Сногсшибательная тварь на дне океана

Он умеет нагревать воду до температуры поверхности солнца. Он видит в четыре раза больше цветов, чем мы. Его клешни — два заряженных арбалета с мощностью как у огнестрельного оружия. Он обитает на дне океана, и именно из-за таких тварей человечеству там нет места. Мы знаем его под именем «рак-богомол» или креветка-богомол.

Но на самом деле он не является ни креветкой, ни богомолом. Это живое ископаемое — отдельный вид ротоногого, уникальное существо во многих смыслах.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Например, второе название рака-богомола — креветка-богомол.

Но на самом деле он не является ни раком, ни креветкой, ни богомолом. Это живое ископаемое — отдельный вид ротоногого. Причем агрессивный и довольно опасный.

Обитает он на небольшой глубине в тропических и субтропических морях. Причем этот рак обладает отличной памятью и способен запоминать особей, которые живут рядом с ним. Соседей он отличает как по визуальным признакам, так и по запаху.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Но это — далеко не самое интересное про рака-богомола.

Глаза, которые видят все

Если человек может различать 3 основных цвета, то рак-богомол видит 12, то есть на 9 больше, чем мы. Представьте себе цвет, который нельзя представить, потом проделайте это еще 8 раз. Впрочем, справедливости ради, рак-богомол плохо различает цвета, которые видит человек.

К тому же, рак-богомол воспринимает ультрафиолетовый и инфракрасный свет, а также видит разные виды поляризации света: как линейную, так и круговую.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Минутка занимательной физики. Ультрафиолетовое излучение (как и инфракрасное) для нас более-менее знакомо: вот есть световой спектр из 7 цветов радуги, а вот есть еще два излучения за пределами спектра, с обеих его сторон. И эти излучения человеческий глаз уже не видит, они называются ультрафиолетовым и инфракрасным светом.

А вот с поляризацией все не так просто.

Человек чувствителен к окраске (длине волны) и яркости света. Но третья, не менее важная характеристика, поляризация, для нас вообще недоступна. Поляризация — это колебания световой волны в пространстве. Чтобы понимать, что это такое, представьте себе натянутый канат, на котором «лежит» свет. Если мы с одной стороны потрясем канат, то свет по инерции пойдет волнами. Такие колебания будут называться линейными.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

А если мы встряхнем канал круговыми движениями, то волны света, двигаясь вперед, начнут описывать круги. Это — поляризация круговая.

Все это существует рядом с нами, а мы не видим! А рак-богомол видит!

В целом, поляризация света — явление, при котором из «общего» света «убираются» все лишние электромагнитные волны, и остаются лишь те, что лежат в области поляризации. Увидеть поляризованный свет человеческий глаз не способен, но с самим эффектом поляризации мы сталкиваемся каждый день: используя антибликовые линзы в солнцезащитных очках или фильтры для фотоаппаратов.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Также человек, например, обладает бинокуляным зрением: наши глаза создают две картинки (по изображению на каждый глаз), которые объединяются в единую. А вот глаза рака-богомола видят 3 изображения сразу! Каждый! Итого — 6 картинок одновременно. Можно сказать, что рак-богомол обладает секстакулярным зрением.

Такие суперменские глаза позволяют ракообразным распознавать различные типы кораллов, добычи и хищников.

Поразительная мощь удара

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Это удивительно красивое животное опасно настолько же, насколько и красиво.

Раки-богомолы бывают двух видов: «хвататели» и «атакователи».

Первые имеют невзрачный вид и живут в песке. Они ловят то, что проплывает у них над головой. Такой рак — обладатель нескольких пар хватательных ног (чтобы вспомнить, как они выглядят, представьте себе передние лапки богомола). Причем первая пара хватательных ног — самая большая и напоминает перочинный ножик. Именно ей рак-богомол ловит свою добычу, а остальными ногами старается ее удержать. Жертва, попавшая в такие «объятия», почти не имеет шансов вырваться.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Вторые раки, «атакователи», из-за своего красочного внешнего вида официально называются павлиновыми. А неофициально — «thumb splitters», что в переводе значит «разрыватели пальцев». Вообще, любые раки-богомолы очень агрессивны, но эти, сочтя другое животное опасным или подозрительным, атакуют жертву резким мощным ударом ног, сила которого сравнима с попаданием пули 22 калибра!

