Возможность того, что насекомые могут чувствовать боль, в последние годы очень интересует научное сообщество. До недавнего времени считалось, что нервная система насекомых не реагирует на боль, поскольку в ней отсутствуют соответствующие нейроны. Однако, когда исследователи начали анализировать поведенческие индикаторы болевых ощущений, картина несколько изменилась.
Речь идет не о кратковременной нервной реакции на боль — например, рефлекторном отдергивании лапки при контакте с огнем, — а о стойком изменении поведения в ответ на длящиеся болезненные ощущения. Один из таких признаков — «гибкий самозащитный груминг», когда животное целенаправленно, в течение длительного периода времени, направляет свое внимание на пострадавшую часть тела.
Подобную реакцию заботы можно наблюдать у человека, который растирает, бережет, ухаживает за больным местом. Похожее поведение заметили у других позвоночных — крыс, птиц, рыб, а также у некоторых беспозвоночных — крабов, омаров, креветок, каракатиц и осьминогов.
[shesht-info-block number=1]
Что касается насекомых, то реакцию самозащитного груминга в 2024 году выявили у земляных шмелей. После ожога одного из усиков-антенн насекомые потирали его чаще, чем другой, неповрежденный. Ученые сделали вывод: такое поведение может служить косвенным доказательством того, что насекомые, в частности шмели, все же способны чувствовать боль.
Результаты нового исследования подтвердили это предположение. Энтомологи из Сиднейского университета (Австралия), статья которых опубликована в журнале Proceedings of the Royal Society B, обнаружили реакцию самозащитного груминга у домашнего сверчка (Acheta domesticus).
[shesht-info-block number=2]
Во время экспериментов с десятками сверчков исследователи случайным образом распределяли насекомых на группы. К одному из усиков-антенн сверчков из «болевой» группы прикладывали паяльник, нагретый до 65 °C — достаточно горячей температуры, чтобы это было немного неприятно, но в то же время не причинило насекомому серьезного вреда. К усикам сверчков из второй группы прикладывали тот же паяльник, но холодный, а третья группа была контрольной.
Как установили ученые, в подавляющем большинстве случаев сверчки, подвергшиеся воздействию горячего паяльника, тут же переключали свое внимание на пострадавший усик. Они значительно больше и дольше заботились о нем, чем за здоровым усиком: чаще чистили его, потирали и ухаживали.
У собратьев из второй группы, усика которых касались холодным паяльником, такого поведения не наблюдалось. Они были в первый момент немного встревожены, но очень быстро возвращались к обычной активности.
«Полученные результаты предоставляют убедительные доказательства гибкой, направленной на определенное место самозащиты у прямокрылых, восполняя ключевой пробел в доказательствах болевых состояний за пределами позвоночных», — подвели итог исследователи.
Как отметил в комментарии для The Guardian ведущий автор исследования Томас Уайт, вопрос «Чувствуют ли насекомые боль?» особенно актуален для сверчков — этих «куриц и коров» мира насекомых, которых выращивают миллиардами и триллионами для производства продуктов питания, кормов и научных исследований. По мнению Уайта, если жизнь сверчков «может быть лучше или хуже, то мы должны это учитывать».
Так, опубликованная в апреле 2024 года «Нью-Йоркская декларация о сознании животных», которую подписали 594 ведущих мировых ученых и философов, признает «реалистичную возможность сознательного опыта» у всех позвоночных и многих беспозвоночных, включая насекомых.
Сверчков заподозрили в способности чувствовать боль
Луолишанииды (Luolishaniidae), известные под неформальным названием «монстры Коллинза», жили под водой в кембрийскую эпоху. Их остатки находят по всему миру, от Канады до Китая. Свое название они получили за червеобразное тело, несколько пар когтистых ходильных ног на задней части туловища и пять или шесть пар передних конечностей, несущих длинные перистые щетинки.
Ученые долго спорили о назначении этих щетинок. Например, есть теория о захвате относительно крупной добычи с помощью этих же самых щетинистых конечностей. Известно, что эти животные были хищниками и, судя по их анатомии, активными.
Ученые из Гарвардского университета (США) выяснили назначение щетинок луолишаниид. Они предположили, что эти части тел могли быть фильтрами, которые животное выставляет в водное пространство, с помощью них разделяет воду и планктон, которым и питается. А сами животные в таком случае относятся не к активным хищникам, а к фильтраторам. У водных животных-фильтраторов размер фильтрующего аппарата, как правило, коррелирует с размером тела самого животного и, как следствие, с размером предпочитаемой добычи.
Для анализа исследователи собрали все доступные данные по описанным видам луолишаниид. Используя высококачественные изображения типовых экземпляров, измерили расстояние между щетинками у каждого вида, затем сопоставили эти данные с общей длиной тела животных. Результаты исследования опубликовали в журнале Biology Letters.
