солнечных прудов» и на листья на поверхности «затененных».

    Более того, даже когда лягушки подвергали своих потомков риску погибнуть от водных хищников ещё до вылупления, они делали много маленьких кладок, в отличие от редких больших масс яиц, откладываемых на листьях вокруг затененных прудов. А те редкие особи, которые решались оставить будущих потомков под лучами солнца, делали это гораздо ближе к водоемам, нежели их родственники, предпочитающие тень. Впрочем, учёные не смогли установить, что именно движет амфибиями – освещенность, влажность или температура, а может быть, и все три фактора вместе.

    close

    100%

    Хотя Dendropsophus ebraccatus не является частью той ветви эволюции, что дала рептилий, а затем и птиц, и млекопитающих, подобный переход должен был произойти и среди других амфибий, от которых произошли пресмыкающиеся.

    Кстати, яйца крестовидной древесной лягушки удовлетворяют и другому свойству переходной формы – универсальности. Они, быть может, не настолько приспособлены к наземному или водному расположению – на земле сильней высыхают, а в воде получают меньше кислорода, чем яйца их собратьев, развивающихся исключительно на земле или в воде. Зато до появления головастиков они могут дожить и в той, и в другой среде.

    Кистепрые рыбы

    (Crossopterygii) – надотряд, древняя и почти полностью вымершая группа рыб. Особенностью кистепрых являются плавники, в основании которых расположена мышечная лопасть. В настоящее время единственный представитель…

    Обычно такие переходные формы не очень хорошо приспособлены и выживают только следующие за ними, и предыдущие, специализированные для обитания в конкретных условиях. Самое известное исключение – латимерия, сохранившаяся в отдельных водоемах из-за отсутствия конкурентов. Теперь к латимерии добавилась и крестовидная древесница.

    Воодушевленные результатом экологи сейчас планируют новые эксперименты, которые могли бы пролить свет на роль отдельных факторов окружающей среды в выборе «заботливых родителей». Кроме того, создан прецедент, и теперь их коллеги присоединятся к поиску новых видов, способных на такой «подвиг». Если учесть, что и для этого, вроде бы хорошо изученного вида, такой феномен был неизвестен, стоит ждать новых открытий.

    В поисках лягушачьих яиц — исследование массы яиц земноводных в Северо-Западном Пути

    Ясным весенним днем ​​в Северо-Западном Пути Эми Ньютон стоит по пояс в холодном пруду. Водонепроницаемый блокнот и GPS в руке, она всматривается в мутную воду.

    «Ребята! Нам нужна твоя помощь здесь — я думаю, это тихоокеанская древесная лягушка!» она звонит.

    С походкой людей, которые не хотят ничего раздавить, Джон Миллер и Ким Брайант пробираются вброд и осматривают.

    «Да, я так думаю», — произносит Миллер.

    «Так здорово», — добавляет Брайант, нежно ощупывая неряшливую желеобразную массу в воде.

    В Северо-Западном походе настал учебный день по сбору яиц амфибий, и Миллер, Ньютон и Брайант — выпускники колледжей и студенты — трое из 26 добровольцев, записавшихся в этом году, чтобы научиться обнаруживать яйца земноводных.

    Добровольцы охотятся за яйцеклетками в зоне защиты Северо-Западного Пути.

    Подсчет для защиты

    Почему? Что ж, помимо удовольствия пробираться по заболоченным местам, они собирают важные данные о местных лягушках, жабах, тритонах и саламандрах, которые помогают агентствам лучше защищать и сохранять их для будущего.

    «Я уже занимался восстановлением водно-болотных угодий, и здесь так красиво», — объясняет Брайант, студент, изучающий морскую экологию.

    Миллер, тем временем, собирал данные о массе яиц ранее в Восточном Вашингтоне, и, как недавний выпускник экологии дикой природы, он очень хочет узнать о местных видах.

    Когда он указывает на прыгающую тихоокеанскую древесную лягушку, все восхищаются крошечной амфибией.

    «Не так много людей занимаются этим активно, поэтому полезно помочь», — добавляет Брайант.

    Наблюдение за яйцеклетками амфибий и обучение этому других — это то, чем Northwest Trek занимается с 2011 года. Большая часть действий происходит за пределами общественной зоны парка дикой природы, в зоне смягчения последствий, которую сотрудники проводили последние шесть лет. восстановление до исходного состояния заболоченных земель.

    «Земноводные являются видами-индикаторами — их присутствие или отсутствие может свидетельствовать о здоровье данной области». — Рэйчел Мюллер

    «Земноводные — это виды-индикаторы — их присутствие или отсутствие может свидетельствовать о состоянии здоровья этой области», — говорит Рэйчел Мюллер, координатор программы Trek по сохранению. «Наблюдение за уязвимыми видами может помочь лицам, принимающим решения, принимать обоснованные управленческие решения».

    По словам Мюллера, зона смягчения последствий Trek идеально подходит для такого мониторинга: с момента ее восстановления в парке дикой природы были замечены яйца семи из восьми видов амфибий, размножающихся в стоячей воде.

    Но в целом это весело

    Энтузиазм Мюллера по поводу амфибий заразителен. Прямо сейчас она склонилась над краем другого пруда, подзывая к себе добровольцев и указывая на шаровидную массу.

    Яйца длиннопалой саламандры на Северо-Западном пути.

    «Посмотрите — вы можете сказать, видите, как разбросаны яйца?» — взволнованно говорит она. «Это яичная масса длиннопалой саламандры!»

    Ободрен, Брайант указывает. — Видишь, есть еще один.

    «Круто!» — восклицает Мюллер. — А видишь, как вон там все яйца упакованы? Это масса древесной лягушки. По мере развития они становятся светлее, а длинные пальцы темнеют. Они только начали здесь размножаться.

