Что нового в Nature, Science и The Lancet. 4 октября

Являются ли динозавры гражданами мира, как бетон влияет на глобальное потепление, ближайший родственник Sars-Cov-2, огромные доисторические скульптуры верблюдов и насилие со стороны американской полиции — все это в новом обзоре научной литературы от Inscience.News.

Nature

Обложка выпуска посвящена исследованию о связи свойств надземной и подземной части растений (размер листьев, высота растения). То, насколько эффективно они превращают солнечный свет в органическое вещество, насколько быстро они воспроизводятся, сколько питательных веществ и воды им нужно, сколько углерода они хранят или насколько быстро их ткани разлагаются, как растения выполняют все эти функции, зависит от их функциональных характеристик, которые определяют их производительность, а также их влияние на экосистемы.

Как оказалось, многие виды со схожими корнями демонстрируют контрастирующие надземные черты. Например, подсолнечник и сосна, несмотря на то что имеют очень разные черты на поверхности, очень похожи своими корнями. А некоторые виды, которые очень похожи надземными частями, такие как колокольчик и пастернак, имеют очень разные корни. Понимание функциональных характеристик растений поможет предсказать, как растения будут реагировать на изменения условий окружающей среды, такие как глобальное потепление, и как они влияют на функционирование экосистем.

Этот результат противоречит существующей гипотезе, согласно которой все признаки растений должны быть скоординированы. То есть растения с очень тонкими листьями и высоким содержанием азота, которые могут выполнять фотосинтез очень эффективно, но не очень хорошо удерживают полученные питательные вещества в течение длительного времени, также должны иметь тонкие корни с высоким содержанием азота. Авторы считают, что их выводы могут быть связаны с тем, что надземные части растений приспосабливаются к более разнообразным факторам, чем подземные: доступности света, пожарам, поеданию животными.

Редакционная статья рассказывает об углеродном следе производства и использования бетона. Конструкции из этого материала пережили войны, стихийные бедствия и многие цивилизации, построившие их. Бетон не только прочен и устойчив, но и относительно дешев и прост в изготовлении. Ежегодно во всем мире используется 30 миллиардов тонн бетона. В расчете на душу населения это в три раза больше, чем 40 лет назад, а спрос на материал растет быстрее, чем спрос на сталь или дерево. Бетон изготавливают, заливая в цемент песок и гравий, взбивая смеси с водой и заливая ее в формы до высыхания. Изготовление цемента — наиболее углеродоемкая часть: оно включает использование ископаемого топлива для нагрева смеси известняка и глины до температуры более 1400 °C в печи. На каждую тонну произведенного цемента выделяется примерно 600 кг углекислого газа.

Обезуглеродить производство незаменимого материала можно с помощью замены топлива на водород или биомассу. Кроме того, нагрев смеси известняка и глины можно произвести электричеством, и этот вариант сейчас изучается. Другой выход — улавливание углекислого газа. Шведская компания в июле объявила, что хочет уловить 1,8 миллиона тонн CO₂ с цементного завода и закопать его в Северном море. Еще одна возможность — закачать захваченный CO₂ в сам бетон, навсегда заблокировав его, что также может улучшить свойства получаемого материала. Вводимый CO₂ вступает в реакцию с ионами кальция в цементе, производя больше карбоната кальция и потенциально делая бетон способным выдерживать большие нагрузки.

В рубрике Research Highlights с интересными исследованиями из других журналов отметим новость об уточнении возраста доисторических скульптур. Наскальное произведение искусства состоит из скульптур дюжины верблюдов и диких ослов в натуральную величину. Сравнив их с аналогичными изображениями набатейского городища Петра (Иордания), группа ученых, обнаружившая чудо, первоначально оценила скульптуры как античные. Однако дальнейшие исследования, проведенные тремя археологами из Германии и Саудовской Аравии, показали, что это находка доисторических времен. Анализ следов инструментов древних скульпторов, анализ эрозии горных пород, люминесцентное и радиоуглеродное датирование — все данные сходятся в том, что скульптуры были сделаны с использованием каменных орудий около 7000 лет назад.

