Какая наука изучает червей: Наука изучающая паразитических червей — ответ на Uchi.ru

Содержание

Где черви — там жизнь

 

Дождевой червь — существо, с которым встречался каждый. Эти крошечные жители почвы не только влияют на экологию, но еще и показывают степень ее загрязненности и помогают специалистам в палеогеографических исследованиях. В последние 20 лет беспозвоночные «шагнули» из европейской части России в Сибирь. Их изучением занимаются сотрудники лаборатории молекулярной изменчивости ФИЦ Института цитологии и генетики СО РАН.

 

Под руководством заместителя директора ИЦиГ СО РАН Сергея Евгеньевича Пельтека исследования ведут кандидат биологических наук Сергей Викторович Шеховцов и студентка НГАУ Наталья Эдуардовна Базарова. В ходе своих изысканий ученые уделяют большое внимание филогеографии — распространению генетических линий животных и причин, которые к этому привели. До того, как сконцентрироваться на дождевых червях, он работал с описторхами. Эти паразиты не были идеальным объектом для исследований, ведь они быстро распространяются вместе с хозяевами — позвоночными животными. Сергей же искал малоподвижные организмы, которые имеют малую способность к миграции, и дождевые черви прекрасно подошли под это требование. Еще один их плюс — небольшое видовое разнообразие. На территории России обитает менее 50, а в Западной Сибири насчитывается лишь 16 видов — при этом широко распространены меньше десятка. Большая часть из них — космополиты, то есть пришедшие из Европы. А значит, определить тип конкретного червя можно со стопроцентной точностью.

 

За те четыре года, что ведется работа, Сергей Шеховцов изучал не только сибирских червей, но и тех, что водятся на Курилах, Камчатке и даже в Белоруссии. Кандидат биологических наук Елена Васильевна Голованова, работающая в Омске, помогает Сергею и его коллегам в морфологическом определении беспозвоночных. Далее исследователи работают с их ДНК и проводят секвенирование некоторых генов. В результате набирается большой объем информации, и ученые могут увидеть наиболее полное дерево видов и их различий.

 

Основное направление работ Сергея касается червя Eisenia nordenskioldi, который распространен по всей Сибири, а также в европейской части России, в Казахстане, Китае и Монголии. Это один из самых холодоустойчивых видов червей — обитает даже в тундре и на полярных островах, в холодных и засушливых условиях. Ученые уже накопили большой объем данных о его генетической изменчивости — внутри Eisenia nordenskioldi девять видов-двойников. Каждый из них имеет свои ареалы и, возможно, уникальные экологические особенности. Эти вопросы Сергей и его команда исследуют вместе с коллегой из Магадана — доктором биологических наук Даниилом Иосифовичем Берманом. 

 

В рамках гранта Президента России Сергей Шеховцов изучает космополитных червей, которые распространены по всему миру. Считается, что эти виды произошли из Западной Европы и вместе с расселением человека распространились по земному шару. 

 

— По генетике этих червей мы можем проследить не только пути их распространения, но и то, как изменяется их генетическое разнообразие, — отмечает ученый. — Что помогает прояснить характер заселения конкретного региона и вообще дает информацию о том, какие генетические изменения происходят у инвазивных (распространившихся в результате деятельности человека) видов, оказывающих большое влияние на природу. Если судить по биомассе, то в этом отношении дождевые черви, пожалуй, самые важные  животные.

 

Впрочем, сказать, что именно беспозвоночные определяют облик того или иного региона, все же нельзя — как правило, они занимают культивируемые земли, а в Западной Сибири иногда вытесняют наших местных эндемиков из естественных мест обитания. 

 

— Дождевые черви — это маркер загрязнений, — отмечает Сергей Шеховцов. — В зонах сильного радиационного или химического загрязнения, например, вблизи крупных комбинатов они исчезают. То есть, по их присутствию или отсутствию можно судить о состоянии окружающей среды.

 

 

К счастью, экологическая ситуация в Новосибирской области внушает оптимизм — в нашем регионе дождевых червей много. Не исключено, что с каждым годом их будет становиться все больше, ведь сейчас в сельском хозяйстве очень распространена вермикультура — разведение беспозвоночных с целью переработки компоста. 

 

Впрочем, дождевые черви приносят пользу не только сельскому хозяйству. Их изучение помогает получать новые знания по палеогеографии. Ученые установили: на территории Магаданской области, Чукотки и Якутии популяции Eisenia nordenskioldi живут уже несколько сотен тысяч лет. Это доказывает, что в древности северо-восточная Сибирь была затронута только локальными оледенениями, и такого ледникового щита, как над Европой, там не было. А были пригодные для жизни условия — причем, не только для дождевых червей, но и для многих других организмов. 

 

Вообще, дождевые черви зачастую оказывают большое влияние на экологию. Особенно это прослеживается в регионах, где раньше их не было совсем — скажем, в ряде областей Северной Америки. Завезенные фермерами европейские черви  мигрируют туда и очень быстро выедают всю подстилку — напочвенный покров из разлагающегося листового опада и мелких растений. Соответственно, меняется вся экосистема и все пищевые цепи. 

 

Подобные процессы происходят и в нашей стране — за последние двадцать лет они очень сильно продвинулись вглубь территории. В 1997 году доктор биологических наук Тамара Семеновна Всеволодова-Перель составила кадастр дождевых червей России и сопредельных государств. Сергей Шеховцов и его коллеги планируют провести подобную же работу, поскольку ситуация значительно изменилась. Часть видов, которые, по данным Всеволодовой-Перель, присутствовали только в европейской части и не доходили даже до Урала, теперь обнаруживаются и в Сибири. Предстоит найти ответ на вопрос: это естественная миграция червей вместе с человеком или идет изменение климата? У Сергея Шеховцова есть гранты Президента России и РФФИ, которые заканчиваются в 2016 году.

 

Павел Красин

 

Фото: (анонс) — vinyltoys.kz, остальные предоставлены Сергеем Шеховцовым

 

СЪЕДЯТ ЛИ ДОЖДЕВЫЕ ЧЕРВИ АМЕРИКУ?

Ежегодно США импортируют дождевых червей для рыболовов-любителей примерно на 20 миллионов долларов.

Улучив момент, червяк ускользает из садка любителя рыбной ловли.

‹

›

Открыть в полном размере

Уже два десятилетия экологи и лесники в разных частях США замечают исчезновение некоторых видов травянистых растений под пологом леса. В середине 90-х годов прошлого века под подозрение попали дождевые черви как возможные виновники этого исчезновения. «До того большинство американских экологов даже не подозревали, что дождевые черви — чуждые для Северной Америки пришельцы», — говорит биолог Синди Хейл. Она с 1988 года изучает влияние дождевых червей на флору Америки.


Насколько известно, местные виды дождевых червей исчезли с больших территорий Канады и севера США во время последнего оледенения, когда почва была покрыта толстым слоем льда. Около 12 тысяч лет назад ледник растаял, но популяции местных видов дождевых червей не смогли по-настоящему восстановиться.


Когда около трех веков назад в Северной Америке стали появляться колонисты из Европы, то с ними в Новый Свет попали европейские виды дождевых червей. Коконы с яйцами завозились ненамеренно на подковах лошадей, на копытах крупного и мелкого скота. Взрослые особи попадали в Америку в прикорневых комьях привычных европейских плодовых деревьев и других растений, которые переселенцы везли с собой через океан. Будучи более устойчивыми и приспособляемыми, чем американские, европейские виды расселились сначала по заведенным колонистами на новом месте садам и полям, а затем постепенно расползлись и по природным угодьям. Скорость расселения этих медлительных существ невелика: 5-10 метров в год. И опять им помогает человек. В США поставлено на широкую ногу разведение европейских дождевых червей на приманку для рыболовов и для переработки мусора в компост, выведена даже своя порода — калифорнийские черви (см. «Наука и жизнь» № 6, 2003 г.). Кроме того, черви импортируются в качестве наживки для рыболовов. Хейл полагает, что любители-рыболовы представляют собой мощный фактор расселения европейских пришельцев. они считают, что после рыбалки неиспользованных червей надо отпустить на волю, — и вытряхивают их куда-нибудь под кустик. Поэтому европейские дождевые черви особенно часто встречаются в лесах по берегам рек и озер.


Долгое время никто не подозревал, что эти малозаметные пришельцы могут нанести вред экосистемам Америки. Год за годом под пологом леса накапливались опавшие листья. Разлагали их только грибки и микроорганизмы. Возникал слой медленно гниющих листьев толщиной до 10 сантиметров. В нем обитала своя флора и фауна. Но этот толстый слой европейские дождевые черви съедают за несколько лет, заменяя его слоем переработанного перегноя, на котором охотно живет совсем другой комплекс растений и животных. А за ними исчезают более крупные животные — птицы, грызуны и землеройки, питавшиеся в подлеске. Как показали канадские экологи, листья преобладающего в здешних лесах канадского сахарного клена перевариваются европейскими червями значительно быстрее, чем обычные для лесов Европы буковые и дубовые листья. Если в лесу без червей упавший на землю лист разлагается грибками, насекомыми и микробами за 3-5 лет, то пришельцы из Европы съедают его за четыре недели.


Обнаженная почва легко поддается эрозии и быстрее теряет влагу после дождя. При ускоренном разложении листового опада фосфор, азот и углерод слишком быстро переводятся в растворимые формы и уходят в грунтовые воды. К тому же черви съедают прорастающие семена клена. В норме весной на один квадратный метр канадского леса приходится до сотни проростков клена, а там, где появились пришельцы из Европы, только единицы проростков.


Что делать с европейскими дождевыми червями, играющими на своей родине весьма полезную роль, непонятно. Применение ядохимикатов исключено. Завезти какого-то естественного врага, поедающего дождевых червей (а такие есть в Новой Зеландии), опасно, потом от него не избавишься. Теоретически возможен еще один выход — вернуть из заповедников в американские леса медведей гризли, которые охотно едят дождевых червей, но эти крупные и непредсказуемые хищники опасны для людей.


Положение осложняется тем, что из-за скудности местных видов в Америке практически
нет специалистов по дождевым червям, которые могли бы что-то порекомендовать.
Один из крупных зоологов, канадский профессор Джон Рейнолдс, увидев в 80-х годах
прошлого века, что правительство сокращает финансирование фундаментальной науки,
продал свою коллекцию из ста тысяч редких червей канадскому Музею природы и
потратил вырученную сумму на обучение в юридическом колледже — переквалифицировался
в адвоката. Сейчас он уже на пенсии и червями занимается в качестве хобби.


А пока министерство природных ресурсов Миннесоты добавило в список правил для рыболовов-любителей пункт: «Выпускать на волю неизрасходованных червей запрещается».

У червей-нематод спаривание с самцами дает более здоровое потомство, чем самовоспроизводство гермафродитов

У червей-нематод спаривание с самцами дает более здоровое потомство, чем самовоспроизводство гермафродитов — Газета.Ru

Эрдоган сообщил, что обсудил с Путиным строительство АЭС на берегу Черного моря…
00:19

СФ рассмотрит 4 октября законы о кредитных каникулах и трудовых гарантиях…
00:18

Вяльбе уличила норвежцев в обмане
00:13

Глава Чувашии пожаловался на сложности с закупками экипировки…
28.09.2022, 23:58

США назвали «сфабрикованными» результаты референдумов…
28.09.2022, 23:55

Сестра нападающего Роналду назвала португальцев больными и бездушными
28.09.2022, 23:54

Водитель автобуса в Тюмени зажал ногу 12-летнего школьника и поехал
28. 09.2022, 23:47

РИА «Новости»: Пентагон заявил, что поставки РСЗО HIMARS Киеву…
28.09.2022, 23:47

Эрдоган заявил, что у Турции не будет проблем с поставками газа…
28.09.2022, 23:43

Бренд Гарри Стайлса выпустил линейку декоративной косметики
28.09.2022, 23:43

Наука

Потомство, возникшее в результате самовоспроизводства, оказывается более восприимчивым к генетическим мутациям, чем поколение, появившееся после спаривания разнополых особей у червей-нематод. Ученые полагают, что в этом и заключается преимущество разнополого размножения.

«Поцелуй смерти» продлевает жизнь

Голодание увеличивает продолжительность жизни у червей-нематод вследствие повышения уровня фермента WWP1…

11 июля 13:13

«Зачем заниматься сексом с кем-то, если можно иметь секс с самим собой?» — таким неожиданно интригующим вопросом начинается представление одной из статей нового номера журнала Nature, вышедшего в четверг. Однако данная публикация вовсе не затрагивает вопросы половой жизни человека и посвящена исследованиям, результаты которого способствуют лучшему пониманию ряда вопросов эволюционной биологии — раздела биологии, который изучает происхождение видов, наследственность, изменчивость признаков, размножение и разнообразие форм.

В частности эволюционисты пытаются понять, почему некоторые виды животных и простейших организмов предпочитают разнополое размножение самовоспроизводству по аналогии самоопыления у ряда растений.

Caenorhabditis elegans

свободноживущая нематода (круглый червь) около 1 мм в длину. Его исследования в молекулярной биологии и биологии развития начались в 1974 работами Сиднея Бреннера. Широко используется как модельный организм в исследованиях по генетике…

Для того чтобы прояснить этот вопрос, ученые Университета штата Орегон (США) провели исследования процесса размножения у червей нематод C.elegans.

Эти черви являются известными «помощниками» биологов в их научных изысканиях. Причина этого — в коротком жизненном цикле нематод (в среднем один червь живет около трех дней), небольшом размере (их длина не превышает 1,5 миллиметра) и достаточно простой структуре (это первый многоклеточный организм, чей геном был расшифрован). Кроме того, одна нематода в среднем производит 300–350 потомков, что позволяет биологам в полной мере наблюдать процесс размножения и эволюции этих червей.

Размножение у C.elegans происходит достаточно необычно. У нематод этого вида два пола: один — мужской, а второй пол представляет собой гермафродитов, то есть это самки, которые имеют способность сперматогенеза.

Гермафродиты могут размножаться как вследствие спаривания с самцами, так и в результате самовоспроизводства.

Старость от косметического ремонта

Нашлась, возможно, главная причина старения клеток. Порам ядерной мембраны не повезло – в продолжение…

24 января 15:49

В ходе работы ученые провели порядка сотни экспериментов, изучая размножение и эволюцию нематод, живущих в различных биологических средах. Оказалось, что в результате самовоспроизводства у C.elegans повышалась восприимчивость к генетическим мутациям. Потомство же, полученное в результате спаривания гермафродита с самцом, оказывалось более здоровым и значительно лучше адаптировалось к изменениям окружающей среды.

Долголетие без жира и кастрации

Чтобы продлить жизнь, кастрация не обязательна. Достаточно повысить активность фермента, расщепляющего жир в…

11 ноября 14:09

«Неспособность потомства, появившегося вследствие самовопроизводства, адаптироваться к изменениям среды обитания объясняет, почему его представители имеют смертность гораздо больше, чем у тех червей, которые появились на свет в результате разнополого скрещивания», — поясняет один из авторов работы, Леви Моррэн.

Вопрос роли особей мужского пола в эволюции видов, которые имеют возможность самовоспроизводства, был довольно спорным, так как самцы не производят потомства и в какой-то степени являются бесполезными.

Но исследования нематод C. elegans доказывают, что это не так.

