Page

«Хороший вопрос: как учить — знаниям или пониманию? Вся моя педагогическая практика на физтехе показывает, что учить надо пониманию. В нашем институте начали это физики, потом это распространилось по другим факультетам. У нас не было билетов, на экзамен можно было приходить с любыми пособиями и записями, конспектами, единственное, нельзя было советоваться с товарищем.

Человек обычно приходил с вопросом, который он сам приготовил и рассказывал, что он понимает в этом предмете. Было нелегко научить и студентов, и преподавателей, но это была наша цель. Потому что знания очень легко получить — из интернета, из разных источников, их слишком много, и они слишком подвижны, а понимание — это то, что остается.

Это хорошо выразил Вацлав Гавел, президент Чехии, диссидент: «Чем больше я знаю, тем меньше я понимаю». Он очень афористически выразил этот разрыв между уровнем знания и уровнем понимания. Основная задача настоящего образования — научить пониманию».

Ученые из СПбГУ и РАН обнаружили в природе ранее неизвестный механизм видообразования. Особенностью этого механизма является то, что процесс возникновения нового диплоидного вида запускается в результате межвидовой гибридизации. Биологи опубликовали результаты своих исследований в авторитетном британском научном журнале Proceedings of the Royal Society B.Expand text..

Хотя межвидовые скрещивания нередко встречаются в природе, до сих пор почти не было данных о том, что именно гибридизация может быть спусковым механизмом для начала видообразования. Для того чтобы таким образом смог возникнуть новый вид, необходимо несколько условий: родительские виды должны быть близкородственными и они должны иметь различия по кариотипу — форме и размеру совокупности полного набора хромосом.

Полученный в результате скрещивания гибридный геном преобразуется подобно игрушке-трансформеру. Разобранный на части он собирается в уже новой, отличной от родительских типов комбинации, которая дает начало принципиально новому (с другим числом хромосом) и сбалансированному (то есть без нехваток или избытков геномного материала) диплоидному геному. Такие структурные преобразования обеспечивают генетическую изоляцию от родительских форм, что в результате приводит к образованию нового вида. Следует отметить, что речь идет о диплоидном геноме, то есть таком же, как у нас с вами — с двойным хромосомным набором. «У генома есть содержание (совокупность генов, которые хранят наследственную информацию) и форма, то есть число и форма хромосом, в которых упакованы эти гены. Мы показали роль структурного преобразования генома в процессе гибридного видообразования — содержание на уровне генов не меняется, а кариотип меняется. И этого оказывается уже достаточно для того чтобы сформировался новый вид», — прокомментировал результаты исследования профессор СПбГУ Владимир Александрович Лухтанов.

Модельным объектом для исследований стали три вида бабочек голубянок из рода Agrodiaetus. Владимир Александрович Лухтанов и его коллеги начали заниматься систематикой этой группы насекомых еще 30 лет тому назад, в том числе исследованиями кариотипов. Оказалось, что голубянки — рекордсмены по числу хромосом среди всех многоклеточных животных. В пределах одного рода их число колеблется от 20 до 268. Кроме того, оказалось, что в этом роде есть много эволюционно молодых форм (молодых видов, подвидов и популяций с неясным статусом), геномы которых хранят следы недавних эволюционных событий. Анализ этих следов с использованием методов молекулярной филогенетики позволяет получать ответы на наиболее острые вопросы эволюционной биологии.

Материал подготовлен в Санкт-Петербургском государственном университете (http://vk.cc/40jTxj).

Источник: http://vk.cc/40jTJE

Группа канадских и американских специалистов собрала массовые данные по распространению шмелей за последние сто лет. В их базе данных оказалась информация по 67 видам североамериканских и европейских видов. Эти данные показывают, что с севера граница видовых ареалов в целом остается на месте, тогда как южная сдвигается к северу.Expand text.. Одновременно с уменьшением ареала шмели осваивают высокогорные участки; особенно четко эта тенденция проявилась в южных участках ареалов, где температура значительно повысилась по сравнению с серединой ХХ века. В целом, подобная динамика ареалов может быть связана с происхождением шмелей: их видообразование проходило в умеренной, а не тропической зоне.

