В "Экспериментаниуме" рассказали о молекулярном разнообразии жизни

В "Экспериментаниуме" рассказали о разнообразии жизни на Земле

В Музее занимательных наук "Экспериментаниум" прошла лекция "Молекулярное разнообразие жизни на Земле", ее прочел доктор биологических наук и профессор Сколковского института науки и технологий Константин Северинов. Онлайн-трансляцию занятия провело сетевое издание M24.ru. Слушатели узнали об отличиях, существующих между организмами на всех уровнях живой природы.

Константин Северинов - специалист в области молекулярной биологии, профессор Ратгерского университета в Нью-Джерси; доктор биологических наук, заведующий лабораториями в Институте молекулярной генетики РАН и Институте биологии гена РАН.

Родился 11 апреля 1967 года в Ленинграде. В 1990 году с отличием окончил биологический факультет МГУ по специальности "биохимия", затем поступил в аспирантуру Института молекулярной генетики РАН и по программе обмена молодыми учеными Джорджа Сороса уехал на 2 года в США, где работал в лаборатории Колумбийского университета.

В 1993 году Сверинов защитил в России диссертацию кандидата биологических наук по специальности "молекулярная биология" под названием "Доменная организация бета-субъединицы РНК-полимеразы Escherichia coli". В 1995 году поступил в докторантуру Института молекулярной генетики. В 1997 году стал профессором Института микробиологии Ваксмана в Ратгерском университете, где получил свою лабораторию. С 2005 года большую часть года работает в России.

С 2006 года Константин Северинов - доктор биологических наук. В настоящее время специализируется в области регуляции транскрипции генов бактерий. В России он заведует двумя лабораториями: регуляции экспрессии генов мобильных элементов прокариот в Институте молекулярной генетики РАН и молекулярной генетики микроорганизмов в Институте биологии гена РАН. Лаборатории заняты исследованием микроцинов и бактериофагов – перспективных направлений для разработки усовершенствованных антибиотиков. Работы финансируются за счет различных грантов, в частности, по программам фундаментальных исследований президиума РАН и Российского фонда фундаментальных исследований.

Константин Северинов входил в "запускающую команду" Сколковского института науки и технологий. Является его профессором, входит в Научно-технический совет при совете директоров "Роснано".

С 2009 года - член американской академии микробиологии.

В 2013 году Северинов выиграл мегагрант на создание в СПбГПУ лаборатории и для проведения исследований по молекулярной, экологической и прикладной микробиологии.

Сколковский институт науки и технологии - негосударственный технологическо-предпринимательский университет. Создан в 2011 году фондом "Сколково" совместно с Массачусетским технологическим институтом. Миссия Сколтеха - в обучении студентов, создании знаний и развитии технологий для решения ключевых научных, технологических и инновационных задач. Обучение ведется по пяти направлениям, приоритетным для модернизации России: энергетические, медико-биологические, информационные, космические, ядерные науки и технологии. Вместо традиционных факультетов в университете созданы 15 исследовательских центров. Каждый из них формируется тремя равноправными партнерами: Сколтех, российский университет или исследовательский институт, зарубежный университет или институт. Таким образом, Сколтех представляет собой сеть университетов - это площадка, объединяющая тридцать научно-образовательных учреждений со всего мира. Преподавание в вузе ведется только на английском языке.

"Экспериментаниум" - музей занимательных наук, где посетители могут принять непосредственное участие во всевозможных опытах и экспериментах. Музей был открыт в 2011 году для увлекательного изучения законов точных наук и явлений природы. Более 250 интерактивных экспонатов музея рассказывают о механике, электричестве, магнетизме, акустике, демонстрируют оптические иллюзии, головоломки и другие научные открытия и изобретения. Коллекция экспонатов музея постоянно пополняется, разрабатываются новые образовательные и развлекательные программы.

Имена и названия, упоминавшиеся в лекции

Орангутаны - род древесных человекообразных обезьян, одни из близких родственников человека. Название происходит от малайского Orang Hutan, что означает "лесной человек" (orang - "человек", hutan - "лес").

