Биологи определили кроличий ген хождения на передних лапах
Одна из пород домашних кроликов известна нарушениями в координации движений: чтобы компенсировать недостаточную синхронизацию задних лапок, кролики при ходьбе полностью поднимают заднюю часть и передвигаются только на передних. Биологи нашли ген, соответствующий этому расстройству и показали, что он влияет на формирование вставочных нейронов в спинном мозге животных. Работа опубликована в PLOS Genetics.
Хорошо скоординированные движения конечностями для животных – вопрос жизни и смерти (и успешного размножения). Обработка получаемой информации (визуальной, слуховой, вестибулярной) и соответствующие двигательные команды, посылаемой нервной системой, формируют походку животного. Расположенная в спинном мозге нейронная сеть – центральный генератор упорядоченной активности – управляет ритмом движений, активностью мышц-сгибателей и разгибателей, а также координирует движения правых и левых конечностей. Многие млекопитающие могут менять свою походку в зависимости от необходимой скорости и рельефа, выбирая ходьбу, рысь или галоп. Походка различается у разных видов животных: кто-то передвигается на двух конечностях, кто-то на четырех; кто-то чередует правые и левые конечности, у кого-то их движения синхронизированы (например, во время прыжков у зайцев или кенгуру).
Исследователи часто интересуются биомеханикой, морфолофологическими и физиологическими адаптациями, которые характеризуют разные способы передвижения у животных. Однако генетические и молекулярные механизмы, которые объясняют различия между движениями отдельных особей и представителями разных видов, редко попадают в поле зрения ученых.
Среди млекопитающих кролики и зайцы особенно выделяются своим скачкообразным способом передвижения. Их передние лапы сгибаются и разгибаются поочередно, а задние – синхронно, вместе, с большей амплитудой, что и позволяет этим животным прыгать. Одна из пород одомашненных кроликов, альфорский прыгун (sauteur d'Alfort), известна своим странным способом передвижения. Когда таким кроликам требуется небольшая скорость, они слишком сильно поднимают свои задние лапы. На большой же скорости задние лапы не синхронизируются, и альфорские прыгуны так и не могут прыгать. Расстройство сильно снижает эффективность передвижения, и кролики по-особому адаптировались: ради длительной или более быстрой ходьбы животные стали поднимать свои задние лапы и ходить только на передних, как акробаты. К сожалению, это не единственная проблема, с которой сталкиваются представители породы. Кролики рождаются слепыми из-за дисплазии сетчатки. Фенотип альфорских прыгунов, который включает в себя особенности походки и поражения глаз, контролируется одной-единственной аутосомной рецессивной аллелью (sam).
Ученые из Университета Порту и Уппсальского университета под руководством Лейва Андерссона (Leif Andersson) изучили генетический механизм, лежащий в основе необычной походки альфорских прыгунов. Исследователи провели эксперимент, который позволяет определить генетические маркеры, связанные с тем или иным мутантным фенотипом. Альфорских прыгунов скрестили с особями другой породы и провели полногеномное секвенирование второго поколения потомства.
Внимание ученых привлек один участок, который был свойственен прыгунам, и который, предположительно, должен был содержать искомую мутацию. Участок размером 5,4 миллионов пар нуклеотидов подробно проанализировали на предмет единичных замен, вставок или удалений нуклеотидов, а также более крупных структурных изменений. Оказалось, что мутация в гене RORB приводит к неправильному сплайсингу, то есть неправильному формированию зрелой матричной РНК, по которой синтезируется соответствующий белок. Этот же участок гена оказался консервативным: его нашли еще у 70 плацентарных животных, генетическая информация которых была доступна авторам работы. Также известно, что мыши с удаленным геном Rorb тоже испытывают проблемы с сетчаткой и координацией движений: у них проявляется «утиная» походка.
Дальнейшие эксперименты показали, что у кроликов с этой мутацией сильно снижено количество нейронов с белком RORB (по сравнению со здоровыми). У мышей с такой же мутацией RORB играет роль в дифференциации клеток фоторецепторов в сетчатке и определенных слоев неокортекса. Авторы работы показали, что у кроликов RORB вовлечен в процесс дифференциации вставочных нейронов в спинном мозге. Вероятно, это нарушение и приводит к плохой координации движений животных.
Мутации в одном гене нередко приводят неожиданным изменениям в организме животных. Не всегда эти мутации вредны: так, замена одного нуклеотида помогла арктическим сапсанам увеличить дальность миграций, а мутация в единственном гене сделала мышей умными и смелыми.