В современной научной литературе множество работ, посвященных реакции флоры и фауны на климатические сдвиги. Меняются сроки наступления сезонов, меняются средние температуры по сезонам, количество осадков и многое другое. Это, с одной стороны, серьезная угроза стабильности экосистем и новые реалии в управлении запутанным человеческим хозяйством, а с другой стороны, вызывает неизменный академический интерес. Ведь это действительная возможность проследить эволюционные изменения в реальном масштабе времени. Биологи наблюдают за отдельными видами, изучают генетические изменения в ответ на смену климата, наблюдают за изменением поведения при сезонных сдвигах.

Подобные исследования предваряют более широкие обобщения, которые стали появляться в последние годы. Важно увидеть общую картину фаунистических трендов, которые выявляются при анализе множественных данных по разным континентам и видам. К таким работам относится, например, интеграция данных по 117 видам перелетных птиц Европы. Пока не слишком хорошо отработана техника сбора и анализа данных, результаты получаются весьма противоречивыми. Поэтому в данной области исследований первоочередной задачей стоит накопление единообразных данных и их надежная интерпретация. Иначе невозможно понять, что значит «глобальное потепление» для глобального разнообразия. И стоит ли вообще этот вопрос на повестке дня.

В этом смысле интересное исследование представила международная группа зоологов под руководством Джереми Керра (Jeremy T. Kerr) из Университета Оттавы (Канада). Ученые проверили, как влияет потепление климата на двух континентах — в Европе и Северной Америке — на распространение шмелей. Для этого они свели воедино все имеющиеся в мире данные по всем видам шмелей начиная с начала XX века (рис. 1). После удаления из этого массива записей с отсутствующими или ненадежными географическими привязками осталось 423 411 записей по 31 американскому виду и 369 239 записей по 36 европейским видам.

В общей сложности получилось 67 видов шмелей (всего в Америке и Европе известно 214 видов). На каждый вид пришлось в среднем по 536 записей. Время наблюдений разделили на 4 части. Промежуток с 1901-го по 1974 год считался базовым уровнем. А следующие три декады — с 1975-го по 1986-й, с 1987-го по 1998-й, с 1999-го по 2010-й — должны были показать динамику изменения ареалов.

Для каждой точки подсчитали расстояние от экватора, для каждого вида показали самую северную и самую южную точку его распространения в выбранные периоды времени. Кроме того, из метеорологических источников для каждой точки выбрали среднегодовую температуру в год наблюдения, из топографических карт — высоту над уровнем моря. Понадобились и данные по землепользованию и пестицидной нагрузке для каждой точки и каждому году наблюдения. Правда, последнее оказалось доступно только для Северной Америки, где инсектициды стали интенсивно использоваться в 80-х годах и с этого времени существуют соответствующие данные по 149 наиболее востребованным типам пестицидов.

Северная граница ареалов для американских и для европейских видов за прошедшие тридцать лет в целом никуда не сдвинулась, хотя для отдельных видов переместилась на тысячу километров севернее, а для некоторых американских видов — на 800 км к югу (рис. 2, А). При этом температура вдоль северной границы ареала повысилась примерно на 2,5°С (рис. 2, B). Южная граница распространения шмелей заметно сдвигалась к северу, в среднем на 200–300 км (рис. 2, C). Те места, которые шмели предпочли оставить, вероятно, оказались в последнее время слишком для них жаркими, так как в исторических местах обитания шмелей стало в среднем на 4 градуса теплее (рис. 2, D).

Также виды с более южными ареалами показали четкую тенденцию забираться выше в горы — видимо, там прохладнее (рис. 3). Виды с северными ареалами, напротив, заняли более низкие местообитания: их регистрировали в последнее десятилетие на высотах примерно на 200 м ниже исторической границы.

