conowegownejczer

O emocjach trzmieli, wewnętrznym zróżnicowaniu guzów nowotworowych, lepkości Ziemi i falach spiralnych w dyskach protoplanetarnych [CNWN7]

W tym tygodniu w Nature jakoś wieje nudą, więc otwieram Science, a tu cuda na kiju! W telegraficznym skrócie:

  • trzmiele wykazują coś-w-stylu-pozytywnych-emocji („stany emocjo-podobne”) w reakcji na nagradzanie ich cukrem; nie jest to przy tym samo pobudzenie od cukru;
  • komórki nowotworowe wynalazły sprytny sposób na to, aby nie „odnowotworowywać” się w toku swojego rozwoju, ale być może będzie się to dało obejść;
  • udało się zrobić mapę litosfery ziemskiej pod Ameryką Północną oraz uzyskano zdjęcie młodego dysku protoplanetarnego w wyjątkowo dobrych rozdzielczościach – te dwa newsy podaję razem, głównie po to, żeby pokazać, jak „słabe” są najlepsze obserwacje w pewnych dziedzinach nauki – ku przestrodze;)

I tyle. Aha, dzisiaj herbata, nie kawa, bo mnie brzuch coś boli.


Radosne trzmiele chętniej ryzykują

C.J. Perry i in. Unexpected rewards induce dopamine-dependent positive emotion–like state changes in bumblebees. Science 30.09.2016, str. 1529-1531; DOI: 10.1126/science.aaf4454

No więc tak. Na wstępie Autorzy definiują emocje – jako „przejściowe stany subiektywne, występujące na podłożu zjawisk fizjologicznych, behawioralnych i kognitywnych, wywoływane przez oceny sytuacji środowiskowych” (transient subjective states, underpinned by physiological, behavioral, and cognitive phenomena, triggered by appraisal of environmental situations). Potem stwierdzają, że jest owszem sporo badań na temat negatywnych emocji u zwierząt – ale co z pozytywnymi?

Następnie pojawia się śliczny akapit o treści następującej. Wiadomo, że u ludzi spożywanie słodkich przekąsek wywołuje pozytywne emocje (tu przypisy do 3 artykułów). W tym artykule badamy, czy spożywanie niewielkiej ilości roztworu sacharozy przed wykonywaniem testu powoduje, że trzmiel ziemny (Bombus terrestris) zachowuje się na sposób wskazujący na występowanie pozytywnego stanu emocjopodobnego (emotion-like state).

Teraz metodologia. 🙂

Najpierw rysunek. (Uroczy, prawda? Uwielbiam te malutkie rysunki wciśnięte pomiędzy wielkie wykresy słupkowe i wymazy z chromatografów. Niby naukowy, ale jakże przy tym artystyczny…)

czmiel

Trzmiele wytrenowano w zadaniu typu go/no-go, czyli takim, przy którym badane zwierzę musi zdecydować, czy wejść, czy nie wejść w określone miejsce, na podstawie wcześniejszego doświadczenia. Tutaj, po wejściu do komory testowej (środek) przez krótki przedsionek (po lewej), trzmiel stawał przed pięcioma rurkami. Nad najbardziej lewą z nich (rurka nr 1) znajdowała się niebieska płytka. W rurce pod płytką umieszczano kropelkę 30% roztworu sacharozy, w innych nie. W innych próbach trzmiele nauczyły się również, aby nie wchodzić do rurki po przeciwnej stronie (nr 5), gdzie znajdowała się po prostu czysta woda, niezbyt atrakcyjna dla trzmieli. Po iluś tam próbach trzmiele zrozumiały, że nie ma sensu tracić energię na włażenie do rurki, gdzie jest kropla wody, i po prostu tam nie wlatywały, albo robiły to po długim ociąganiu (za każdy razem mierzono również, ile mija czasu od momentu wlecenia do komory do momentu wejścia do rurki).

Kiedy już udało się wytresować w ten sposób stadko owadów, w kolejnej próbie przedstawiono wytresowanym trzmielom „dwuznaczny sygnał” – płytki o pośrednim położeniu i kolorze, a więc płytki w różnych odcieniach koloru niebieskozielonego zawieszone nad rurkami nr 2, 3 i 4. Trzmiele postawiono więc w jakże trudnej sytuacji, kiedy to musiały zdecydować, czy podjąć ryzyko wlatywania do rurki, gdzie może ich potencjalnie nie spotkać nic przyjemnego. I teraz haczyk. Połowie tak badanych trzmieli podano jeszcze w tunelu „smakołyk” – kropelkę 60% roztworu sacharozy o objętości 5 mikrolitrów, czyli – jak starannie odnotowują Autorzy – niecałe 5% objętości żołądka trzmiela (tak, są dane na temat objętości żołądka trzmiela). Pytanie brzmiało, czy trzmiele po słodkiej przekąsce będą bardziej chętne, aby wlatywać w „niepewny” tunel.