Генетическое разнообразие, которое обеспечивается самцами, позволяет следующему поколению организмов жить настолько «долго и счастливо», насколько эти понятия могут быть применены к червям. И это, считают авторы работы в Nature, объясняет, почему разнополое размножение в разных природных популяциях является скорее правилом, чем исключением.

Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter

Новости

Дзен

Telegram

Картина дня

ФСБ усмотрела «акт международного терроризма» в ЧП на «Северных потоках»

РИА «Новости»: в Пентагоне заявили о непричастности США к взрывам на «Северных потоках»

Лукашенко впервые за 40 лет посетил Абхазию и пообещал ее не бросать

Лукашенко рассказал, как до поздней ночи обсуждал с Путиным проблемы Абхазии

«Немедленно покинуть Россию». США предупредили своих граждан

США и Латвия призвали своих граждан «как можно скорее» покинуть Россию

Самолет с главами ДНР, Херсонской и Запорожской областей приземлился в Москве

РИА «Новости»: Пентагон заявил, что поставки РСЗО HIMARS Киеву рассчитаны на несколько лет

Глава Чувашии пожаловался на сложности с закупками экипировки для мобилизованных

США назвали «сфабрикованными» результаты референдумов о вхождении в состав России

Новости и материалы

Эрдоган сообщил, что обсудил с Путиным строительство АЭС на берегу Черного моря в Турции

СФ рассмотрит 4 октября законы о кредитных каникулах и трудовых гарантиях мобилизованных

Вяльбе уличила норвежцев в обмане

Сестра нападающего Роналду назвала португальцев больными и бездушными

Водитель автобуса в Тюмени зажал ногу 12-летнего школьника и поехал

Эрдоган заявил, что у Турции не будет проблем с поставками газа из России зимой

Бренд Гарри Стайлса выпустил линейку декоративной косметики

Пентагон: США абсолютно не причастны к ЧП на «Северных потоках»

Футболист Халилович заявил, что в сборной Боснии извинились за соглашение о матче с Россией

Эрдоган надеется обсудить с Путиным проблему урегулирования украинского кризиса

ЕС хочет запретить импорт туалетной бумаги из России

В Москве около жилого дома найдено тело школьницы

Ученые выяснили, почему раковые опухоли растут быстрее у работающих по ночам

Госдеп: ВСУ могут применять поставляемое США оружие на присоединяющихся к РФ территориях

Ученые выяснили, как пол хирурга влияет на смертность пациентов

Президент Молдавии: «Газпром» еще не подтвердил запрошенные объемы газа на октябрь

Ученые установили фактор, ускоряющий развитие недоношенных детей

В Госдуму внесли законопроект, расширяющий основания отсрочки от призыва

Все новости

Военная операция России на Украине. День 217-й

Онлайн-трансляция военной спецоперации РФ на Украине — 217-й день

Евросоюз усилит санкции против России. И одновременно смягчит

Глава ЕК фон дер Ляйен пообещала «заставить Кремль заплатить» за референдумы

«Объясняем.рф»: срочников могут мобилизовать только после увольнения в запас

В период самой срочной службы солдаты под мобилизацию не попадут

Пасхалки к «Крестному отцу» и Йода с глазами Эйнштейна: чего вы могли не знать о «Звездных войнах»

10 невероятных фактов о создании оригинальных «Звездных войн»

Интервью с режиссером Петром Келептришвили — о его «Городе музыки» и звучании Москвы

Режиссер Петр Келептришвили рассказал о фильме «Город музыки»

«Здоровые, молодые, обеспеченные»: Володин раскритиковал уехавших россиян

Володин предложил отдать брошенные на границе машины семьям мобилизованных

Королева бурлеска: Дите фон Тиз — 50

Режим штатный: как пройдет осенний призыв — 2022

Экс-военком Моисеев: стартующий 1 октября осенний призыв не имеет отношения к мобилизации

«Она злая и агрессивная». Украинскую беженку-разлучницу арестовали в Британии

Британская полиция арестовала украинскую беженку Каркадым после ссоры с возлюбленным

«Не надо отмахиваться от его слов»: Меркель заявила, что Путин не блефует

Экс-канцлер ФРГ Меркель: стоит серьезнее отнестись к словам Путина о защите России

Можно ли пользователю наказать интернет-компанию за утечку данных в России

Директор Центра РКН Куровская рассказала, как «отбивать» свои данные у интернет-компаний

Что происходит с картами «Мир» в Турции

NTV: в Турции не осталось банков, работающих с российской платежной системой «Мир»

В Польше намекнули на причастность США к разрушениям на «Северных потоках»

Захарова увидела в словах Сикорского о «Северных потоках» признание в теракте

Алексей Мухин

А у нас наличные! А у вас?

Об особенном интересе россиян к кэшу

Андрей Колесников

Философское пароходостроение

О столетии высылки российской интеллектуальной элиты

Георгий Бовт

Реакционеры на страже любви, правды и мира

О временах, когда Россия была общеевропейской «рукой Божественного Провидения»

Алена Солнцева

Подражать не обязательно

О свободе от массового сознания в эпоху массовой культуры

Анастасия Миронова

Прыжок в бочку с формалином

О том, почему эмиграция консервирует людей и делает их старомодными

—>

Читайте также

Найдена ошибка?

Закрыть

Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.

Продолжить чтение

Зачем в РГСУ «жарят» дождевых червей?

13 июня 2018 | 3142

Вы никогда не задумывались, почему дождевые черви такие разные? Разные по цвету, размеру, весу? Спорим, что нет! Ну, черви и черви. Если только на рыбалку сходить. А вот ученые с факультета экологии и техносферной безопасности считают дождевого червя чуть ли не экспертом по загрязнению окружающей среды. Или уж как минимум – отличным индикатором для настоящих экспертов. Об исследованиях в рамках научной школы биоиндикации, о разработке биологически активных препаратов и том, как правильно жарить червей в научных целях – наш материал.

Биоиндикация – наука относительно молодая. Общий смысл исследований заключается в том, чтобы оценить состояние окружающей нас среды не с помощью сложных и дорогостоящих лабораторных исследований, а привлекая к этому делу живые организмы, обитающие в этой среде.

Вот, например, те самые дождевые черви. Не так давно европейские ученые показали, что их цвет зависит от состава элементов, загрязняющих почву. Например, если в почве много мышьяка – черви желтеют, свинца – чернеют, а цинка – белеют. И это понятно. Мы – то, что мы едим, а дождевые черви перерабатывают почву, аккумулируя в себе почвенные элементы пропорционально их содержанию. Если в почве много цинка – его много и в дождевых червях, и побелевшие черви всем своим видом сигналят – загрязнение!

Однако исследования аспиранта ФЭиТБ Олега Дрябжинского показывают, что не все так просто. Во-первых, все зависит от самого элемента. Если одни тяжелые металлы черви буквально впитывают, как губка, то другие при высокой концентрации в почве начинают активно отторгать. Например, цинк они поглощают пропорционально его содержанию в почве, а вот содержание свинца в дождевых червях тем меньше, чем больше его в окружающей среде.

Причем черви реагируют на загрязнение изменением не только цвета, но и численности, и массы. Но тут тоже не все просто, и зависит от конкретного фактора загрязнения. В некоторых случаях черви реагируют на токсичные элементы увеличением массы. А вот реакция на кадмий, например, у червей прямо противоположная. В исследовании Олега на тех точках, где кадмия было мало, черви оказывались достаточно крупными – и наоборот. В местах же где кадмия было много, черви были мелкими.

Вот как Олег рассказывает про сам процесс «добычи информации»:

«Мы выбираем площадь 10 на 10 метров. Отмеряем колышками, натягиваем веревку. Лопатой отодвигаем листья, остальное смахиваем руками. Делаем несколько лунок, методом «конверта»: четыре точки и пятая в центре. Забираем только поверхностный слой, примерно 20 сантиметров – тут червей больше. Поднимаем этот ком, выкладываем на клеенку. Руками всё разрыхляем и вытаскиваем червей, беспозвоночных и т.д. Укладываем их в стерильные баночки. Червей желательно оставить живыми, но тут уж как получится. Лучше брать уже половозрелых.   Нет, мы не проверяем их на половозрелость, просто берем тех, что покрупнее. Помещаем в печь на 80 минут при температуре 450 градусов – и вуаля, вместо дождевых червей получаем золу, Этот процесс называется озолением. Дальше к золе добавляется азотная кислота, и состав полученной вытяжки оцениваем при помощи атомно-абсорбционного спектрометра. Ну а вес и размеры оцениваются гораздо проще – с помощью обычных весов и линейки».

Работы Олега Дрябжинского показывают, что дождевые черви – прекрасный индикатор состояния почвы. Однако, чтобы использовать такой индикатор на практике, необходимо рассчитывать шкалы соответствия для каждого конкретного элемента и типа местности.

Кстати, Олег – не единственный, кто занимается у нас проблемами биоиндикации. На факультете складывается серьезная научная школа под руководством доктора биологических наук, профессора кафедры техносферной безопасности и экологии Валентины Зубковой. Основная сфера ее научных интересов – биоиндикация и биомониторинг.

«Раньше существовала точка зрения, что чем больше загрязнителей, тем больше их содержится в живых организмах, — рассказывает Валентина Михайловна. – Но наши исследования показывают, что прямой зависимости здесь нет. Растения, например, могут реагировать на повышенное содержание загрязняющих веществ увеличением массы. Корнеплоды очень сильно увеличивают свою массу от повышения концентрации свинца. Это так называемый «эффект стимулирующей интоксикации», когда растение разрастается и как бы разбавляет эти загрязнители до определенного уровня. В этом случае концентрация загрязнителя в продукции все равно повышается, но не настолько сильно, как в окружающей среде. Прежде чем давать рекомендации практиком по биомониторингу, нужно очень тщательно изучать специфику реакции разных биологических объектов на разные загрязнители».

Такие работы ведут ученики и аспиранты Валентины Михайловны. Например, Наталья Белозубова изучает накопление свинца, скандия, кадмия в растениях, молоке и волосяном покрове коров, Тамара Пугачева – влияние нефтных загрязнений на количество в почве педобионтов (дождевых червей, мокриц, многоножек), Владимир Болотов – содержанием тяжелых металлов в тканях и органах рыб. И это только маленькая часть проводимых научных исследований.

Нужны ли такие исследования на практике? Безусловно нужны, и нужны очень остро. И не только в целях мониторинга загрязнений, но и для точного прогноза экологической обстановки. Динамика накопления вредных веществ в древесине деревьев позволяет, например, предсказать срок жизни наших парковых насаждений. 

Есть и еще одна область, где исследования учеников Валентины Михайловны имеют большое значение – медицина. Например, Владимир Болотов установил, что повышенная концентрация железа и марганца в воде вызывает повышение содержания этих элементах в тканях рыб. Соответственно, мы получаем возможность после содержания рыб в богатой теми или иными препаратами среде, производить из них биопрепараты – например, с повышенным содержанием железа для лечения анемии.

Или, например, есть такой элемент – селен. Его используют при лечении злокачественных заболеваний. Мы можем заведомо получать продукцию с регулируемым содержанием селена.   Предположим мы выращиваем не просто салат, а выращиваем его при внесении в почву селенита натрия. В результате мы можем получать биологические лекарственные препараты с определенным содержанием селена. Причем не просто как неорганическое вещество, а в биологически активной, легко усваиваемой форме.

Мы рассказали только о некоторых исследованиях, которыми занимается Валентина Зубкова со своими учениками и последователями.  Исследованиях безумно интересных и реально важных для жизни.

Когда-нибудь мы обязательно вернемся к этой теме и расскажем обо всем остальном.

Программа вступительных испытаний по биологии ВЕИП

Программа составлена на основе федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования и объединяет в себе все основные содержательные компоненты биологических знаний. В содержание программы включен материал из всех разделов школьной биологии. Экзаменационные задания по биологии не выходят за рамки данной программы, но требуют глубокой проработки всех ее элементов. Для успешных ответов на задания необходимо свободное и осознанное владение биологическими понятиями, теориями, законами и закономерностями. В содержание вступительных испытаний включены задания в тестовой форме.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

В определенное расписанием время абитуриенты должны занять места в назначенной аудитории, для чего с собой необходимо иметь: паспорт, экзаменационный лист, ручку. После размещения всех, допущенных к вступительным испытаниям, представитель экзаменационной комиссии объясняет правила оформления ответа и раздает листы с экзаменационными заданиями. С этого момента начинается отсчет времени. Продолжительность вступительных испытаний — два академических часа (90 минут).

ТРЕБОВАНИЯ К ПИСЬМЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ

Абитуриент, сдающий вступительный экзамен в вуз по биологии должен показать знания, навыки и умения, соответствующие программе средней общеобразовательной школы.

Письменный экзамен по биологии состоит из 20-ти тестовых заданий.

Правильное решение каждого задания оценивается 5 баллами.

Результаты выполнения экзаменационной работы оцениваются по 100-балльной системе. Максимальное количество баллов, выставляемых за экзаменационную работу, – 100. Количество баллов, необходимое для получения положительной оценки, — 39.

СОДЕРЖАНИЕ ПРОГРАММЫ

Растения. Бактерии. Грибы. Лишайники. Растительный мир как составная часть природы, его разнообразие. Значение растений в природе и жизни человека. Охрана растений. Корень. Развитие корня из семени. Виды корней. Типы корневых систем. Внешнее и внутреннее строение корня. Рост корня. Дыхание корней. Основные функции корня. Удобрения. Значение обработки почвы, внесение удобрений и полив. Видоизменения корней.

Побег. Почка – зачаточный побег. Почки листовые и цветочные. Строение почек. Развитие побега из почки. Лист. Внешнее строение листа. Жилкование. Листья простые и сложные. Листорасположение. Особенности микроскопического строения листа в связи с его функциями. Фотосинтез. Дыхание листа. Испарение воды листьями. Видоизменения листьев.

Стебель. Морфологические формы стеблей. Ветвление и формирование кроны. Внутреннее строение стебля древесного растения в связи с выполняемыми функциями. Рост стебля в длину и в толщину. Передвижение минеральных и органических веществ по стеблю. Видоизмененные побеги: корневище, клубень, луковица; их биологическое значение.

Способы вегетативного размножения цветковых растений. Вегетативное размножение с помощью корней, листьев, стеблей и видоизмененных побегов. Значение вегетативного размножения.

Цветок – орган семенного размножения. Строение цветка: цветоножка, цветоложе, околоцветник, тычинки и пестик. Однополые и обоеполые цветки. Однодомные и двудомные растения. Значение цветка в размножении растений. Соцветия, их многообразие и биологическое значение. Перекрестное опыление, самоопыление. Ветроопыляемые и насекомоопыляемые растения. Образование плодов и семян. Типы плодов. Строение семян однодольных и двудольных растений. Химический состав семян. Дыхание семян. Питание и рост проростков. Распространение плодов и семян.

Растение – целостный организм. Ткани растительного организма. Взаимосвязи клеток, тканей и органов. Основные процессы жизнедеятельности растения. Растительные сообщества.

Основные отделы растений.

Водоросли. Строение и жизнедеятельность одноклеточных и нитчатых зеленых водорослей. Размножение водорослей. Бурые морские водоросли. Значение водорослей в природе и жизни человека.

