Самое маленькое позвоночное
Сотрудники Государственного университета Санта-Крус в Бразилии описали в журнале Zoologica Scripta новую седлоносную жабу Brachycephalus pulex. Все седлоносные жабы невелики, не более 18 мм в длину, но эта оказалась мельче всех: размер тела самцов едва превышает 7 мм, самки в среднем на 1 мм длиннее. Самый маленький из пойманных экземпляров – а их было сорок шесть – размером всего 6,45 мм; собственно, если их сравнивать с горошинами, то горошины окажутся даже и побольше.
Жаба B. pulex сидит на монете достоинством в один бразильской реал, диаметр которой составляет 27 мм. (Фото: Wendy H. Bolaños, Iuri Ribeiro Dias, Mirco Solé, Zoologica Scripta, 2024)
До сих пор самым маленьким земноводным считалась лягушка Paedophryne amauensis из семейства микроквакш с длиной тела около 8 мм, обитающая в Папуа – Новой Гвинее. B. pulex отбирает у микроквакши не только титул самой маленькой амфибии, но и самого маленького позвоночного животного на свете. Возможно, есть позвоночные и поменьше, однако зоологам они не попадались. Сами исследователи говорят, что с определённого момента позвоночным было бы трудно уменьшаться: у совсем мелких должны случиться определённые изменения в анатомии, которые могут плохо сказаться на выживаемости; но кто знает, может быть, найдут и кого-то помельче. Вообще, B. pulex впервые обнаружили ещё в 2011 году, но потом нужно было организовать дополнительные экспедиции, чтобы увидеть побольше этих жаб и убедиться, что они действительно представляют собой новый вид.
Самый старый фотосинтез
Год назад в январе в Nature появилась статья с описанием ископаемых цианобактерий с продолговатыми микроструктурами внутри клеток. Эти микроструктуры, скорее всего, представляют собой остатки тилакоидов – так называют мембранные мешочки, в которых сидят светособирающие комплексы и другие фотосинтетические белки. Иными словами, у ископаемых цианобактерий сохранились остатки фотосинтетических органелл. Возраст находки – 1,73–1,78 млрд лет назад; более старых ископаемых следов фотосинтеза мы не знаем. Но тут нужно сделать уточнение, что речь не о фотосинтезе вообще, а об оксигенном фотосинтезе, связанном с тилакоидами. У фотосинтеза есть всякие разновидности, и среди тех же цианобактерий есть такие, которые фотосинтезируют с образованием кислорода и фиксацией углекислого газа, но без тилакоидов – фотосинтетический аппарат сидит у этих цианобактерий просто в клеточной мембране, а не в специализированных органеллах.
Современные цианобактерии из рода Synechocystis. (Фото: BASF - We create chemistry / Flickr.com)
Известны и другие ископаемые цианобактерии с остатками тилакоидов, но их возраст около миллиарда лет. Новая находка сильно сдвигает время возникновения фотосинтеза – впрочем, не столько сдвигает, сколько подтверждает результаты расчётов, указывающие на время эволюционного расхождения тех или иных генов. И ещё раз напомним, что имеется в виду одна из разновидностей фотосинтеза – та, которая идёт на тилакоидах, связывает СО2 и даёт кислород.
Самый старый термитник
На юге Африки, у её западных берегов есть регион Намакваленд, в котором часто попадаются небольшие холмы порядка сорока метров в диаметре и двух метров в высоту. Это термитники местных термитов Microhodotermes viator. Они исключительно древние: средний возраст таких «холмов» составляет 13–19 тысяч лет, а самому старому целых 33–34 тысячи лет. Предыдущий рекорд принадлежал термитнику из Бразилии, но ему всего 4 тысячи лет. При этом намаквалендские термитники вовсе не мертвы, в них до сих пор живут термиты, продолжающие мало-помалу расширять свой дом.
Термитные холмы Намакваленда. (Фото: Jannick Niewoudt, Alastair Potts)
Впрочем, сотрудников Стелленбосского университета, изучавших эти термитники, интересовал не столько их возраст, сколько почвенные и химические процессы, которые в них происходят. Термиты ежедневно стаскивают к себе в гнездо мёртвую растительную органику, которой питаются. Постоянные перемещения термитов делают почву более комфортной для почвенных бактерий, которые тоже претендуют на мёртвую органику. В других исследованиях было показано, что бактерии, сопутствующие термитникам, переводят углерод из органики в карбонат кальция. Когда на термитник обрушивается дождь и дождевая вода идёт по его туннелям, карбонат кальция переходит в растворимую форму. Дождь захватывает с собой углекислый газ из атмосферы, и углекислота в дождевой воде превращает нерастворимые соли-карбонаты в растворимые бикарбонаты, которые уходят глубже в почву, где и остаются после дополнительных химических превращений. То есть благодаря термитам и почвенным бактериям углекислый газ из атмосферы уходит в землю. Старые термитники Намакваленда могут хранить под собой около 14 тонн углерода – в этих тоннах содержится не только тот углерод, который в виде органики притащили термиты, но и углерод из СО2, который ушёл в землю из воздуха благодаря активности термитов и почвенных микробов.