Zanim podam odpowiedź na to jakże emocjonujące pytanie, dodam, że tego typu efekt stwierdzono już wcześniej u ludzi. Osoby czujące pozytywne emocje (a ludzi można przynajmniej o to zapytać…) częściej spodziewają się pozytywnego wyniku w sytuacji, gdy bodziec jest dwuznaczny.

No i teraz, tararam!… trzmiele po słodkiej przekąsce rzeczywiście krócej się wahały, wlatując do rurek pośrednich.

Autorzy w tym miejscu próbują przekonać nas, że wykluczyli inne wyjaśnienia. Przykładowo, mogłoby być tak, że cukier po prostu zwiększa ruchliwość trzmieli. Zrobili więc taki eksperyment, że wytresowanym trzmielom pokazano bodźce zupełnie innego typu, na przykład płytki żółte nad rurkami nr 1 i 2. Nie miało to wpływu na czas decyzji. A więc nie chodziło po prostu o „naspidowanie cukrem”, tylko rzeczywiście większą „chęć” podejmowania ryzyka. Mierzono takie rzeczy, jak tempo lotu, ale też i temperaturę odwłoka (!), żeby zbadać ogólne skutki metaboliczne spożycia słodkiej przekąski… nie będę tu przytaczał wszystkich prób kontrolnych, badań dodatkowych etc., ale opowiem jeszcze jeden test dodatkowy, bo jest cudownie pomysłowy.

Otóż Autorzy zadali sobie bardzo ważkie pytanie, co jeszcze „robią” z nami pozytywne emocje. Otóż sprawiają one, że szybciej otrząsamy się z negatywnych zdarzeń. Weźmy taki na przykład atak drapieżnika. Czy trzmiele czujące pozytywne emocje szybciej wrócą do normalności po symulowanym ataku? Aby odpowiedzieć na to pytanie, skonstruowano „sztucznego drapieżnika” – płytkę wyłożoną gąbką, którą przyciskano do niczego nie spodziewającego się trzmiela przez 3 sekundy tuż przed wypuszczeniem go do komory. Okazuje się, że – taram! nr 2 – trzmiele po łyczku czegoś słodkiego szybciej otrząsały się z paniki i przystępowały do poszukiwania pokarmu.

Na koniec Autorzy podjęli ostateczną próbę wykazania, czy reakcja trzmieli ma związek z chemią mózgu, podając im związki hamujące aktywność w mózgu trzmiela neuroprzekaźników, które u ludzi mają związek z emocjami – oktopaminy, dopaminy i serotoniny. „Udało się” z dopaminą – trzmiele, którym chemicznie zablokowano aktywność dopaminy (flufenazyną) znowu potrzebowały więcej czasu, aby po symulowanym ataku drapieżnika przestać panikować i wrócić do normalnej aktywności. Tu cytowane są różne badania pokazujące aktywność dopaminy u bezkręgowców w sytuacjach związanych z nagrodami i karami, oceną wartości odżywczej nagród, pobudzenia itp.

No i podsumowanie. Najpierw ostrożne, a potem z grubej rury. „Our results lend support to the notion that invertebrates have states that fit the criteria defining emotion” – Nasze badania wspierają pogląd, że bezkręgowce wykazują stany, które odpowiadają kryteriom definicyjnym emocji. Howgh!


Guzy z luzowaną chromatyną

C. Morales Torres i in. The linker histone H1.0 generates epigenetic and functional intratumor heterogeneity. Science 30.09.2016, str. ????; DOI: 10.1126/science.aaf1644

Zawsze jest pierwsza komórka rakowa. Wyidealizowany guz pierwotny, dopóki inne komórki ciała nie ulegną „znowotworowaniu”, to tak naprawdę klony tej komórki. Przy kolejnych podziałach z konieczności pojawia się pewne zróżnicowanie. No i teraz tak – ogólnie, zróżnicowanie wewnętrzne guza nowotworowego to zła rzecz. Jeśli każda komórka jest trochę inna, to też będzie nieco inaczej reagowała na leki, na naświetlanie etc. W skrajnych przypadkach trzeba osobno myśleć o truciu różnych populacji jednego guza.