Мхи. Строение и размножение (на конкретном примере), усложнение в процессе эволюции. Особенности строения сфагнума. Образование торфа и его значение.

Папоротникообразные. Строение и размножение (на конкретном примере), усложнение в процессе эволюции. Папоротники, хвощи, плауны. Роль в природе.

Голосеменные. Строение и размножение (на конкретном примере), усложнение в процессе эволюции. Многообразие. Значение в природе и в хозяйственной деятельности человека.

Покрытосеменные. Особенности строения и жизнедеятельности покрытосеменных, их классификация. Признаки классов двудольных и однодольных растений. Класс Двудольные растения. Характеристика семейств крестоцветных, розоцветных, бобовых, пасленовых и сложноцветных, их значение в природе и жизни человека. Класс Однодольные растения. Семейства: лилейные, злаки. Отличительные признаки растений данных семейств, их биологические особенности и значение.

Происхождение культурных растений. Понятие о сорте. Важнейшие сельскохозяйственные растения (зерновые, плодово-ягодные, овощные, масличные, технические и другие). Биологические основы их выращивания.

Бактерии. Особенности строения и жизнедеятельности прокариотической клетки. Формы бактерий. Размножение бактерий. Распространение бактерий. Роль бактерий в природе и жизни человека.

Общая характеристика царства грибов. Особенности строения и жизнедеятельности шляпочных грибов. Дрожжи. Плесневые грибы: пеницилл и мукор. Грибы-паразиты. Их строение, питание и размножение. Значение грибов в природе и хозяйственной деятельности человека.

Лишайники. Особенности строения, питания и размножения лишайников как симбиотических организмов. Многообразие лишайников. Роль лишайников в природе и жизни человека.

Животные. Основные отличия животных от растений. Черты их сходства. Многообразие животного мира.

Одноклеточные. Общая характеристика. Среда обитания, особенности строения и жизнедеятельности одноклеточных животных: передвижение, питание, дыхание, размножение (на примере амебы обыкновенной, инфузории-туфельки). Образование цист. Многообразие и значение одноклеточных животных.

Тип Кишечнополостные. Общая характеристика типа. Гидра пресноводная: среда обитания, внешнее строение, вид симметрии. Дифференциация клеток у кишечнополостных. Питание, передвижение, регенерация и размножение. Многообразие кишечнополостных (коралловые полипы и медузы), их значение.

Тип Плоские черви. Класс Ресничные черви. Белая планария: среда обитания, внешнее строение, передвижение. Двусторонняя симметрия. Ткани, органы, системы органов плоских червей. Классы Сосальщики и Ленточные черви. Особенности строения и жизнедеятельности в связи с паразитическим образом жизни. Жизненные циклы печеночного сосальщика и бычьего цепня. Многообразие плоских червей. Вред, наносимый животноводству и людям, меры борьбы.

Тип Круглые черви. Аскарида человеческая: внешнее и внутреннее строение, жизнедеятельность и размножение. Профилактика аскаридоза.

Тип Кольчатые черви. Общая характеристика типа. Малощетинковые черви. Дождевой червь: среда обитания, внешнее и внутреннее строение. Регенерация, размножение. Роль дождевых червей в почвообразовании. Многощетинковые черви. Усложнение кольчатых червей в процессе эволюции.

Тип Моллюски. Общая характеристика типа. Среда обитания. Особенности строения, питания, дыхания, размножения на примере одного из представителей типа. Многообразие моллюсков: классы Брюхоногие, Двустворчатые и Головоногие. Значение в природе и жизни человека.

Тип Членистоногие. Общая характеристика типа Членистоногие.

Класс Ракообразные. Общая характеристика класса. Среда обитания, особенности строения, жизнедеятельности, размножения. Многообразие. Роль в природе и жизни человека.

Класс Паукообразные. Общая характеристика класса. Особенности строения, питания, дыхания, размножения и поведения паука-крестовика в связи с жизнью на суше. Клещи. Особенности строения и жизнедеятельности. Роль в природе и жизни человека. Меры защиты от клещей.

Класс Насекомые. Общая характеристика класса. Особенности строения, и жизнедеятельности (на конкретном примере). Размножение. Типы развития насекомых.

Характеристика основных отрядов насекомых: Чешуекрылых, Двукрылых, Перепончатокрылых. Значение насекомых.

Тип Хордовые. Общая характеристика и происхождение хордовых. Особенности строения ланцетника. Черты сходства с беспозвоночными животными.

Хрящевые и костные рыбы. Общая характеристика класса. Особенности внешнего и внутреннего строения в связи со средой обитания. Нервная система и органы чувств. Рефлексы. Поведение. Размножение и развитие. Древние кистеперые рыбы – предки Земноводных. Многообразие и значение рыб.

Класс Земноводные. Общая характеристика класса. Многообразие земноводных (отряды хвостатые, бесхвостые), их происхождение, значение и охрана. Особенности строения, жизнедеятельности и размножения в связи с обитанием в воде и на суше. Многообразие и значение земноводных.

Класс Пресмыкающиеся. Общая характеристика класса. Среда обитания, особенности строения, размножения, поведения в связи с жизнью на суше. Регенерация. Происхождение пресмыкающихся. Древние пресмыкающиеся. Многообразие пресмыкающихся, их значение и охрана.

Класс Птицы. Общая характеристика класса. Внешнее строение. Особенности внутреннего строения и процессов жизнедеятельности, связанные с полетом. Поведение птиц. Размножение и развитие, забота о потомстве. Приспособленность птиц к сезонным явлениям в природе. Экологические группы птиц. Происхождение птиц. Роль птиц в природе и жизни человека. Охрана птиц.

Класс Млекопитающие. Общая характеристика класса. Особенности внешнего строения, скелета, мускулатуры, внутреннего строения и обмена веществ. Размножение, развитие, забота о потомстве. Приспособленность млекопитающих к сезонным явлениям в природе. Усложнение нервной системы, органов чувств, поведения. Происхождение млекопитающих. Первозвери. Сумчатые. Характеристика отрядов плацентарных (насекомоядные, рукокрылые, грызуны, зайцеобразные, хищные, ластоногие, китообразные, копытные, приматы). Роль млекопитающих в природе и жизни человека, их охрана.

Человек и его здоровье. Особенности строения и жизнедеятельности животной клетки. Основные ткани организма человека. Органы и системы органов, связь их строения с выполняемыми функциями. Нервная и гуморальная регуляция функций физиологических систем. Человек и окружающая среда. Опорно-двигательная система человека. Сходство скелета человека и животных. Отделы скелета человека. Особенности скелета человека, связанные с трудовой деятельностью и прямохождением. Состав и строение костей. Рост костей. Типы соединения костей и их значение. Первая помощь при ушибах, растяжениях связок, вывихах и переломах. Мышцы, их строение и функции. Основные группы мышц. Работа мышц. Влияние ритма и нагрузки на работу мышц. Утомление мышц. Предупреждение искривления позвоночника и развития плоскостопия. Кровь и кровообращение. Внутренняя среда организма и ее относительное постоянство. Значение крови и кровообращения. Состав крови, плазма крови. Свертывание крови. Строение и функции клеток крови. Группы крови, переливание крови, донорство. Иммунитет. Значение прививок. Органы кровообращения: сердце и кровеносные сосуды. Строение и работа сердца. Большой и малый круги кровообращения. Движение крови по сосудам, кровяное давление, пульс. Регуляция деятельности сердца и кровеносных сосудов. Лимфообращение. Предупреждение сердечно-сосудистых заболеваний. Первая помощь при кровотечениях. Вредное влияние курения на сердечно-сосудистую систему.   Дыхательная система. Значение, строение и функции органов дыхания. Голосовой аппарат. Дыхательные движения. Газообмен в легких и тканях. Жизненная емкость легких. Нервно-гуморальная регуляция дыхания. Искусственное дыхание. Инфекционные болезни, передающиеся через воздух. Предупреждение воздушно-капельных инфекций. Гигиена дыхания. Влияние загрязнения воздушной среды на дыхательную систему человека.

Пищеварительная система. Питательные вещества и пищевые продукты. Понятие о пищеварении. Роль ферментов в пищеварении. Строение и функции органов пищеварения. Пищеварение в ротовой полости, желудке и кишечнике. Всасывание. Значение печени и поджелудочной железы в пищеварении. Регуляция процессов пищеварения. Роль И.П. Павлова в изучении функций органов пищеварения. Гигиена питания.

Общая характеристика обмена веществ и энергии. Пластический и энергетический обмены, их взаимосвязь. Обмен белков, жиров, углеводов в организме человека. Водно-солевой обмен. Витамины, их значение в обмене веществ. Авитаминозы, гиповитаминозы, гипервитаминозы. Рацион, режим и нормы питания.

Мочевыделительная система: строение и функции. Образование мочи. Значение выделения продуктов обмена. Профилактика заболеваний органов мочевыделения.

Строение и функции кожи. Роль кожи в терморегуляции. Закаливание организма. Гигиена кожи. Первая помощь при тепловом и солнечном ударах, ожогах и обморожениях.

Железы внутренней секреции. Их значение в жизнедеятельности и развитии организма. Гормоны. Внутрисекреторная деятельность гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы. Болезни, связанные с нарушением деятельности желез внутренней секреции.

Нервная система. Ее значение в регуляции и координации функций организма и осуществлении взаимосвязи организма со средой. Центральная и периферическая нервная система человека. Понятие о рефлексе. Строение и функции спинного мозга. Строение и функции отделов головного мозга. Большие полушария головного мозга: доли и функциональные зоны. Роль вегетативной нервной системы в регуляции работы внутренних органов. Вредное влияние никотина, алкоголя и наркотиков на нервную систему. Анализаторы, органы чувств, их значение. Строение, функции и гигиена зрительного и слухового анализаторов. Высшая нервная деятельность человека (ВНД). Роль И.М. Сеченова и И.П. Павлова в создании учения о высшей нервной деятельности. Безусловные и условные рефлексы. Биологическое значение образования и торможения условных рефлексов. Отличия высшей нервной деятельности человека от ВНД животных. Речь и мышление. Сознание как функция мозга. Социальная обусловленность поведения человека. Сон, его значение и гигиена умственного труда. Режим дня и его значение.

Система органов размножения: строение и функции. Оплодотворение и внутриутробное развитие. Рождение ребенка. Уход за новорожденным. Личная гигиена подростков.

Общая биология. Биология – наука о жизни. Методы биологических исследований. Уровни организации живой материи. Основы цитологии. Клетка – структурная и функциональная единица живого. Химические элементы клеток. Неорганические соединения клетки. Роль воды в клетке и организме. Органические вещества клеток: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты, АТФ; их роль в клетке.

Строение эукариотической клетки. Клеточная стенка и наружная клеточная мембрана: строение и функции. Протоплазма и цитоплазма клетки. Ядро: строение и функции. Хромосомы и хроматин. Вакуолярная система клетки: эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли). Митохондрии и пластиды. Немембранные органоиды: рибосомы, цитоскелет, клеточный центр, органоиды движения. Клеточные включения. Особенности строения клеток прокариот. Сравнительная характеристика строения клеток растений и животных. Особенности строения и жизнедеятельности прокариот. Положения клеточной теории.

Обмен веществ и превращение энергии – основа жизнедеятельности клетки. Классификация организмов по источнику энергии и типу питания. Энергетический обмен в клетке (на примере окисления глюкозы), его сущность, значение АТФ. Фотосинтез: световая и темновая фазы, значение. Хемосинтез. Ген, генетический код и его свойства. Биосинтез белков: транскрипция и трансляция. Реакции матричного синтеза. Взаимосвязь пластического и энергетического обменов.

Неклеточные формы жизни (вирусы). Строение, размножение вирусов. Вирусные заболевания человека. Профилактика СПИДа.

Размножение и индивидуальное развитие организмов. Соматические и половые клетки многоклеточного организма. Хромосомы, гаплоидный и диплоидный набор хромосом. Гомологичные хромосомы.

Клеточный цикл. Интерфаза. Механизм и биологическое значение митоза. Мейоз – редукционное деление, механизм и биологическое значение мейоза.

Сперматогенез и овогенез у животных. Оплодотворение у животных. Двойное оплодотворение цветковых растений. Онтогенез. Эмбриональное и постэмбриональное развитие. Прямое и непрямое постэмбриональное развитие. Формы размножения организмов: бесполое и половое. Способы бесполого размножения (митоз, спорообразование, фрагментация, почкование, вегетативное размножение). Половое размножение организмов. Партеногенез. Гермафродитизм.

Основы генетики. Генетика как наука, ее задачи и методы исследования. Основные понятия генетики: наследственность, изменчивость, доминантные и рецессивные признаки. Аллельные гены. Фенотип и генотип. Гетерозиготные и гомозиготные организмы. Закономерности, установленные Г. Менделем для моно – и дигибридного скрещиваний: правило единообразия гибридов, закон расщепления, гипотеза чистоты гамет, закон независимого наследования признаков. Их цитологические основы. Генотип как целостная исторически сложившаяся система. Взаимодействие неаллельных генов. Анализирующее скрещивание. Сцепленное наследование. Хромосомная теория наследственности. Генетика пола. Наследование признаков, сцепленных с полом. Генетика человека. Методы изучения наследственности человека. Наследственные болезни человека. Значение генетики для медицины и здравоохранения.

Наследственная и ненаследственная изменчивость. Классификация мутаций. Мутагены. Искусственный мутагенез. Мутации – материал для естественного и искусственного отбора. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости Н.И. Вавилова. Модификационная изменчивость. Норма реакции. Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Основы селекции. Селекция как наука, ее задачи. Значение работ Н.И. Вавилова для развития селекции. Основные методы селекции растений. Особенности и методы селекции животных. Типы разведения животных. Методы селекции микроорганизмов. Биотехнология, ее значение и основные направления: микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.

Основы экологии. Экология: предмет, задачи и методы исследования. Среда обитания. Особенности водной, наземно-воздушной, почвенной и организменной сред обитания. Приспособленность организмов к обитанию в различных средах. Экологические факторы: абиотические, биотические, антропогенные; их комплексное воздействие на организм. Закономерности влияния экологических факторов на организм.

Экологическая характеристика популяции. Структура популяции. Динамика численности популяции. Факторы, регулирующие численность. Взаимоотношения особей в популяциях.

Понятие о сообществе, биогеоценозе, экосистеме. Структура и организация биогеоценоза. Разнообразие популяций в биогеоценозе, их взаимосвязи. Типы взаимодействий особей в биогеоценозах. Цепи питания и трофические сети. Саморегуляция и устойчивость биогеоценозов. Смена биогеоценозов. Агроценозы. Охрана биогеоценозов.

Основы эволюционного учения. Додарвиновский период в биологии: значение трудов К.Линнея и Ж.-Б. Ламарка. Предпосылки возникновения учения Дарвина. Основные положения теории эволюции Ч. Дарвина.

Популяция – единица вида и эволюции. Движущие силы эволюции: естественный отбор, борьба за существование, наследственная изменчивость, мутации, изоляция, дрейф генов, популяционные волны, генный поток. Естественный отбор – ведущий эволюционный фактор. Форы отбора. Механизм возникновения адаптаций. Относительный характер приспособленности.

Вид: критерии и структура вида. Видообразование. Доказательства эволюции. Биологический прогресс и регресс. Пути достижения биологического прогресса.