Новость из этой же рубрики — о новом виде пингвина, который, судя по всему, был выше, чем любой его современный родственник. Его окаменелые останки размером с десятилетнего ребенка в Новой Зеландии обнаружили школьники в 2006 году во время образовательной экспедиции. Новый вид получил название Kairuku waewaeroa.

Рубрика News in Focus. Ученые обнаружили у летучих мышей в Лаосе три вируса, которые больше похожи на SARS-CoV-2, чем на какие-либо известные вирусы. Исследователи говорят, что некоторые части их генетического кода подтверждают утверждения о том, что вирус, стоящий за COVID-19, имеет естественное происхождение. Но открытие также вызывает опасения, что существует множество коронавирусов, способных передаться человеку.

Исследовательские статьи

О воде на Марсе. На раннем Марсе было много воды. Текущая вода вырезала речные долины и заполняла бассейны озер. Авторы выяснили, что более 200 из этих озерных бассейнов были заполнены чрезмерным количеством воды, что вызвало катастрофическое затопление. Это сформировало долины на раннем Марсе и повлияло на эволюцию ландшафта покрытого кратерами нагорья. Мы об этом уже подробнее рассказывали.

О ртути в Мировом океане. Долгое время основным источником ртути для океанов считались атмосферные осадки с остатками промышленных отходов и выбросов вулканов. Изотопный анализ, который провели авторы исследования, показал, что не меньшую роль в накоплении ртути играет газовый обмен с атмосферой. Ртуть при этом поступает в океан в неокисленном виде, то есть в неопасной для организмов форме. Про это также можно более подробно прочитать здесь.

Об опылителях редких растений. Авторы продемонстрировали, что более редкие виды растений выигрывают от большей специализации их опылителей. Одной из наиболее важных задач по сохранению биоразнообразия цветковых растений является понимание того, как взаимодействие растений и опылителей способствует размножению редких видов.

О генетических изменениях в ходе развития мозга. Показано, какие изменения в транскрипции и структуре хроматина (вещества, участвующего в регуляции активности генов) ответственны за узкоспециализированные свойства вставочных нейронов в коре головного мозга мышей. 

О новых антибиотиках. Устойчивость к антибиотикам продолжает расти во всем мире, затрудняя лечение инфекций и их профилактику в послеоперационный период. Разработка новых антибиотиков для лечения инфекций, вызванных антибиотикорезистентными бактериями, требует огромных инвестиций. Поэтому каждая попытка разработки ценна сама по себе. Авторы исследования описали стратегию конструирования ингибиторов пенициллинсвязывающих белков грамотрицательных бактерий, чтобы преодолеть многочисленные механизмы резистентности. Ингибиторы диазабициклооктана сохраняют активность в присутствии β-лактамаз, основного механизма резистентности, связанного с терапией β-лактамом против грамотрицательных бактерий.

Science

На обложке выпуска: африканский буйвол в национальном парке Крюгера, Южная Африка. Многие вирусы обладают просто сверхъестественной способностью сохраняться, несмотря на все наши усилия. Высококонтагиозные инфекции быстро распространяются среди восприимчивых популяций, но исчезают, когда животные приобретают иммунитет, — за исключением резервуарных хозяев, где они сохраняются эндемично. Такие инфекции представляют собой глобальную угрозу биобезопасности из-за высокой заболеваемости и смертности, а также их способности вызывать быстро развивающиеся эпидемии, которые трудно подавить. Буйволы — резервуар для вируса ящура, который поражает домашних копытных.

С помощью комбинации экспериментальных и теоретических подходов биологи изучили, как высококонтагиозные вирусы ящура сохраняются у африканских буйволов. Сохранение вируса благодаря передаче только между остро инфицированными хозяевами оказалось маловероятно. Однако случайная передача от постоянно инфицированных носителей надежно спасает наиболее заразный вирусный штамм от исчезновения. Для сохранения менее трансмиссивных штаммов могут потребоваться дополнительные механизмы, такие как антигенный сдвиг и иммунодефицит.