Może się jednak zdarzyć, że w wyniku spontanicznej zmienności/oddziaływań ze środowiskiem dana komórka guza się „odnowotworuje”. Z punktu widzenia guza – nieładnie mówiąc – ideałem jest taka populacja, która nie przestaje się rozmnażać. Autorzy badali więc rozmaite próbki guzów z „bibliotek” histopatologicznych, żeby sprawdzić, a) jakie cechy genetyczne poszczególnych komórek wykazują największą zmienność; b) które z nich mają związek z długoterminowym rozrostem guza.

I tak na celowniku pojawiło się białko histonowe H1.0. Dla niewtajemniczonych – histony to białka „opiekuńczo-strukturalne” DNA. DNA jest to długa nitka, która po prostu po wpuszczeniu jej luzem do komórki, zrobiłaby to samo, co słuchawki wrzucone luzem do plecaka, tylko miliard razy gorzej. Histony to pierwszy krok na drodze do uporządkowania i upakowania tej nitki tak, żeby to nie był bezładny kłębek, tylko dobrze zorganizowana biblioteka, do której komórka może we właściwym momencie sięgnąć, odwinąć kawałek DNA, odczytać, i znowu zapakować. Chromatyna to nazwa na powstałą w ten sposób żelowatą „substancję” składającą się z DNA i różnych pomocników typu histony.

Komórki rakowe o szczególnie długotrwałym rozwoju wykazywały się bardzo niskimi poziomami białka H1.0. Fragmenty genomu „kontrolowane” przy pomocy tego akurat białka histonowego były więc relatywnie „poluzowane”, co oznacza, że nakręcane na te akurat histony segmenty DNA były bardziej dostępne dla aparatury odczytu. Inaczej mówiąc, to trochę tak, jak gdyby niektóre książki w bibliotece były zachęcająco wysunięte. Zajrzyj tu… no, zajrzyj… A jakie to geny znalazły się w tym „poluzowanym” segmencie chromatyny? Ano, nie wchodząc w szczegóły, różne geny, które „support cancer cell self-renewal” – wspierają samoodnawianie się komórek rakowych.

I tu pojawia się niespodziewany twist. Otóż przyczyną zaniżonej ekspresji białka H1.0 była modyfikacja epigenetyczna w sekwencji wzmacniającej przy genie H1.0. Po kolei. Sekwencja wzmacniająca (enhancer) to fragment DNA nienależący formalnie do danego genu (a więc ten akurat fragment nie jest odczytywany i nie powstaje na jego podstawie białko), ale leżący w pobliżu, który jednak „wspiera” odczytywanie tego genu. W praktyce działa to tak, że do enhancera przyłącza się białko pełniące funkcję wielkiej czerwonej chorągiewki, oznaczającej: „Haaaloo!!! Aparaty odczytujące geny!!! Chodźcie tu do mnie!!!” Tak więc ilość danego białka może ostatecznie wynikać z tego, czy enhancer genu kodującego to białko jest aktywny, czy nie. No i teraz kwestia epigenetyczności. W kontekście DNA przymiotnik „epigenetyczny” dotyczy drobnych, subtelnych modyfikacji DNA, wpływających na jego aktywność, które są odwracalne i nie mają związku z samą sekwencją nukleotydów w DNA (stąd nie są genetyczne, tylko epi-, czyli są jakby ponad poziomem genetycznym). Najpowszechniejszą modyfikacją epigenetyczną jest metylacja – doczepienie w odpowiednim miejscu do DNA maleńkiej grupy metylowej. Niby drobiażdżek, ale potrafi znacząco wpłynąć na aktywność danego fragmentu DNA, zdolność przyczepiania się do niego białek etc.

Czemu to jest interesujące? Bo modyfikacje epigenetyczne są znacznie „łatwiejsze” niż genetyczne. Żeby zmodyfikować jakiś fragment DNA genetycznie, trzeba rozciąć nić, wyciąć nukleotydy, wstawić nowe i zaszyć nić. To nie jest proste. Tymczasem modyfikacja epigenetyczna jest naskórkowa. Też nie jest łatwo trafić z grupą metylową w odpowiednie miejsce, ale zdecydowanie nie wymaga to takiego zachodu, jakiego wymaga edycja genomu. Tak czy inaczej pierwszym krokiem przy poszukiwaniu potencjalnych zastosowań tego odkrycia będzie po prostu sztuczne podnoszeniu poziomu H1.0 w komórkach rakowych – a nuż uda się po prostu „zwinąć” odpowiedni fragment DNA. Ale ze względu na epigenetyczny charakter tej modyfikacji można też uderzać „krok wyżej”, czyli zaatakować przyczynę (epi)genetyczną i sprawić, żeby komórki same z siebie przywróciły wysoki poziom H1.0. To zawsze lepiej, no nie?

