Попри беззаперечне панування цього тижня у ЗМІ опису перших успіхів марсоходу Curiosity, науковці продовжують презентувати й інші результати своєї роботи. Так, швейцарські вчені цими днями заявили про фіксацію поблизу Сонячної системи високої концентрації темної матерії – важливої у контексті формування Всесвіту космічної субстанції. Науковці цього тижня обговорюють також специфіку формування клітин мозку та генетичні мутації у дерев.
Результати роботи вчених із Університету Цюриха, що у Швейцарії, свідчать про те, що наша галактика оточена масивним гало темної матерії. Науковці провели моделювання різних варіантів розподілу темної матерії поблизу Сонячної системи і з’ясували, що навіть у найбільш помірному варіанті такого розподілу її концентрацію можна порівняти з кількістю там само звичайної матерії.
Темна матерія – субстанція, яка не пропускає електромагнітного випромінювання і не взаємодіє з ним. Ця властивість робить неможливим її пряме спостереження. Однак присутність темної матерії можна виявити за гравітаційними ефектами, які вона створює. Вважається, що темна матерія відповідає за 23 відсотки всієї маси-енергії у Всесвіті, визначає формування галактик, а також рух об’єктів у нашій галактиці.
Для того, щоб визначити густоту темної матерії в космічних околицях Сонця, вчені з Цюриха використали нові дані щодо динаміки руху 2 тисяч найближчих до світила оранжевих карликів спектрального класу К. Вони також змоделювали Чумацький Шлях – з метою випробувати свій метод вимірювання маси темної матерії перед застосуванням його до реальних космічних об’єктів.
Цей метод, по суті, був гібридом, виведеним із поширених донині способів вимірювання темної матерії. Вчені з Цюриха підкоригували його (з’ясувалося, що в усіх попередніх вимірюваннях концентрація темної матерії була дещо недооцінена) і застосували до аналізу руху оранжевих карликів.
Нові результати засвідчили, що темної матерії навколо Сонця практично стільки ж, скільки і баріонної, тобто звичайної: 0,022 маси Сонця на кубічну паралакс-секунду проти 0,098. Ці цифри для науки дуже важливі: коли темну матерію лише почали досліджувати, вчені припустили, що її концентрація у кілька разів переважає над концентрацією баріонної матерії, і це припущення поки ніхто не спростував. Більше того – минулого року деякі дослідники намагалися довести, що темної матерії в околицях Сонячної системи взагалі не зафіксовано.
«Ми на 99 відсотків упевнені, що темна матерія присутня неподалік Сонця», – наголошує керівник дослідження Сільвія Ґарбарі.
Клітини деяких шарів кори мозку можуть розвиватися автономно
Нейрофізіологи з американського Інституту Скріппса спростовують поширену теорію формування кори мозку, згідно з якою всі її клітини мають однакове походження. Дослідники виявили, що в процесі формування кори мозку популяція клітин радіальної глії (саме гліяльні клітини вважають джерелом формування мозкових клітин) починає розрізнятися вже на ранній стадії. У своїх експериментах вони спробували простежити за рухом новонароджених нейронів у верхньому шарі.
Для експерименту використали мишей: вчені промаркували специфічний ген Cux2, який синтезується у таких нейронах. Згодом науковці з’ясували, що ген працює вже на ранніх стадіях розвитку ембріону – ще тоді, коли про зовнішній шар кори навіть мова не йде.
Виявляється, що частина клітин радіальної глії тримає ген Cux2 «увімкненим» з самого початку. Саме з цієї частини зрештою формується верхній, «найрозумніший» шар кори. Є також і інші клітини радіальної глії, у яких цей ген не виявляє активності: з таких згодом виходять нижчі нейронні шари.
Вчені спробували виростити ці два різновиди клітин у лабораторії. Але й у цьому випадку з’ясувалося, що нейрони верхнього шару сформувалися винятково з клітин-попередниць із «ввімкненим» геном Cux2. Виходить, пояснюють науковці, що у мозку, що розвивається, гліяльні клітини з геном Cux2 попервах просто діляться, поновлюючи запас самих себе. Водночас на перетворення на зрілі нейрони термін життя цих клітин не впливає: коли науковці штучно прискорювали їхній розвиток, вони все одно перетворювалися на нейрони саме верхнього шару кори, хай і трохи передчасно.
Чому це так важливо? За усталеною теорією, радіальна глія утворює всі шари кори мозку поступово: починаючи з найнижчого, клітини кожного наступного шару протискаються через попередній. Якщо клітини верхнього шару здатні формуватися автономно, це означає, що їхньою основою є окремі стовбурові клітини, розвиток яких не залежить ані від часу, ані від місця диференціації клітин-попередниць.