Развитие органического мира. Происхождение жизни на Земле. Развитие мира в архейскую, протерозойскую, палеозойскую, мезозойскую и кайнозойскую эры. Основные ароморфозы.

Происхождение человека. Движущие силы антропогенеза: социальные и биологические факторы. Древнейшие, древние, ископаемые люди современного типа. Человеческие расы, их происхождение и единство.

Основы учения о биосфере. Геосферы Земли. Биосфера и ее границы. В.И. Вернадский о возникновении биосферы. Живое, косное и биокосное вещество, их свойства. Функции живого вещества, роль в круговороте веществ и превращении энергии в биосфере. Биосфера в период научно-технического прогресса. Роль человека в природе. Понятие о ноосфере. Загрязнение окружающей среды.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ВСТУПИТЕЛЬНЫХ ИСПЫТАНИЙ

Вступительные испытания по биологии проводятся в письменной форме. В определенное расписанием время абитуриенты должны занять места в назначенной аудитории, для чего с собой необходимо иметь: паспорт, экзаменационный лист, ручку. После размещения всех допущенных к вступительным испытаниям представитель экзаменационной комиссии объясняет правила оформления ответа и раздает листы с экзаменационными заданиями. С этого момента начинается отсчет времени. Продолжительность вступительных 2 академических часа (90 минут). По окончании отведенного времени абитуриенты должны сдать листы ответа представителям экзаменационной комиссии и выйти из аудитории.

После проверки работы выставляется общая балльная оценка, которая сообщается абитуриенту в приемной комиссии.

Правильное решение каждого задания оценивается 5 баллами.

Результаты выполнения экзаменационной работы оцениваются по 100-балльной системе. Максимальное количество баллов, выставляемых за экзаменационную работу – 100. Количество баллов, необходимое для получения положительной оценки, соответствует 45 баллам.

ПРИМЕРЫ ТЕСТОВЫХ ЗАДАНИЙ:

1.  Какой уровень организации живого служит основным объектом изучения цитологии?:

1. клеточный

2. популяционно-видовой

3. биогеоценотический

2.  Какие формы жизни занимают промежуточное положение между телами живой и неживой природы?:

1. вирусы

2. бактерии

3. лишайники

3. При скрещивании двух морских свинок с черной шерстью (доминантный признак) получено потомство, среди которого особи с белой шерстью составили 25%. Каковы генотипы родителей?:

1. АА х аа

2.  Аа х АА

3. Аа х Аа

4. Укажите признак, характерный только для царства растений:

1. имеют клеточное строение

2. дышат, питаются, растут, размножаются

3. имеют фотосинтезирующую ткань

5. Признак приспособленности птиц к полету:

1. появление четырехкамерного сердца

2. образование роговых щитков на ногах

3. наличие полых костей

6. Наибольшее количество крахмала человек потребляет, используя в пищу:

1. листья салата и укропа

2. растительное и сливочное масло

3. хлеб и картофель

7. Совокупность внешних признаков особей относят к критерию вида:

1.  географическому

2.  морфологическому

3.  экологическому

8. У человека в связи с прямохождением:

1.  сформировался свод стопы

2.  когти превратились в ногти

3.  срослись фаланги пальцев стопы

9. Минерализация органических соединений почвы осуществляется благодаря деятельности:

1. наземных животных

2. микроорганизмов

3. корней растений

10. Число хромосом при половом размножении в каждом поколении возрастало бы вдвое, если бы в ходе эволюции не сформировался процесс:

1. митоза

2. оплодотворения

3. мейоза

11. Артериальная кровь превращается у человека в венозную в:

1. капилярах малого круга кровообращения

2. капилярах большого круга кровообращения

3. печеночной вене

12. Организмы в процессе жизнедеятельности постоянно изменяют среду своего обитания, что способствует:

1. росту и развитию организмов

2. саморазвитию экосистемы

3. размножению организмов

13. Какая наука изучает ископаемые остатки организмов:

1. биогеография

2. палеонтология

3. сравнительная анатомия

14. Встраивание своей нуклеиновой кислоты в ДНК клетки-хозяина осуществляют:

1. бактериофаги

2. хемотрофы

3. автотрофы

15. Какой закон проявится в наследовании признаков при скрещивании организмов с генотипами: Аа х Аа?:

1. единообразия

2. расщепления

3. сцепленного наследования

16. Что образуется из оплодотворенной яйцеклетки растений?:

1. семя

2. зародыш

3. эндосперм

17. Млекопитающих можно отличить от других позвоночных по наличию:

1. волосяного покрова и ушных раковин

2. сухой кожи с роговыми чешуями

3. голой кожи, покрытой слизью

18. Колебания уровня сахара в крови и моче человека свидетельствуют о нарушениях деятельности:

1. желудка

2. поджелудочной железы

3. щитовидной железы

19. Интенсивность размножения и ограниченность ресурсов для жизни организмов являются предпосылкой:

1. борьбы за существование

2. мутационной изменчивости

3. изоляции популяций

20. Какой из примеров относят к биотическим факторам?:

1. поедание тлей божьими коровками

2. весенний разлив реки

3. сезонное пересыхание водоема

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ВСТУПИТЕЛЬНЫМ ИСПЫТАНИЯМ ПО БИОЛОГИИ 

1. Билич Г. Л. Биология для поступающих в ВУЗы. – М.: Оникс, 2007.

2. Лемеза Н. Биология для поступающих в ВУЗы. – М.: Юнипресс, 2006.

3. Мамонтов С. Г. Биология. Пособие для поступающих в ВУЗы. – М.: Дрофа, 2001.

4. Чепурнова Н.Е. Биология. Руководство для поступающих в вузы.: Учебное пособие /

5. Шустанова Т.А. Репетитор по биологии для поступающих в ВУЗы. –М.: Феникс, 2008.

Биология: уроки, тесты, задания.




  • Предметы





    1. Направления биологической науки





    2. Исследование природы.

      Увеличительные приборы






    1. Строение растительных клеток






    1. Отличительные признаки и значение бактерий






    1. Отличительные признаки и значение грибов






    1. Низшие растения — водоросли.

      Высшие споровые растения





    2. Отличительные признаки голосеменных растений






    1. Виды растительных тканей






    1. Подземная часть растения.

      Корневая система





    2. Надземная часть растения. Побег





    3. Генеративные органы. Цветки. Соцветия





    4. Плоды и семена






    1. Поступление воды и минеральных солей к органам растений





    2. Образование органических веществ из неорганических (фотосинтез)





    3. Дыхание и обмен веществ у растений





    4. Бесполое и половое размножение растений





    5. Прорастание семян.

      Периоды жизни растения






    1. Основные принципы систематики растений






    1. Признаки и представители класса Двудольные





    2. Признаки и представители класса Однодольные





    3. Обобщение знаний о цветковых растениях и сравнение их классов






    1. Решай и получай ТОП-баллы!






    1. Отличительные черты животных






    1. Как устроены корненожки, радиолярии, споровики, солнечники





    2. Знакомимся со жгутиконосцами и инфузориями






    1. Низшие многоклеточные: кишечнополостные и губки





    2. Плоские черви — представители высших многоклеточных животных





    3. Характеристика круглых червей





    4. Характеристика кольчатых червей





    5. Итоговая проверка знаний о червях





    6. Моллюски, или мягкотелые






    1. Изучаем ракообразных и паукообразных





    2. Насекомые — самый многочисленный класс животных






    1. Бесчерепные и позвоночные





    2. Хрящевые и костные рыбы





    3. Амфибии (земноводные)





    4. Рептилии (пресмыкающиеся)





    5. Птицы





    6. Млекопитающие






    1. Эволюция строения органов и их систем





    2. Многообразие видов как результат эволюции






    1. Место человека в природе





    2. Организм человека — целостная система






    1. Строение скелета человека





    2. Строение и работа мышц





    3. Причины и предупреждение нарушений опорно-двигательной системы






    1. Компоненты внутренней среды организма





    2. Сердце и кровеносные сосуды.

      Круги кровообращения





    3. Причины и предупреждение нарушений кровеносной системы






    1. Дыхательные пути и лёгкие. Процесс дыхания





    2. Причины и предупреждение нарушений органов дыхания






    1. Строение органов пищеварения





    2. Этапы переваривания пищи





    3. Причины и предупреждение нарушений системы пищеварения






    1. Обмен веществ и превращение энергии






    1. Строение и функционирование почек






    1. Кожа, строение и значение





    2. Правила ухода за кожей






    1. Строение нервной системы и её значение





    2. Строение и функции центральной нервной системы





    3. Рефлекторный механизм работы нервной системы.

      Дуга рефлекса






    1. Высшая нервная деятельность






    1. Общие принципы строения анализаторов. Строение и работа органа зрения





    2. Строения и работа органов слуха, равновесия, вкуса, обоняния, осязания






    1. Железы и гормоны





    2. Нейрогуморальная регуляция и её нарушения






    1. Репродуктивная система человека





    2. Оплодотворение.

      Беременность и роды. Этапы индивидуального развития






    1. Этапы развития биологических знаний





    2. Отличительные особенности живых организмов. Уровни организации жизни






    1. Сущность клеточной теории.

      Поверхностный аппарат клетки, цитоплазма, ядро





    2. Клетки представителей разных царств





    3. Химические вещества в клетке






    1. Автотрофное и гетеротрофное питание клетки. Фотосинтез





    2. Материальные основы наследственности.

      ДНК и РНК. Свойства генетического кода





    3. Биосинтез белка






    1. Типы размножения организмов





    2. Этапы индивидуального развития организмов (онтогенез)






    1. История развития знаний о закономерностях наследования признаков





    2. Наследование признаков при моногибридном скрещивании





    3. Анализирующее скрещивание





    4. Наследование признаков при дигибридном скрещивании





    5. Работы Моргана.

      Хромосомная теория





    6. Методы и успехи современной селекции и биотехнологии






    1. Понятие вида. Принципы систематики





    2. Типы и причины изменчивости организмов





    3. Формирование представлений об эволюции.

      Учение Ч. Дарвина





    4. Факторы эволюции





    5. Образование новых видов, или микроэволюция






    1. Происхождение человека и этапы эволюции вида






    1. Этапы развития биологических знаний





    2. Отличительные особенности живых организмов.

      Уровни организации жизни






    1. Сущность клеточной теории. Поверхностный аппарат клетки, цитоплазма, ядро





    2. Клетки представителей разных царств





    3. Химические вещества в клетке






    1. Метаболизм.

      Клеточное дыхание





    2. Автотрофное и гетеротрофное питание клетки. Фотосинтез





    3. Материальные основы наследственности. ДНК и РНК. Свойства генетического кода





    4. Биосинтез белка






    1. Жизненный путь клетки





    2. Типы размножения организмов





    3. Этапы индивидуального развития организмов (онтогенез)






    1. История развития знаний о закономерностях наследования признаков





    2. Наследование признаков при моногибридном скрещивании





    3. Анализирующее скрещивание





    4. Наследование признаков при дигибридном скрещивании





    5. Работы Моргана.

      Хромосомная теория





    6. Генотип как целостная система





    7. Хромосомное определение пола. Наследование генов, локализованных в половых хромосомах





    8. Мутационная изменчивость





    9. Методы и успехи современной селекции и биотехнологии






    1. Адаптации организмов к условиям среды существования





    2. Биотические взаимоотношения организмов





    3. Свойства и структура популяции





    4. Изменение численности и структуры популяций





    5. Надвидовые биологические системы





    6. Структура экосистем





    7. Изменение экосистем во времени (сукцессии)





    8. Биосфера — живая оболочка Земли





    9. Хозяйственная деятельность человека в биосфере






    1. Понятие вида.

      Принципы систематики





    2. Генетика популяции





    3. Типы и причины изменчивости организмов





    4. Формирование представлений об эволюции. Учение Ч. Дарвина





    5. Факторы эволюции





    6. Образование новых видов, или микроэволюция





    7. Доказательства, направления, пути и способы макроэволюции






    1. Развитие представлений о возникновении жизни





    2. Этапы развития растительного и животного мира





    3. Происхождение человека и этапы эволюции вида





О наших червях

Caenorhabditis elegans — это маленькая нематода длиной около 1 мм, которую мы используем в качестве «модельного организма». Модельный организм — это не человек, который используется в лаборатории, чтобы помочь ученым понять биологические процессы.

В природе C. elegans встречается на компостных кучах, где поедает бактерии и грибки. Эти черви живут около семнадцати дней. Они становятся взрослыми в возрасте трех дней, откладывая около 300 яиц. Как и мы, черви двигаются, едят и спят, а также могут чувствовать осязание, вкус и запах. Хотя у них всего 302 нейрона (по сравнению с нашими 100 миллиардами), они удивительно умны. Они используют множество различных запахов и вкусов, чтобы найти хорошую еду и избежать еды, которая может вызвать у них тошноту. Они могут принимать сложные решения, например, обращать ли внимание на сенсорную информацию, указывающую на еду, или на сенсорную информацию, указывающую на опасность. Основываясь на предыдущем опыте, они могут учиться, изменять свое поведение в ответ на то, что говорят им их чувства.

Хотя C. elegans использовался в лаборатории только последние шестьдесят лет, эти маленькие черви использовались для больших открытий в биологии! Читайте дальше, чтобы узнать об истории появления червей и о том, как они продолжают расширять наши знания об основах биологии и болезнях человека.

Краткая история червей в LMB: создание

C. elegans в качестве модельного организма

Знаете ли вы, что исследования с использованием C. elegans начались в 1960-е годы в Лаборатории молекулярной биологии (LMB) Совета медицинских исследований (MRC)? Потратив годы на исследования ДНК и генетики, Сидней Бреннер обратился в MRC за финансированием для проведения исследований с использованием этого прозрачного червя-нематоды. Он утверждал, что это сравнительно простой организм с нервной системой, который легко выращивать в больших количествах и изучать с помощью светового микроскопа.

 

Вверху: Старое здание MRC LMB
Внизу: Нынешнее местонахождение MRC LMB

В течение следующих двух десятилетий ученые LMB сыграли центральную роль в создании C. elegans в качестве модельного организма и предоставили ценные ресурсы, которые по-прежнему важны сегодня. Следя за его развитием от одиночной клетки до взрослой особи, они нанесли на карту клеточную линию всех 959 клеток в C. elegans . Благодаря этим усилиям им удалось создать карту того, как соединяются все 302 нейрона взрослого червя. Этот «коннектом» до сих пор является высоко ценимым инструментом, используемым C. elegans ученых сегодня. Они также идентифицировали и охарактеризовали множество мутаций, влияющих на нормальное развитие, что привело их к расшифровке большей части пути апоптоза или генетически запрограммированной гибели клеток, которая приводит к удалению лишних клеток во время развития. Благодаря их новаторской работе, заложившей основы генетики C. elegans , первым полным геномом многоклеточного организма стал C. elegans в 1998 году. Нобелевскую премию по физиологии и медицине за работу в области генетики развития органов и программируемой клеточной смерти. Эндрю Файр, который был постдоком в группе Бреннера в LMB, разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 2006 года за открытие РНК-интерференции (РНКи). В 2008 году Мартин Чалфи, работавший с Бреннером и Салстоном во время учебы в докторантуре LMB, получил Нобелевскую премию по химии за свою работу с использованием зеленого флуоресцентного белка (GFP) в С. Элеганс.