Вера Сысоева
Они нам кажутся почти в два раза легче своего реально веса
Исследователи из Великобритании предложили людям сравнить вес их собственных ладоней и грузов, подвешенных к рукам, чтобы выяснить, насколько верно люди оценивают массу своего тела и его частей. Проведенные эксперименты показали, что испытуемые сильно занижают вес собственных кистей — в одном из экспериментов он оказался на 49,4 процента ниже, чем реальный. Результаты опубликованы в Current Biology. Когда мы берем какой-то предмет, его ощущаемый вес связан с чувством усилия — величиной двигательных команд, которые направляются мышцам. За восприятие веса самого нашего тела и его частей тоже отвечает центральная нервная система, но нет конкретных сенсорных рецепторов, которые были бы в этом задействованы. Воспринимаемый вес тела может меняться из-за усталости, анестезии и других факторов. Пациенты, перенесшие инсульт с параличом конечности, часто жалуются на то, что конечность стала тяжелее. Протезы тоже кажутся людям более тяжелыми, хотя часто весят меньше реальной руки или ноги. Элиза Ферре (Elisa R. Ferrè) из Лондонского университета и ее коллеги решили выяснить, как люди воспринимают вес собственной кисти. В трех экспериментах участвовали 60 человек. До начала испытаний каждый участник опускал кисть левой руки, опирающейся на предплечье, на 30 секунд, чтобы оценить ее вес. Затем к уже лежащей на подушке руке крепили браслет, на который подвешивали грузы разной массы. Участники должны были сказать, что ощущалось тяжелее — кисть или груз. Грузом выступали пакетики с рисом, всего их было 16 штук, а их масса составляла от 100 до 600 грамм. В экспериментах ученые использовали психофизическую лестницу. Среднюю массу кисти, согласно ранее проведенным исследованиям, ученые взяли за 400 грамм. Первый подвешенный груз отличался на 200 грамм, то есть его масса составляла 200 либо 600 грамм — в зависимости от того, была лестница нисходящей или восходящей. Массу следующего груза выбирал алгоритм: если участник считал, что груз тяжелее ладони, следующий подвешенный груз был легче, и наоборот. Так спустя какое-то количество испытаний масса грузов начинала колебаться вокруг некоторой цифры — предполагаемой (участником) массы кисти. В первом эксперименте 20 участников просто сравнивали вес кисти и вес груза. Всего с ними провели три блока по 20 испытаний. В конце эксперимента ученые измерили реальную массу кистей участников, посчитав объем вытесненной рукой воды. Средняя масса кисти составила 327,9 грамм. Участникам, однако, казалось, что их кисть весит гораздо меньше: средний ощущаемый вес кисти оказался в среднем на 49,4 процента ниже, чем реальный, — то есть кисть, по мнению испытуемых, весила менее 200 грамм (p < 0,0001). Во втором эксперименте участвовало еще 20 человек. Теперь после серии испытаний ученые попросили людей в течение десяти минут делать упражнения с ручным тренажером, чтобы их кисть устала. Усталость люди оценивали по стобалльной шкале; до начала испытаний она составляла в среднем 10 баллов, а после упражнений — 70. И до, и после упражнений участники воспринимали свои ладони более легкими, чем есть на самом деле. Однако уставшая рука казалась им немного тяжелее, и ощущаемый вес был уже на 28,8 процента ниже реального (p < 0,01), по сравнению с 43,9 процента до упражнений (p < 0,0001). В третьем эксперименте другие 20 участников пытались взвесить свою руку и мешочки с рисом, однако теперь в каждом испытании они чувствовали поочередно и вес кисти, и вес груза. Независимо от того, что они взвешивали первым, рука все равно казалось им легче, чем она есть на самом деле — в среднем на 33,4 процента (p < 0,001) Исследователи предположили, что такое искажение восприятия, возможно, помогает нам сравнивать массы двух предметов, которые мы берем в обе руки. Если один предмет весит 400 грамм, а другой 500, и к ним добавляется еще и масса самих рук (около 3 килограмм), то распознать, что тяжелее, а что легче, будет сложно. Таким образом, перцептивное «вычитание» веса собственных конечностей может улучшить восприятие веса самих предметов. Также авторы считают, что занижение ощущаемого веса тела — механизм, который помогает нервной системе модулировать активность, или, наоборот, отдых. А воспринимаемый вес предметов можно изменить в виртуальной реальности. Например, если предмет движется медленнее, чем рука, он будет казаться немного тяжелее. А еще более тяжелыми виртуальные объекты станут, если надеть на запястья вибрирующие ремешки.