Тепер в Інституті Скріппса планують дослідити й інші шари мозку: вчені припускають, що клітини деяких із цих шарів також можуть формуватися з окремих, наперед визначених природою клітин.
Генетичні мутації дерева: новий погляд на еволюцію
Чорна тригранна тополя (Populus trichocarpa) може самоклонуватися для продукування потомства, пов’язаного зі своїми предками кореневою системою. Водночас результати першого глибинного аналізу геному цього дерева свідчать, що такі клони мають чимало генетичних відмінностей, і їх можна зафіксувати навіть у тканинах із верхньої і нижньої частин стовбура.
«Варіації, які ми спостерігаємо в одному дереві, за масштабами дорівнюють варіаціям, які ми іноді фіксуємо в межах кількох видів», – розповідає керівник дослідження, біолог Кен Пейдж із Університету Іллінойсу, що у США. На думку дослідників, результати їхньої роботи можуть змінити усталений погляд на те, що еволюція відбувається у межах популяції, а не на індивідуальному рівні.
Соматичні мутації загалом відомі навіть садівникам, адже вони займаються схрещенням мутованих видів зі звичайними. Однак донині жоден науковець не зафіксував ці мутації в одному конкретному представникові того чи іншого виду. «Зазвичай вчені не аналізують весь геном виду, вони займаються дослідженням конкретної ділянки чи конкретного гену», – зазначає біолог Бретт Олдс із команди Пейджа.
Чорна тополя для такого ґрунтовного дослідження – ідеальний об’єкт: вона живе 200 років і росте у висоту до 50 метрів, тож деякі ділянки тканини віддалені одна від одної на багато-багато метрів.
Біологи з Іллінойсу взяли на пробу 11 зразків тканини з одного дерева чорної тополі та кількох його «нащадків». Зразки брали як із гілок, так і з коріння. Таким чином, науковці порівнювали геном цих зразків. Уже один із цих зразків відрізнявся від стандартного генома чорної тополі понад 188 тисячами дрібних мутацій, і розбіжності були й поміж самими цими одинадцятьма зразками.
«Часто, вивчаючи дерева, вчені вважають, що дані про його геном можна отримати, наприклад, з одного листочка. Це не зовсім так. Треба взяти зразки з різних його частин», – каже Бретт Олдс.
Коментуючи дослідження, видання Nature проводить паралелі з науковими розвідками у сфері боротьби з онкозахворюваннями. Раніше цього року вчені заявили, що різні частини тієї самої пухлини можуть розвиватися незалежно одна від одної і в кожній із них можуть відбуватися різні генетичні мутації.
Результати роботи вчених із Університету Цюриха, що у Швейцарії, свідчать про те, що наша галактика оточена масивним гало темної матерії. Науковці провели моделювання різних варіантів розподілу темної матерії поблизу Сонячної системи і з’ясували, що навіть у найбільш помірному варіанті такого розподілу її концентрацію можна порівняти з кількістю там само звичайної матерії.
Темна матерія – субстанція, яка не пропускає електромагнітного випромінювання і не взаємодіє з ним. Ця властивість робить неможливим її пряме спостереження. Однак присутність темної матерії можна виявити за гравітаційними ефектами, які вона створює. Вважається, що темна матерія відповідає за 23 відсотки всієї маси-енергії у Всесвіті, визначає формування галактик, а також рух об’єктів у нашій галактиці.
Для того, щоб визначити густоту темної матерії в космічних околицях Сонця, вчені з Цюриха використали нові дані щодо динаміки руху 2 тисяч найближчих до світила оранжевих карликів спектрального класу К. Вони також змоделювали Чумацький Шлях – з метою випробувати свій метод вимірювання маси темної матерії перед застосуванням його до реальних космічних об’єктів.
Цей метод, по суті, був гібридом, виведеним із поширених донині способів вимірювання темної матерії. Вчені з Цюриха підкоригували його (з’ясувалося, що в усіх попередніх вимірюваннях концентрація темної матерії була дещо недооцінена) і застосували до аналізу руху оранжевих карликів.
Нові результати засвідчили, що темної матерії навколо Сонця практично стільки ж, скільки і баріонної, тобто звичайної: 0,022 маси Сонця на кубічну паралакс-секунду проти 0,098. Ці цифри для науки дуже важливі: коли темну матерію лише почали досліджувати, вчені припустили, що її концентрація у кілька разів переважає над концентрацією баріонної матерії, і це припущення поки ніхто не спростував. Більше того – минулого року деякі дослідники намагалися довести, що темної матерії в околицях Сонячної системи взагалі не зафіксовано.
«Ми на 99 відсотків упевнені, що темна матерія присутня неподалік Сонця», – наголошує керівник дослідження Сільвія Ґарбарі.