Самый старый альбатрос
В начале декабря мы узнали, что семидесятичетырёхлетняя самка альбатроса по кличке Уиздом (Wisdom) ждёт птенцов, точнее, одного птенца. Уиздом – мировая знаменитость: её окольцевали на атолле Мидуэй в 1956 году, когда она снесла первое яйцо, и с тех пор она каждый год вместе со множеством других альбатросов возвращается на атолл для гнездования. (С 1956 прошло шестьдесят восемь лет, но размножаться темноспинные альбатросы начинают не раньше, чем в пять лет от роду, а чаще в восемь – десять лет, поэтому, как было сказано, Уиздом может быть и больше 74 лет.) Альбатросы моногамны, и Уиздом тут не исключение, однако несколько лет назад её постоянный партнёр пропал. В конце концов, она нашла нового самца, и в этом году, как сообщают сотрудники Национального резервата дикой природы атолла Мидуэй, у пары появилось яйцо.
Самка темноспинного альбатроса Уиздом (в центре). Альбатросы насиживают яйца вместе, и Уиздом на гнезде сменяет её самец. (Фото AFP)
Уиздом остаётся самой старой птицей, живущей в дикой природе, по крайней мере, из тех, которые окольцованы, за которыми наблюдают орнитологи. Возможно, где-то в тропических лесах есть ещё более старые попугаи – про них говорят, что они могут пережить человека, и что некоторые какаду способны прожить 80, 90 и даже 100 лет. Однако эти рекорды (если они истинны) относятся к птицам, которые жили в зоопарках или в частном владении.
Самый большой коралл
Сотрудники проекта Pristine Seas Национального географического общества США обнаружили на юго-западе Тихого океана, рядом с Соломоновыми островами огромный коралл – 34 м в ширину, 32 в дину и 5,5 м в высоту. Его размеры бьют предыдущий рекорд, который принадлежал кораллу шириной 22 м у берегов Американского Самоа. Те, кто его нашёл, сначала даже подумали, что перед ними остатки какого-то корабля.
Часть мегакоралла Соломоновых островов. (Фото: Manu San Félix, National Geographic Pristine Seas)
Новый рекордсмен относится к виду Pavona clavus из отряда мадрепоровых, или каменистых кораллов, или, как их ещё называют, склерактиний. Каменистые кораллы в большинстве своём колониальные – их колонии образованы множеством мелких полипов, которые создают вокруг себя карбонатно-кальциевое убежище в виде чаши. Экзоскелет постепенно растёт, объединяясь у разных полипов в один большой колониальный скелет; полипы остаются на его вершине, отпочковывая от себя новые полипы.
Очевидно, что у нового самого большого коралла полипов в колонии должно быть очень много. Это действительно так – по оценкам исследователей, их там может быть около миллиарда. Зная, с какой скоростью растут такие кораллы, можно прикинуть его возраст – он составляет от 300 до 500 лет. Если удастся заглянуть в его недра, можно будет многое узнать о том, что происходило в здешних местах сто, двести, триста лет назад. Коралл-гигант буквально нашпигован самой разнообразной жизнью, как и полагается кораллам – на нём живут креветки, крабы, рифовые рыбы и пр. Судя по его состоянию, он вполне здоров, и исследователи надеются, что здоровым он останется и дальше.
Самый большой геном
Геном папоротника Tmesipteris oblanceolate состоит более чем из ста шестидесяти миллиардов генетических букв – об этом в журнале iScience сообщили сотрудники Института ботаники в Барселоне вместе с коллегами из других научных центров. Папоротник T. oblanceolate растёт в тропических лесах островов Новой Каледонии, Новой Зеландии и некоторых других. Это невысокое, невзрачное растение, у которого даже нет собственных корней и листьев. Его листья – уплощённые, видоизменённые стебельки-веточки, ответвляющиеся от главного стебля. Не имея корней, T. oblanceolate опирается на корневища мощных древовидных папоротников. То есть он представляет собой эпифит – растение, растущее на другом растении, но без паразитизма; влагу наземные эпифиты получают из воздуха и осадков. И вот, пожалуйста, несмотря на простоту – 160 млрд букв. В человеческой ДНК, кстати, букв всего около 3 млрд. Эти цифры ещё раз демонстрируют давно известный факт, что сложность и объём генома не обязательно совпадают со сложностью организма: обнаружить какие-то невероятные хитрости в анатомии и физиологии скромного эпифита T. oblanceolate при всём желании довольно сложно.