Результаты анализа показали, что чем крупнее был луолишаниид, тем больше был и размер ячеи, которую он мог использовать для отлова добычи. Это справедливое правило для всех подводных хищников, в том числе раков и моллюсков. На основе этих данных ученые впервые рассчитали примерный размер добычи, которую могли потреблять представители разных видов. Самые мелкие формы с шагом сети около 100-160 микрометров могли питаться самыми крупными представителями микропланктона.
Более же крупные виды, включая имевшие шаг сети от 250 до 450 микрометров, были идеально адаптированы для питания мезопланктоном — различными зоопланктонными организмами, такими как личинки членистоногих, брахиопод, моллюсков.
[shesht-info-block number=1]
Кроме того, авторы исследования представили тела луолишаниид в виде цилиндров, вычислили их эквивалентный сферический диаметр и сопоставили его с таковым для предполагаемой добычи. Полученные соотношения затем наложили на обширную базу данных по современным морским беспозвоночным, включающую как активных хищников-засадников, так и фильтраторов, таких как веслоногие рачки, ветвистоусые, коловратки, личинки трохофорных животных.
Луолишанииды по своему соотношению «хищник — жертва» уверенно попадают в кластер фильтраторов, будучи в среднем в 30-50 раз крупнее своей добычи. Для сравнения, активные хищники, такие как морские стрелки, атакуют добычу, которая меньше их всего в пять раз.
Таким образом, монстры Коллинза, будучи медлительными бентосными животными, вероятно, прикреплялись с помощью мощных когтистых задних ног к твердому субстрату в местах с умеренным течением, выставляя свои «щетки» перпендикулярно потоку воды для пассивного улавливания пищи. При этом наличие у многих видов яркой брони из спинных шипов, вероятно, служило эволюционной компенсацией за уязвимость, связанную с малоподвижным образом жизни на виду у хищников.
Древних монстров Коллинза исключили из активных хищников
Человек прямоходящий, или Homo erectus, был широко распространен в Африке, Европе и Юго-Восточной Азии около двух миллионов лет назад. Он первым из древних людей покинул Африку и переселился в Западную Азию. Ископаемые останки указывают на то, после расселения в Китае и Индонезии Homo erectus обитал в этих регионах на протяжении примерно полутора миллионов лет. Он сыграл ключевую роль в истории эволюции человека, однако молекулярных и генетических данных о нем, в силу возраста и культурной ценности останков, почти не сохранилось, поэтому популяционное разнообразие и возможная связь с современными людьми оставались неясными.
До сих пор единственными молекулярными данными, полученными от Homo erectus, были белки, выделенные из зуба возрастом 1,77 миллиона лет, найденного в Грузии. Однако генетические отличия от других видов проследить не удалось из-за состояния останков.
Ученые из Института палеонтологии позвоночных и палеоантропологии Китайской академии наук совместно с коллегами из других научных организаций исследовали шесть зубов Homo erectus, живших примерно 400 тысяч лет назад, найденных в Китае. Благодаря методу микроразрушающего отбора проб палеонтологам удалось успешно извлечь древние белки эмали зубов, не повредив древние останки. Поскольку гены ДНК кодируют соответствующие им белки, полученные данные позволяют оценить генетическое родство Homo erectus с другими видами. Исследование опубликовано в онлайн-версии журнала Nature.
При анализе белков палеогенетики обнаружили две мутации, указывающие на генетическую связь между восточноазиатскими Homo erectus и денисовцами, которые, в свою очередь, сосуществовали с неандертальцами и людьми современного типа. Первая мутация не имеет совпадений ни с одним из известных гомининов, но подтверждает, что останки Homo erectus из трех регионов Китая принадлежали к одной и той же эволюционной популяции.
А вот вторая мутация была ранее обнаружена у денисовского человека, вымершего около 40-50 тысяч лет назад. Его останки впервые нашли в древнейшей обитаемой пещере на Алтае — Денисовой пещере. Это указывает на то, что поздние Homo erectus и предки денисовцев на протяжении какого-то времени сосуществовали, взаимодействовали и даже имели общее потомство. Согласно геномным исследованиям, у неандертальцев, денисовцев и современных людей был общий предок. Он передал денисовцам до 8% генетической информации. Часть этих архаичных участков ДНК сохранилась в геноме современных жителей Азии и тихоокеанских островов.
Вероятно, обнаруженную мутацию денисовцы могли получить от Homo еrectus, живших на тех же территориях сотни тысяч лет назад. Ученые рассчитывают, что дальнейшие исследования этого вида помогут прояснить вопросы их эволюции, популяционного разнообразия и взаимодействия с другими древними людьми.