Клітини деяких шарів кори мозку можуть розвиватися автономно
Нейрофізіологи з американського Інституту Скріппса спростовують поширену теорію формування кори мозку, згідно з якою всі її клітини мають однакове походження. Дослідники виявили, що в процесі формування кори мозку популяція клітин радіальної глії (саме гліяльні клітини вважають джерелом формування мозкових клітин) починає розрізнятися вже на ранній стадії. У своїх експериментах вони спробували простежити за рухом новонароджених нейронів у верхньому шарі.
Для експерименту використали мишей: вчені промаркували специфічний ген Cux2, який синтезується у таких нейронах. Згодом науковці з’ясували, що ген працює вже на ранніх стадіях розвитку ембріону – ще тоді, коли про зовнішній шар кори навіть мова не йде.
Виявляється, що частина клітин радіальної глії тримає ген Cux2 «увімкненим» з самого початку. Саме з цієї частини зрештою формується верхній, «найрозумніший» шар кори. Є також і інші клітини радіальної глії, у яких цей ген не виявляє активності: з таких згодом виходять нижчі нейронні шари.
Вчені спробували виростити ці два різновиди клітин у лабораторії. Але й у цьому випадку з’ясувалося, що нейрони верхнього шару сформувалися винятково з клітин-попередниць із «ввімкненим» геном Cux2. Виходить, пояснюють науковці, що у мозку, що розвивається, гліяльні клітини з геном Cux2 попервах просто діляться, поновлюючи запас самих себе. Водночас на перетворення на зрілі нейрони термін життя цих клітин не впливає: коли науковці штучно прискорювали їхній розвиток, вони все одно перетворювалися на нейрони саме верхнього шару кори, хай і трохи передчасно.
Чому це так важливо? За усталеною теорією, радіальна глія утворює всі шари кори мозку поступово: починаючи з найнижчого, клітини кожного наступного шару протискаються через попередній. Якщо клітини верхнього шару здатні формуватися автономно, це означає, що їхньою основою є окремі стовбурові клітини, розвиток яких не залежить ані від часу, ані від місця диференціації клітин-попередниць.
Тепер в Інституті Скріппса планують дослідити й інші шари мозку: вчені припускають, що клітини деяких із цих шарів також можуть формуватися з окремих, наперед визначених природою клітин.
Генетичні мутації дерева: новий погляд на еволюцію
Чорна тригранна тополя (Populus trichocarpa) може самоклонуватися для продукування потомства, пов’язаного зі своїми предками кореневою системою. Водночас результати першого глибинного аналізу геному цього дерева свідчать, що такі клони мають чимало генетичних відмінностей, і їх можна зафіксувати навіть у тканинах із верхньої і нижньої частин стовбура.
«Варіації, які ми спостерігаємо в одному дереві, за масштабами дорівнюють варіаціям, які ми іноді фіксуємо в межах кількох видів», – розповідає керівник дослідження, біолог Кен Пейдж із Університету Іллінойсу, що у США. На думку дослідників, результати їхньої роботи можуть змінити усталений погляд на те, що еволюція відбувається у межах популяції, а не на індивідуальному рівні.
Соматичні мутації загалом відомі навіть садівникам, адже вони займаються схрещенням мутованих видів зі звичайними. Однак донині жоден науковець не зафіксував ці мутації в одному конкретному представникові того чи іншого виду. «Зазвичай вчені не аналізують весь геном виду, вони займаються дослідженням конкретної ділянки чи конкретного гену», – зазначає біолог Бретт Олдс із команди Пейджа.
Чорна тополя для такого ґрунтовного дослідження – ідеальний об’єкт: вона живе 200 років і росте у висоту до 50 метрів, тож деякі ділянки тканини віддалені одна від одної на багато-багато метрів.
Біологи з Іллінойсу взяли на пробу 11 зразків тканини з одного дерева чорної тополі та кількох його «нащадків». Зразки брали як із гілок, так і з коріння. Таким чином, науковці порівнювали геном цих зразків. Уже один із цих зразків відрізнявся від стандартного генома чорної тополі понад 188 тисячами дрібних мутацій, і розбіжності були й поміж самими цими одинадцятьма зразками.
«Часто, вивчаючи дерева, вчені вважають, що дані про його геном можна отримати, наприклад, з одного листочка. Це не зовсім так. Треба взяти зразки з різних його частин», – каже Бретт Олдс.
Коментуючи дослідження, видання Nature проводить паралелі з науковими розвідками у сфері боротьби з онкозахворюваннями. Раніше цього року вчені заявили, що різні частини тієї самої пухлини можуть розвиватися незалежно одна від одної і в кожній із них можуть відбуватися різні генетичні мутації.