Разделив виды на близкие филогенетические кластеры, ученые рассмотрели, имеются ли общие тенденции для видов внутри кластеров. Им удалось показать, что родственные виды реагируют на климатические сдвиги единообразно. К сожалению, этот интересный вывод они не проиллюстрировали как следует, хотя именно он показывает эволюционную и долговременную составляющую фаунистических изменений. Если вывод ученых относительно сходства реакций в близких родственных группировках подтвердится, то можно будет с цифрами в руках обсуждать динамику адаптивного пространства надвидовых таксонов. Это исключительно важное для экологии понятие чаще всего не получает эмпирического выражения.

Нужно заметить, что не выявилось никаких корреляций между сдвигами ареалов видов и применением инсектицидов или изменений в землепользовании. По всей видимости, этот аспект человеческой деятельности в ее существующем объеме не сильно влияет на ареалы шмелей. Хотя ранее было проведено внушительное число исследований, демонстрирующих губительное действие инсектицидов на шмелей. К этому выводу авторов работы ученые будут присматриваться особенно тщательно и критически.

В целом исследование показывает, что ареал шмелей не сдвигается к северу вслед за изменениями температуры, зато ужимается с юга, в результате общая площадь ареала снижается. Это само по себе не означает, что шмели в Северном полушарии вымирают, но это симптом активного ответа на текущие климатические изменения. Какие факторы сдерживают продвижение ареала к северу, неизвестно. Ясно, что это не климат, так как, где это возможно, шмели занимают более высотные пояса. Иными словами, в высокогорных районах они следуют за температурными сдвигами. Продвижение к северу южной границы показывает их низкую толерантность к перегреву.

Вероятно, это объясняется их исконным приспособлением к умеренным широтам. Напомню, что перегрев может оказаться серьезным фактором, формирующим ареал. Наиболее известной иллюстрацией этого явления может служить позднепермский (265–255 млн лет назад) температурный максимум. В это время многие циркумтропические виды стали биполярными, исчезнув из перегретой экваториальной зоны. Возможно, шмели позволяют увидеть воочию это явление.

В перспективе интересно сравнить, как разные видовые группы шмелей с разной термотолерантностью и разным временем и местом происхождения реагируют на климатические сдвиги. Это, во-первых, станет основательным примером для эволюционной биогеографии (а пока их совсем немного), во-вторых, позволит более обдуманно подходить к сохранению экосистем в современном мире. Для этого имеются и массивы данных, и отработанные методики.

Автор: Елена Наймарк, http://vk.cc/40jTgF

Замена токсичных химических компонентов нетоксичными и биосовместимыми природными аналогами является одним из самых популярных подходов в проектах по устойчивому развитию. Исследование, проведенное в Институте органической химии им. Н.Д. Зелинского Российской академии наук (Москва), показало, что замена части химического вещества природным аналогом может не только не дать полезного эффекта, но и повысить токсичность.Expand text.. Опубликованная в журнале Toxicology Research статья описывает повышение токсичности ионных жидкостей, после введения в их состав аминокислот.

XXI век сформулировал новый вызов для науки — идею устойчивого развития, с помощью которой человечество стремится достичь таких благородных целей, как создание нового поколения химических технологий и экологически чистых материалов.

Химия принадлежит к тем наукам, для которых концепция нетоксичного и безотходного производства имеет первостепенное значение. Принципы «зеленой» химии и устойчивого развития оказали значительное влияние на химические исследования и разработки. Согласно этим принципам, вещества должны быть биоразлагаемыми и нетоксичными. Как известно, химикаты обычно токсичны, бионесовместимы и представляют опасность для окружающей среды. Поскольку правильно подобранные природные компоненты биосовместимы и нетоксичны, в последнее время химики предпринимают многочисленные попытки заменить токсичные вещества соответствующими природными аналогами. Иногда замена всего одного компонента действительно повышает биосовместимость и снижает вредоносное воздействие химического вещества или материала.