Нажмите на картинку, чтобы увеличить. Выдержка из первоначальных наблюдений Джона Сулстона за родословной

В своей речи на вручении Нобелевской премии Бреннер сказал: «Я хочу особо отметить терпение и щедрую поддержку, оказанную мне Советом медицинских исследований Великобритании, который позволил мне инициировать и развить исследование. на C. elegans в Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже. Такие долгосрочные исследования невозможно провести сегодня, когда все заинтересованы только в гарантированных краткосрочных результатах и ​​никто не хочет рисковать. Инновации возникают только в результате нападения на неизвестное».

Как сегодня ученые используют

C. elegans для проведения исследований?

Спустя почти 60 лет после того, как Бреннер начал работать с C. elegans , теперь это хорошо зарекомендовавший себя модельный организм — более 500 лабораторий по всему миру изучают этих червей! Многие из первоначальных аргументов Бреннера в пользу использования червей в лаборатории по-прежнему верны; благодаря их небольшому размеру, короткому жизненному циклу (примерно три дня от яйца до взрослой особи) и большому количеству потомства (около 300 яиц) мы можем очень быстро вырастить большое количество. Однако благодаря достижениям в области генетики и молекулярной биологии эти черви оказались полезными неожиданным образом.

Почему черви до сих пор являются хорошим модельным организмом?

  • Релевантно : Многие гены червей имеют человеческие аналоги, которые могут быть удивительно похожи! Таким образом, хотя C. elegans выглядят и ведут себя иначе, чем люди, изучение генов и белков червей также может помочь понять, как работают наши клетки.
  • Простой : C. elegans имеет только 302 нейрона у взрослого червя (по сравнению с нашими 100 миллиардами).
  • И еще комплекс : Эта сравнительно небольшая нервная система все еще может генерировать сложное поведение, такое как поиск пищи, спаривание, избегание вредных раздражителей и даже обучение.
  • Хорошо охарактеризованы : Они были первым многоклеточным организмом, у которого был секвенирован весь геном; у нас есть подробная карта всех их нейронов и того, как они связаны друг с другом; многие из этих нейронов и многие их гены были тщательно изучены.

 

Как мы проводим исследования червей?

Зеленые и красные флуоресцентные белки, маркирующие различные типы нейронов в голове червя

Годы исследований в лабораториях по всему миру предоставили фантастический набор методов.

  • Черви имеют много хорошо описанных моделей поведения и характеристик (обоняние, вкус, осязание, движение, обучение), которые мы можем использовать для изучения работы их нейронов.
  • Мы можем ввести в червей новую ДНК, т.е. сделать их «трансгенными». Мы даже можем экспрессировать человеческие белки в клетках червей!
  • Флуоресцентные маркеры (например, зеленый флуоресцентный белок, GFP) могут помочь нам визуализировать интересующий белок, давая нам представление о том, что он делает, или могут маркировать определенные нейроны, позволяя нам проверить, нормально ли они развиваются.
  • Мы можем экспрессировать флуоресцентные «индикаторные» белки, которые меняют цвет в зависимости от активности нейрона, что позволяет нам следить за тем, что делают конкретные нейроны.
  • Мы можем мутировать интересующие гены и возвращать новую копию с изменениями в последовательности ДНК или без них, что поможет нам понять, как они работают.

Комбинируя эти стратегии, ученые могут определить, в каких клетках экспрессируется конкретный ген, в какое поведение он влияет и с какими другими генами он взаимодействует. Этот подход особенно полезен для членов семейства генов, которые участвуют в биологических процессах у человека. Ниже перечислены некоторые примеры того, как черви-нематоды могут способствовать нашему пониманию здоровья и болезней человека.

Наркомания и психические заболевания

Зеленый флуоресцентный белок маркирует нейроны, экспрессирующие серотонин и дофамин. Эти нейротрансмиттеры модулируют скорость червей при еде, скорость их еды и скорость откладывания яиц.

В ответ на сенсорную информацию и используя наш прошлый опыт, мы меняем свое поведение благодаря молекулам-мессенджерам дальнего действия («нейротрансмиттерам»). Черви также используют одни и те же нейротрансмиттеры для регуляции своего поведения. Например, когда они сталкиваются с хорошей едой, они замедляются и откладывают яйца, а для этого процесса требуется дофамин. Допамин играет важную роль в развитии наркомании, шизофрении, СДВГ и болезни Паркинсона. Таким образом, понимание сигнальных путей, лежащих в основе такого поведения червей, может помочь нам понять сигнальные пути, связанные с состоянием человека (и способы их лечения). Серотонин — еще один пример; у людей он связан с депрессией и беспокойством, тогда как у червей он контролирует откладку яиц и скорость кормления (они откладывают больше яиц и едят быстрее, если вы даете им прозак!).

 

Использование червей для изучения глухоты

Около половины случаев глухоты являются наследственными, вызванными изменениями в последовательности определенных генов. Изучение семей с глухими людьми привело к идентификации многих ответственных генов. Многие из этих генов имеют очень похожие аналоги у червей, поэтому мы можем использовать червей, чтобы попытаться понять, как они вызывают глухоту и какую роль эти гены играют у здоровых людей. Хотя черви не слышат, слух основан на обнаружении вибраций, что очень похоже на обнаружение прикосновения. Черви реагируют на прикосновение, двигаясь в противоположном направлении, поэтому, если ген червя функционирует при прикосновении, это дает нам наблюдаемое поведение для анализа.

Этот червь приклеен в нужное положение, готовый к проверке его реакции на прикосновение с помощью закругленной иглы, видимой справа.
Нейрон того же червя, экспрессирующий индикатор кальция, меняющий цвет, что позволяет нам следить за его активностью в ответ на прикосновение.

 

Старение и связанные с возрастом заболевания

Клетки червей стареют аналогично человеческим клеткам, поэтому мы можем использовать их в качестве модели болезни. Короткий жизненный цикл C. elegans означает, что мы можем быстро наблюдать эффекты старения. Мы можем поместить гены и белки, вызывающие возрастные заболевания человека (например, болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингдона или болезнь Паркинсона), в червей и изучить, почему они вызывают заболевания у стареющих животных. Мы можем генетически манипулировать червями, чтобы они стали менее восприимчивыми к болезням, а затем исследовать причины этого. Такие исследования определили инсулин как ключевой фактор, влияющий на то, как мы стареем, и насколько вероятно, что у нас разовьются болезни старения.

«молодой» взрослый червь с белком, связанным со старением, помечен флуоресцентным белком. Распределяется по всему телу

«старый» взрослый червь, в котором агрегирован тот же белок

 

C. elegans отлично подходят для высокопроизводительных сит

Поскольку черви дешевы и их легко выращивать в больших количествах, они идеально подходят для крупномасштабных сит. Скрининг мутантов с определенным дефектом, а затем идентификация гена может помочь нам лучше понять болезни человека. Скрининг новых молекул, которые исправляют этот дефект, также может выявить новые лекарства!

 

Почему ученых волнуют черви?

За четыре года работы над докторской диссертацией я много раз ездил на морскую исследовательскую станцию ​​в живописном шведском фьорде. Что возвращало меня снова и снова? В иле у западного побережья Швеции живет маленький оранжево-коричневый червяк, который неопытному глазу кажется совершенно незначительным.

Червь на выбор автора, Xenoturbella .
Фрейзер Симпсон, CC BY-ND

Тот факт, что я посвятил столько времени изучению этого скучного на вид червя, очень позабавил моих друзей. Для них и, возможно, для большинства людей слово «червь» вызывает в воображении идею толстого розового дождевого червя. Так зачем просеивать тонны грязи из замерзающего шведского фьорда, чтобы найти горстку животных, которых я мог бы выкопать в саду?

В широком смысле червь — это любое относительно небольшое животное с мягким телом, но эта группа отличается удивительным разнообразием. Эти животные живут по всему миру, и некоторые из них удивительно живучи; их можно найти в различных средах обитания, от глубоководных гидротермальных жерл до озер, которые в три раза более соленые, чем море. «Червь» на самом деле является общим термином для огромного количества животных с различными характеристиками, которые охватывают древо жизни.

Такое разнообразие означает, что ученые из самых разных областей интересуются множеством различных видов червей. Например, мой червь из фьорда, названный Xenoturbella bocki , занимает центральное место в понимании эволюции животных.

На первый взгляд может показаться, что люди и все эти черви имеют очень мало общего. Но на самом деле многие виды червей предоставляют ученым возможность проводить фундаментальные исследования клеток и систем, которые могут быть преобразованы в информацию о нашем биологическом происхождении и даже в соответствующих приложениях для развития и здоровья человека.

Регенерация

Если голову отрубить, новую не вырастишь. Но если бы вы были плоским червем планарии, у вас бы не просто выросла новая голова — у вашей головы также выросло бы новое тело. Разрежьте одного из этих неприметных червей на сотни крошечных кусочков, и вы получите сотни новых животных. Планарии действительно мастера регенерации.

Наблюдайте, как планария регенерирует на ваших глазах.

Чтобы совершить этот подвиг, в каждом из этих фрагментов должны присутствовать как инструкции, так и материалы для создания нового тела. Эти строительные блоки называются необластами: стволовые клетки, распределенные по всему червю, которые потенциально могут стать клетками любого типа взрослых клеток.

[ Понравилось, что вы прочитали? Хочу больше? Подпишитесь на ежедневный информационный бюллетень The Conversation.]

Исследования в области регенерации планарий имеют несколько неожиданных применений. Ученые могут исследовать, какие гены удерживают необласты в гибком состоянии или направляют их на превращение в определенные типы клеток в процессе регенерации. Это исследование не поможет исследователям узнать, как регенерировать новые человеческие головы, но может дать им информацию о заживлении ран или предложить новые цели для исследований рака.

Запись окаменелостей

Взрослый приапулид.
Бруно К. Веллутини/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Если бы существовал приз за самого неудачно выглядящего червя, он мог бы достаться самоназванию «пенисным червям», официально известным как Priapulida. Их невезучий внешний вид на самом деле делает приапулидов очень хорошо приспособленными для рытья нор в мягких отложениях, где они живут.

Такое поведение оставляет ценное наследие. Окаменелые следы роющих червей представляют собой одни из самых важных окаменелостей, извлеченных из кембрийской эпохи. К этому геологическому периоду, начавшемуся около 540 миллионов лет назад, относятся первые ранние представители большинства основных групп животных. Имеющиеся данные указывают на то, что черви, похожие на приапулидов, создали эти следы окаменелостей, когда они зарывались в мягкий субстрат, где они жили.

Ископаемые свидетельства существования древнего приапулида.
ДЭА/Г. Чиголини / Де Агостини через Getty Images

Эти древние предки означают, что Приапулиды были описаны как «живые ископаемые». Изучение их генетики развития дает представление о древнем происхождении различных типов клеток и органов, которые мы находим у животных сегодня.

Например, поняв, как у современных приапулидов формируются кишки, ученые могут сделать выводы о процессах развития и генах, формировавших кишечник животных, живших сотни миллионов лет назад. Затем исследователи смогут лучше понять, как разные животные совершенствовали и модифицировали свой кишечник и как он устроен в ответ на окружающую среду и диету.

Откуда взялись глаза?

Даже для Чарльза Дарвина эволюция глаза представляла собой концептуальную проблему. Как такая сложная структура могла возникнуть в результате естественного отбора?

Родственник дождевого червя и пиявки, кольчатое червь по имени Platynereis dumerilii , оказывается важным животным, помогающим понять, как это произошло. Platynereis эволюционирует особенно медленно и, подобно приапулидам, дает представление о чертах, обнаруженных у наших очень древних предков.

Двухдневные личинки Platynereis dumerilii , ДНК которых окрашена в синий цвет.
7and/Wikimedia Commons, CC BY-SA

Личинки Platynereis имеют один из самых простых глаз в животном мире: двухклеточную структуру, состоящую из фоторецептора, способного обнаруживать свет, и пигментной клетки. Но у него есть дополнительный тип фоторецепторов в его личиночном мозгу, такой же, как и в глазах позвоночных. Это говорит о том, что оба этих типа фоторецепторов присутствовали у предков животных. Изучив, как Platynereis использует эти клетки, ученые могут выдвинуть гипотезу о шагах, посредством которых типы клеток и схемы в конечном итоге были объединены для создания глаза позвоночного.

Мир червей простирается далеко за пределы скромного дождевого червя на вашем заднем дворе: по всему миру живут буквально миллионы различных видов. Приведенные здесь примеры являются лишь небольшим представлением того разнообразия и неожиданного охвата, который могут иметь исследования этих тварей.

Узнайте больше о дождевых червях с помощью Citizen Science · Frontiers for Young Minds

Abstract

Вы когда-нибудь хотели провести научное исследование? Гражданская или общественная наука вовлекает не ученых в помощь ученым в исследованиях. Этот термин охватывает огромное количество разнообразных проектов: от онлайн-проектов, где можно классифицировать галактики, до практических мероприятий на свежем воздухе и даже помощи в научных экспедициях. В идеале гражданская наука приносит пользу всем — ученые собирают больше данных и в более обширных географических районах, чем они могли бы в одиночку. Неученым полезно узнавать что-то новое и узнавать, как работает наука, и, надеюсь, получать удовольствие! Небольшой размер большинства почвенных организмов является сложной задачей для гражданской науки. Однако дождевых червей легко распознать, и они относительно большие, поэтому на них было сосредоточено несколько гражданских научных проектов. В этой статье мы обсуждаем гражданскую науку о дождевых червях с момента ее возникновения с 18 по 19 века.естествоиспытателей ХХ века до наших дней. Узнайте, какой вклад в науку о дождевых червях внесли люди, не являющиеся учеными, и как вы можете разработать собственные исследования дождевых червей.

Почему гражданская наука?

Наукой занимаются не только ученые. Когда другие люди, например студенты или семьи, собирают научные данные и помогают в исследованиях, это называется гражданская наука . Гражданская наука, также известная как общественная наука, позволяет любому участвовать в исследованиях, и ее популярность растет. Ученые выигрывают, потому что это помогает им собирать данные, которые им было бы трудно, дорого или невозможно собрать самостоятельно. С другой стороны, гражданские ученые получают возможность принимать непосредственное участие в исследованиях и узнавать о науке.

Типы гражданской науки

Существует множество видов гражданской науки. Некоторые проекты заимствуют мощность персональных компьютеров для поиска внеземной жизни 1 или для поиска лекарств от болезней 2 . Некоторые гражданские научные онлайн-проекты просят людей помочь с определением дикой природы или галактик, переводом документов и многими другими задачами 3 . Другие проекты гражданской науки требуют, чтобы люди выходили на улицу для наблюдения за дикой природой 4 или для измерения загрязнения воды 5 . Есть даже проекты в стиле экспедиций, в которых волонтеры помогают ученым в исследованиях вулканов и тропических лесов.

Зачем изучать дождевых червей?

