Σύγχρονα βιολογικά επιτεύγματα στη βιολογία. Επιτεύγματα της βιολογίας του 19ου αιώνα
Η βιολογία είναι από τις πιο γρήγορες αναπτυσσόμενες επιστήμεςΚαι σε αυτόν τον τομέα, πέρυσι έγιναν πολλά εξαιρετικά ενδιαφέροντα γεγονότα. Ο Sergei Kolenov, αρθρογράφος του διαδικτυακού περιοδικού Hi-Tech, επέλεξε τις 10 κύριες ανακαλύψεις του 2017 στον τομέα της βιολογίας και της ιατρικής που θα επηρεάσουν σημαντικά το μέλλον μας.1. Το τέλος της εποχής των αντιβιοτικών
Το 2017 έδειξε ότι η εποχή των αντιβιοτικών, που κράτησε σχεδόν έναν αιώνα, έφτασε στο τέλος της. Τα βακτήρια έχουν μάθει να αναπτύσσουν αντοχή σε γνωστά φάρμακα, αλλά δεν υπάρχει ούτε χρόνος ούτε επαρκής πόροι για την ανάπτυξη νέων. Οι γιατροί και οι επιστήμονες κάνουν ζοφερές προβλέψεις: αν δεν γίνει τίποτα, οι μικροοργανισμοί θα σκοτώσουν την ανθρωπότητα πολύ νωρίτερα από την κλιματική αλλαγή. Ωστόσο, αυτή η απειλή εξακολουθεί να μην λαμβάνεται σοβαρά υπόψη. Ο λόγος για την εμφάνιση των υπερμικροβίων είναι ο ρυθμός αναπαραγωγής των μικροοργανισμών και η ικανότητά τους να ανταλλάσσουν γενετικές πληροφορίες. Το μόνο βακτήριο που έχει αποκτήσει γονίδιο ανθεκτικότητας στα φάρμακα θα το μοιραστεί με τους συγγενείς του. Για να επιτρέψουν στην ανθρωπότητα να επιβιώσει, οι ερευνητές αναζητούν υποκατάστατα για τα συμβατικά φάρμακα. Για την καταπολέμηση των υπερμικροβίων, προτείνεται η χρήση CRISPR, νανοσωματιδίων και νέων, πιο ισχυρών αντιβιοτικών. Η ανάπτυξη αυτών και άλλων μεθόδων είναι δυνατή μόνο μέσω της έρευνας στους μοριακούς μηχανισμούς αντίστασης.
2. Ο χρόνος εμφάνισης της ζωής έχει ξεκαθαριστεί
Το ερώτημα για το πώς εμφανίστηκε η ζωή στη Γη είναι ένα από τα πιο σημαντικά στη βιολογία. Οι ακριβείς ημερομηνίες και προϋποθέσεις για την προέλευση της ζωής παραμένουν θέμα συζήτησης. Πέρυσι, ερευνητές από την Αυστραλία μελέτησαν πετρώματα ηλικίας 3,48 δισεκατομμυρίων ετών και βρήκαν ίχνη μικροοργανισμών σε αυτά. Αυτό σημαίνει ότι οι πρωτόγονες μορφές ζωής θα μπορούσαν να έχουν εμφανιστεί ακόμη νωρίτερα - περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Είναι ενδιαφέρον ότι τα πετρώματα που μελετήθηκαν ανήκουν σε χερσαίες αποθέσεις - πράγμα που σημαίνει ότι το λίκνο της ζωής δεν θα μπορούσε να ήταν ο ωκεανός, αλλά οι θερμές πηγές στην ξηρά. Επίσης τον περασμένο χρόνο, οι επιστήμονες μελέτησαν τους μοριακούς μηχανισμούς που συνόδευαν τα πρώιμα στάδια της εμφάνισης ζωντανών οργανισμών. Συγκεκριμένα, η δημοφιλής υπόθεση του κόσμου του RNA τέθηκε υπό αμφισβήτηση: σύμφωνα με νέα έρευνα, το RNA και οι πρωτεΐνες συμμετείχαν εξίσου στην εμφάνιση της ζωής.
3. Η εμφάνιση ενός νέου είδους πτηνών
Τυπικά, η εξέλιξη είναι μια πολύ μακρά διαδικασία, σχεδόν αόρατη στο ανθρώπινο μάτι. Χρειάζονται εκατοντάδες και χιλιάδες χρόνια για να εδραιωθεί ένα χαρακτηριστικό σε έναν πληθυσμό. Ως εκ τούτου, οι επιστήμονες αναγκάζονται να ασχοληθούν με στοιχεία της εξέλιξης που έχουν συλληφθεί σε απολιθώματα και DNA, και οι απλοί άνθρωποι αμφιβάλλουν για την πραγματικότητα της εξέλιξης. Η μετατροπή ενός είδους σε άλλο συμβαίνει ακόμη λιγότερο συχνά, και η παρατήρηση αυτού είναι μια πραγματική επιτυχία, η οποία ρίχνει φως σε πολλά μυστήρια της εξέλιξης. Τον περασμένο χρόνο, οι ερευνητές ανακοίνωσαν ότι κατάφεραν να δουν τη γέννηση ενός νέου είδους πουλιού.
Η ανακάλυψη έγινε σε ένα μέρος που είναι εμβληματικό για όλους τους βιολόγους - τα νησιά Γκαλαπάγκος, τα οποία ενέπνευσαν τον Κάρολο Δαρβίνο να δημιουργήσει τη θεωρία του. Οι ορνιθολόγοι στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον, Ρόζμαρι και Πίτερ Γκραντ, έχουν περάσει σαράντα χρόνια μελετώντας τους σπίνους του Δαρβίνου εδώ. Ενώ εργάζονταν στο νησάκι της Δάφνης, ανακάλυψαν ότι το τοπικό είδος σπίνου είχε ενωθεί με έναν εξωγήινο από το απομακρυσμένο νησί της Hispaniola, ένα αρσενικό του είδους Geospiza conirostris, με το παρατσούκλι Big Bird. Λόγω της έλλειψης θηλυκών του είδους του, ζευγάρωσε με ντόπια πουλιά. Οι απόγονοι αυτών των συνδικάτων είναι τόσο διαφορετικοί από τους άλλους σπίνους στο τραγούδι και εμφάνιση, το οποίο μπορεί να αναγνωριστεί ως νέο είδος.