Вышеупомянутый подход был исследован для создания биосовместимых ионных жидкостей. Ионные жидкости, которые также называют ионными расплавами, — это органические соли, находящиеся в жидком состоянии при температурах ниже 100ºC. Присущая ионным жидкостям пространственная наноструктурированность придает им уникальные особенности. Одной из таких особенностей является возможность «тонкой настройки»: каждая ионная жидкость состоит из катиона и аниона, и путем их варьирования, параллельного или последовательного, можно менять определенные свойства ионной жидкости.
Будучи нелетучими и негорючими, ионные жидкости стали хорошей альтернативой традиционным летучим и горючим органическим растворителям и нашли применение в разнообразных областях современной химии и технологии. Например, таких как органический синтез, катализ, электрохимия, переработка топлива и др. Ионные жидкости проявляют заметную биологическую активность, и на данный момент известно, что они воздействуют на живые объекты всех уровней организации, от отдельных биомолекул до целых экосистем.

Работа, выполненная учеными из Института органической химии им. Н.Д. Зелинского, посвящена исследованию активности недавно созданного класса ионных жидкостей на основе аминокислот. В соответствии с вышеупомянутым принципом устойчивого развития, считалось, что введение природного компонента (например, аминокислоты) в ионную жидкость понизит токсичность последней и позволит создать химическое вещество, представляющее меньшую опасность для окружающей среды.

Исследователи заменили катион и анион известной ионной жидкости [BMIM][BF4] на природную кислоту валин и получили две модифицированные ионные жидкости: [BMIM]Val и [Val-OMe]BF4. Как и ожидалось, [BMIM][Val] оказалась менее токсичной, чем исходная [BMIM]BF4. Однако [Val-OMe][BF4] продемонстрировала неожиданно высокую токсичность: замена химического компонента [BMIM]+ природным катионом на основе валина дала значительно более токсичный ионный продукт.

Авторы изучили серию традиционных и аминокислотных ионных жидкостей и показали, что ионные жидкости, несущие катионы или анионы на основе аминокислот глицина, аланина и валина, в целом проявляли цитотоксичность сравнимую с цитотоксичностью традиционных имидазолиевых ионных жидкостей с неорганическими или небольшими органическими анионами (рис. 2). В случае некоторых ионных систем введение фрагмента природной аминокислоты привело к росту токсичности.

Возможный механизм токсичного действия таких аминокислотных ионных жидкостей может заключаться во взаимодействии с мембранными белками-переносчиками, которые клетки используют для доставки аминокислот из окружающей среды. Аминокислота, безвредная сама по себе, в составе ионной жидкости способствует проникновению в клетку биологически активного/токсичного вещества, которое вызывает апоптоз, или запрограммированную клеточную смерть. Несмотря на то, что исходная цель исследования — создание нетоксичных ионных жидкостей — не была достигнута, полученные результаты позволяют задуматься о потенциальном применении аминокислотных ионных жидкостей в биологии и медицине, например, для направленной доставки лекарств с использованием «настраиваемых» свойств ионных жидкостей.

По словам руководителя работ профессора Ананикова:

«Токсичность и экологическая активность ионных жидкостей сейчас является популярным предметом исследований. Современные исследования делают акцент на том, что достижение выдающихся химических свойств наряду с высокой экологической совместимостью — очень сложное, но неизбежное направление целенаправленной оптимизации».

Токсикологическое исследование: "Unexpected increase of toxicity of amino acid-containing ionic liquids", by Egorova K. S., Seitkalieva M. M., Posvyatenko A. V., and Ananikov V. P. has been published in Toxicology Research (Royal Society of Chemistry).
Ссылка: Toxicol. Res., 2015, 4, 152-159, DOI: 10.1039/C4TX00079J
Веб-ссылка: http://dx.doi.org/10.1039/C4TX00079J *
Обзор по целенаправленной оптимизации, упомянутый в комментарии:
Egorova K. S., Ananikov V. P., “Toxicity of Ionic Liquids: Eco (cyto)activity as Complicated, but Unavoidable Parameter for Task-Specific Optimization”, ChemSusChem, 2014, 7, 336-360. DOI: 10.1002/cssc.201300459; веб-ссылка: http://dx.doi.org/10.1002/cssc.201300459

Источник: http://vk.cc/3ZUv3m