Панголины (ящеры) - отряд плацентарных млекопитающих, название происходит от малайского pengguling - "сворачивающийся в шар". Наземные и древесные животные, в длину достигают от 60 до 180 см, весят - от 4,5 до 27 кг. Сверху тело покрыто крупными роговыми чешуями серо-бурого цвета, налегающими друг на друга, как черепица. Распространены в Экваториальной и Южной Африке, в Юго-Восточной Азии, населяют открытые местности и тропические леса. Питаются муравьями и термитами. Самый быстрый из панголинов (степной ящер) бегает со скоростью 3,5—5 км/ч. Могут, подобно кенгуру, подниматься на задних лапах с опорой на хвост. При опасности панголины сворачиваются в клубок. Развернуть его под силу только крупному хищнику, например, тигру или леопарду.

Полихета (морская мышь) - вид морских многощетинковых червей из семейства Aphroditidae. Название связано с покрывающими спину многочисленными щетинками, напоминающими войлок. Червь овальной формы достигает в длину до 20 см, в ширину - до 5 см. Распространены на европейском шельфе от Средиземного до Баренцева моря; обитают на илистом дне, на глубине 1-2,5 тысяч метров. Хищники: питаются другими полихетами, мелкими рачками, моллюсками и гидроидными полипами. Одна из особенностей морской мыши — крупные радужные щетинки на спине; благодаря структуре кристаллической решетки, они неодинаково преломляют свет, падающий под разными углами.

Индоевропейские языки - самая распространенная в мире языковая семья. Представлена на всех обитаемых континентах Земли, число носителей превышает 2,5 млрд. Согласно взглядам некоторых современных лингвистов, является частью макросемьи ностратических языков. Термин индоевропейские языки ввел английский ученый Томас Юнг в 1813 году.

Языки индоевропейской семьи происходят от единого праиндоевропейского языка, носители которого жили, вероятно, порядка 5-6 тысяч лет назад. Существует несколько гипотез о месте зарождения праиндоевропейского языка (в частности, называют такие регионы, как Восточная Европа, Передняя Азия, степные территории на стыке Европы и Азии). С большой вероятностью археологической культурой древних индоевропейцев (или одной из их ветвей) можно считать так называемую "ямную культуру", носители которой в III тыс. до н. э. обитали на востоке современной Украины и юге России.

Согласно гипотезе Х. Педерсена, развитой В.М.Илличем-Свитычем и С.А.Старостиным, праиндоевропейский язык входит в ностратическую макросемью языков, среди которой особо сближается с картвельскими языками.

Индоевропейская семья включает в себя албанский, армянский языки и славянскую, балтийскую, германскую, кельтскую, италийскую, романскую, иллирийскую, греческую, анатолийскую (хетто-лувийскую), иранскую, дардскую, индоарийскую, нуристанскую и тохарскую языковые группы. При этом италийская (если не считать италийскими романские), иллирийская, анатолийская и тохарская группы представлены лишь мертвыми языками.

Финно-угорские языки (угро-финские) - группа родственных языков, образующих ветвь в составе уральской языковой семьи. Распространены в Венгрии, Норвегии, России, Финляндии, Швеции, Эстонии и других странах. В древности носители финно-угорских языков образовали несколько археологических культур на севере Европы — ямочной керамики и ямочно-гребенчатой керамики.

В конце XV века европейские исследователи отметили сходство названий "Хунгария" и "Югрия" (область, находившаяся к востоку от Урала). Они предположили связь, но не нашли лингвистических доказательств. В 1671 году шведский ученый Георг Шернъельм описал сходство саамского (лапландского), финского и эстонского языков, а также отметил несколько похожих слов в финском и венгерском. В это же время немецкий ученый Мартин Фогель попытался найти связь между финским, саамским (лапландским) и венгерским языками. Эти исследователи первыми указали на то, что позднее стали называть финно-угорской языковой семьей.