Здоровые почвы важны для всей жизни на Земле, поскольку они перерабатывают питательные вещества, фильтруют воду и помогают растениям расти. Когда дождевые черви питаются и зарываются, они перемешивают почву и обеспечивают питательные вещества, в которых нуждается большинство растений. В зависимости от места проведения исследования научные вопросы, решаемые исследованиями дождевых червей, различаются. В некоторых местах, например в Соединенном Королевстве, дождевые черви считаются полезными, и ученые хотят узнать больше о том, где они обитают, чтобы улучшить здоровье почвы. Но в других регионах мира, таких как большая часть Канады и север Соединенных Штатов, последний ледниковый период уничтожил дождевых червей. Сейчас там обитают только дождевые черви, завезенные в регион людьми, часто случайно, с почвой или растениями, завезенными из Европы. Научные исследования в этих областях часто пытаются определить, где водятся дождевые черви и как они распространяются, чтобы попытаться уменьшить их воздействие на леса. Даже там, где дождевые черви являются инвазивными, они по-прежнему обычно считаются полезными в садах и для компостирования и представляют проблему только тогда, когда убегают в дикие районы.

Гражданская наука о дождевых червях

Дождевые черви были одними из первых почвенных животных, которых начали изучать первые ученые, и они продолжают изучаться учеными сегодня с помощью фермеров, садовников, студентов и многих других. Большинство почвенных организмов малы и требуют специального оборудования и знаний для их изучения, что затрудняет их включение в гражданскую науку. Счастливым исключением являются дождевые черви, так как они относительно крупные и их легко найти и наблюдать без специального оборудования. Обычный метод поиска дождевых червей заключается в том, чтобы выкопать из земли куб почвы, а затем обыскать его вручную, выбирая любых дождевых червей. В другом методе используется смесь горячего горчичного порошка и воды, вылитой на почву. Если горчичная вода касается каких-либо дождевых червей в почве, они перемещаются на поверхность, где их можно поймать, но горчица не причиняет постоянного вреда.

Хотя вид большинства дождевых червей невозможно идентифицировать без микроскопа, их можно разделить на разные категории в зависимости от образа жизни. Эти категории называются экотипами . Три экотипа — эндогейный , анетический и эпигейный (рис. 1) — обычно могут быть выделены гражданскими учеными.

  • Рисунок 1. Существует три основных типа дождевых червей, называемых экотипами: эндогейные, анекические и эпигейные.
  • Некоторые из их характеристик описаны здесь (Источник: клипарт дождевого червя с сайта Vecteezy. com.

Early Earthworm Citizen Science

Первые естествоиспытатели, такие как Джон Рэй (1627–1705) и Каролус Линней (1707–1778), сгруппировали всех длинных волнистых животных вместе как «червей», и многие до сих пор имеют общие названия, отражающие это. Некоторые гусеницы моли называются дюймовыми червями, безногие ящерицы называются медленными червями, а личинки светящихся жуков известны как светлячки. Джон Рэй был первым, кто записал фразу «ранняя пташка ловит червя» в своей книге «Справочник пословиц», изданной в 1670 году. Линней разработал правила именования организмов и назвал обыкновенного дождевого червя Lumbricus terrestris — такое же название, которое он носит сегодня.

Английский пастор Гилберт Уайт (1720–1793) первым наблюдал и написал о том, как живут дождевые черви. Он описал, что дождевые черви, по-видимому, способствуют росту растений и являются важной частью пищевой цепи. Вдохновленный работами Уайта, Чарльз Дарвин (1809–1882) также был очарован дождевыми червями. Книга Дарвина «Формирование растительной плесени под действием червей с наблюдениями за их привычками » [1] является результатом его 40-летнего изучения дождевых червей и последней книгой, которую он опубликовал в октябре 1881 года. популярен, за первый год было продано 6000 копий.

Что открыл Дарвин о дождевых червях?

Дарвин обнаружил, что у дождевых червей нет слуха. Он обнаружил это, крича на дождевых червей и играя с ними на различных музыкальных инструментах, включая пианино, фагот и жестяную свистульку. Однако дождевые черви в горшках, помещенных на пианино, прятались в своих норах, когда играли ноты, показывая, что они могут ощущать вибрации через почву. Дарвин также исследовал обоняние дождевых червей, дуя на них табачным дымом и духами, и они не реагировали. Однако они могут чувствовать запах своей любимой пищи — Дарвин экспериментировал с тем, что давал дождевым червям в неволе много разных продуктов и отмечал, что они предпочитают. Он обнаружил, что листья дикой вишни предпочтительнее листьев лайма и лещины. Капуста, хрен, морковь и сельдерей тоже понравились, а травы, такие как шалфей, чабрец и мята, почти не трогали.

Дарвин наблюдал, как медленно погружаются большие камни и древние постройки, в том числе совершил путешествие в Стоунхендж, чтобы исследовать захороненные там камни. Дарвин поместил большой камень на поверхность почвы в своем саду и за 29 лет записал, сколько времени потребовалось дождевым червям для того, чтобы камень был зарыт. Используя этот эксперимент, Дарвин подсчитал, что дождевые черви ежегодно перемещают на поверхность 34 000 кг почвы (вес пяти с половиной африканских слонов) на гектар (около одного с четвертью футбольного поля) — этот процесс называется 9.0003 биотурбация .

Дождевые черви Citizen Science Today

Несмотря на долгую историю исследований дождевых червей, мы до сих пор недостаточно знаем о том, где они наиболее распространены и как они влияют на другие виды. Гражданская наука помогает ученым ответить на эти вопросы. В разных частях мира появляется все больше программ, включающих отбор дождевых червей (рис. 2 и таблица 1). Данные, которые собирают гражданские ученые, отправляются ученым по почте или отправляются через приложения для смартфонов. Некоторые из программ предназначены для использования в школах и содержат предложения о том, как они сочетаются с учебным материалом, в то время как другие программы разработаны таким образом, что в них может принять участие любой желающий.

  • Рис. 2. Примеры проектов гражданской науки о дождевых червях в разных странах.
  • OPVT, Обсерватория Участия Верс-де-Терре.
  • Таблица 1. Прошлые и настоящие научные проекты дождевых червей по всему миру.

Открытия земляных червей Citizen Science

Многие исследования в рамках проектов Citizen Science еще продолжаются, но некоторые захватывающие открытия уже сделаны. И гражданские ученые были чрезвычайно важны! Например, в Соединенных Штатах гражданские ученые помогли обнаружить распространение новых видов, таких как прыгающие черви (9). 0289 Amynthas видов), интродуцированных из Азии. В Финляндии гражданский ученый помог показать, что количество видов дождевых червей уменьшается по мере продвижения с юга на север страны. На севере в большинстве обследованных мест дождевые черви отсутствовали или встречались только с одним видом, вероятно, из-за низких температур. Исследование OPAL Soil and Earthworms, проведенное в Соединенном Королевстве, показало, что гражданским ученым довольно сложно идентифицировать виды дождевых червей, но они могут правильно различать экотипы 70–9.0% времени.

Проект «Что у тебя под ногами?» подтвердили, что количество дождевых червей меняется в зависимости от времени года, причем наибольшее их количество приходится на весну и осень [3]. Также было больше дождевых червей, обнаруженных после дождя. В рамках проекта #60minworms подсчитывались дождевые черви на полях фермы и было установлено, что вспашка почвы снижает количество дождевых червей [4]. В некоторых хозяйствах не было ни эпигейных, ни анекичных дождевых червей, что может означать, что поля слишком часто вспахивают. Проект «Наблюдение за дождевыми червями» показал, что в садах, в которых используются органические удобрения, такие как навоз и компост, дождевых червей на 20% больше, чем в садах, где удобрения не добавлялись.

Самостоятельное исследование дождевых червей

Полезны ли дождевые черви или вредны для здоровья почвы, зависит от того, в какой части мира вы находитесь, но они всегда важны. Используя гражданскую науку, ученые, студенты, семьи, фермеры и все, кто заинтересован, могут работать вместе, чтобы узнать больше о дождевых червях. Есть еще много нерешенных вопросов о дождевых червях, которые вы можете исследовать. Вот несколько советов, если вы хотите начать свой собственный проект о дождевых червях:

  • Воссоздайте один из экспериментов Дарвина — сколько времени нужно дождевым червям, чтобы закопать камень в вашем саду? Это зависит от того, где камень находится в вашем саду?
  • Как время года влияет на количество дождевых червей в вашем саду или на количество разных видов дождевых червей?
  • Как количество и типы дождевых червей различаются в разных средах обитания (например, ваш сад по сравнению с лесом)?
  • Заведите во дворе компостную яму — через сколько появятся дождевые черви?

Глоссарий

Citizen Science : ↑ Научные исследования, полностью или частично проводимые добровольцами, а не оплачиваемыми учеными, также известные как общественные науки.

Экотип : ↑ Группы дождевых червей, основанные на их способах рытья нор и питании.

Endogeic : ↑ Дождевой червь, который прокладывает горизонтальные норы в почве, питаясь почвой, когда роет норы. Обычно бледного цвета.

Anecic : ↑ Тип дождевого червя, который строит глубокие вертикальные норы и выходит на поверхность, чтобы питаться опавшими листьями. Часто крупная и красная.

Epigeic : ↑ Дождевые черви, которые питаются и закапываются на поверхности почвы или вблизи нее, питаясь опавшими листьями. Обычно маленькие и красного цвета.

Биотурбация : ↑ Перемещение почвы живыми животными или растениями.

Среда обитания : ↑ Домашняя среда животных, растений или других организмов, обеспечивающая пищу, кров, защиту и партнеров.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Сноски

1. ↑ setiaThome.berkeley.edu/

2. ↑ FOOTINGATHOME.ORG/

3. ↑ WWW.ZOONIVERSE.ORG/

4. ↑ 6666666666666666. .org

5. ↑ freshwaterwatch.thewaterhub.org/

Ссылки

[1] ↑ Дарвин, К. 1882. Формирование растительной плесени под действием червей с наблюдениями за их привычками . Лондон: Джон Мюррей. Доступно в Интернете по адресу: http://darwin-online.org.uk/EditorialIntroductions/Freeman_VegetableMouldandWorms.html

[2] ↑ Бейкер, Г. Х., Тумлерт, Т. А., Мейзел, Л. С., Картер, П. Дж., и Килпин, Г. П. 1997. «Дождевые черви внизу»: обзор фауны дождевых червей городских и сельскохозяйственных почв в Австралии. Почвенная биол. Биохим . 29: 589–97. doi: 10.1016/S0038-0717(96)00184-8

[3] ↑ Martay, B., and Pearce-Higgins, J. W. 2018. Использование школьных данных для моделирования изменчивости почвенных беспозвоночных по всей Великобритании: важность погоды, климата, времени года и среды обитания. Педобиология 67:1–9. doi: 10.1016/j.pedobi.2018.01.002

[4] ↑ Страуд, Дж. Л. 2019. Пилотное исследование здоровья почвы в Англии: результаты обследования дождевых червей на ферме. ПЛОС ОДИН 14:e0203909. doi: 10.1371/journal.pone.0203909

Что изучение червей, мух и рыб говорит об аутизме | Спектр

Иллюстрация Натали Нельсон

Послушайте эту историю:

В комнате без окон недалеко от западной окраины Ванкувера, Канада, группа исследователей тренирует микроскопы на чашках с крошечными червями размером с запятую в 12. точечный шрифт. Некоторые черви извиваются на липкой, желеобразной платформе питательных веществ, которая в некоторых местах более соленая, чем в других. Другие терпят вибрацию, потому что машина периодически постукивает по бокам их тарелок.

Типичные круглые черви этого вида, известные с научной точки зрения как Caenorhabditis elegans, , движутся к соли — признаку пищи — и ползут назад, когда чувствуют реверберацию. Но эти аскариды уползают от соли и часто будто не обращают внимания на стук в свою посуду. Странное поведение предполагает, что мутация червей — в главном гене аутизма, называемом PTEN, — вредна. «Поначалу может показаться немного забавным учиться, скажем, постукивать по тарелке с червями», — говорит Трой МакДиармид, бывший аспирант лаборатории Кэтрин Рэнкин, поведенческого нейробиолога из Университета Британской Колумбии в Канаде. «Но в конечном итоге это действительно хороший показатель» той роли, которую гены, связанные с аутизмом, играют в обучении и поведении.

В большинстве исследований аутизма на животных участвуют мыши. Как другие млекопитающие, мыши относительно тесно связаны с людьми, но до сих пор ведутся споры о том, точно ли поведение моделей мышей с аутизмом отражает поведение аутичных людей. И все же за последние 20 лет некоторые исследователи аутизма обратились для своих исследований к еще более простым животным, таким как аскариды, плодовые мушки и рыбки данио. В 2000 году только один опубликовал аутизм

Подробнее: Настройтесь на пение птиц, чтобы понять, что такое аутизм

В исследовании

использовались рыбки данио или аскариды, а в четырех исследованиях изучались плодовые мушки. В 2020 году эти цифры выросли до 29 исследований рыбок данио, 30 исследований плодовых мушек и 8 исследований круглых червей.

Так как же рыба или муха, не говоря уже о аскаридах, могут быть источником понимания состояния, которое включает язык и сложные когнитивные навыки? Исследователи аутизма, работающие с этими животными, стараются не преувеличивать их возможности. Их нервная система мала и не имеет сложных мозговых структур, а их гены регулируются иначе, чем у млекопитающих. Тем не менее, основные механизмы, с помощью которых функционируют клетки, имеют поразительную преемственность у животных, как и структура и функция многих генов. На первый взгляд простые животные также могут демонстрировать сложное поведение: у мух есть социальные сети; рыбы плавают синхронно с другими себе подобными; черви улавливают химические сигналы от других червей, чтобы помочь им найти пищу.

Основная ценность этих модельных организмов носит практический характер: они относительно дешевы и просты в обслуживании, имеют короткое время генерации и просты в генетическом манипулировании. Таким образом, исследователи могут использовать их для экспресс-тестирования лекарств или для быстрого изучения эффектов мутаций, а также для исследовательской работы, которая на мышах была бы слишком дорогостоящей и трудоемкой. «Вы можете делать много замечательных вещей в C. elegans », — говорит Рэнкин.

Эти животные помогли связать новые гены с аутизмом, отделить вредные мутации от доброкачественных, показать, как взаимодействуют несколько генов, связанных с аутизмом, и раскрыть нейронные цепи, участвующие в сенсорных и социальных функциях. «Работа с простыми тварями — неотъемлемая часть информационного конвейера», — говорит Джеймс Рэнд 9.0079 , , молекулярный биолог на пенсии, работавший в Фонде медицинских исследований Оклахомы в Оклахома-Сити.

Собственный червь:

Послушайте эту историю:

Рэнд начал использовать круглых червей для изучения развития нервной системы в 1970-х годах. В середине 2000-х, когда были опубликованы некоторые из первых исследований генетики аутизма, он вспомнил то, о чем много лет назад говорила его жена, примерно в то время, когда их двум сыновьям был поставлен диагноз аутизм. «Почему бы вам не заняться чем-нибудь полезным — изучить аутизм и так далее?» она бросила ему вызов. Рэнд сказал, что сделает это, как только увидит возможность.

Теперь такая возможность представилась. Исследования выявили причастность семейства генов белков, называемых нейролигинами, или NLGN, к аутизму. У людей четыре гена NLGN, а у аскарид только один.

Подробнее: Восемь рук вокруг аутизма

Рэнд получила штамм червей с мутацией в этом гене. Затем он применил то, что он называет «стандартной парадигмой C. elegans », чтобы исследовать ее эффекты, документируя экспрессию генов, выживание и поведение червей-мутантов в ответ на различные вызовы.