Анализ ископаемых зубов указал на связь Homo erectus и денисовцев 400 тысяч лет назад
Некоторые коммерческие крема от загара содержат химические соединения, которые могут вредить морским экосистемам — кораллам, водорослям и мелким морским организмам. Речь идет прежде всего об УФ-фильтрах оксибензоне, октиноксате и октокрилене, нейтрализующих действие ультрафиолетовых лучей на кожу.
Авторы предыдущих исследований показали, что в определенных концентрациях эти вещества могут усиливать обесцвечивание кораллов, повреждать ДНК и клетки их личинок, влиять на развитие рыб и беспозвоночных, накапливаться в воде возле пляжей.
В ряде регионов ввели ограничения на распространение солнцезащитных кремов. В частности, на Гавайях (штат США) ограничили продажу солнцезащитных средств с оксибензоном и октиноксатом.
Поэтому ученые ищут альтернативу существующим УФ-фильтрам. Необходимое вещество удалось обнаружить в природе, где уже есть собственные механизмы защиты от ультрафиолета, — гадусол.
На Земле гадусол вырабатывают многие организмы. Например, он содержится в икринках лучеперых рыб данио-рерио (Danio rerio), а также в кораллах. Но там его содержание низкое, поэтому извлекать гадусол из организмов для последующего использования в солнцезащитных средствах нецелесообразно.
[shesht-info-block number=2]
Команда биологов из Китая под руководством Пин Чжана (Ping Zhang) из Университета Цзяннань научилась получать гадусол биотехнологически. Ученые внедрили гены рыбок Danio rerio в бактерию Escherichia coli, чтобы «оснастить» ее ферментами, необходимыми для синтеза гадусола.
Затем повысили эффективность производства вещества с помощью малых РНК, регулирующих работу генов. После подобрали наиболее оптимальные условия, при которых бактерия производила максимальное количество гадусола. В результате «урожайность» выросла почти в 93 раза — с 45,2 миллиграмма до 4,2 грамма на литр питательной среды.
Во время эксперимента гадусол показал антиоксидантные свойства, сопоставимые с витамином C. Речь идет о способности «ремонтировать» клетки, поврежденные свободными радикалами — агрессивными молекулами, которые могут повреждать клетки, ДНК и ткани организма. Они образуются, например, под действием ультрафиолета.
[shesht-info-block number=1]
Многие животные используют гадусол в природе, значит, по мнению Чжана и его коллег, есть шанс, что он окажется безопасным и для человека, и для окружающей среды. Кроме того, из-за прозрачности гадусол может не оставлять на коже белесый след, как некоторые современные солнцезащитные средства.
Но исследователи предупредили, что до настоящего коммерческого крема еще далеко. Существуют две главные проблемы. Первая — нужно научиться дешево и массово производить гадусол. Вторая — необходимо создать устойчивую формулу крема, благодаря которой вещество будет как можно дольше удерживаться на коже.
Проблему массового производства команда Чжана частично решила: специалисты заставили палочковидную бактерию Escherichia coli вырабатывать гадусол в больших количествах. Однако вопрос себестоимости продукта пока остается открытым.
Выводы исследователей представлены в журнале Trends in Biotechnology.
Сельское хозяйство по всему миру постепенно отказывается от антибиотиков — стимуляторов роста из-за угрозы появления устойчивых к лекарствам микроорганизмов. Однако без таких препаратов птицы на фермах чаще страдают от хронического воспаления кишечника, теряют вес и потребляют больше корма впустую. Идеальная замена должна снимать воспаление и поддерживать рост животных без побочных эффектов.
Авторы исследования, опубликованного в журнале npj Biofilms and Microbiomes, решили использовать вместо антибиотиков виноградный жмых — побочный продукт производства вина и сока, на который приходится до 20% массы переработанного винограда. Он богат клетчаткой, антиоксидантами и полифенолами, но на практике чаще всего просто гниет на свалках.
Чтобы проверить эффективность жмыха, исследователи из Корнеллского университета провели эксперимент на 126 цыплятах-бройлерах. Для имитации проблемы реальных птицефабрик у животных искусственно вызвали хроническое воспаление кишечника с помощью тяжелой диеты. В корм добавили 30% рисовых отрубей, богатых некрахмалистыми полисахаридами.
Затем птиц распределили на шесть групп. Первая питалась стандартным кормом, вторая получала только тяжелую диету, а третьей вместе с тяжелой диетой давали популярный кормовой антибиотик цинк-бацитрацин. Оставшимся трем группам давали корм без антибиотика, но с 0,5% виноградного жмыха — обычного, ферментированного лактобактериями и ферментированного дрожжами. На протяжении 42 дней ученые фиксировали набор веса, анализировали состав крови, микробиом слепой кишки и активность генов в кишечнике птиц.