Рубрика In Depth. Современные границы стран, которые мы знаем, оформились лишь около ста лет назад. А динозавры границ не знали и умирали где попало. Поэтому встает вопрос, кому принадлежат их останки. Миру? Ученым, которые нашли их? Ученым той страны, где их нашли? Пока споры идут, большинство ученых все же убеждены в последнем варианте. Многие страны, включая Россию, регулируют вывоз окаменелостей из страны. Громкий скандал разразился из-за недавней публикации, в которой ученые описали новый вид динозавра.  Проблема в том, что палеонтологи из Германии вывезли окаменелости, нарушив законы Бразилии. С законами можно не соглашаться, но соблюдать их все же должны все. Журнал Cretaceous Research отозвал эту публикацию, пообещав больше внимания уделять происхождению окаменелостей. К сожалению, пока эта публикация и этот вид перестают существовать для науки, что похоже на второе вымирание.

Некоторые палеонтологи утверждают, что окаменелости, полученные из развивающихся стран, таких как Бразилия и Марокко, лучше хранить в учреждениях в Европе и США, ведь там безопаснее. Сторонники такой точки зрения вспоминают пожар, охвативший Национальный музей Бразилии 3 года назад. Но бразильские ученые возражают, что катастрофа может случиться где угодно, приводя в пример пожар в Нотр-Дам-де-Пари в 2019 году. «У нас есть наука, у нас есть ученые, у нас есть инфраструктура, чтобы хорошо заботиться об этом материале», — говорят бразильцы.

Споры побудили других исследователей добровольно репатриировать бразильские окаменелости. Например, на этой неделе окаменелость паука, описанная в мае, и 35 других экземпляров, которые в настоящее время хранятся в Музее естественной истории Канзасского университета, вернутся в Бразилию.

Исследовательские статьи

Возникновение рака всегда связано с генетическими механизмами, и многие исследования рака сосредоточены на выявлении канцерогенных мутаций. Следствие мутаций — неправильная работа белков. Три статьи номера демонстрируют, как мутации связаны с сетью белковых взаимодействий, проследив путь от мутации до возникновения опухоли.

Авторы первой сфокусировались на раке головы и шеи и показали, как точечные мутации PIK3CA-киназы, часто мутирующей при возникновении опухоли, позволяют прогнозировать лекарственный ответ. 

Вторые изучили рак молочной железы и идентифицировали два белка, функционально связанных с геном-супрессором опухоли BRCA1, а также два белка, которые регулируют PIK3CA-киназу. 

Третьи выяснили, что большинство мутаций, влияющих на геномы раковых клеток, встречаются редко. Авторы использовали масс-спектрометрию белков для построения карты белковых сборок (включая PIK3CA с белками актомиозина), обнаруженных в раковых клетках человека. Статистическая модель мутации позволит определить, какие из этих сборок подвергаются сильному мутационному отбору и в каких типах рака это происходит.

О других темах: материалы с высокой диэлектрической проницаемостью обладают превосходной способностью накапливать заряд, что делает их многообещающими решениями для диэлектрических конденсаторов следующего поколения. Эти конденсаторы потенциально применимы в системах накопления энергии большой мощности. Их неотъемлемое преимущество — быстрый электростатический эффект, отличающий их от обычный батарей с медленным электрохимическим эффектом. А их недостаток — низкая плотность энергии, поскольку заряды накапливаются только на поверхности, а не по всему материалу. Ученые нашли способ повысить плотность энергии и эффективность за счет нового «суперпараэлектрического» состояния поляризации.

И снова о связи надземной и подземной частей растений. Фиксация азота из атмосферы бактериальными симбионтами — очень энергозатратный процесс. Авторы исследования предположили, что свет, получаемый растениям, оказывает на него большое влияние. Как оказалось, растение-хозяин «информирует» корни о том, что наземная среда подготовлена для устойчивого снабжения углеводами, необходимыми для симбиоза, с помощью особого белка.

