Один оператор, который объединяет всё: унификация гармоник connectome, турбулентности и сложных гармоник в динамике мозга

Метаболическая психиатрия недавно достигла беспрецедентного клинического успеха в лечении резистентной к терапии шизофрении (ШИЗ) с использованием целевых кетогенных вмешательств. Однако эта область функционировала без четко определенной геномной основы, оставляя биофизический механизм этих терапий в значительной степени не объясненным. Здесь мы сообщаем о открытии окончательного метаболического сенсорного массива, обусловливающего эту патологию. Интегрируя высокоразрешающую топологическую картографию обобщенных статистик GWAS по ШИЗ, 3D конфигурацию хроматина (Hi-C) и много-тканевую транскриптомику, мы выявили массивные некодирующие структурные вариации, окружающие тандемный локус HCAR2/HCAR1 – главного термодинамического регулятора мозга. Мы продемонстрировали, что, хотя кодирующее аппаратное обеспечение этих рецепторов остается нетронутым, их общий 3D-топологически ассоциирующий домен (TAD) по сути разрушен. Этот структурный коллапс приводит к идеальному двойному диссоциационному транскриптому в человеческой коре: 3 мутационных «небоскреба» резко подавляют HCAR1, ответственный за торможение лактата, в то время как 5 мутационный кластер избирательно парализует HCAR2, управляющий {beta}-гидроксибутиратом (BHB) и переключателем охлаждения на ниацин. Этот двойной сбой улучшителей элегантно предоставляет окончательную геномную этиологию исторических биомаркеров ШИЗ, физически объясняя как хроническое накопление лактата в спинномозговой жидкости, так и печально известный «отсутствующий ниациновый прилив». Более того, периферическая картография eQTL выявляет глубокую антагонистическую плейотропию, характеризующуюся гиперактивацией лактадного шунта HCAR1 в яичках, что объясняет эволюционную сохранность этой метаболически катастрофической архитектуры. В конечном итоге мы переосмысляем шизофрению не как врожденный неврологический дефект, а как эволюционное «несоответствие топлива». Высокопроизводительная когнитивная архитектура мозга гоминид, эволюционировавшая для исконных кетогенных сред, испытывает катастрофический термодинамический крах, когда лишается необходимого охлаждения BHB из-за современных, высокогликемических диет.

Гипертония, являющаяся одной из ведущих причин сердечно-сосудистых заболеваний, представляет собой серьезную проблему общественного здравоохранения, при этом в городских районах Индии уровень распространенности достигает 40%. Избыточное потребление соли, составляющее в среднем 8-11 г/день в Индии, значительно превышает рекомендуемый Всемирной организацией здравоохранения предел в 5 г/день и является ключевым модифицируемым фактором риска. Хотя 24-часовая коллекция мочи является эталоном для измерения уровней выделяемого натрия в моче, ее практичность в крупных исследованиях ограничена, что требует использования альтернативных методов, таких как анализ однократной мочи и диетический опрос. Это исследование направлено на заполнение текущих пробелов в знаниях, оценивая уровни выделяемого натрия в моче у разных возрастных групп и сравнивая золотой стандарт 24-часового выделения натрия с оценками по итогам однократных анализов мочи и 24-часового диетического опроса среди подростков и их родителей в Чандигархе, Индия. Опрос проведен среди 462 подростков и 395 родителей из общественных школ Чандигарха, в рамках кластерного рандомизированного контролируемого исследования, направленного на снижение факторов риска хронических заболеваний. Уровни выделенного натрия измерялись с помощью 24-часовой коллекции мочи, анализы однократных мочи проводились с помощью уравнений Kawasaki, Tanaka и INTERSALT, а для оценки по 24-часовому диетическому опросу использовался корректирующий коэффициент 0,9. Для оценки согласия между методами использовались графики Бланда-Алтмана. Средние уровни выделенного натрия, измеренные с помощью 24-часовой мочи, составили 6,95 г/день (СД 0,24; 95% ДИ 6,48-7,42) для подростков и 7,73 г/день (СД 0,3; 95% ДИ 7,18-8,28) для родителей. Оценки по однократному анализу мочи показали изменчивость, при этом уравнение INTERSALT с калием дало наиболее близкие результаты к 24-часовым измерениям для родителей (среднее 8,12, СД 0,4 г/д; 95% ДИ 7,36-8,95) и подростков (среднее 7,97, СД 0,4 г/д; 95% ДИ 7,16-8,77). Диетический опрос недооценил уровни выделенного натрия как для подростков (среднее 4,15, СД 0,08 г/д), так и для родителей (среднее 3,62, СД 0,08 г/д). Анализ однократной мочи, особенно уравнение INTERSALT с калием, предлагает приемлемую альтернативу 24-часовой коллекции мочи для оценки уровней выделенного натрия на уровне популяции среди подростков и взрослых в условиях ограниченных ресурсов. Диетический опрос в одиночку значительно недооценит потребление и должен дополняться объективными измерениями. Эти результаты поддерживают использование адаптированных методов оценки в зависимости от возраста для улучшения стратегий управления гипертонией в Индии.