Тяжелая диета привела к сильному воспалению и падению набора веса на 54%. Однако виноградный жмых почти полностью компенсировал эти потери: птицы росли так же хорошо, как бройлеры на антибиотиках. У цыплят на виноградной диете снизилась экспрессия генов воспаления (IL-1β и TNF-α), а ворсинки в кишечнике, отвечающие за всасывание питательных веществ, стали заметно крупнее.
Жмых сработал как пребиотик и перестроил микробиом птиц. У бройлеров резко упала численность патогенов (Clostridium и Klebsiella) и выросла популяция полезных бактерий (Monoglobus и Lactobacillaceae). Особенно эффективно проявил себя жмых, ферментированный лактобактериями: он спровоцировал выделение большого количества масляной (бутирата) и пропионовой кислот. Эти молекулы служат главным топливом для клеток кишечника и гасят воспаление.
Важнейшее различие между диетами обнаружили при анализе помета на гены антибиотикорезистентности. В группе на цинк-бацитрацине произошел ожидаемый всплеск гена устойчивости bcrA. У птиц, питавшихся жмыхом, таких генов не выявили: добавка обеспечила тот же коммерческий результат в виде набора веса, но не создала угрозы появления супербактерий.
Ученые предлагают экономически выгодное решение проблемы устойчивости к антибиотикам в агропромышленности. Применение биологически активных отходов виноделия в качестве функциональной кормовой добавки поможет оздоровить птицеводство и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Виноградный жмых помог вырастить здоровых кур без антибиотиков
Сельское хозяйство по всему миру постепенно отказывается от антибиотиков — стимуляторов роста из-за угрозы появления устойчивых к лекарствам микроорганизмов. Однако без таких препаратов птицы на фермах чаще страдают от хронического воспаления кишечника, теряют вес и потребляют больше корма впустую. Идеальная замена должна снимать воспаление и поддерживать рост животных без побочных эффектов.
Авторы исследования, опубликованного в журнале npj Biofilms and Microbiomes, решили использовать вместо антибиотиков виноградный жмых — побочный продукт производства вина и сока, на который приходится до 20% массы переработанного винограда. Он богат клетчаткой, антиоксидантами и полифенолами, но на практике чаще всего просто гниет на свалках.
Чтобы проверить эффективность жмыха, исследователи из Корнеллского университета провели эксперимент на 126 цыплятах-бройлерах. Для имитации проблемы реальных птицефабрик у животных искусственно вызвали хроническое воспаление кишечника с помощью тяжелой диеты. В корм добавили 30% рисовых отрубей, богатых некрахмалистыми полисахаридами.
Затем птиц распределили на шесть групп. Первая питалась стандартным кормом, вторая получала только тяжелую диету, а третьей вместе с тяжелой диетой давали популярный кормовой антибиотик цинк-бацитрацин. Оставшимся трем группам давали корм без антибиотика, но с 0,5% виноградного жмыха — обычного, ферментированного лактобактериями и ферментированного дрожжами. На протяжении 42 дней ученые фиксировали набор веса, анализировали состав крови, микробиом слепой кишки и активность генов в кишечнике птиц.
Тяжелая диета привела к сильному воспалению и падению набора веса на 54%. Однако виноградный жмых почти полностью компенсировал эти потери: птицы росли так же хорошо, как бройлеры на антибиотиках. У цыплят на виноградной диете снизилась экспрессия генов воспаления (IL-1β и TNF-α), а ворсинки в кишечнике, отвечающие за всасывание питательных веществ, стали заметно крупнее.
Жмых сработал как пребиотик и перестроил микробиом птиц. У бройлеров резко упала численность патогенов (Clostridium и Klebsiella) и выросла популяция полезных бактерий (Monoglobus и Lactobacillaceae). Особенно эффективно проявил себя жмых, ферментированный лактобактериями: он спровоцировал выделение большого количества масляной (бутирата) и пропионовой кислот. Эти молекулы служат главным топливом для клеток кишечника и гасят воспаление.
Важнейшее различие между диетами обнаружили при анализе помета на гены антибиотикорезистентности. В группе на цинк-бацитрацине произошел ожидаемый всплеск гена устойчивости bcrA. У птиц, питавшихся жмыхом, таких генов не выявили: добавка обеспечила тот же коммерческий результат в виде набора веса, но не создала угрозы появления супербактерий.
Ученые предлагают экономически выгодное решение проблемы устойчивости к антибиотикам в агропромышленности. Применение биологически активных отходов виноделия в качестве функциональной кормовой добавки поможет оздоровить птицеводство и снизить экологическую нагрузку на окружающую среду.
Виноградный жмых помог вырастить здоровых кур без лекарств