4. Η εξέλιξη αναγνωρίζεται ως ατελείωτη
Το 2017, ένα από τα μεγαλύτερα πειράματα στην ιστορία της βιολογίας γιόρτασε την επέτειό του. Ερευνητές με επικεφαλής τον μικροβιολόγο Richard Lenski παρακολουθούν την ανάπτυξη του βακτηρίου Escherichia coli εδώ και 30 χρόνια. Σε αυτό το διάστημα, 67.000 γενιές κατάφεραν να αλλάξουν, κάτι που αντιστοιχεί σε ένα εκατομμύριο χρόνια ανθρώπινης εξέλιξης. Παρά την αξιοσέβαστη ηλικία του, το πείραμα συνεχίζεται και φέρνει νέες ανακαλύψεις. Μια ανάλυση των αποτελεσμάτων της, που πραγματοποιήθηκε πέρυσι, διέψευσε μια από τις δημοφιλείς ιδέες στη σύγχρονη βιολογία. Σύμφωνα με πολλούς ειδικούς, υπάρχει ένα όριο στην προσαρμογή: μόλις ένα είδος προσαρμοστεί τέλεια σε έναν σταθερό βιότοπο, η εξέλιξή του θα σταματήσει. Ωστόσο, δεκαετίες παρατηρήσεων μικροοργανισμών έχουν αποδείξει ότι η εξέλιξη θα συνεχιστεί ακόμα και σε αυτή την περίπτωση, και δεν υπάρχει όριο στην προσαρμοστικότητα. Αυτό είναι περισσότερο συνεπές με τις απόψεις του Charles Darwin παρά με τις ιδέες των σύγχρονων ειδικών.
5. Νέα σημάδια κρίσης βιοποικιλότητας
Πολλοί ερευνητές τείνουν να πιστεύουν ότι ζούμε στην εποχή της Έκτης μαζική εξαφάνιση- το μεγαλύτερο από την εξαφάνιση των δεινοσαύρων πριν από 65 εκατομμύρια χρόνια. Ο ρυθμός εξαφάνισης των ειδών είναι τώρα πολύ υψηλότερος από κάθε άλλη στιγμή τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια - μια διαδικασία που ήδη ονομάζεται «βιολογικός αφανισμός», και οι άνθρωποι φταίνε γι' αυτό, καταστρέφοντας ζώα, φυτά και τα ενδιαιτήματά τους. Ένα από τα πιο ανησυχητικά γεγονότα που έγιναν γνωστά στην επιστήμη τον περασμένο χρόνο ήταν το αποτέλεσμα μιας μελέτης από Ολλανδούς οικολόγους που μελέτησαν τον αριθμό των ιπτάμενων εντόμων στη Γερμανία. Διαπίστωσαν ότι σε μόλις 28 χρόνια μειώθηκε κατά 76%, με το ποσοστό να φτάνει το 82% για τους καλοκαιρινούς μήνες.
Οι επιστήμονες σε όλο τον κόσμο υποψιάζονταν παλαιότερα ότι τα έντομα λιγοστεύουν σε αριθμό, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που γίνεται μια τόσο αυστηρή και τρομακτική εκτίμηση. Είναι ιδιαίτερα δυσάρεστο ότι η μελέτη διεξήχθη στην επικράτεια των φυσικών καταφυγίων, όπου η ανθρώπινη παρέμβαση στη φύση είναι περιορισμένη. Οι συγγραφείς διαπίστωσαν ότι η εξαφάνιση των εντόμων δεν μπορούσε να εξηγηθεί ούτε από τις καιρικές συνθήκες ούτε από τα χαρακτηριστικά του τοπίου. Μπορεί να ευθύνεται η κλιματική αλλαγή ή η χρήση φυτοφαρμάκων. Η εξαφάνιση των εντόμων είναι ένα πολύ ανησυχητικό μήνυμα, γιατί χρησιμεύουν ως τροφή για πολλά άλλα είδη και είναι σημαντικοί επικονιαστές, χωρίς τους οποίους θα πεθάνουν όχι μόνο τα άγρια φυτά, αλλά και η γεωργία.
6. Οι επιστήμονες έχουν μάθει να διαγράφουν επιλεκτικά τις αναμνήσεις
Η νευροεπιστήμη προχωρά ταχύτερα από οποιονδήποτε άλλο κλάδο της βιολογίας. Το 2017, έγιναν πολλές εκπληκτικές ανακαλύψεις σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του εγκεφάλου: οι επιστήμονες ανακάλυψαν την επίδραση που έχουν τα smartphone σε αυτόν, ανακάλυψαν ένα σύστημα αυτοκαθαρισμού σε αυτό και έμαθαν ότι οι άνθρωποι, όπως η τεχνητή νοημοσύνη, είναι ικανοί για βαθιά μάθηση. Μεταξύ αυτών των ειδήσεων είναι δύσκολο να ξεχωρίσουμε το κύριο, αλλά ίσως θα έπρεπε να ονομαστεί ένα νέο βήμα προς τη διαχείριση της μνήμης. Πειραματιζόμενοι με το θαλάσσιο μαλάκιο Aplysia, ένα κλασικό μοντέλο αντικειμένου για τη μελέτη της μνήμης, οι επιστήμονες έμαθαν να απενεργοποιούν τις μνήμες που καταγράφονται στους νευρώνες. Για να γίνει αυτό, ήταν απαραίτητο να αποκλειστεί το ένζυμο πρωτεϊνική κινάση Μ στα επιθυμητά κύτταρα. Στο μέλλον, η έρευνα μπορεί να βοηθήσει άτομα που υποφέρουν από επώδυνες αναμνήσεις. Αυτή η τεχνική μπορεί να είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στην καταπολέμηση του μετατραυματικού συνδρόμου.
