Пауки катапультировали себя в жертву при помощи паутины
Ученые описали необычную тактику охоты пауков Hyptiotes cavatus, которые используют собственную паутину для резких движений. Членистоногие натягивают волокна паутины в ожидании подходящей цели, после чего отцепляются задними конечностями и вместе с паутиной совершают резкий рывок в сторону жертвы, благодаря чему она запутывается в сети. Ситуация стала первым примером запасания энергии множества мышечных сокращений с помощью вспомогательного объекта в живой природе, пишут авторы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Различные пауки выработали множество всевозможных применений паутине, начиная от пассивных липких ловушек из переплетенных нитей и приспособлений для размножения, заканчивая парашютами для перемещения по воздуху и ловчими сетями, натягиваемыми между конечностями для активной охоты. Также известны виды, оплетающие паутиной собственные жилища или использующие ее в качестве страховки в случае неудачных прыжков.
В работе под руководством Сары Хан (Sarah Han) из Акронского университета в США описывается ранее не наблюдавшееся применение паутины, которое авторы заметили у пауков Hyptiotes cavatus, обитающих на территории США и Канады. Эти членистоногие плетут треугольную ловчую сеть и натягивают ее за угол, используя упругость волокон для запасания механической энергии. При этом пауки удерживают ловчую часть паутины передними конечностями, а задними создают натяжение, подтягивая и скручивая опорную нить.
Пауки оказались способны часами находиться в готовности атаковать в ожидании подходящей жертвы. Когда цель касается ловушки, паук разжимает лапы, натяжение резко падает и паутина приходит в движение. Перепады ускорения позволяют обмотать жертву несколькими нитями со всех сторон, увеличивая вероятность удачной охоты. При этом вместе с паутиной в движение приходит и сам паук, рывком перемещающийся на расстояние в 2–3 сантиметра. Биологи записывали процесс на высокоскоростную камеру, что позволило оценить ускорение, которое достигало 772 метров на секунду в квадрате.
В природе широко распространено накопление механической энергии упругих взаимодействий для инициации чрезвычайно быстрых рывков, например, щелчки клешнями раков-богомолов или прыжки блох. Тем не менее, во всех описанных ранее случаях организмы использовали собственные анатомические структуры, запасающие энергию лишь одного мышечного сокращения, отмечают авторы работы.
В то же время пауки Hyptiotes способны накапливать энергию множества сокращений, а также являются первым изученным животным, использующим вспомогательные объекты для увеличения мощности. Это позволяет им значительно превышать физиологические ограничения, накладываемые размером тела и массой мышц. К другим преимуществам такого способа охоты биологи относят возможность гибкого управления натяжением для выбора оптимальных параметров движения, отсутствие необходимости развивать специализированные анатомические особенности для создания и запасания энергии, взаимодействие с потенциально опасной жертвой издалека и возобновляемость ловушки, которую паук легко может починить или заменить. В связи с этим авторы отмечают параллели между таким видом охоты и созданными человеком осадными орудиями, такими как баллисты и катапульты, в которых также используется накопление энергии упругих механических деформаций для придания тяжелым снарядам высокой скорости.
Другим недавно подробно описанным необычным применением паутины является создание сетей, позволяющих перемещаться по воздуху при подходящей погоде.
Ее произвели макрофаги в верхнем шейном нервном узле
Немецкие и американские исследователи пришли к выводу, что расстройства сна при хронических заболеваниях сердца связаны с нарушением симпатической иннервации шишковидного тела, вырабатывающей мелатонин, связанными с сердцем провоспалительными иммунными клетками. Публикация об этом появилась в журнале Science. У людей и других млекопитающих смену периодов сна и бодрствования контролирует секреция мелатонина, синхронизированная с 24-часовым циклом смены дня и ночи на Земле. Этот гормон вырабатывает шишковидное тело (эпифиз), расположенное в надталамической области головного мозга, в ответ на уровень симпатической иннервации из верхнего шейного узла. Помимо эпифиза и некоторых других органов этот узел иннервирует и сердце. Известно, что при хронических сердечных заболеваниях зачастую снижается уровень мелатонина и возникают сопутствующие нарушения сна, которые негативно сказываются на течении болезни и качестве жизни пациента. Механизмы этого явления изучены не были, при этом они могли бы дать почву для разработки новых методов лечения. Чтобы разобраться в этом вопросе, сотрудники различных научных центров Германии и США под руководством Штефана Энгельхардта (Stefan Engelhardt) из Мюнхенского технологического института изучили посмертные препараты эпифизов семи человек с кардиологическими заболеваниями и девяти без них. Оказалось, что при болезнях сердца значительно снижена плотность аксонов (то есть иннервация) в этой железе. Выяснив это, авторы работы перешли к экспериментам на мышах с двумя искусственно вызванными заболеваниями сердца: перегрузкой левого желудочка давлением путем хирургического сужения аорты и сердечной недостаточностью с сохранной фракцией выброса. Уровень мелатонина у таких животных был снижен, что сопровождалось нарушениями циркадианных ритмов. Генетическая маркировка помогла выявить у них резкое снижение симпатической иннервации эпифиза без нарушения его внутренней структуры и анатомического окружения. Морфометрическое и гистологическое исследование верхнего шейного узла продемонстрировало его значительную гипертрофию с замещением фиброзной соединительной тканью, что свидетельствует о тяжелом, возможно необратимом повреждении органа. Аналогичные изменения исследователи увидели на посмертных препаратах верхних шейных узлов кардиологических пациентов — рубцовая ткань замещала до 70 процентов их объема. При этом степень поражения узла значительно коррелировала со степенью ремоделирования миокарда в результате заболевания. Это подтвердили у живых пациентов с помощью УЗИ, а также обнаружили у них связь размеров верхнего шейного узла с фракцией выброса (функциональным показателем сердечной деятельности). После этого авторы работы выполнили секвенирование РНК одиночных клеток и ядер верхнего шейного узла мышей с кардиологическими заболеваниями, а также иммуногистохимическое окрашивание разных пулов его клеток и нервных связей с эпифизом. Выяснилось, что симпатическая иннервация железы значительно снижалась еще до декомпенсации сердечной недостаточности, и что при этом узел инфильтрирован провоспалительными макрофагами. В нервных узлах, не иннервирующих сердце, подобной инфильтрации не наблюдалось, уровни биомаркеров общего воспаления повышены не были, что свидетельствует о связи этих макрофагов именно с заболеванием сердца. Схожую картину удалось пронаблюдать и в посмертных образцах кардиологических пациентов. Транскриптомное профилирование межклеточных взаимодействий в верхнем шейном узле мышей на ранних стадиях болезни сердца показало, что сильнее всего нарушены связи между макрофагами и симпатическими нейронами, иннервирующими шишковидное тело. Еженедельные инъекции ингибитора макрофагов клодроната в этот узел сразу после операции по сужению аорты предотвращали денервацию железы и снижение уровня мелатонина. Эксперименты по совместному выращиванию клеток на питательной среде, подтвердили, что центральную роль в гибели симпатических нейронов играют активированные провоспалительные макрофаги. В 2020 году французские ученые обнаружили, что если люди засыпают позже привычного времени, то во время сна и на следующий день пульс у них значительно превышает норму. То же происходит и при засыпании на более чем полчаса раньше обычного, однако пульс при этом возвращается к норме уже через несколько часов сна. Годом позже британские исследователи показали, что с наименьшим риском сердечно-сосудистых заболеваний связан отход ко сну между 22 и 23 часами.