The Lancet

Обложка и  редакционная статья посвящены теме полицейского насилия в США. Предотвратимая насильственная смерть цветного населения от рук полиции в США не рассматривается как проблема общественного здравоохранения. Многие жертвы полицейского насилия стали нарицательными, как, например, Джордж Флойд. Сотни американцев, погибших в результате ожесточенных столкновений с полицией, остаются незамеченными, непризнанными и неучтенными, считают авторы статьи. Теперь в The Lancet группа исследователей из Института показателей и оценки здоровья (IHME) опубликовала наиболее точную и полную оценку смертей, связанных с насилием со стороны полиции в США на сегодняшний день. Исследование включает негосударственные данные из открытых источников. Результаты ошеломляют: около 30 000 человек погибли от насилия со стороны полиции в период с 1980 по 2018 год. Официальные источники не включили около 17 100 смертей, что привело к занижению данных о смертях, связанных с насилием со стороны полиции, более чем на 55%.

Работа полиции в США основана на модели враждебных, расистских взаимодействий между гражданскими лицами и вооруженными агентами государства. Необходимы инвестиции в систему здравоохранения и поддержки на уровне сообществ, включая жилье, доступ к продовольствию, лечение наркозависимости и неотложную медицинскую помощь. Стратегии снижения смертности от насилия со стороны полиции должны включать демилитаризацию полицейских сил, а также и общества, например, путем ограничения доступа к огнестрельному оружию.

Среди комментариев отметим статью о внедрении обязательного обогащения нецеллюлозной пшеничной муки фолиевой кислотой в Великобритании, о котором было объявлено 20 сентября. 30 лет назад Исследовательская группа по изучению витаминов MRC, возглавляемая профессором сэром Николасом Уолдом, сообщила, что добавление фолиевой кислоты женщинам во время зачатия снижает риск серьезных дефектов нервной трубки (ДНТ) у  младенцев.  Это исследование привело к введению обязательного обогащения фолиевой кислотой основных продуктов питания, таких как мука, в более чем 80 странах с целью снижения заболеваемости ДНТ. В июле 2021 года Новая Зеландия ввела обязательное обогащение фолиевой кислотой. Теперь настала очередь Великобритании. В 2019 году в стране проводились общественные консультации по вариантам обогащения продуктов фолиевой кислотой.

Исследовательские статьи

Школьная политика во время пандемии COVID-19 должна была сбалансировать риски передачи вируса от детей с вредом, который возникает в результате закрытия школ. Спустя полтора года после начала пандемии мы по-прежнему не уверены в роли школ в передаче этого вируса. Однако появляется все больше данных о том, что переход на дистанционное обучение причиняет непоправимый вред детям и подросткам. Снижение успеваемости, задержка развития, проблемы с психическим здоровьем, плохой сон и низкая физическая активность — вот прямые последствия закрытия школ. Бернадетт Янг и ее коллеги сообщают о результатах кластерного рандомизированного контролируемого исследования, направленного на определение баланса рисков, связанных  с временным закрытием школ. В исследовании участвовала 201 школа во время умеренной распространенности вируса среди населения (30–180 заболеваний в неделю на 100 000 населения по всему исследованию) и во время появления дельта-штамма в Англии с 19 апреля по 27 июня 2021. Ученые сравнили влияние ежедневного тестирования на антигены коронавируса в течение 7 дней со стандартной 10-дневной изоляцией дома.  Результаты важны для многих стран. Ежедневное тестирование на антигены действительно могло бы стать инструментом для обеспечения сохранения очного обучения. 

И последняя статья, которая выложена в открытый доступ, — оценка жертв полицейского насилия в США. В этом исследовании определили наличие и степень занижения сведений о насилии со стороны полиции в данных регистрации актов гражданского состояния, находящихся в ведении правительства США. Авторы предложили метод исправления занижения сведений в этих наборах данных и представили пересмотренные оценки случаев смерти в результате насилия со стороны полиции в США.

В ходе пандемии COVID-19 уход за пациентами с COVID-19 изменился, а использование экстракорпоральной мембранной оксигенации (ЭКМО) увеличилось. Авторы изучили отбор пациентов, ход лечения и результаты такой терапии в ходе пандемии до настоящего времени. В исследовании сравнили пациентов с COVID-19, получавших ЭКМО 1 мая 2020 г. или ранее, с пациентами, получавшими лечение после этой даты. Смертность после ЭКМО для пациентов с COVID-19 увеличилась в течение 2020 года. Эти результаты говорят о роли ЭКМО при COVID-19 для пациентов, клиницистов и политиков.