Черви с мутациями NLGN имеют аномалии сенсорной обработки, сообщили Рэнд и его команда в 2010 году: они не уползают от химического вещества, которое отпугивает червей дикого типа. Они также легче поддаются воздействию токсичных металлов и химических веществ в окружающей среде. Рецензенты скептически отнеслись к тому, что изучение червей может сказать что-то полезное об аутизме. «Принятие этого документа было серьезной борьбой, — вспоминает Рэнд. Но результаты показали, как можно использовать круглых червей для изучения влияния мутаций в генах, связанных с аутизмом.

И по мере того, как в последующие годы ручеек генетических данных об аутизме превратился в реку, потребность в быстром анализе функции генов возросла. «Мы очень далеко продвинулись в выявлении генов, тесно связанных с аутизмом», — говорит Эллен Хоффман, психиатр-генетик из Йельского университета, работающая с рыбками данио. «Но на самом деле существует большой разрыв между способностью идентифицировать эти гены и пониманием того, как нарушение этих генов на самом деле приводит к клиническим проявлениям аутизма». Аскариды, мухи и рыбки данио могут восполнить этот пробел.

Технологии также сыграли решающую роль. Появление системы редактирования генов CRISPR-Cas9 «позволило гораздо более точно моделировать генетическую изменчивость», — говорит МакДиармид, ныне работающий в лаборатории Джея Шендура в Вашингтонском университете в Сиэтле. Исследователи теперь могут воссоздать на животной модели и, таким образом, изучить точные мутации, наблюдаемые у людей с аутизмом. Примерно половина всех человеческих генов и от 70 до 80 процентов генов, связанных с аутизмом, имеют эквивалентную версию или гомолог у круглых червей. Команда Рэнкина использовала этот инструмент для разработки конкретных версий PTEN и других генов человека у червей. (PTEN настолько похож на ген червя DAF18, что человеческий ген может заменить ген червя без вреда для животного.) В исследовании, опубликованном в прошлом году, исследователи использовали червей для анализа эффектов 19Варианты PTEN обнаружены у аутичных людей.

И вместо того, чтобы вручную документировать поведение одного червя за раз, команда Рэнкина использует камеры для записи поведения больших групп червей и компьютерную программу для анализа полученных изображений. Программное обеспечение под названием Multi-Worm Tracker позволяет им одновременно отслеживать от 40 до 100 червей определенного штамма, собирая данные по более чем двум десяткам параметров, включая форму червя, скорость и направление ползания. Программное обеспечение значительно ускорило исследование, выдав анализ штамма всего за 15 минут. «До этого требовалось две-три недели постоянной работы», — говорит Рэнкин.

«Работа над простыми тварями — неотъемлемая часть информационного конвейера». Джеймс Рэнд

В исследовании 2020 года Рэнкин и ее команда проанализировали более 27 000 червей, представляющих 135 штаммов с мутациями в гомологах червей 98 генов, связанных с аутизмом. У многих червей наблюдается дефицит привыкания — процесса, при котором мозг подавляет свою реакцию на неизменные раздражители. Это способ отсечь ненужную информацию, и у многих людей с аутизмом он также нарушен. Результаты показывают, что многие гены, связанные с аутизмом, имеют общие функции.

В аналогичной серии экспериментов исследователи создали 20 de novo, или спонтанных, мутаций, наблюдаемых у аутичных людей, в червеобразных версиях 11 генов, связанных с аутизмом. Они оценили форму тела, размер, движение и размножение червей-мутантов и обнаружили в основном тонкие изменения, которые предполагают, что мутации ослабляют, но не устраняют полностью функцию генов. Затем исследователи планируют создать червей с несколькими вариантами, обнаруженными у одного и того же аутичного человека, чтобы узнать, как комбинации генов могут привести к аутизму. «Черви действительно хороши для внесения нескольких генетических изменений одновременно» из-за их быстрого времени генерации, — говорит ведущий исследователь Пол Стернберг, молекулярный генетик из Калифорнийского технологического института в Пасадене.

Общество мух :

Послушайте эту историю:

В 2012 году генетик Сантош Гирираджан сел на самолет в Сиэтле, где он только что закончил докторантуру в Вашингтонском университете. В самолете он открыл книгу, которую получил в качестве прощального подарка: «Время, любовь, память» — историю нобелевских открытий биолога Сеймура Бензера о сне и циркадных ритмах у плодовых мушек.

К тому времени, когда Гирираджан поступил в Государственный колледж в Пенсильвании, где он собирался занять должность в Пенсильванском государственном университете, он проглотил половину книги и стал приверженцем плодовой мухи. Гирираджан начал думать о том, как летают плодовые мушки, Drosophila melanogaster , может помочь его генетическим исследованиям аутизма. В частности, он думал, что они могут ускорить понимание того, как вариации числа копий (CNV) — делеции или дупликации больших участков ДНК — способствуют заболеванию. Гирираджан отказался от своих планов по работе с мышами и вместо этого создал лабораторию для мух.

Поскольку CNV могут содержать более двух десятков генов, может быть сложно выяснить, как различные гены влияют на черты аутизма. У мухи можно манипулировать экспрессией генов в определенных тканях, таких как мозг, глаз или крыло, что позволяет Гирираджану проверять эффекты этих изменений, не убивая муху. Гирираджан одновременно отключил экспрессию двух генов в глазах мух и отследил их влияние на развитие глаз с помощью специально созданной компьютерной программы, которую он назвал Flynotyper. Программа выявляет нарушения структуры глаза, анализируя изображения глаза, вычисляя расстояния и углы между его частями. По словам Гирираджан, воздействие на глаза служит показателем воздействия на нервную систему в целом, потому что многие гены влияют на развитие обоих.

Использование этого метода для анализа 565 пар генов показало, что взаимодействие между многими генами, вероятно, лежит в основе связи между CNV 16p11.2 и такими состояниями, как аутизм. Напротив, исследование 3q29 с участием 314 пар генов показало, что единственный ген, называемый NCBP2, управляет эффектами делеции на развитие. В настоящее время Гирираджан проводит аналогичные исследования других CNV, таких как 15q11.2, 15q13.3 и 1q21.1.

Плодовые мушки также способствуют пониманию проблем со сном при аутизме с помощью генетических манипуляций и автоматизированного отслеживания их поведения. В исследовании, опубликованном в этом году, исследователи отслеживали циклы сна мух с мутациями в муховом эквиваленте генов CHD8 и CHD7, которые связаны с аутизмом или чертами аутизма, с помощью камеры, подключенной к программному обеспечению, которое записывает их движения в течение дня. Ученые обнаружили, что мухи-мутанты необычайно часто просыпаются, что напоминает проблемы со сном, наблюдаемые у людей с мутациями в этих генах.

Удалив эти гены из определенных типов клеток, исследователи проследили проблему до глиальных клеток в гематоэнцефалическом барьере. Затем исследователи решили проблему, сократив количество времени, которое мухи ежедневно проводят в темноте, до минимума, необходимого им для сна. Ограничение времени, проведенного в постели, — это лечение бессонницы у людей, и подобное вмешательство в отношении мух сводило их сон к меньшему количеству более продолжительных приступов, больше похожих на сон типичных мух. «Мы очень надеемся, что наша работа что-то изменит в представлении о том, что вы ничего не можете сделать» в отношении проблем со сном у детей с аутизмом, — говорит ведущий исследователь Аннет Шенк из Медицинского центра Университета Радбауд в Неймегене, Нидерланды.

Рыболовная экспедиция:

Послушайте эту историю:

Ученые также изучили ночные ритуалы другой модели аутизма: рыбки данио ( Danio rerio ). Методы редактирования генов позволяют ученым создавать рыбок данио с мутациями, связанными с аутизмом, а затем они могут легко оценить, как мутации влияют на поведение. «Мы можем взять наших личинок рыб — в возрасте 5 дней у них такой сложный набор поведения — мы можем легко пипеткой их в лунки 96-луночный планшет, а затем отслеживать различные аспекты их двигательной активности», — говорит Хоффман. Дизайн обеспечивает высокую производительность и простоту воспроизводимости исследования клеточных культур с возможностью оценки влияния на поведение животных.

Будучи исследователем с докторской степенью, Хоффман проследил поведение 5-дневных личинок рыбок данио, у которых отсутствует ген CNTNAP2, связанный с аутизмом, и обнаружил, что они гиперактивны ночью. У рыб также меньше, чем обычно, тормозных нейронов, которые ослабляют нейронную активность в переднем мозге, повторяя результаты, полученные у мышей, у которых отсутствует тот же ген, и добавляя значимости рыбе как модели аутизма.

Рыбки данио являются полезным инструментом для скрининга потенциальных лекарств от аутизма, потому что химические соединения могут быть добавлены непосредственно в воду, в которой плавают рыбы. В своем исследовании CNTNAP2, опубликованном в 2016 году, Хоффман и ее коллеги проверили воздействие 14 лекарств на личинок. и показали, что определенные формы гормона эстрогена могут обратить вспять гиперактивное поведение личинок.

Животные маленькие и относительно недорогие, поэтому команда может использовать их для параллельного изучения эффектов многих генов, связанных с аутизмом. Команда Хоффмана изучает мозговую активность, движение и циклы сна и бодрствования у нескольких линий рыбок данио с мутациями в рыбьих эквивалентах 10 генов, связанных с аутизмом, включая CHD8, CNTNAP2, DYRK1A, GRIN2B и SCN2A. Исследователи стремятся выявить общие характеристики у штаммов и идентифицировать лекарства, которые могут обратить вспять изменения в их поведении.

Рыбка данио CNTNAP2, разработанная в лаборатории Хоффмана, должна появиться в списке проверенных моделей рыбок данио, составленном Инициативой по исследованию аутизма Фонда Саймонса (SFARI). ( Spectrum — редакционно-независимая публикация, финансируемая SFARI. ) Цель этого списка — сделать исследования рыбок данио более надежными, направляя исследователей к моделям, прошедшим проверку на генетическое качество, — говорит старший научный сотрудник SFARI Бригитта Гундерсен.

Подробнее: Исследования аутизма делают прыжок к лягушкам

Личинки рыбок данио имеют еще одно преимущество: они прозрачны в течение первых нескольких дней жизни. В результате исследователи могут видеть внутренние органы личинок, в том числе кишечник, что позволяет им визуализировать влияние аутичных мутаций на функцию кишечника, которая часто нарушается при аутизме. У личинок исследователи могут наблюдать ритмичные движения мышц кишечника и перемещение пищи по пищеварительной системе. «Все происходит прямо у вас на глазах, — говорит Джулия Даллман, доцент биологии Университета Майами в Корал-Гейблс, Флорида.

В исследованиях, опубликованных в 2019 и 2020 годах, команда Даллмана показала, что мышцы кишечника сокращаются, и пища движется по кишечнику необычно медленно у рыбок данио с мутациями в SYNGAP1 или SHANK3. У людей мутации в этих генах связаны как с аутизмом, так и с желудочно-кишечными расстройствами, включая запоры и кислотный рефлюкс. «Когда мы изначально решили изучить функцию кишечника в этих моделях, я ожидал, что [изменения] будут незначительными», — говорит Даллман. — Это совсем не тонко. Исследования ее команды показывают, что несколько разные механизмы лежат в основе проблем с кишечником у двух видов рыб, поэтому лечение запоров при аутизме может не подходить для всех. По ее словам, Даллман планирует проверить влияние лекарств как на функцию кишечника, так и на поведение рыб, чтобы помочь в поиске лекарств от аутизма, которые не усугубляют запоры.

Прозрачность личинок рыбок данио также демонстрирует раннее развитие мозга. Используя специализированные микроскопы, исследователи могут визуализировать активность отдельных нейронов и, поскольку рыбы маленькие, одновременно отслеживать активность каждого нейрона в мозгу. «Вы просто наблюдаете за мозгом неповрежденного, бдительного, ведущего себя, воспринимающего животного», — говорит Этан Скотт, изучающий сенсорную обработку у рыбок данио в Университете Квинсленда в Брисбене, Австралия.

Структура мозга рыбок данио больше похожа на человеческий мозг, чем у моделей беспозвоночных, говорит Скотт. И хотя у рыб отсутствует кора головного мозга, структура на поверхности человеческого мозга, они полезны для изучения цепей в других частях мозга. «Все дело в том, чтобы сопоставить ваш вопрос с преимуществами и недостатками вашей модельной системы», — говорит Скотт.

Скотт использует личинок рыбок данио с мутациями в генах, связанных с аутизмом, для исследования изменений сенсорной обработки при аутизме. Он и его коллеги следят за активностью своего мозга в ответ на изображения, отображаемые на экране компьютера, и на звуки различной громкости. В исследовании 2020 года его команда показала, что рыбки данио, у которых отсутствует FMR1, ген, мутировавший при синдроме ломкой Х-хромосомы, гиперчувствительны к звуку. А в четырех областях мозга их нейроны реагируют на звук более частыми или более сильными всплесками активности, чем у обычных рыб. Работа может помочь объяснить сенсорную гиперчувствительность при аутизме, говорит Скотт.

Социальные существа:

Послушайте эту историю:

Различия в социальном поведении лежат в основе аутизма, и корни этого поведения простираются во всем царстве животных, говорит Энн Саймон, поведенческий генетик из Университет Западного Онтарио в Лондоне, Канада. «Независимо от того, муха вы или человек, вы должны уметь распознавать представителей своего вида», — говорит она. «Вы должны быть в состоянии подойти достаточно близко, но не слишком близко». Она объясняет, что животные должны собираться вместе, чтобы найти пищу и себе пару, но им нужно пространство, чтобы избежать конфликтов из-за ресурсов.

Саймон нашел способ проверить влияние генов на социальное поведение плодовых мушек. В исследовании 2015 года она и ее коллеги обнаружили, что эти мухи естественным образом участвуют в «социальном дистанцировании»: в вольере треугольной формы они взлетают вверх, пытаясь убежать, и в конечном итоге собираются у вершины треугольника, но сохраняют установить расстояние между ними. С помощью этого аппарата она может исследовать влияние мутаций, связанных с аутизмом, на расстояние между мухами как показатель социальной функции. В 2015 и 2019 годах, ее команда сообщила, что мухи с мутациями в дрозофилах , эквивалентных NBEA и FOXP1 и FOXP2, расселяются дальше друг от друга, чем обычные мухи. Самцы, у которых либо отсутствует, либо избыточно экспрессируется NLGN3, сходным образом рассредоточиваются, как и самки мух, лишенные NLGN3. Но самки со сверхэкспрессией NLGN3 собираются близко друг к другу. Результаты показывают, что эти гены влияют на социальные схемы мозга, говорит Саймон.

«Независимо от того, муха вы или человек, вы должны уметь распознавать представителей своего вида». Энн Саймон

В дикой природе взрослые рыбки данио плавают синхронно, или «косяком», что защищает их от хищников. Исследователи изучают, как гены, связанные с аутизмом, влияют на стайность и другие формы братания рыб. Например, они обнаружили, что рыбки данио, у которых отсутствует SHANK3, проявляют мало интереса к нахождению рядом с другими рыбами; рыбы, у которых отсутствуют рецепторы окситоцина, предпочитают проводить больше времени в одиночестве, чем другие рыбки данио, а рыбы, у которых отсутствует ген RELN, не предпочитают взаимодействовать с незнакомыми рыбами знакомым рыбам, как это типично для этого вида. Исследователи обнаружили, что у мутантов RELN отсутствует нейротрансмиттер серотонин в заднем мозгу, и добавление в их воду препарата, повышающего уровень серотонина в мозгу, восстанавливает предпочтение к незнакомцам.