No i tyle. Ostatnio pisałem o tym, jak tak naprawdę wygląda poszukiwanie leku na raka, i jak ważne jest w tym zrozumienie tych wszystkich zależności typu „A sprawia, że B przestaje blokować C, które teraz zaczyna powstrzymywać D przed blokowaniem ekspresji E”…. no właśnie.


Tak wyglądają najostrzejsze obrazy w geotektonice i astrofizyce młodych układów planetarnych

L. Liu i D. Hasterok: High-resolution lithosphere viscosity and dynamics revealed by magnetotelluric imaging. Science 30.09.2016, str. 1515-1519; DOI: 10.1126/science.aaf6542

L. Pérez i in.: Spiral density waves in a young protoplanetary disk. Science 30.09.2016, str. 1419-1521; DOI: 10.1126/science.aaf8296

Tutaj dajemy głównie obrazki i minimum wyjaśnienia. To mapa lepkości litosfery:

litosfera

A to zdjęcie dysku protoplanetarnego:

elias-2-27-star

Lepkość skorupy ziemskiej to może trochę abstrakcyjny problem (nie, żeby mnie to jakoś troskało…), ale w praktyce chodzi o to, jak po prostu się ta skorupa zachowuje. Wysoka lepkość = materiał sztywny. Niska lepkość = materiał podpływa. Jeżeli więc kogoś interesuje, w jaki sposób deformują się kontynenty, to z konieczności będzie go też interesowała mapa lepkości skorupy. A czemu kogoś by miało interesować, jak się deformują kontynenty? Raz, bo to ciekawe samo w sobie:). Dwa, bo to pomaga w przewidywaniu trzęsień ziemi. Samo badanie też swoja drogą ciekawe – nie da się zejść 80 km pod ziemię i zmierzyć, jak sztywna jest tamtejsza skała, więc się to bada pośrednio; tutaj: badaniem magnetotellurycznym, czyli oszacowaniem przewodności elektrycznej na podstawie pomiarów ziemskiego pola magnetycznego i elektrycznego (!) na powierzchni. I dopiero na podstawie przewodności Autorzy wyznaczają lepkość swoją ukochaną metodą, którą chętnie referują. 😉 Opowiem to innym razem, ale sprawa dość ciekawa i jak zwykle pokazuje, jak pomysłowy potrafi być naukowiec, któremu się nie daje dostępu do czegoś.

Natomiast dyski protoplanetarne już od dawna podejrzewano o to, że będą w nich występować ramiona spiralne. Bo to w sumie ta sama fizyka, co w przypadku galaktyki. A skoro galaktyki mogą mieć ramiona spiralne, to czemu nie dyski gazu-pyłu-gruzu wirujące wokół młodych gwiazd, jeszcze zanim ten gaz-pył-gruz skupił się do postaci planet… No i mamy zdjęcie. Taram nr 3. 🙂

Te dwie ilustracje wrzucam głównie „ku przestrodze”. Dziedziny wiedzy z superfajnymi, kolorowymi zdjęciami i filmami w HD sąsiadują z dziedzinami, w których parę pikseli na krzyż sprawia, że się ląduje w Science. A efekt sąsiedztwa działa – tj. przynajmniej połowa tego, co jesteś w stanie powiedzieć o swojej dyscyplinie, zależy od tego, co Ci mówią koledzy z sąsiedniego instytutu. Więc wiecie – rozglądajcie się na boki, teges.

Eeeech, aż mnie z tego brzuch przestał boleć. I kto mówił, że nauka nie działa? 🙂

Share this Story
Zobacz inne podobne wpisy
Zobacz inne wpisy Łukasz Lamża
Zobacz inne w kategorii conowegownejczer

Zobacz

Marihuana i mózg – artykuł przeglądowy w Nature [CNWN9]

A dzisiaj tylko ten jeden tekst. Ech, coś mi ...

Inline
Inline