Монгольские языки - семья внутри алтайской макросемьи, включающая в себя несколько достаточно близкородственных языков Монголии, Китая, России и Афганистана. Распались около V века н. э. Носители — монгольские народы, объединенные по культурной общности и языковой принадлежности. Кроме того, классический монгольский служил письменным языком тувинцев до 1940 года. Характерной чертой монгольских языков является значительное количество тюркских заимствований. По сей день в Монголии и Китае существует ряд этнических групп тюрко-монгольских билингвов (хотоны, желтые уйгуры). Вероятно, ранее такой билингвизм был более распространен.

Славянские языки - группа родственных языков индоевропейской семьи. Распространены на территории Европы и Азии. Общее число говорящих более - 400 млн. человек. Отличаются большой степенью близости друг к другу, которая обнаруживается в структуре слова, употреблении грамматических категорий, структуре предложения, семантике, системе регулярных звуковых соответствий и т.д. Это объясняется единством происхождения славянских языков и их длительными и интенсивными контактами между собой на уровне литературных языков и диалектов.

Славянские языки принято делить на 3 группы: восточнославянскую, южнославянскую и западнославянскую. В рамках индоевропейской семьи славянские языки наиболее близки балтийским языкам.

Романские языки - группа языков и диалектов, входящих в италийскую ветвь индоевропейской языковой семьи, генетически восходят к общему предку - латыни. Название происходит от латинского слова Romanus (римский). Народы, говорящие на этих языках, называются романскими.

Романские языки постепенно обособились от языка-источника (народно-латинского языка) и друг от друга в результате разнообразных демографических, исторических и географических процессов. Начало этому эпохальному процессу было положено римскими колонистами, заселявшими удаленные от столицы - Рима - регионы в ходе сложного этнографического процесса (античной романизации) в период III в. до н. э. - V в. н. э.

Долгое время романские языки воспринимались лишь как просторечные говоры классического латинского языка, а потому практически не использовались в письменном виде. Считается, что языки романской группы начали отделяться от латыни в 270 году, когда император Аврелиан увел римских колонистов из провинции Дакия.

Индрикотерий - род вымерших млекопитающих семейства носорогообразных, живших 30—20 млн лет назад, в среднем олигоцене - нижнем миоцене. Останки индрикотериев обнаружены во многих районах Азии. Индрикотерии - самые высокие (до 5 метров высотой) и самые тяжелые (до 20 тонн) из когда-либо существовавших сухопутных млекопитающих. Питались листьями и ветвями кустарников и деревьев.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трех основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

С химической точки зрения, ДНК - это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков - нуклеотидов. В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей и имеет форму спирали. Структуру молекулы ДНК также называют "двойной спиралью".

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин - только с цитозином. Последовательность нуклеотидов позволяет "кодировать" информацию о различных типах РНК, наиболее важными из которых являются информационные, или матричные (мРНК), рибосомальные (рРНК) и транспортные (тРНК). Все эти типы РНК синтезируются на матрице ДНК за счет копирования последовательности ДНК в последовательность РНК, синтезируемой в процессе транскрипции, и принимают участие в биосинтезе белков (процессе трансляции). Помимо кодирующих последовательностей, ДНК клеток содержит последовательности, выполняющие регуляторные и структурные функции.

Расшифровка структуры ДНК в 1953 году стала одним из поворотных моментов в истории биологии. За выдающийся вклад в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону и Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине в 1962 году.

Археи - архебактерии, группа микроскопических одноклеточных организмов; относятся к "доядерным" формам - прокариотам. Сходны с бактериями по размерам клеток и морфологическим признакам, однако состав и строение клеточных стенок, структура генетического аппарата и другие особенности сближают их с эукариотами (клетками живых организмов, имеющими ядра). Археи (их описано более 100 видов) в основном живут в экстремальных условиях, часто непригодных для жизни других организмов: в насыщенных растворах солей, при температуре 80 градусов и выше, в кислой среде и т. д. Также среди них есть метаногены - организмы, способные выделять газ метан. Археи, как и бактерии, относятся к наиболее древним обитателям Земли.