Папоротник Tmesipteris oblanceolate. (Фото: Pol Fernandez, Institut Botànic de Barcelona)
Каким образом T. oblanceolate обзавёлся таким большим геномом, пока неясно. Тут нужно уточнить, что его ДНК изучали не секвенированием (чтением) по буквам, то есть последовательность его генома мы не знаем. Тут были задействованы другие методы, которые позволяют оценить количество генетических букв по физико-химическим параметрам совокупной ДНК клеточного ядра. И если говорить о секвенировании, то пока что самый большой геном, который удалось прочитать, это 90-миллиардный геном омелы белой. Чисто химически разобрать всю ДНК такого объёма на буквы можно – вся она разбивается на фрагменты, которые потом прочитываются. Но потом прочитанные фрагменты нужно правильно соединить друг с другом, и тут начинается работа по перебору и состыковке начитанных коротких последовательностей. Сейчас просто нет достаточных вычислительных мощностей, которые позволили бы собрать геном объёмом в 160 млрд букв.
Самый большой геном – 2
А среди животных самый большой геном у американского чешуйчатника – 91 млрд оснований, или генетических букв. При этом кодирующих последовательностей в геноме чешуйчатника около 20 тыс., что вполне сравнимо с человеческим геномом (у человека число генов, то есть ДНК-последовательностей, которые кодируют что-то полезное, по разным оценкам, составляет от 20 до 25 тыс.). Остальная часть генома приходится на некодирующую, «мусорную» ДНК, в которой чрезвычайно много мобильных генетических элементов, или транспозонов: у чешуйчатника на транспозоны приходится 90% генома, тогда как у человека – всего 40%.
Американский чешуйчатник. (Фото: Katherine Seghers, Louisiana State University)
Как можно понять, геном чешуйчатника секвенировали, то есть читали буква за буквой. (Результаты секвенирования в августе прошлого года опубликовал журнал Nature.) Иногда можно услышать о другой рыбе, мраморном протоптере, со 130 млрд пар букв. Почему тогда про чешуйчатника говорят, что его геном самый большой среди животных? Дело в том, что геном мраморного протоптера (как вышеупомянутого папоротника) оценивали по физико-химическим свойствам совокупной ядерной ДНК, хотя такая оценка не совсем точна. Так что звание чемпиона по геному зависит от того, каким методом этот геном изучать.
Чешуйчатник и протоптер относятся к двоякодышащим рыбам, у которых есть и жабры, и лёгкие, одно или два. Это довольно древняя группа, и считается, что они более всего похожи на тех рыб, которые когда-то начали осваивать сушу. Их геном представляет особый интерес в свете эволюции наземных позвоночных и позвоночных вообще.
Самый большой белок
Одноклеточная водоросль Prymnesium parvum синтезирует самый большой белок из известных нам – его масса в атомных единицах составляет 4,7 мегадальтон, что в 90 раз больше обычного, «средневзвешенного» белка, и на 25% больше, чем у предыдущего чемпиона, белка титина.
Водоросль Prymnesium parvum. (Фото: Greg Southard, Texas Parks and Wildlife Department)
Белок назвали PKZILLA-1. Это фермент, который занимается одновременно несколькими биохимическими реакциями. В результате получается довольно монструозная молекула – предшественник токсина примнезина. Примнезин относится к классу поликетидных полиэфиров, которые иногда называют едва ли не самыми сложными веществами, которые можно найти у живых организмов. Если водоросли P. parvum становится слишком мало, в водоёме начинает массово гибнуть рыба. Как он синтезируется, до сих пор было не очень понятно. Из предшественника должен потом получиться готовый токсин, но, так или иначе, PKZILLA-1 делает всю основную работу.
Структура токсина примнезина-1. (Иллюстрация: Charlesy / Wikipedia)
Правда, всё, что мы узнали о PKZILLA-1, мы узнали из анализа генетической последовательности, и, вероятно, их стоит проверить с настоящим белком – хотя не факт, что это будет легко: сам белок может оказаться очень неустойчивым, очень капризным к условиям работы и т. д. В перспективе, если мы хотим узнать, не грозит ли водоёму отравление примнезином, то стоит искать не сам мегафермент, а фрагменты ДНК, которая его кодирует. Скорее всего, похожие белки участвуют в синтезе других токсинов той же разновидности, и в дальнейшем исследователи собираются искать похожие гены у других водных простейших.