«Сначала я очень скептически относился» к использованию рыбок данио для изучения социальных последствий мутаций в генах аутизма, — говорит Уилл Нортон, поведенческий нейробиолог из Университета Лестера в Великобритании, который руководил исследованием RELN. Он признает, что изменение общительности рыб не обязательно свидетельствует об аналогичном эффекте у людей, но результаты у рыб отражают результаты, наблюдаемые на моделях мышей RELN, поэтому он считает, что социальное поведение рыб имеет смысл.

У рыбок данио есть и другие полезные социальные причуды. Если две рыбы разделены прозрачным барьером, они стремятся повернуться лицом друг к другу. Определенные клетки в переднем мозге рыбок данио, которые выделяют нейротрансмиттер ацетилхолин, по-видимому, необходимы для такого поведения: согласно исследованию 2018 года, когда эти клетки генетически отключены, рыбы проводят меньше времени, ориентируясь друг на друга. Мыши имеют аналогичную клеточную популяцию

Подробнее: Рыбы, лягушки, мухи и другая фауна в научных исследованиях

участвуют в социальном поведении в переднем мозге, и такие клетки, вероятно, существуют и у людей, говорит ведущий исследователь Филип Уошборн, нейробиолог из Орегонский университет в Юджине. «Одна вещь, которой не хватает всем модельным организмам и людям, — это действительно хорошее понимание цепей, участвующих в социальном поведении», — говорит Уошборн. Он планирует исследовать функцию социальных клеток переднего мозга и других у рыб с мутациями в генах, связанных с аутизмом.

Поступая таким образом, Уошборн рассчитывает столкнуться не только с научными, но и с политическими препятствиями. Спросите любого исследователя аутизма, который работает с рыбками данио, мухами или круглыми червями, вызывал ли когда-нибудь удивление их выбор модельного организма, и они, скорее всего, сознательно посмеются. Около 10 лет назад Уошборн подал заявку на получение гранта в Национальный институт здравоохранения США, в которой он предложил использовать рыбок данио для изучения того, как формируются нейронные соединения. Он помнит, как один рецензент спросил: «Разве люди [уже] не проделывали это с другими беспозвоночными?» (Рыбы, конечно же, являются позвоночными.) Эти комментарии перекликаются с сопротивлением, с которым столкнулся Рэнд при попытке опубликовать свою работу о червях.

Но некоторые исследователи говорят, что оппозиция начинает ослабевать. МакДиармид говорит, что заметил изменение отношения с тех пор, как присоединился к лаборатории Рэнкина в 2014 году. Все больше ученых приспосабливаются к необходимости скорости в определенных ситуациях, и эти альтернативные модели могут удовлетворить эту потребность: «Вы можете быстро получить ответ на вопрос. вопрос открытия», — говорит МакДиармид. «И вовсе не для замены мышей; это расставить приоритеты [на чем сосредоточиться]. Я думаю, что это большой сдвиг концепции».

Ссылка на эту статью: https://doi.org/10.53053/QYKX3135

ТЕГИ:  

аутизм, C. elegans, CNTNAP2, дрозофила, экспрессия генов, обучение и память, нейронные цепи, PTEN, сенсорное восприятие, SHANK3, сон, разговорная версия, технологии, рыбки данио

Исследование дождевых червей открывает новое измерение в науке о климате

По мере того, как в мире становится все теплее, ученые изо всех сил стараются расставить приоритеты в усилиях по сохранению.

Новое глобальное исследование разнообразия дождевых червей предлагает обратить внимание на почву, поскольку изменение климата может серьезно повлиять на дождевых червей и многие функции, которые они выполняют.

На основе данных, собранных с 6928 участков в 57 странах, включая более 100 участков, отобранных исследователем из Миннесотского университета и соавтором исследования Адрианом Вакеттом, работа показывает, что климатические переменные — температура и особенно осадки — влияют на распространение и разнообразие дождевых червей гораздо больше, чем свойства почв, на которых они обитают.

Дождевые черви в значительной степени контролируют функционирование почвы; наряду с другой почвенной фауной они регулируют потоки воды и питательных веществ в основании экосистем. Усилия по сохранению, которые пренебрегают ими и сосредоточены исключительно на надземных видах, могут иметь неприятные последствия и нанести вред надземным видам, зависящим от почвы как пищи и убежища.

Чтобы избежать этой ловушки, «полезно иметь некоторое представление о том, где почвенная фауна, такая как дождевые черви, наиболее многочисленна, и об основных факторах окружающей среды, определяющих их распространение», — сказал Уэкетт, исследователь из Департамента почв, воды и климата ( SWAC) в Колледже пищевых, сельскохозяйственных и природных ресурсов.

Исследование, проведенное Хелен Филлипс, доктором философии, в Немецком центре комплексных исследований биоразнообразия в Институте биологии Лейпцигского университета, стало крупным международным мероприятием, в котором приняли участие более 100 ученых. Он появляется в журнале Science.

Раскопки данных

На ранее покрытых льдом землях, таких как северная часть Северной Америки, Скандинавия и Финляндия, многие участки содержат разнообразные неместные сообщества дождевых червей, завезенных европейскими поселенцами после того, как ледники уничтожили местные популяции дождевых червей в последний ледниковый период.

Работа Вакетта в арктических и бореальных районах Швеции и Финляндии укрепила ранее скудные данные исследовательской группы из высоких широт. Смоделировав реакцию дождевых червей на несколько переменных, исследовательская группа обнаружила, что в глобальном масштабе количество осадков наиболее сильно влияет на количество видов дождевых червей, количество особей (то есть численность дождевых червей) и их биомассу (общий вес). Численность дождевых червей также сильно зависела от температуры и удержания влаги в почве. Факторы, не связанные с климатом, например, покрытие среды обитания, высота над уровнем моря и даже свойства почвы, оказывали гораздо меньшее влияние. Таким образом, прогнозируется, что изменение климата серьезно повлияет на дождевых червей и многочисленные функции, которые они выполняют в экосистемах.

«Дождевые черви — короли подземелья. Они самые большие строители и самые ненасытные потребители почвы», — сказал профессор Кёнсу Ю, доктор философии, из SWAC, который не участвовал в исследовании. «Их реакция на климат будет отличаться от реакции наземных обитателей. Это исследование помогает нам понять этих чрезвычайно важных животных».

Адриан Вакетт пробует почву на наличие дождевых червей в Швеции.

 

Что поставлено на карту

Долгое время считалось, сказал Вакетт, что распространение дождевых червей определяется тем, где почва наиболее плодородна; например, с подходящей кислотностью, текстурой и наличием кальция, азота и других необходимых питательных веществ. Но его не удивило, что эти свойства оказались менее важными.

«Я видел некоторых инвазивных дождевых червей, живущих при кислотности, близкой к уксусной, — сказал он. «Я считаю, что дождевые черви регулируют и обогащают почву в большей степени, чем наоборот».

Например, из дождевых червей получаются отличные «биореакторы для переработки питательных веществ», сказал Вакетт. В своем кишечнике они катализируют разложение растительного опада и высвобождают жизненно важные питательные вещества, попавшие в почвенную матрицу, а затем выделяют эти питательные вещества обратно в почву. Это превращает «сырые», недоступные элементы, такие как фосфор, азот и кальций, в доступные для растений формы, которые питают растительную и животную жизнь над землей. Эта система рециркуляции особенно важна в тропических экосистемах, где многие почвы бедны питательными веществами.

Но в высоких широтах, таких как северная Миннесота, когда дождевые черви поедают опавшие листья и перемещают питательные вещества глубже в почву, это может иметь неблагоприятные последствия. Многие местные лесные растения, такие как башмачки и папоротники, эволюционировали с неглубокими корнями, чтобы добывать питательные вещества из слоев подстилки, которая накапливается в ранее покрытых ледниками лесах без дождевых червей. Когда кормление инвазивными дождевыми червями истончает эти слои подстилки, многие местные лесные растения испытывают недостаток питательных веществ, в то время как саженцы местных деревьев остаются незащищенными от поедания голодными оленями. В конце концов, эта комбинация стирает весь подлесок леса, создавая возможности для инвазивных видов, таких как крушина.

Введите изменение климата

Реакция дождевых червей на изменение климата может иметь положительные или отрицательные последствия для множества других видов.

Северные районы становятся теплее и влажнее, а на полуострове Кенай на Аляске весеннее таяние снега вымывает недавно завезенных дождевых червей в лососевые ручьи, обеспечивая рыбу дополнительным белком. Однако, как и в Миннесоте, инвазивные дождевые черви могут нанести вред местным лесным растениям Аляски и предотвратить скопление мусора на лесной подстилке, что приведет к эрозии берегов, увеличению отложений и загрязнению лососевых ручьев.

В некоторых частях тропиков, по словам Вакетта, «сухой» сезон становится все жарче и суше, и неясно, смогут ли дождевые черви, обычно предпочитающие влажные условия, переносить эти изменения. В противном случае их экосистемные услуги могут быть утрачены, и пострадают тропические леса.

«Остается неясным, как именно «садовники природы» отреагируют на будущие изменения окружающей среды, но, учитывая обширный экологический охват дождевых червей, лучшее понимание их подземного мира и того, как они взаимодействуют с ним, является важным первым шагом», — сказал Вакетт.

Познакомьтесь с ученым, изучающим, как многощетинковые черви извиваются в океане | Смитсоновские голоса

Многощетинковые черви Cirratulidae покрыты спутанными тяжами наружных жабр. Некоторые исследователи называют их «волосатыми червями».
Карен Осборн

По всему океану извиваются тысячи различных полихет – коротких сегментированных червей, покрытых длинными выступами. Насчитывая более 10 000 видов, они столь же разнообразны, сколь и щетинисты. Эти твари могут быть найдены на любой глубине океана и при любой температуре — независимо от того, насколько экстремальной — и бывают самых разных цветов.

Одна из самых больших коллекций этих извивающихся червей в мире хранится в Национальном музее естественной истории. Музей даже отметил 1 июля как Международный день многощетинковых червей в честь дня рождения давнего Смитсоновского эксперта по полихетам Кристиана Фошальда.

Преемницей Фошальда в музее сегодня является Карен Осборн. Как куратор многощетинковых червей, ее лаборатория служит исследовательским центром музея для изучения этих колючих тварей.

В этот Всемирный день многощетинковых червей познакомьтесь со специалистом по информационным технологиям, изучающим эволюцию и движение этих восхитительно причудливых морских существ.

Зоолог-исследователь и куратор музея кольчатых червей Карен Осборн очарована тем, как многощетинковые черви извиваются в толще воды.

Карен Осборн

Многощетинковые черви не существа, о которых многие люди слышат каждый день. Что в них привлекло ваш интерес как исследователя?

Полихеты — одни из самых визуально интересных животных. Они бывают самых разных форм, размеров и цветов, и они делают так много интересных вещей. Некоторые из них даже не скажешь, что это черви, некоторые похожи на мышей, некоторые похожи на венские сосиски, а некоторые похожи на спагетти. И многие морские бывают красивых цветов — некоторые переливаются или имеют на себе эту красивую золотую чешуйку. Они просто невероятно очаровательны, все разные.

Полихеты, набор морских сегментированных червей, бывают разных цветов и форм. Некоторые щеголяют мясистыми крыльями или веерообразными перьями, в то время как другие прорастают, как рождественские елки.

Карен Осборн

Они тоже такие неизвестные. Вероятно, мы даже не описали половину видов. Итак, существует огромное разнообразие этих красивых, интересных червей, о которых мы даже не догадываемся, что они делают, кто они и насколько важны в своей среде обитания. Там есть чему поучиться. И это делает его по-настоящему захватывающим, потому что каждый, кто над чем-то работает, вносит свой вклад в новые знания.

Например, у одного из червей, над которым мы сейчас работаем, такие невероятные глаза. В этой группе есть несколько неописанных видов, и никто никогда не смотрел на то, на что способны их глаза или насколько хорошо они видят. У них, вероятно, зрение такое же хорошее, как у кальмара, то есть почти такое же хорошее, как у нас.

Какие вопросы о многощетинковых червях лежат в основе ваших исследований в музее?

У меня есть несколько разных проектов, посвященных полихетам. Один из проектов посвящен тому, как плавают разные виды многощетинковых червей. В открытом океане живет множество полихет, и все они сильно отличаются от других полихет. Мне интересно, как они там выживают, и как они приспособились к плаванию всю свою жизнь.

Мы много работаем над их плавательной механикой, которую интересно разбирать. Мы пытаемся построить модель того, как они плавают, чтобы мы могли играть с формами, размерами и движением и видеть, как каждый из них меняет свою способность плавать.

Один из моих других проектов посвящен разнообразию многощетинковых червей. Большинство многощетинковых червей не похожи на других многощетинковых червей, поэтому очень трудно сказать, к какой группе они относятся ближе всего. Чтобы сказать, как далеко они продвинулись и что изменилось, полезно понять, кто был их общим предком.

Меня интересует, как животные выживают в средних слоях воды и почему срединные животные так резко отличаются от всех других животных, даже от своих ближайших родственников. Единственный способ, которым вы можете обоснованно задавать такие вопросы, — это знать их эволюционную историю.

Мы обычно не связываем червей с хорошим зрением. Но полихеты Alciopid обладают большими сложными глазами, которые могут соперничать с глазами осьминогов и людей. Их выпученные глаза настолько велики, что могут быть в два раза шире их тела.

Карен Осборн

Что интересного и уникального в том, как передвигаются полихеты?

Мы немного знаем о том, как плавают полихеты, из предыдущих исследований 60-х и 70-х годов, и это было до того, как они смогли сделать то моделирование, которое мы можем сделать в наши дни. То, что они выяснили, в основном предполагает, что голопелагические полихеты — или полихеты, которые проводят всю свою жизнь в открытом океане — должны быть очень плохими пловцами. Они не должны уметь плавать очень быстро и не должны быть очень маневренными.

Но когда мы наблюдаем, как они плавают на дистанционно управляемых аппаратах (ROV), мы видим, что они очень быстрые и очень маневренные. Некоторые из них могут даже переплыть наши ROV — один из них всего на пару дюймов в длину может обогнать нашего большого робота. Как они это делают? Никто не знает, как они это делают, поэтому выяснить это было весело.

Что мы потенциально можем узнать, исследуя движение многощетинковых червей?

Вы можете применить знания об их движении к робототехнике. В наши дни большой интерес вызывает мягкая робототехника, которая в основном представляет собой роботов, сделанных из мягких материалов. Например, им может понадобиться робот, который может проплыть по артерии, а затем вернуться, не поворачиваясь и не повреждая ткани поблизости.

Есть много потенциальных применений того, что мы узнали о механике движения полихет, которые могут быть применены к тому, как устроены роботы для выполнения различных задач – используются ли эти роботы на Марсе, внутри наших тел, в канализационные трубы, подводные исследования или различные другие вещи, которые в наши дни используют роботы.