При этом наш подводный Мохаммед Али бьет с такой мощью, что буквально разрывает воду при ударе. На месте щелчка клешней образуется так называемый кавитационный пузырь: область, наполненная раскаленным паром и выделившимся из разорвавшейся воды газом. Температура этих пузырей сравнима с температурой на поверхности солнца! Они буквально светятся в темноте.

Этот пузырь моментально лопается, после чего образуется мощная ударная волна, которая сама по себе может убить жертву. Во время удара клешня движется под водой со скоростью 72 километра в час, так что охотничий бросок раков-богомолов официально признан самым быстрым среди всех животных.

Некоторые аквариумисты в погоне за экзотическими питомцами опрометчиво заводят себе раков-богомолов. До первого пробитого аквариума.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Раков-богомолов не смущает, что жертва гораздо больше их самих или если это другое ракообразное с мощным панцирем. Первым ударом ротоногое оглушает жертву, а повторными добивает ее. Более того, рак-богомол — чуть ли не единственное ракообразное, способное преследовать добычу, и если даже животное промахнулось при атаке в первый раз, жертве несдобровать.

Секрет такой скорости и огромной силы заключается в особом строении охотничьих лапок раков-богомолов. Эти животные используют так называемый «механизм защелки»: их лапки содержат большой мускул, который очень долго сокращается, и защелку, которая сдерживает этот самый мускул. А в момент удара защелка открывается, и мускул расправляется с огромной скоростью — получается что-то вроде выстрела из лука или арбалета.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Также на охотничьих лапках раков-богомолов обоих разновидностей есть хитиновая структура в виде седла. Эта структура имеет сложное название: гиперболическая параболоида или седловая (антикластическая) поверхность. И до недавнего времени человечество считало, что изобрело ее именно оно (впрочем, ошибочно).

Гиперболическая параболоида известна инженерам, архитекторам и ювелирам как очень прочная поверхность: изогнутая с обеих сторон, она распределяет давление равномерно по всей поверхности. А еще она известна любителям чипсов.

рак-богомол креветка-богомол самое странное животное подводный клоун оно отвратительные мужики disgusting men

Это очень простая, но в то же время поразительно прочная форма, которая в случае с раками-богомолами усиливает эффект пружины: разжимаясь, придавая удару максимальную силу.

Почему же лапы рака-богомола не снашиваются и не разбиваются? Секрет их прочности в содержании минерала гидроксиапатита, амортизирующего силу удара. Этот минерал содержится и в человеческом теле: в зубах и костях. Именно благодаря нему наши кости такие прочные. Но у рака-богомола волокна гидроксиапатита уложены спиралью, что делает поверхность «кулаков» максимально крепкой и не позволяет микроскопическим трещинам перерастать в разломы. Эта структура называется структурой Булигана и не имеет аналогов в животном мире.

Жутковатое «пение»

Однажды ученые поместили в аквариум с раками-богомолами микрофоны и неожиданно для себя зафиксировали необычные звуки, напоминающий рев динозавров. Произошло это относительно недавно, так что биологи до сих пор точно не знают, как почему и зачем животные «поют», а главное — чем издают эти звуки.

Но звучат они откровенно пугающе.

Как Рак-богомол ломает ракушку:

 

Источник ➝

Как исправить человека. CRISPR/Cas9: новейшая система генной модификации, которая обещает изменить нашу жизнь

Фантастические, пугающие многих истории о вмешательстве в человеческий геном долгие годы оставались именно фантастическими. Практичных методов изменить ДНК, с добрыми или иными намерениями, не существовало. Но теперь такой метод есть: заимствованная у бактерий система CRISPR/Cas9 позволяет вести генетическую модификацию любых организмов с такой точностью и эффективностью, о которой прежде можно было лишь мечтать. И вот уже китайские медики объявили о планах первого целенаправленного редактирования ДНК человека.
Вмешательство в наш геном уже не фантастика. Но так ли это пугает?
photo_2018-02-12_14-33-21

Иммунитет

– естественный «иммунитет» бактерий, биохимическая система защиты от вирусов, которая требуется одноклеточным организмам, неспособным поддерживать такую сложную иммунную систему, как наша. Первые намеки на ее существование были найдены еще в конце 1980-х, когда Йошизу­ми Исино и его коллеги исследовали обыкновенную кишечную палочку, точнее говоря, один ее малопримечательный ген (iap). 

На всякий случай японцы секвенировали его последовательность вместе с участками по бокам от него: может, там будут какие-то фрагменты, участвующие в регуляции активности iap?.. Вместо этого биологи обнаружили в ДНК длинные последовательности повторяющихся, совершенно идентичных повторов длиной ровно 29 нуклеотидов. Между ними – как сухие растения между листами бумаги в гербарии – оказались «проложены» короткие фрагменты длиной по 32 нуклеотида, которые не повторялись никаким образом. 

Строение нуклеотидов / ©wikipedia

Позднее эту странную часть ДНК назвали «регулярно сгруппированные, разделенные короткие палиндромные повторы» – Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats. В остальном работы над ними надолго остановились, хотя многие ученые заинтересовались загадочными участками хромосомы, а некоторые даже рассуждали об их роли. Функциональное значение CRISPR оставалось загадкой, да и особенных прорывов никто от них не ждал: «Биологическое значение этих последовательностей неясно», – написал тогда Исино с соавторами. 

Однако во второй половине 1990-х начался настоящий бум секвенирования. Установить последовательность ДНК становилось все проще, и геномы все новых и новых организмов стали пополнять компьютерные базы данных и анализироваться со всех сторон. Таинственная – и вроде бы бессмысленная, совершенно не похожая ни на какой ген – последовательность CRISPR обнаруживалась у бактерий повсеместно. Нидерландский биолог Рууд Янсен заметил, что они всегда соседствуют с генами одних и тех же белков. Функции их тогда были тоже неизвестны, и их назвали просто «белками, ассоциированными с CRISPR» (CRISPR-Associated Proteins, Cas). 

Упрощённая схема строения CRISPR / ©wikipedia

И лишь в 2005 году сразу три группы исследователей сообщили, что уникальные участки CRISPR – это фрагменты вирусных геномов. «Тут у меня что-то щелкнуло», – вспоминал впоследствии всемирно известный биоинформатик и эволюционист Евгений Кунин. К тому времени он уже несколько лет бился над загадкой CRISPR – и, наконец, его озарило: эта ДНК может быть частью противовирусной защиты бактериальной клетки. 

Эта идея понравилась микробиологу Родольфу Баррангу, который в то время работал в компании Danisco, производящей йогурты. В этом бизнесе вирусная эпидемия среди молочнокислых бактерий способна принести серьезные убытки, и исследователь искал методы защиты от нее. Чтобы проверить гипотезу Кунина, он заразил стрептококков Streptococcus thermophilus двумя штаммами бактериофагов. Большинство бактерий погибло, однако выжившие оказались довольно устойчивы к этим вирусам. Секвенировав их ДНК, ученые подтвердили: в ней появились следы встречи.

Инструмент

Дженнифер Дудна и Блейк Виденхефт взялись за изучение структуры белков Cas: к этому моменту выяснилось, что они выполняют роль нуклеаз, то есть разрезают ДНК. Несмотря на все находки, значение открытия по-прежнему было неясным: «У вас нет никакой определенной практической цели, – объясняла Дудна работавшему в ее лаборатории Виденхефту. – Важно лишь понять, как это работает». Но по мере работы выяснились многие удивительные детали. 

CRISPR – это, действительно, нечто вроде гербария, каталог, в котором бактериальная клетка сохраняет образцы, фрагменты геномов вирусов, с которыми доводилось сталкиваться ей или ее предкам. Пользоваться этим каталогом могут специальные белки, ассоциированные с CRISPR (CRISPR-Associated Proteins, Cas). Ориентируясь на эти образцы, они быстро распознают новые вирусные гены и разрезают их, выводя из строя. 

©Depositphotos

Биолог Карл Циммер объясняет работу системы CRISPR/Cas так: «По мере того, как область CRISPR заполняется вирусной ДНК, она становится ключевой «галереей» в клетке, где представлены «портреты» микробов, с которыми бактерии доводилось встречаться. Впоследствии эта вирусная ДНК может использоваться для «наведения» точного орудия Cas-белков». 

Для этого бактериальная клетка синтезирует на сохраненных фрагментах ДНК короткие образцы, молекулы РНК. Каждый из этих РНК-«гидов» (гРНК) связывается с белком Cas, способным разрезать ДНК, подходящую под этот образец. Эти комплексы постоянно патрулируют клетку, отслеживая появление любой ДНК и сопоставляя ее с гРНК. Если совпадение есть, двойная спираль ДНК тут же разрезается на части и инактивируется. «Как только мы осознали Cas в качестве программируемых, разрезающих ДНК ферментов, произошел интересный момент, – вспоминала впоследствии Дженнифер Дудна. – Мы воскликнули: «Боже, да это же может быть инструментом!»» 

Сегодня определено целое семейство белков Cas, но наиболее изученным и освоенным оказался протеин Cas9, выделенный из бактерий Streptococcus pyogenes – возбудителей скарлатины. Именно он лег в основу новейшей методики генетической модификации живых организмов CRISPR/Cas9, методики, обещающей невиданный прорыв в биотехнологиях, сельском хозяйстве и медицине.

Палиндромы в ДНК: A. Палиндром, B. Кольцо, C. Стебель / ©wikipedia

Модификация

В самом деле, белок Cas9 – это нуклеаза, то есть фермент, разрезающий ДНК. Для любого метода генетической модификации – удаления или добавления целевых активных генов в организм – эта способность играет ключевое значение. Чтобы копировать и вставлять, нужно вырезать, причем делать это в строго определенном месте. До сих пор с точностью у генетиков были проблемы. 

Вспомним, что молекула ДНК – это, по молекулярным меркам, невероятно длинная цепочка, общая длина которой в каждой хромосоме каждой нашей клетки достигает порядка сантиметров. Разнообразием этот полимер не отличается, состоя всего из четырех разных звеньев: аденина (А), гуанина (Г), тимина (Т) и цитозина (Ц), которые повторяются миллионы и миллионы раз. Найти в этом однообразии именно нужный участок неимоверно сложно. 

Кристаллическая структура S. aureus Cas9 в комплексе с сгРНК и её целевой ДНК / ©wikipedia

Долгое время в распоряжении генетиков имелись лишь системы с нуклеазами, которые распознавали короткие участки – например, четыре нуклеотида АТЦЦ или ТГЦА, – которых на протяжении цепочки могут встречаться десятки и сотни. В результате разрезы производились в случайном из этих мест, и лишь кропотливая работа позволяла отобрать клетки, в которых этот процесс прошел в нужном участке генома. В отличие от них, вооруженный гРНК белок Cas9 распознает фрагмент длиной с эту РНК – около 20 нуклеотидов. Такие участки уже, как правило, вовсе не повторяются в ДНК даже высших организмов. 

Более того, сама структура комплекса Cas9 с гРНК определяет простоту работы с ней. Достаточно открыть в компьютере базу с ДНК нужного организма, найти фрагмент, который должен быть разрезан, и синтезировать молекулы гРНК с той же последовательностью оснований (и заменой тимина, роль которого в РНК играет урацил, У). Cas9 – нуклеазы неразборчивые и будут резать ДНК где угодно, лишь бы гРНК совпала. 

Кристаллическая структура Cas9, связанного с ДНК / ©Nature

В отличие от этого, системы генетической модификации предыдущих поколений требовали долгой работы по проектированию и синтезу ферментов-нуклеаз, способных распознавать определенные участки ДНК. Например, методы с использованием связывающихся с ДНК «цинковых пальцев» ZFN (Zinc Finger Nuclease) или белков TALEN (Transcription Activator-Like Effector Nucleases) теоретически позволяют работать с еще более длинными фрагментами ДНК. Однако для каждой конкретной задачи их приходится проектировать отдельно.  Наконец, CRISPR/Cas9 универсален по отношению к разным видам модифицируемых организмов. Метод прост и эффективен и, по крайней мере, теоретически с одинаковым успехом подходит для получения риса с повышенным содержанием витамина А или лосося, набирающего массу вдвое быстрее обычного, для внесения новых генов или замены дефектных у племенных лошадей и людей… Но прежде чем перейти к людям, давайте «потренируемся на кошках». А лучше – на мышах.

Мыши, люди и все-все-все

Представим, что нам требуется получить мышей-альбиносов, чтобы изучить, как влияет это состояние на здоровье разных систем организма у людей. Для этого следует «выключить» обе копии гена, связанного с синтезом пигмента меланина. Если мы привержены традиционным подходам к генетической модификации (кстати, по большей части тоже заимствованным у бактерий), то нам стоит запастись терпением. 

Для начала нам следует синтезировать «ген альбиносости» и получить мышиные эмбрионы на самых первых этапах развития. Затем в их ядра через тончайшую полую стеклянную иглу внести новую ДНК. В делящихся клетках происходит рекомбинация – обмен гомологичными участками хромосом – так что, трижды сплюнув, будем надеяться, что она захватит и нужный нам фрагмент. Методом проб и ошибок, бесконечными повторами и отбраковыванием мы можем получить мышей, которые получили одну копию «гена альбиносости» и оказались способны передать ее потомству. Затем, скрещивая таких животных, рано или поздно мы добьемся рождения особей с заменой обеих копий. Можно выжидать, а лучше сразу переходить на CRISPR/Cas9. 

Лабораторная мышь-альбинос / ©National Geographic

Действительно, чтобы получить тех же мышей-альбиносов, достаточно найти пограничные участки нашего целевого гена и синтезировать для них гРНК, после чего ввести в эмбрион вместе с белками Cas9 и ДНК нового гена. Подхватив гРНК, нуклеазы Cas9 разрежут обе копии гена по краям, после чего в дело включатся клеточные системы репарации, ответственные за поддержание целостности генома. 

Это чрезвычайно ответственная задача, поэтому белки репарации действуют быстро и даже грубо. Обнаружив повреждение ДНК – тем более такое опасное, как двухцепочечный разрез, – они готовы подхватить первый попавшийся кусок ДНК, буквально «затыкая» образовавшуюся брешь. Так что если в клетке окажется достаточно нужных нам фрагментов, в место, разрезанное белками Cas9, будут встроены они. 

Недаром за прошедшее с момента открытия CRISPR/Cas9 генетическая модификация совершает прорыв за прорывом. Громкое заявление китайских биологов – тому лишь один из примеров. КНР остается страной с одним из самых мягких законодательств в области генной инженерии. Даже в Великобритании, где разрешены эксперименты по применению CRISPR/Cas9 на человеческих эмбрионах, получившихся химер требуется уничтожать в возрасте не старше 14 суток. В Китае дозволяется куда больше. 

Такие работы невероятно перспективны: буквально в последние годы показано, что CRISPR/Cas9 позволяет редактировать гены даже во взрослом организме, очищая ДНК Т-лимфоцитов от заразившего их ВИЧ. А в том же Китае ученые (не слишком успешно) пытались получить эмбрионы, устойчивые к этой инфекции. Теперь же речь идет о борьбе с раком. Для этого медики планируют отредактировать ДНК тех же Т-лимфоцитов – точнее говоря, ген белка PD-1, который в норме держит их под контролем. 

Т-лимфоцит / ©wikipedia

Строение вируса иммунодефицита человека / ©wikipedia

Активный ген PD-1 блокирует способность Т-лимфоцитов атаковать собственные клетки организма и предотвращает развитие аутоиммунных заболеваний. Однако в случае рака такая способность пришлась бы очень к месту, и ученые собираются, забрав клетки у реальных онкологических больных, изменить ген PD-1 с помощью CRISPR/Cas9 (теперь мы в общих чертах понимаем, как это можно сделать). Вернув в организм эти лимфоциты, авторы ожидают, что те начнут размножаться и атаковать опухоль. 

Рак и ВИЧ – лишь пара громких примеров. Однако в будущем CRISPR/Cas9 и генетическая модификация позволят избавиться от множества других болезней. Тем более что множество тяжелейших состояний связаны с нарушением в работе всего одного гена: их, видимо, исправить будет куда проще, чем вылечить тот же рак. В отличие от них, доброта и ум, красота или спортивные способности – продукт работы массы разных генов, воспитания и других факторов среды. Так что CRISPR/Cas9 принесет лишь пользу, а использовать ее во вред вряд ли получится. Разве что просто попугать. 

Колония на Марсе к 2050 году: построит ли Илон Маск город на Красной планете

Загружается...

Картина дня

))}
Loading...
наверх