Молекулярная филогения (филогенетика) - способ установления родственных связей между живыми организмами на основании изучения структуры ДНК, РНК и белков. Результатом молекулярно-филогенетического анализа является построение филогенетического дерева живых организмов.

Близкое родство между живыми организмами обычно сопровождается большой степенью сходства в строении тех или иных макромолекул, а молекулы не родственных организмов сильно различаются между собой. Молекулярная филогения использует такие данные для построения филогенетического древа, которое отражает гипотетический ход эволюции исследуемых организмов. Возможность анализировать и подробно изучать эти молекулы появилась только в последние десятилетия XX века.

Молекулярная филогенетика оказала сильнейшее влияние на научную классификацию живых организмов. Методы работы с макромолекулами стали доступны биологам самых различных специальностей, что привело к лавинообразному накоплению новой информации о живых организмах. На основании этих данных старые предположения об эволюции живых организмов пересматриваются. Описывают новые группы, в том числе выделяемые только на основе молекулярно-филогенетических данных.

Филогенез (от др.-греч. phylon - "племя", "раса" и др.-греч. genetikos - "имеющий отношение к рождению") - историческое развитие организмов. В биологии филогенез рассматривает развитие биологического вида во времени; эволюцию в качестве процесса, в котором генетическая линия организма - от предка к потомкам - разветвляется во времени, и отдельные ветви могут приобретать те или иные изменения или исчезать в результате вымирания.

Имеющиеся на сегодня знания о ветвлении филогенетического древа получены путем построения классификации живых организмов, которая исходно была задумана Карлом Линнеем как отражение "естественной системы" всей природы (в том числе и неживой). Впоследствии было установлено, что такой "естественной системы" не существует, а то, что К.Линней принимал за проявление этой системы у животных и растений, является филогенией, то есть результатом биологической эволюции.

Анализ филогении далек от завершения, поскольку представляет собой выявление однократных неповторимых эволюционных событий, произошедших в прошлом, и поэтому может осуществляться только косвенными методами. Для реконструкции и филогении необходимо максимально полное знание о разнообразии видов; однако в настоящее время науке все еще известна лишь малая часть видов живых организмов, обитающих на Земле, и ничтожно малая часть видов, обитавших на Земле в прошлом.

LUCA (англ. last universal common ancestor) - последний всеобщий предок или последний универсальный общий предок - ближайший общий предок всех ныне живущих на Земле живых организмов. Жил предположительно 3,5—3,8 млрд лет назад. Его характерные черты свойственны всем независимо существующим организмам на Земле, в частности, генетическая информация основана на ДНК, состоящем из четырех нуклеотидов (аденин, гуанин, тимин, цитозин).

Органеллы (органоиды) - в цитологии: постоянные специализированные структуры в клетках живых организмов, которые осуществляют определенные функции, жизненно необходимые для клетки. Органоиды противопоставляют временным включениям клетки, которые появляются и исчезают в процессе обмена веществ.

Митохондрия - нитевидная органелла толщиной около 0,5 мкм. Характерна для большинства фотосинтезирующих растений, а также для грибов и животных. Энергетическая станция клетки; основная функция — окисление органических соединений и использование освобождающейся при их распаде энергии в синтезе молекул АТФ.

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли) - значительная группа крупных грамотрицательных бактерий, способных к фотосинтезу, сопровождающемуся выделением кислорода.

Хлоропласты - зеленые пластиды, которые встречаются в клетках фотосинтезирующих эукариот. С их помощью происходит фотосинтез. Хлоропласты содержат хлорофилл.

Англосаксонский язык (древнеанглийский язык) - ранняя форма английского языка, распространенная на территории нынешних Англии и южной Шотландии с середины V до середины XII веков. Являлся западногерманским языком и был похож на древнефризский и древнесаксонский языки. По сравнению с современным английским, древнеанглийский был морфологически более богатым и напоминал современный исландский, а его орфография более непосредственно отражала произношение.

Екатерина Левина