Орхидеи представляют собой идеальную систему для изучения эволюции гетеротрофии, поскольку все виды зависят от грибного углерода во время прорастания, в то время как режимы питания взрослых особей варьируются от автотрофии до полной микогетеротрофии. Подтриб Calypsoinae иллюстрирует это разнообразие благодаря множественным изменениям грибных партнеров и стратегий питания. Недавние филогеномные анализы ставят кладу Dactylostalix-Ephippianthus в сестринское отношение к кладе Corallorhiza, которая включает несколько гетеротрофных линий, что вызывает вопросы о питании взрослых особей Ephippianthus. В данном исследовании мы объединили метабаркодинг грибов с анализами δ¹³C и δ¹⁵N, чтобы исследовать физиологическую экологию двух известных видов Ephippianthus, которые ограничены Японией и смежным российским Дальним Востоком. Мы обнаружили, что Ephippianthus schmidtii в основном ассоциировался с Tulasnellaceae. Его значения δ¹³C и δ¹⁵N не показали значительного положительного обогащения по сравнению с сопутствующими автотрофными растениями, что не предоставляет доказательств значительного прироста грибных питательных веществ на основе этих изотопных маркеров. В отличие от этого, Ephippianthus sawadanus в основном ассоциировался с сапрофитными Cyphellaceae, что, по нашим данным, представляет собой первый задокументированный случай, когда член этой семьи был обнаружен в качестве доминирующего микоризного компаньона у зеленой орхидеи. Более того, E. sawadanus продемонстрировал повышенные значения δ¹³C и δ¹⁵N по сравнению с автотрофными растениями, что согласуется с существенным вкладом грибов в его углеродный и азотный бюджеты. В совокупности эти результаты выявляют различные микоризные стратегии и режимы питания в восточноазиатском роде орхидей Ephippianthus.

Миксотрофные организмы обладают способностью объединять фотосинтетическое и гетеротрофное питание и повсеместно встречаются в морских экосистемах. В данной работе мы сосредоточены на Rhizaria — разнообразной группе планктонных простейших, включая как миксотрофные, так и немиксотрофные таксоны, которые особенно чувствительны и плохо поддаются исследованию с помощью стандартных планктонных сетей. Используя высокочастотную визуализацию в естественных условиях, мы изучаем экологию этих организмов непосредственно в их нетронутой среде. Мы проанализировали точную распределенность и ориентацию около 230 тысяч организмов, принадлежащих к трем группам Rhizaria, включая миксотрофные таксоны Acantharia и Collodaria, а также немиксотрофные Phaeodaria. В целом, наши результаты показывают, что миксотрофные простейшие обладают лучшей способностью контролировать свою позицию в водном столбе (глубина, ориентация), чем немиксотрофные. Наши наблюдения также указывают на несколько этапов непрозрачного жизненного цикла миксотрофных Collodaria, в ходе которого приобретение симбионтов de novo, по-видимому, связано с активным контролем плавучести на мельчайшем уровне. В совокупности эти беспрецедентные результаты демонстрируют, что сложное экологическое поведение может проявляться у "простых" организмов.