7. Η δίαιτα μπορεί να θεραπεύσει τον διαβήτη
Η εξάπλωση του διαβήτη έχει γίνει επιδημία: σύμφωνα με ορισμένες προβλέψεις, έως τα μέσα του αιώνα έως και το ένα τρίτο των κατοίκων των ΗΠΑ θα υποφέρουν από αυτόν. Η κύρια αύξηση είναι ο διαβήτης τύπου 2, ο οποίος σχετίζεται με το υπερβολικό βάρος και την κακή διατροφή. Στα αρχικά στάδια, οι γιατροί συστήνουν τον έλεγχο του με δίαιτα. Ωστόσο, όπως έδειξε μια μελέτη επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο Yale, οι σοβαροί διατροφικοί περιορισμοί μπορούν να θεραπεύσουν πλήρως ακόμη και τον διαβήτη τύπου 2.
Στοιχεία αυτού έχουν εμφανιστεί στο παρελθόν, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που διενεργείται ενδελεχής μελέτη. Όπως αποδείχθηκε, η δίαιτα έκανε το συκώτι πιο ευαίσθητο στην ινσουλίνη μειώνοντας την ποσότητα του λίπους και ανέστειλε την παραγωγή γλυκόζης από άλλες ουσίες. Σε ένα πείραμα με τρωκτικά, οι θετικές αλλαγές ξεκίνησαν μόλις 3 ημέρες μετά την εισαγωγή των διατροφικών περιορισμών. Αυτά τα ευρήματα επιβεβαιώνονται από την εργασία επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο της Γλασκώβης. Μια μελέτη σε 300 ασθενείς διαπίστωσε ότι η μείωση της ημερήσιας πρόσληψης θερμίδων στις 800 για 3 έως 5 μήνες θα μπορούσε να αναστρέψει τον διαβήτη χωρίς φαρμακευτική αγωγή.
8. Έχει αναπτυχθεί ένα αποτελεσματικό ανδρικό αντισυλληπτικό
Οι επιστήμονες προσπάθησαν εδώ και καιρό να δημιουργήσουν ένα αποτελεσματικό και βολικό αντισυλληπτικό για τους άνδρες, παρόμοιο με τα γυναικεία αντισυλληπτικά χάπια. Τα προφυλακτικά, μια κοινή λύση σήμερα, φαίνεται σε πολλούς να είναι άβολα και να μειώνουν την ποιότητα του σεξ, και η βαζεκτομή είναι πολύ ριζική. Ως αποτέλεσμα, στα περισσότερα ζευγάρια το βάρος της προστασίας πέφτει στους ώμους της γυναίκας ή χρησιμοποιούνται αναξιόπιστες μέθοδοι όπως η διακοπή της συνουσίας. Το 2017, φαίνεται ότι επιτεύχθηκε μια σημαντική ανακάλυψη σε αυτόν τον τομέα.
Η ομάδα των επιστημόνων χρησιμοποίησε ένα τζελ για αντισύλληψη, το οποίο εγχέεται στους αγγειακούς πόρους και τους εμποδίζει, με αποτέλεσμα το σπέρμα να παραμένει στο σώμα και να απορροφάται. Δοκιμές δύο ετών σε πιθήκους μακάκου έδειξαν 100% αποτελεσματικότητα του φαρμάκου, καθώς και απουσία παρενεργειών όπως φλεγμονή. Η επίδραση του τζελ είναι αναστρέψιμη: τα «βύσματα» μπορούν να αφαιρεθούν με την εφαρμογή υπερήχων σε αυτά. Μια εναλλακτική λύση χρησιμοποιεί ορμόνες, όπως στα γυναικεία αντισυλληπτικά. Ένα τζελ που περιέχει προγεστίνη και τεστοστερόνη πρέπει να τρίβεται στους ώμους, με αποτέλεσμα ο αριθμός των σπερματοζωαρίων να πέφτει σε επίπεδα στα οποία η εγκυμοσύνη είναι αδύνατη. Οι δοκιμές μεγάλης κλίμακας του φαρμάκου θα ξεκινήσουν το 2018. Οι ερευνητές ελπίζουν ότι, σε αντίθεση με τα προηγούμενα ορμονικά ανδρικά αντισυλληπτικά, η ανάπτυξή τους δεν θα προκαλέσει εναλλαγές στη διάθεση και άλλες δυσάρεστες συνέπειες.
9. Πιο προηγμένη προσθετική
Η δημιουργία πολύπλοκων σύγχρονων προσθετικών είναι ένας τομέας όπου συναντώνται η ιατρική και η βιολογία τεχνητή νοημοσύνηκαι υψηλών τεχνολογιών. Οι κατασκευαστές τεχνητών άκρων δεν είναι πλέον ικανοποιημένοι με τη δημιουργία άνετων και ελαφρών προσθετικών υλικών, στόχος τους είναι πλέον να κάνουν τα προσθετικά τόσο λειτουργικά και επιδέξια όσο τα πραγματικά ανθρώπινα χέρια. Το 2017, επιστήμονες και μηχανικοί κατάφεραν να έρθουν πιο κοντά στην επίλυση αυτού του προβλήματος. Το ρομποτικό χέρι, που δημιουργήθηκε από υπαλλήλους του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Τζόρτζια, επιτρέπει στον ιδιοκτήτη να κινεί κάθε δάχτυλο ξεχωριστά. Αυτή η ικανότητα επιτυγχάνεται μέσω της αλληλεπίδρασης μεταξύ της πρόθεσης και των μυών στο υπόλοιπο χέρι. Ένας ανιχνευτής υπερήχων ενσωματωμένος στο χέρι καθορίζει ποια κινούνται και, χρησιμοποιώντας έναν ειδικό αλγόριθμο, μεταφράζει αυτές τις πληροφορίες σε κινήσεις των δακτύλων. Η συσκευή είναι αρκετά προηγμένη ώστε να μπορείτε να τη χρησιμοποιήσετε για να παίξετε πιάνο.
10. Αναζήτηση ζωής στο διάστημα
Ενδιαφέρον για το διάστημα τα τελευταία χρόνιααυξάνεται σταθερά και το ερώτημα «Είμαστε μόνοι στο Σύμπαν;» φούντωσε με νέα δύναμη. Κάθε συνέντευξη Τύπου της NASA το 2017 συνοδεύτηκε από προσδοκίες ότι επρόκειτο να μας ανακοινώσουν για την ανακάλυψη εξωγήινης ζωής. Δυστυχώς, αυτό δεν συνέβη τον περασμένο χρόνο. Ωστόσο, οι επιστήμονες έχουν βελτιώσει τους τρόπους αναζήτησης σημείων ζωής στο διάστημα χρησιμοποιώντας βιοδείκτες και έχουν αναπτύξει νέα σχέδια για αποστολές σε δυνητικά κατοικήσιμους κόσμους, όπως το φεγγάρι του Κρόνου Εγκέλαδος.
Μία από τις κύριες ελπίδες της χρονιάς ήταν η ανακάλυψη επτά πλανητών που μοιάζουν με τη Γη στο σύστημα TRAPPIST-1, εκ των οποίων οι έξι βρίσκονται στη δυνητικά κατοικήσιμη «ζώνη Goldilocks» (ένας άλλος ανακαλύφθηκε αργότερα, γύρω από τον κόκκινο νάνο Ross 128). Ωστόσο, ορισμένοι ερευνητές πιστεύουν ότι η ζωή είναι αδύνατη εκεί: ο βαθμός της υπεριώδους ακτινοβολίας από το αστέρι είναι πολύ υψηλός και δεν αφήνει καμία πιθανότητα ύπαρξης ατμόσφαιρας και ζωής με βάση τον άνθρακα. Μια άλλη απογοήτευση ήταν η ανακάλυψη Σκωτσέζων επιστημόνων που απέδειξαν ότι η επιφάνεια του Άρη είναι τοξική για τη ζωή των βακτηρίων. Ωστόσο, αστρονόμοι και βιολόγοι πιστεύουν ότι η εξωγήινη ζωή θα ανακαλυφθεί μέσα σε 10-15 χρόνια.
Το τέλος του 20ου αιώνα και αρχές του XXI, οδήγησε σε μια σειρά από ανακαλύψεις. Νέες ανακαλύψεις στη βιολογία εγείρουν ένα σωρό ερωτήματα που κάνουν τους επιστήμονες να πιστεύουν ότι όλα δεν είναι τόσο απλά σε αυτόν τον κόσμο. Η αναζήτηση της αλήθειας είναι ο κύριος στόχος των ερευνητών.
Ανακαλύψεις στη βιολογία του 20ου αιώνα
Το 1951, ο ερευνητής Erwin Chargaffou κατέληξε σε ένα συμπέρασμα που άλλαξε ριζικά τον τρόπο που βλέπουμε τη δομή των νουκλεϊκών οξέων. Παλαιότερα πίστευαν ότι τα πάντα νουκλεϊκά οξέαδημιουργείται από τετραγωνικά μπλοκ, επομένως στερείται ειδικότητας. Για τρία χρόνια ο επιστήμονας πραγματοποίησε έρευνα και τελικά μπόρεσε να αποδείξει ότι τα νουκλεϊκά οξέα προέρχονται από διαφορετικές πηγές, διαφέρουν ως προς τη σύνθεσή τους μεταξύ τους - είναι συγκεκριμένα. Ο επιστήμονας κατασκεύασε ένα μοντέλο DNA που έμοιαζε με διπλή έλικα όταν τοποθετήθηκε σε ένα αεροπλάνο, έμοιαζε με σκάλα. Αποκαλύφθηκε ότι η δομή ενός μεμονωμένου κλάδου DNA καθορίζει τη δομή του άλλου κλάδου του - αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η βάση των γειτονικών καθορίζει την ακολουθία άλλων οδηγών. Έτσι, ορίστηκε μια νέα ιδιότητα του DNA - η συμπληρωματικότητα.
Χρειάστηκε περαιτέρω έρευνα στην περιοχή μοριακή βιολογία, ο οποίος θα αποκρυπτογραφούσε τον μηχανισμό αντιγραφής και μεταγραφής του DNA. Οι επιστήμονες έχουν προτείνει ότι το νήμα ξετυλίγεται, τα νήματα του αποκλίνουν και στη συνέχεια, σύμφωνα με τον κανόνα της συμπληρωματικότητας, σχηματίζεται ένα μόριο από κάθε νήμα. Λίγο αργότερα, τα πειράματα επιβεβαίωσαν αυτή την υπόθεση.
Το 1954, ο Georgiy Antonovich Gamow, βασισμένος στην έρευνα του Erwin Chargaff, πρότεινε ότι τα αμινοξέα κωδικοποιούνται από έναν συνδυασμό τριών νουκλεοτιδίων.
Το 1961, οι Γάλλοι επιστήμονες Jacques Monod και François Jacob αναδημιούργησαν το κύκλωμα που ρυθμίζει τα ενεργά γονίδια. Οι επιστήμονες είπαν ότι το DNA δεν έχει μόνο πληροφοριακά γονίδια, αλλά και γονίδια χειριστή και γονίδια ρυθμιστών.
Νέες ανακαλύψεις στη βιολογία του 21ου αιώνα
Το 2007, μια ομάδα επιστημόνων από το Πανεπιστήμιο του Wisconsin-Madison και το Πανεπιστήμιο του Κιότο διεξήγαγαν ένα πείραμα στο οποίο τα ενήλικα κύτταρα του δέρματος άρχισαν να συμπεριφέρονται σαν εμβρυϊκά βλαστοκύτταρα. Το κύτταρο ήταν σε θέση να μεταμορφωθεί σε σχεδόν οποιαδήποτε μορφή. Τα οικονομικά πλαίσια μπορούν να απορριφθούν, γιατί με αυτόν τον τρόπο κύτταρα από ανθρώπινο DNA μπορούν να γίνουν όργανο για μεταμόσχευση. Ένα όργανο που αναπτύσσεται με αυτόν τον τρόπο δεν θα απορριφθεί από το σώμα του ασθενούς.
Η Μελέτη Ανθρώπινου Γονιδιώματος ολοκληρώθηκε το 2006. Αυτό το έργο έχει ονομαστεί η πιο σημαντική έρευνα στον τομέα της βιολογίας. Κύριος στόχοςεργασία - για τον προσδιορισμό της αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων και επίσης τη μελέτη περίπου 20.000 χιλιάδων ανθρώπινων γονιδίων. Υπό την ηγεσία του επιστήμονα James Watson, το 2000. μέρος της δομής του γονιδιώματος παρουσιάστηκε και το 2003. έχουν ολοκληρωθεί οι δομικές μελέτες. Παρά το γεγονός ότι το Ανθρώπινο Γονιδίωμα ολοκληρώθηκε επίσημα το 2006, η ανάλυση ορισμένων τμημάτων συνεχίζεται σήμερα. Αυτή η έρευνα ανοίγει νέες θεωρίες εξέλιξης. Η γνώση που αποκτήθηκε κατά τη διάρκεια της εργασίας χρησιμοποιείται ήδη ενεργά στην ιατρική.
Τον 20ο αιώνα, η βιολογία ως επιστήμη προχώρησε με μεγάλα βήματα και η αρχή του 21ου αιώνα είναι ήδη αξιοσημείωτη για τις ανακαλύψεις της. Μπορούμε να υποθέσουμε ότι νέες ανακαλύψεις στη βιολογία θα αποκαλύψουν πολλά μυστικά και μυστήρια που μπορεί να είναι σε θέση να ανατρέψουν όλες τις προηγούμενες γνώσεις και τις καθιερωμένες θεωρίες.
Δέκα σημαντικές ανακαλύψεις της πρώτης δεκαετίας του 21ου αιώνα - βίντεο
Δέκα μεγαλύτερα επιτεύγματαδεκαετίες στη βιολογία και την ιατρική Έκδοση ανεξάρτητου ειδικού
Νέες μέθοδοι προσδιορισμού αλληλουχίας DNA υψηλής απόδοσης – η «τιμή» του γονιδιώματος πέφτει
MicroRNA - αυτό για το οποίο σιωπούσε το γονιδίωμα
Νέες μέθοδοι προσδιορισμού αλληλουχίας DNA υψηλής απόδοσης – η «τιμή» του γονιδιώματος πέφτει
Ένας από τους ιδρυτές της διάσημης εταιρείας Intel, ο G. Moore, διατύπωσε κάποτε έναν εμπειρικό νόμο που εξακολουθεί να ισχύει: η παραγωγικότητα των υπολογιστών θα διπλασιάζεται κάθε δύο χρόνια. Η παραγωγικότητα των προσδιοριστών αλληλουχίας DNA, που χρησιμοποιούνται για την αποκρυπτογράφηση των αλληλουχιών νουκλεοτιδίων του DNA και του RNA, αυξάνεται ακόμη πιο γρήγορα από ό,τι σύμφωνα με το νόμο του Moore. Αντίστοιχα, το κόστος της ανάγνωσης γονιδιωμάτων μειώνεται.
Έτσι, το κόστος των εργασιών για το Πρόγραμμα Ανθρώπινου Γονιδιώματος, το οποίο ολοκληρώθηκε το 2000, ανήλθε σε 13 δισεκατομμύρια δολάρια. Οι νέες τεχνολογίες προσδιορισμού αλληλουχίας μάζας που εμφανίστηκαν αργότερα βασίστηκαν στην παράλληλη ανάλυση πολλών θραυσμάτων DNA (πρώτα σε μικροπηγάδια και τώρα σε εκατομμύρια μικροσκοπικές σταγόνες). Ως αποτέλεσμα, για παράδειγμα, η αποκωδικοποίηση του γονιδιώματος του διάσημου βιολόγου D. Watson, ενός από τους συγγραφείς της ανακάλυψης της δομής του DNA, που το 2007 κόστισε 2 εκατομμύρια δολάρια, μόλις δύο χρόνια αργότερα «κόστισε» 100 χιλιάδες δολάρια.
Το 2011, η εταιρεία «Ion torrent», η οποία προσέφερε νέα μέθοδοςπροσδιορισμός αλληλουχίας με βάση τη μέτρηση της συγκέντρωσης των ιόντων υδρογόνου που απελευθερώνονται κατά τη λειτουργία των ενζύμων πολυμεράσης DNA, διαβάστε το γονιδίωμα του ίδιου του Μουρ. Και παρόλο που το κόστος αυτής της δουλειάς δεν ανακοινώθηκε, οι δημιουργοί νέα τεχνολογίαΥπόσχονται ότι η ανάγνωση οποιουδήποτε ανθρώπινου γονιδιώματος δεν θα πρέπει να υπερβαίνει τα 1.000 δολάρια στο μέλλον. Και οι ανταγωνιστές τους, οι δημιουργοί μιας άλλης νέας τεχνολογίας, της αλληλουχίας DNA σε νανοπόρους, παρουσίασαν ήδη φέτος ένα πρωτότυπο μιας συσκευής στην οποία, αφού ξοδέψετε πολλές χιλιάδες δολάρια, μπορείτε να αναλύσετε την αλληλουχία του ανθρώπινου γονιδιώματος σε 15 λεπτά.
Συνθετική βιολογία και συνθετική γονιδιωματική - πόσο εύκολο είναι να γίνεις Θεός
Οι πληροφορίες που συσσωρεύτηκαν πάνω από μισό αιώνα ανάπτυξης της μοριακής βιολογίας σήμερα επιτρέπουν στους επιστήμονες να δημιουργήσουν ζωντανά συστήματα που δεν έχουν υπάρξει ποτέ στη φύση. Όπως αποδεικνύεται, αυτό δεν είναι καθόλου δύσκολο να γίνει, ειδικά αν ξεκινήσετε με κάτι ήδη γνωστό και περιορίσετε τους ισχυρισμούς σας σε τόσο απλούς οργανισμούς όπως τα βακτήρια.
Αυτές τις μέρες, οι Ηνωμένες Πολιτείες φιλοξενούν ακόμη και έναν ειδικό διαγωνισμό, το iGEM (Διεθνής Μηχανή Γενετικής Μηχανικής), στον οποίο ομάδες μαθητών διαγωνίζονται για να δουν ποιος μπορεί να βρει την πιο ενδιαφέρουσα τροποποίηση κοινών βακτηριακών στελεχών χρησιμοποιώντας ένα σύνολο τυπικών γονιδίων. Για παράδειγμα, με μεταφύτευση στο γνωστό Escherichia coli ( Escherichia coli) ένα σύνολο έντεκα συγκεκριμένων γονιδίων, αποικίες αυτών των βακτηρίων, που αναπτύσσονται σε ένα ομοιόμορφο στρώμα σε ένα τρυβλίο Petri, μπορούν να κατασκευαστούν για να αλλάζουν συνεχώς χρώμα όπου πέφτει το φως πάνω τους. Ως αποτέλεσμα, είναι δυνατό να ληφθούν οι μοναδικές «φωτογραφίες» τους με ανάλυση ίση με το μέγεθος του βακτηρίου, δηλαδή περίπου 1 micron. Οι δημιουργοί αυτού του συστήματος του έδωσαν το όνομα "Koliroid", διασταυρώνοντας το όνομα του είδους του βακτηρίου και το όνομα της διάσημης εταιρείας "Polaroid".
Αυτή η περιοχή έχει επίσης τα δικά της μεγάλα έργα. Έτσι, στην εταιρεία ενός από τους πατέρες της γονιδιωματικής, του K. Venter, συντέθηκε το γονιδίωμα ενός βακτηρίου του μυκοπλάσματος από μεμονωμένα νουκλεοτίδια, το οποίο δεν είναι παρόμοιο με κανένα από τα υπάρχοντα γονιδιώματα μυκοπλασμάτων. Αυτό το DNA κλείστηκε σε ένα «έτοιμο» βακτηριακό κέλυφος σκοτωμένου μυκοπλάσματος και ελήφθη ένα λειτουργικό, δηλ. ένας ζωντανός οργανισμός με εντελώς συνθετικό γονιδίωμα.
Φάρμακα κατά της γήρανσης - ο δρόμος προς τη «χημική» αθανασία;
Ανεξάρτητα από το πόσες προσπάθειες έχουν γίνει εδώ και χιλιάδες χρόνια για να δημιουργηθεί μια πανάκεια για τη γήρανση, η θρυλική θεραπεία του Μακρόπουλου έχει παραμείνει άπιαστη. Πρόοδος όμως εμφανίζεται και σε αυτή τη φαινομενικά φανταστική κατεύθυνση.
Έτσι, στις αρχές της περασμένης δεκαετίας, η ρεσβερατρόλη, μια ουσία που απομονώθηκε από τη φλούδα των κόκκινων σταφυλιών, προκάλεσε μεγάλη άνθηση στην κοινωνία. Πρώτα, με τη βοήθειά του, ήταν δυνατό να παραταθεί σημαντικά η ζωή των κυττάρων ζύμης και, στη συνέχεια, των πολυκύτταρων ζώων, των μικροσκοπικών σκουληκιών νηματωδών, των φρουτόμυγων και ακόμη και των ψαριών ενυδρείου. Στη συνέχεια, την προσοχή των ειδικών τράβηξε η ραπαμυκίνη, ένα αντιβιοτικό που απομονώθηκε για πρώτη φορά από βακτήρια στρεπτομυκήτων του εδάφους από το νησί. Πάσχα. Με τη βοήθειά του, κατέστη δυνατό να παραταθεί η ζωή όχι μόνο των κυττάρων ζυμομύκητα, αλλά ακόμη και των εργαστηριακών ποντικών, τα οποία ζούσαν 10-15% περισσότερο.
Από μόνα τους, αυτά τα φάρμακα είναι απίθανο να χρησιμοποιηθούν ευρέως για την παράταση της ζωής: η ραπαμυκίνη, για παράδειγμα, καταστέλλει το ανοσοποιητικό σύστημα και αυξάνει τον κίνδυνο μολυσματικές ασθένειες. Ωστόσο, επί του παρόντος βρίσκεται σε εξέλιξη ενεργή έρευνα για τους μηχανισμούς δράσης αυτών και παρόμοιων ουσιών. Και αν αυτό πετύχει, τότε το όνειρο για ασφαλή φάρμακα για παράταση της ζωής μπορεί κάλλιστα να γίνει πραγματικότητα.
Η χρήση βλαστοκυττάρων στην ιατρική – περιμένουμε επανάσταση
Σήμερα, η βάση δεδομένων κλινικών δοκιμών του Εθνικού Ινστιτούτου Υγείας των ΗΠΑ απαριθμεί σχεδόν μισή χίλια μελέτες που χρησιμοποιούν βλαστοκύτταρα σε διάφορα στάδια έρευνας.
Ωστόσο, είναι ανησυχητικό ότι το πρώτο από αυτά, όσον αφορά τη χρήση των κυττάρων νευρικό σύστημα(ολιγοδενδροκύτταρο) για την αντιμετώπιση κακώσεων του νωτιαίου μυελού, διακόπηκε τον Νοέμβριο του 2011 για άγνωστο λόγο. Μετά από αυτό, η αμερικανική εταιρεία Geron Corporation, ένας από τους πρωτοπόρους στον τομέα της βιολογίας των βλαστών, που διεξήγαγε αυτή την έρευνα, ανακοίνωσε ότι περιόριζε πλήρως το έργο της στον τομέα αυτό.
Ωστόσο, θα ήθελα να πιστεύω ότι η ιατρική χρήση των βλαστοκυττάρων με όλες τις μαγικές τους δυνατότητες είναι προ των πυλών.
Αρχαίο DNA - από τους Νεάντερταλ μέχρι τα βακτήρια μάστιγας
Το 1993 κυκλοφόρησε η ταινία "Park". Jurassic», στην οποία τέρατα περπατούσαν στην οθόνη, αναδημιουργήθηκαν από τα υπολείμματα DNA από το αίμα των δεινοσαύρων που διατηρούνταν στο στομάχι ενός κουνουπιού που ήταν κεχριμπαρένιο. Την ίδια χρονιά, μια από τις μεγαλύτερες αρχές στον τομέα της παλαιογενετικής, ο Άγγλος βιοχημικός T. Lindahl, δήλωσε ότι ακόμη και κάτω από τις πιο ευνοϊκές συνθήκες, δεν μπορεί να εξαχθεί DNA παλαιότερο του 1 εκατομμυρίου ετών από απολιθώματα. Ο σκεπτικιστής είχε δίκιο - το DNA των δεινοσαύρων παραμένει απρόσιτο, αλλά οι πρόοδοι στις τεχνικές βελτιώσεις στις μεθόδους εξαγωγής, ενίσχυσης και αλληλούχισης νεότερου DNA κατά την τελευταία δεκαετία ήταν εντυπωσιακές.
Μέχρι σήμερα, το γονιδίωμα ενός Νεάντερταλ, ενός Ντενίσοβαν που ανακαλύφθηκε πρόσφατα και πολλά απολιθώματα έχουν διαβαστεί εν όλω ή εν μέρει. Homo sapiens, καθώς και μαμούθ, μαστόδοντα, αρκούδα σπηλαίων... Όσο για το πιο μακρινό παρελθόν, μελετήθηκε DNA από φυτικούς χλωροπλάστες, η ηλικία των οποίων χρονολογείται από 300-400 χιλιάδες χρόνια, και DNA από βακτήρια που χρονολογούνται από 400-600 χιλιάδες χρόνια .
Μεταξύ των μελετών του «νεότερου» DNA, αξίζει να σημειωθεί η αποκωδικοποίηση του γονιδιώματος του στελέχους του ιού της γρίπης που προκάλεσε την περίφημη επιδημία της «ισπανικής γρίπης» το 1918, και το γονιδίωμα του στελέχους του βακτηρίου της πανώλης που κατέστρεψε την Ευρώπη τον 14ο αιώνα. ; Και στις δύο περιπτώσεις, υλικά για ανάλυση απομονώθηκαν από τα θαμμένα λείψανα όσων πέθαναν από την ασθένεια.
Νευροπροσθετική – άνθρωπος ή cyborg;
Αυτά τα επιτεύγματα ανήκουν πιο πιθανό στη μηχανική παρά στη βιολογική σκέψη, αλλά αυτό δεν τα κάνει να φαίνονται λιγότερο φανταστικά.
Γενικά, ο απλούστερος τύπος νευροπροσθετικής - ένα ηλεκτρονικό ακουστικό βαρηκοΐας - εφευρέθηκε πριν από περισσότερο από μισό αιώνα. Το μικρόφωνο αυτής της συσκευής λαμβάνει τον ήχο και μεταδίδει ηλεκτρικές ώσεις απευθείας στο ακουστικό νεύρο ή στο στέλεχος του εγκεφάλου - έτσι, ακόμη και ασθενείς με εντελώς κατεστραμμένες δομές του μέσου και του εσωτερικού αυτιού μπορούν να αποκατασταθούν στην ακοή.
Η εκρηκτική ανάπτυξη της μικροηλεκτρονικής τα τελευταία δέκα χρόνια κατέστησε δυνατή τη δημιουργία τέτοιων τύπων νευροπροθέσεων που ήρθε η ώρα να μιλήσουμε για τη δυνατότητα σύντομα να μετατραπεί ένα άτομο σε cyborg. Αυτό είναι ένα τεχνητό μάτι, που λειτουργεί με την ίδια αρχή με μια συσκευή ακοής. και ηλεκτρονικοί καταστολείς των παρορμήσεων πόνου μέσω του νωτιαίου μυελού. και αυτόματα τεχνητά μέλη, ικανά όχι μόνο να λαμβάνουν ερεθίσματα ελέγχου από τον εγκέφαλο και να εκτελούν ενέργειες, αλλά και να μεταδίδουν αισθήσεις πίσω στον εγκέφαλο. και ηλεκτρομαγνητικών διεγερτών των περιοχών του εγκεφάλου που επηρεάζονται από τη νόσο του Πάρκινσον.
