Ученые задумались, возможно ли изучать психические заболевания человека на растениях. В ходе нового исследования сотрудники Йельского университета приблизились к своей цели. Они изучили гены растений и млекопитающих, а затем выяснили, как они влияют на поведение каждого из них.
«Несколько лет назад я начал интересоваться идеей, что каждый живой организм должен иметь некоторую гомологию, сходство в том, как они выглядят или что они делают», — рассказал Тамас Хорват, старший автор исследования.
Когда он начал изучать поведение и митохондрии — специализированные структуры внутри клеток, вырабатывающие энергию, — то постоянно размышлял об этой идее. Ученые предположил, что если изменить митохондриальные гены у животных и посмотреть, что изменится в его поведении, а затем попробовать то же самое с аналогичными генами у растений, то в конечном итоге можно лучше понять поведение человека, изучая растения. Новая работа приблизила ученых к созданию «растения с шизофренией».
«Если разработать такую модель, то появятся альтернативные виды, а не только млекопитающие, с помощью которых можно исследовать аспекты человеческого поведения», — объясняет ученый. Он отметил, что цель сравнительной медицины состоит в том, чтобы увидеть, как нечеловеческие модели могут быть использованы для изучения человеческого состояния.
Для нового исследования Тамас Хорват и его коллеги изучили митохондриальный ген (Friendly Mitochondria, или FMT), который обнаружили у небольшого цветкового растения Arabidopsis thaliana. Оказалось, он очень похож на ген Clustered mitochondria homolog, или CLUH, который нашли у мышей.
Митохондрии регулируют важные функции, такие как обмен веществ, и имеют решающее значение для поддержания здоровья. Как у растений, так и у людей дисфункциональные митохондрии могут влиять на развитие и приводить к заболеваниям, включая нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, болезнь Хантингтона и шизофрению у людей.
Для исследования ученые сравнили типичные растения, растения без FMT и растения со сверхактивным FMT, чтобы лучше понять роль гена. Оказалось, что его поведение влияет на многие важные характеристики растения, включая прорастание семян, длину корня, время цветения и рост листьев.
Они также рассмотрели два важных поведения растений.
Первой была реакция на солевой стресс. Когда в окружающей среде ее слишком много, растения, как правило, останавливают прорастание, задерживают цветение и нарушается рост корней. Оказалось, что FMT имеет решающее значение для такого поведения, связанного с избеганием соли.
Второй тип поведения растений известен как гипонастическое поведение — движения, основанные на циркадных ритмах. «Огромное влияние на растения оказывают циркадные ритмы, потому что свет является для них важнейшим источником энергии», — сказал Хорват.
Гипонастическое поведение для арабидопсиса заключается в том, как листья двигаются в течение дня и ночи. Днем они более плоские и сильнее подвержены воздействию солнца. Ночью, когда нет солнечного света, листья поднимаются вверх. Ученые обнаружили, что FMT также играет важную роль в этом поведении, регулируя движение листьев.
Чтобы связать это с млекопитающими, исследователи оценили поведение различных мышей, сравнив типичных особей с теми, у которых снижен CLUH, ген, очень похожий на FMT. Используя поведенческий тест, в котором мышей помещают в открытую среду, они заметили, что те из них, у которых было меньшее количество CLUH были медленнее и преодолевали более короткие расстояния, чем их собратья.
«У мышей была такая же реакция, как и у растений, с измененной скоростью и общей двигательной активностью, — сказал Хорват. — Это рудиментарно, но все же указывает на то, что есть митохондриальные механизмы, которые расшифровывают сходные функции у растений и животных». По его словам, хотя предстоит еще много работы, это захватывающий первый шаг. Такие растения, как арабидопсис и млекопитающие, имеют несколько схожих генов и клеточных процессов, а не только FMT и CLUH.
Читать далее
Диагноз за минуту: как ИТ меняет здравоохранение
Китайский ИИ предсказывает курс гиперзвуковых ракет. Ответный удар будет с опережением
Ученые нашли самое большое растение: его длина 180 км, а возраст около 4,5 тыс. лет