    Добровольцы для охоты на яйца земноводных бывают разных форм и размеров. Некоторые студенты; другие пенсионеры. Несколько маленьких детей смотрят широко открытыми глазами на скользкие, желеобразные массы, прикрепленные к тростнику и траве прямо под поверхностью того, что выглядит как обычный пруд.

    «А вот и масса северо-западной саламандры», — продолжает Мюллер, показывая прозрачную глобулу размером с грейпфрут с крошечными черными точками внутри. «Я хочу, чтобы вы, ребята, прикоснулись к нему, почувствовали его вес. Это уникально для этой яичной массы. А смотри, вот масса красноногой лягушки — совсем неаккуратная. Вы бы не смогли поднять это, даже если бы попытались, оно просто ускользнуло бы сквозь пальцы».

    «Ого. О боже», — с трепетом говорит один из волонтеров. «Это безумие.»

    Но у самого молодого волонтера есть другое слово для этого.

    «Фууууу!» — восклицает она, очарованная.

    Доброволец записывает данные о массе яиц, включая местоположение, размер и вид по GPS.

    Обучение идентификации яиц

    Все добровольцы проходят обучение в классе, чтобы узнать основные различия в массе яиц, с которыми они столкнутся как в Треке, так и на своих родных водно-болотных угодьях. Цвет обычно не является надежным показателем; вместо этого Мюллер заставляет их искать текстуру, размер, вес, плотность яиц и размещение в воде.
    Их учат, как аккуратно обращаться с яичной массой, что делается только для обучения обследованию и сбора данных под наблюдением экспертов и с соответствующими государственными разрешениями.

    Каждому волонтеру также выдается блокнот с данными, GPS (для записи точного местоположения) и вейдерсы.

    И некоторые из них могут воспользоваться другой весенней возможностью Мюллера для гражданской науки: научиться идентифицировать взрослых лягушек и жаб по их призыву к размножению в рамках FrogWatch USA.

    Наконец, все возвращаются через подлесок, переодеваются в уличную обувь и обмениваются впечатлениями.

    Хотя это может показаться весёлым утренним прогулком, мониторинг массы яиц амфибий может быть вопросом жизни или смерти для некоторых видов. Орегонская пятнистая лягушка находится под угрозой исчезновения в Вашингтоне и находится под угрозой исчезновения по всей территории США. Это единственный вид, который до сих пор не был замечен на Северо-Западном пути.

    «Для выживания этой лягушки жизненно важно найти и защитить места ее размножения», — отмечает Мюллер.

    Но и для волонтеров мониторинг полезен.

    «Это увлекательный опыт, который позволяет волонтерам общаться с природой и ценить ее, — говорит Мюллер, — и вносить свой вклад в местную охрану. У агентств по охране дикой природы больше земли, чем персонала, и волонтеры играют решающую роль в мониторинге».

    Метаморфоза древесной лягушки — округ Кинг

    Перейти к основному содержанию

    1. Дом

    2. Услуги

    3. Окружающая среда

    4. Животные, растения и среда обитания

    5. Биоразнообразие

    6. Определение биоразнообразия

    7. Интересующие виды

    8. Рептилии и амфибии

    9. Метаморфоза древесной лягушки

    Посмотрите эту серию изображений, показывающих всю историю жизни древесной лягушки, от яйца до метаморфоза, головастика и взрослой особи.

    Все фотографии сделаны Джо Вильхельмом, если не указано иное.

    1. Тихоокеанские древесные лягушки откладывают яйца группами по 10-80 яиц, обычно прикрепленными к растительности на мелководье в стоячей воде. Каждая гроздь представляет собой мягкую массу неправильной формы, которая не держит форму вне воды. Одна самка лягушки за сезон размножения откладывает 20-30 яиц. Яйца здесь находятся на ранних стадиях клеточного деления.2. Тихоокеанские древесные лягушки размножаются в основном в январе и феврале; однако яйца находили каждый месяц с декабря по сентябрь в зависимости от высоты и широты. Embroyos здесь развили хвостовую почку.3. Яйца обычно вылупляются через 2-3 недели, но это время зависит от температуры воды. На этом снимке видно одно мертвое яйцо (непрозрачный белый кружок), в то время как другие эмбрионы очень развиты и, вероятно, близки к вылуплению. Личиночная стадия (стадия головастика!) длится 2-3 месяца после вылупления яиц и до превращения в лягушек. Головастики (личинки) питаются взвешенными в воде мелкими организмами, такими как водоросли, диатомовые водоросли и бактерии, а также органическим и неорганическим детритом. У головастиков тихоокеанской древесной лягушки глаза посажены сбоку головы. Если смотреть сверху, глаза выступают за очертания головы. 5. Головастики могут различаться по цвету от темно-коричневого до оливково-зеленого, иногда с пятнистостью и кремово-белой нижней стороной. Превращение в лягушек обычно происходит с июня по август. Также обратите внимание, что у тихоокеанских древесных лягушек есть глазная полоса, которая тянется от морды и заканчивается на плече.
    7. Тихоокеанские древесные лягушки — это лягушки малого и среднего размера – недавно трансформированные лягушки иногда имеют длину менее 10 мм, а взрослые особи могут иметь размер от 25 до 50 мм.8. Цвет спины не используется для идентификации, потому что взрослые особи сильно различаются: их цвет варьируется от коричневого или зеленого до серого, коричневого, красноватого, бронзового или черного.
    фото J. Vanderhoof9. У тихоокеанских древесных лягушек кончики пальцев расширены. Они широко распространены от Британской Колумбии до Нижней Калифорнии в Мексике и от Тихого океана на запад до Монтаны, Айдахо, Невады и Аризоны.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *