Дайджест научпоп-новостей за неделю, о которых мы ничего не писали

Кристалл с Марса возрастом 4,45 миллиарда лет показывает, что на планете с самого начала была вода

Исследователи изучили минерал циркон, содержащийся в метеорите с Марса и обнаружили доказательства того, что в момент формирования кристалла 4,45 миллиарда лет назад в нём присутствовала вода. Результаты, опубликованные недавно в журнале Science Advances, могут быть самым древним свидетельством наличия воды на Марсе.

В истории Марса выделяют четыре геологических периода. Это амазонский (от наших дней до 3 миллиардов лет назад), гесперийский (3-3,7 миллиардов лет назад), ноахийский (3,7-4,1 миллиардов лет назад) и предноахийский (4,1-4,5 миллиардов лет назад).

Один из способов искать воду на Марсе — изучать марсианские метеориты, упавшие на Землю. Фактически, единственный материал предноахийского периода, который мы можем изучать напрямую, содержится в метеоритах с Марса. Небольшое количество всех метеоритов, упавших на Землю, были привезены с нашей соседней планеты. Ещё меньшая часть этих метеоритов, которые, как считается, были выброшены с Марса во время столкновения с одним астероидом, содержит материал предноахийского периода.

«Главная звезда» этой группы — необычный камень под названием NWA7034, или Чёрная красавица.

Чёрная красавица — знаменитый марсианский метеорит, состоящий из разрушенного поверхностного материала, или реголита. Помимо фрагментов горных пород, он содержит цирконы, образовавшиеся 4,48-4,43 миллиарда лет назад. Это самые древние из известных фрагментов Марса.

Изучая микроэлементы в этом древнем цирконе, мы обнаружили свидетельства гидротермальных процессов — это означает, что в далёком прошлом при их формировании они подвергались воздействию горячей воды.

Возраст циркона, который мы изучали, составляет 4,45 миллиарда лет. В нём железо, алюминий и натрий сохранились в изобилии в виде концентрических слоёв, похожих на луковицу. Эта картина, называемая осциллирующей зональностью, указывает на то, что включение этих элементов в циркон происходило во время его магматической истории, в магме.

Проблема в том, что железо, алюминий и натрий обычно не встречаются в кристаллическом магматическом цирконе — так как же эти элементы оказались в марсианском цирконе? Ответ — горячая вода.

В земных породах циркон с зонами роста таких элементов, как железо, алюминий и натрий, встречается редко. Одно из единственных мест, где это было описано, находится в гигантском месторождении меди, урана и золота Олимпик Дам в Южной Австралии.

Металлы в таких местах, как Олимпик Дам, были сконцентрированы гидротермальными системами (потоками горячей воды), движущимися через горные породы во время магматизма. Гидротермальные системы образуются везде, где горячая вода, нагретая вулканическими системами, движется сквозь горные породы.

Загадка ориентации молекул жизни усугубляется

Загадка, почему жизнь использует молекулы с определённой ориентацией, стала ещё глубже после того, как при финансовой поддержке НАСА было обнаружено, что РНК — ключевая молекула, которая, как считается, могла содержать инструкции для жизни до появления ДНК — может благоприятствовать созданию строительных блоков белков как в левосторонней, так и в правосторонней ориентации. Разгадка этой тайны может дать ключи к происхождению жизни. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Белки — это молекулы, лежащие в основе жизни. Подобно тому, как буквы алфавита складываются в безграничные комбинации для создания слов, жизнь использует 20 различных строительных блоков аминокислот в огромном разнообразии для создания миллионов различных белков. Некоторые молекулы аминокислот могут быть построены двумя способами, так что существуют их зеркальные версии – как левая и правая рука, например — и жизнь использует левостороннюю разновидность этих аминокислот. Хотя жизнь, основанная на правосторонних аминокислотах, предположительно, работала бы нормально, в биологии два зеркальных отображения редко смешиваются, и это свойство жизни называется гомохиральностью. Для учёных остаётся загадкой, почему жизнь выбрала левостороннюю разновидность, а не правостороннюю.

ДНК — это молекула, в которой хранятся инструкции по созданию и функционированию живого организма. Однако ДНК сложна и специализированна; она «передаёт» работу по чтению инструкций молекулам РНК (рибонуклеиновой кислоты) и созданию белков молекулам рибосом. Специализация и сложность ДНК наводят учёных на мысль, что миллиарды лет назад, на заре эволюции жизни, ей должно было предшествовать нечто более простое. Ведущим кандидатом на это является РНК, которая может как хранить генетическую информацию, так и создавать белки. Гипотеза о том, что РНК могла предшествовать ДНК, называется гипотезой «мира РНК».

Если гипотеза о мире РНК верна, то, возможно, что-то в РНК привело к тому, что она предпочитает строить левосторонние белки, а не правосторонние. Однако новая работа не подтвердила эту идею, углубив загадку, почему жизнь обошлась без левосторонних белков.

В ходе эксперимента были протестированы молекулы РНК, которые действуют как ферменты для построения белков, называемые рибозимами. «Эксперимент показал, что рибозимы могут порождать как левосторонние, так и правосторонние аминокислоты, что говорит о том, что в целом миры РНК необязательно будут иметь сильное предпочтение той форме аминокислот, которую мы наблюдаем в биологии сейчас», — говорит Ирен Чен из Школы инженеров Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), один из авторов статьи.

В ходе эксперимента исследователи смоделировали условия, которые могли быть на ранней Земле в мире РНК. Они инкубировали раствор, содержащий рибозимы и предшественники аминокислот, чтобы определить относительный процент правосторонней и левосторонней аминокислоты, фенилаланина, который они помогут произвести. Они протестировали 15 различных комбинаций рибозимов и обнаружили, что рибозимы могут благоприятствовать как левосторонним, так и правосторонним аминокислотам. Это говорит о том, что РНК изначально не была предрасположена к одной из форм аминокислот. Такое отсутствие предпочтений опровергает мнение о том, что ранняя жизнь была предрасположена к выбору левосторонних аминокислот, которые преобладают в современных белках.

«Полученные результаты позволяют предположить, что гомохиральность жизни в конечном итоге не является результатом химического детерминизма, а могла возникнуть в результате более позднего эволюционного давления», — говорит соавтор Альберто Васкес-Салазар, постдокторант Калифорнийского университета и член исследовательской группы Чена.

Учёные воссоздали мышь из одноклеточного организма

Международная группа исследователей опубликовала в журнале Nature Communications беспрецедентный результат: им удалось создать стволовые клетки мыши, способные породить полностью развитую мышь, используя генетические инструменты одноклеточного организма, с которым мы имеем общего предка, существовавшего до появления животных. Этот прорыв изменил наше понимание генетического происхождения стволовых клеток и позволил по-новому взглянуть на эволюционные связи между животными и их древними одноклеточными родственниками.

В ходе эксперимента, который звучит как научная фантастика, доктор Алекс де Мендоза из Лондонского университета королевы Марии в сотрудничестве с исследователями из Гонконгского университета использовал ген, найденный в хоанофлагеллатах — одноклеточных организмах, родственных животным, — для создания стволовых клеток, которые затем были использованы для появления живой, дышащей мыши. Хоанофлагеллаты — ближайшие родственники животных, и их геномы содержат версии генов Sox и POU, известных тем, что обуславливают плюрипотентность — клеточный потенциал для развития в любой тип клеток — в стволовых клетках млекопитающих. Это неожиданное открытие опровергает давнее мнение о том, что эти гены развивались исключительно в организме животных.

«Успешно создав мышь с помощью молекулярных инструментов, полученных от наших одноклеточных родственников, мы стали свидетелями необычайной преемственности функций на протяжении почти миллиарда лет эволюции, — говорит доктор де Мендоза. — Исследование позволяет предположить, что ключевые гены, участвующие в формировании стволовых клеток, могли возникнуть гораздо раньше, чем сами стволовые клетки, и, возможно, помогли проложить путь к многоклеточной жизни, которую мы видим сегодня».

Нобелевская премия 2012 года, присуждённая Шинье Яманаке, продемонстрировала, что можно получить стволовые клетки из «дифференцированных» клеток, просто экспрессируя четыре фактора, включая ген Sox (Sox2) и ген POU (Oct4). В новом исследовании команда внедрила гены хоанофлагеллата Sox в клетки мыши, заменив родной ген Sox2 и добившись перепрограммирования в состояние плюрипотентной стволовой клетки. Чтобы проверить эффективность этих перепрограммированных клеток, их ввели в развивающийся эмбрион мыши. Полученная химерная мышь демонстрировала физические признаки как донорского эмбриона, так и индуцированных в лаборатории стволовых клеток, такие как чёрные пятна на меху и тёмные глаза, подтверждая, что эти древние гены сыграли решающую роль в обеспечении совместимости стволовых клеток с развитием животного.

В исследовании прослеживается, как ранние версии белков Sox и POU, которые связывают ДНК и регулируют другие гены, использовались одноклеточными предками для функций, которые впоследствии стали неотъемлемой частью формирования стволовых клеток и развития животных. «У хоанофлагеллат нет стволовых клеток, это одноклеточные организмы, но у них есть эти гены, вероятно, контролирующие основные клеточные процессы, которые многоклеточные животные, вероятно, позже использовали для создания сложных тел», — объясняет доктор де Мендоза.

НАСА могло непреднамеренно убить марсианскую жизнь, считает учёный

В ходе всех наших исследований Марса до сих пор не было найдено ни одного доказательства, которое бы соответствовало строгим стандартам, позволяющим однозначно утверждать, что мы окончательно обнаружили жизнь.

Но несколько десятилетий назад, в 1970-х годах, когда посадочный аппарат «Викинг» стал первой американской миссией, благополучно высадившейся на Красную планету и исследовавшей её, мы, возможно, были близки к этому.

Один из исследователей предполагает, что в образце марсианского грунта могла существовать жизнь. А потом, пытаясь её найти, мы её уничтожили.

По мнению астробиолога Дирка Шульце-Макуха из Берлинского технического университета в Германии, эксперимент по обнаружению признаков микробной жизни на Марсе мог оказаться смертельно опасным для неё.

Если это так, то нам необходимо тщательно изучить экологию Марса при разработке будущих экспериментов. И, как советует Шульце-Макух, человечество должно отправить ещё одну миссию, посвящённую в первую очередь поиску жизни, с учётом этих соображений.

Когда в 1976 «Викинги» высадились на Марс, у них был целый список задач. Одна из них заключалась в проведении ряда экспериментов, призванных проверить марсианскую грязь на наличие биосигнатур — следов молекул, указывающих на присутствие жизни. На сегодняшний день это единственные специализированные биологические эксперименты, проведённые на Марсе.

Один из этих экспериментов, газовый хромато-масс-спектрометр (GCMS), обнаружил хлорированную органику. В то время этот результат был интерпретирован как загрязнение от человеческих чистящих средств и, таким образом, как нулевое обнаружение признаков биологии.

Теперь мы знаем, что хлорированные органические вещества являются родными для Марса, хотя вопрос о том, образуются ли они в результате биологических или небиологических процессов, остаётся неизвестным.

В последние годы появились некоторые предположения о разрушительности биологических экспериментов «Викинга». Для того чтобы отделить различные материалы, содержащиеся в образцах, GCMS необходимо было их нагреть. Это, как показал последующий анализ, могло сжечь ту самую органику, которую он надеялся найти.

Теперь Шульце-Макух предполагает, что и другие эксперименты могли уничтожить доказательства подобным образом; а именно, эксперименты с меченым высвобождением и пиролитическим высвобождением, в которых марсианские образцы заливались жидкостью, а затем результаты проверялись на наличие признаков метаболизма и фотосинтеза соответственно.

Археологи обнаружили загадочные камни возрастом 12 000 лет, которые могут быть древнейшей в мире колёсной технологией

Коллекция перфорированных камешков, обнаруженная на археологическом памятнике в Израиле, может оказаться деталями веретена, что знаменует собой важную веху в развитии вращательных инструментов, включая колёса. Об этом говорится в исследовании Талии Яшув и Леора Гросмана из Еврейского университета Иерусалима (Израиль), опубликованном недавно в журнале PLOS ONE.

Предметы в форме пончика, соединённые со стержнем и образующие колесо и ось, являются одним из ключевых изобретений, давших толчок технологическому развитию, и обычно ассоциируются с повозками бронзового века.

Валики веретена — круглые утяжелённые предметы, прикреплённые к палке веретена, — образуют похожее на колесо и ось устройство, помогающее веретену вращаться быстрее и дольше, что позволяет ему эффективно собирать волокна, такие как шерсть или лён, и собирать их в пряжу.

Изученные в новой работе камни, найденные на месте раскопок Нахаль-Эйн-Гев II на севере Израиля, датируются примерно 12 000 лет назад, во время важного перехода к сельскохозяйственному образу жизни и неолиту, задолго до появления колёс бронзового века.

Представляя инновационный метод изучения перфорированных объектов, основанный на цифровых 3D-моделях камней и их негативных отверстий, авторы описывают более сотни галек, состоящих в основном из известняка, которые имеют круглую форму и центральное отверстие. Благодаря такой структуре и составу авторы новой работы пришли к выводу, что эти камни, скорее всего, использовались в качестве веретён — гипотеза также подтверждается успешным прядением льна с использованием копий камней.