Как тесно связанные виды сосуществуют, особенно в условиях нехватки ресурсов, остается интересной проблемой в экологии. Делая необходимость делить пространство и ресурсы, такие виды, как предполагается, эволюционировали с различными механизмами для снижения конкуренции. В данном исследовании мы изучили нишевую сегрегацию трех близкородственных видов: макаки с северными свиными хвостами (Macaca leonina), индийского макаки (Macaca mulatta) и макаки с обрубленным хвостом (Macaca arctoides) в тропическом низменном лесу, фрагмент которого составляет менее 21 квадратного километра, в заповеднике для гиббонов Холлонгапар на северо-востоке Индии. Мы провели наблюдения за поведением двух групп каждого из трех видов в течение 23 месяцев с марта 2008 по январь 2010 год, что дало 6471, 11062 и 16723 индивидуальных сканирований макак с свиными хвостами, индийских и макак с обрубленными хвостами соответственно. Мы сравнили бюджеты активности и изучили нишевую сегрегацию среди макак по осям пространства и пищи. Бюджеты активности трех видов показывают различия в их кормлении и поиске корма: макаки с обрубленными хвостами были активны в течение всего дня, макаки с свиными хвостами были наиболее активны в середине дня, тогда как активность индийских макак достигала пика после позднего вечера. Индийские макаки использовали лесной край и окружающие территории, в то время как макаки с обрубленными и свиными хвостами использовали толщу леса. Макаки с свиными хвостами использовали значительно более высокие этажи крон, в то время как макаки с обрубленными хвостами были в основном наземными, а индийские макаки использовали средние и нижние уровни крон. Диетическое перекрытие было наивысшим между индийскими и маками с свиными хвостами и наименьшим между маками с свиными и обрубленными хвостами. Индийские макаки продемонстрировали самую широкую диетическую нишу, в то время как макаки с свиными и обрубленными хвостами имели более узкие и специализированные диеты. Наши результаты демонстрируют, что тонкая сегрегация пространства и пищевых ресурсов способствует долгосрочному сосуществованию трех близкородственных видов макак в рамках небольшого и изолированного фрагмента тропического леса. Эти выводы предоставляют важные сведения о выживании приматов и их сохранении в фрагментированных тропических пейзажах.

Когда истребление невозможно, контроль численности инвазивных хищников должен оценивать, как их удаление влияет на экологические реакции местных видов. Оценки часто используют общее количество инвазивных хищников для оценки реакций добычи, однако внутривидовое разнообразие в диете и использовании пространства означает, что некоторые подгруппы вызывают непропорциональные последствия. Выявление этих проблемных особей и пространственных масштабов, в которых их воздействие проявляется, может позволить целенаправленное пространственное удаление для максимизации уменьшения их влияния. Тем не менее, несмотря на то, что информация об отдельных особях часто уже собирается в ходе операций по отлову, она редко включается в анализ воздействия хищников, что может привести к искажению ожидаемых результатов охраны при универсальном удалении. Мы используем новый подход и данные о контроле инвазивных хищников за два десятилетия, чтобы оценить, как индивидуальное разнообразие в статусе резидентства влияет на расстояние-зависимые последствия инвазивного американского норки Neogale vison на занятость водяной полевки Arvicola amphibius в двух опросах добычи. Мы также разработали подсистему для предсказания статуса резидентства норки для особей с отсутствующими данными о возрасте. Вероятность захвата взрослых норок уменьшалась с увеличением высоты над уровнем моря и с годами контроля, что указывает на то, что долгосрочный контроль изменил резидентную популяцию и демографический состав норок вокруг мест обитания водяных полевок. Негативные расстояние-зависимые последствия норки варьировались в зависимости от статуса резидентства, становясь незначительными на расстоянии примерно 20 км от мест обитания водяных полевок для резидентных норок и 2 км для транзитных. Пространственный масштаб воздействия норок был наибольшим в ходе первого опроса полевок, когда резидентных норок было больше, и быстро снизился во втором опросе, когда норок было меньше и они были пространственно сконцентрированы. Наши результаты предполагают, что водяные полевки получили преимущества в основном за счет уменьшения резидентных норок, а не общей популяции, особенно на ранних этапах контроля. Менеджеры могут использовать нашу структуру для разработки пространственно явных и основанных на воздействии стратегий, не ограничиваясь контролем инвазивных видов, для формирования эмпирически обоснованных буферов управления вокруг популяций, представляющих интерес для охраны. Долгосрочные усилия изменят ландшафт и контексты инвазивных хищников, и поэтому мы рекомендуем итеративно обновлять и повторно оценивать результаты управления. Мы утверждаем, что включение индивидуальной неоднородности улучшает наше понимание экологических механизмов, влияющих на успех управления, но что целесообразность целенаправленных стратегий следует оценивать для целевых социоэкологических контекстов.