Σήμερα, η έρευνα βρίσκεται ήδη σε εξέλιξη σχετικά με τη δυνατότητα ενσωμάτωσης διαφορετικών τμημάτων του εγκεφάλου με τσιπ υπολογιστών για βελτίωση νοητικές ικανότητες. Αν και αυτή η ιδέα απέχει πολύ από το να υλοποιηθεί πλήρως, τα βίντεο κλιπ που δείχνουν ανθρώπους με τεχνητά χέρια με σιγουριά να χρησιμοποιούν ένα μαχαίρι και ένα πιρούνι και να παίζουν ποδόσφαιρο είναι εκπληκτικά.
Μη γραμμική οπτική στη μικροσκοπία - βλέποντας το αόρατο
Από ένα μάθημα φυσικής, οι μαθητές κατανοούν σταθερά την έννοια του ορίου περίθλασης: με το καλύτερο οπτικό μικροσκόπιο είναι αδύνατο να δούμε ένα αντικείμενο του οποίου οι διαστάσεις είναι μικρότερες από το μισό του μήκους κύματος διαιρούμενο με τον δείκτη διάθλασης του μέσου. Σε μήκος κύματος 400 nm (ιώδης περιοχή του ορατού φάσματος) και δείκτη διάθλασης περίπου μονάδας (όπως ο αέρας), τα αντικείμενα μικρότερα από 200 nm δεν διακρίνονται. Δηλαδή, αυτό το εύρος μεγέθους περιλαμβάνει, για παράδειγμα, ιούς και πολλές ενδιαφέρουσες ενδοκυτταρικές δομές.
Ως εκ τούτου, τα τελευταία χρόνια, οι μέθοδοι μη γραμμικής και φθορίζουσας οπτικής, για τις οποίες δεν εφαρμόζεται η έννοια του ορίου περίθλασης, έχουν λάβει ευρεία ανάπτυξη στη βιολογική μικροσκοπία. Σήμερα, χρησιμοποιώντας τέτοιες μεθόδους είναι δυνατό να μελετηθεί λεπτομερώς εσωτερική δομήκύτταρα.
Πρωτεΐνες σχεδιαστών - εξέλιξη in vitro
Όπως και στη συνθετική βιολογία, μιλάμε για δημιουργία κάτι πρωτοφανούς στη φύση, μόνο που αυτή τη φορά όχι νέους οργανισμούς, αλλά μεμονωμένες πρωτεΐνες με ασυνήθιστες ιδιότητες. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας τόσο βελτιωμένες μεθόδους μοντελοποίησης υπολογιστή όσο και «εξέλιξη in vitro» - για παράδειγμα, επιλογή τεχνητών πρωτεϊνών στην επιφάνεια βακτηριοφάγων που έχουν δημιουργηθεί ειδικά για το σκοπό αυτό.
Το 2003, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ουάσιγκτον, χρησιμοποιώντας μεθόδους πρόβλεψης της δομής του υπολογιστή, δημιούργησαν την πρωτεΐνη Top7, την πρώτη πρωτεΐνη στον κόσμο της οποίας η δομή δεν έχει ανάλογα στη ζωντανή φύση. Και με βάση τις γνωστές δομές των λεγόμενων «δακτύλων ψευδάργυρου» - στοιχεία πρωτεϊνών που αναγνωρίζουν τμήματα DNA με διαφορετικές αλληλουχίες, ήταν δυνατό να δημιουργηθούν τεχνητά ένζυμα που διασπούν το DNA σε οποιαδήποτε προκαθορισμένη θέση. Τέτοια ένζυμα χρησιμοποιούνται τώρα ευρέως ως εργαλεία για τον χειρισμό του γονιδιώματος: για παράδειγμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την αφαίρεση ενός ελαττωματικού γονιδίου από το γονιδίωμα ενός ανθρώπινου κυττάρου και να αναγκάσουν το κύτταρο να το αντικαταστήσει με ένα κανονικό αντίγραφο.
Εξατομικευμένη ιατρική – λήψη διαβατηρίων γονιδίων
Η ιδέα ότι διαφορετικοί άνθρωποι αρρωσταίνουν και ότι πρέπει να αντιμετωπίζονται διαφορετικά δεν είναι καθόλου νέα. Ακόμα κι αν ξεχάσουμε το διαφορετικό φύλο, την ηλικία και τον τρόπο ζωής και δεν λάβουμε υπόψη τις γενετικά καθορισμένες κληρονομικές ασθένειες, το ατομικό μας σύνολο γονιδίων μπορεί να επηρεάσει μοναδικά τόσο τον κίνδυνο ανάπτυξης πολλών ασθενειών όσο και τη φύση της δράσης των φαρμάκων στον οργανισμό.
Πολλοί έχουν ακούσει για γονίδια, ελαττώματα στα οποία αυξάνουν τον κίνδυνο εμφάνισης καρκίνου. Ένα άλλο παράδειγμα αφορά τη χρήση ορμονικών αντισυλληπτικών: εάν μια γυναίκα φέρει το γονίδιο Leiden για τον παράγοντα V (μια από τις πρωτεΐνες του συστήματος πήξης του αίματος), κάτι που δεν είναι ασυνήθιστο για τους Ευρωπαίους, ο κίνδυνος θρόμβωσης αυξάνεται απότομα, καθώς και οι δύο ορμόνες και αυτό παραλλαγή γονιδίου αυξάνει την πήξη του αίματος.
Με την ανάπτυξη τεχνικών προσδιορισμού αλληλουχίας DNA, κατέστη δυνατή η σύνταξη μεμονωμένων χαρτών γενετικής υγείας: είναι δυνατό να προσδιοριστεί ποιες γνωστές παραλλαγές γονιδίων που σχετίζονται με ασθένεια ή απόκριση σε φάρμακα υπάρχουν στο γονιδίωμα ενός συγκεκριμένου ατόμου. Με βάση μια τέτοια ανάλυση, μπορούν να γίνουν συστάσεις για την καταλληλότερη δίαιτα, απαραίτητες προληπτικές εξετάσεις και προφυλάξεις κατά τη χρήση ορισμένων φαρμάκων.
MicroRNA - αυτό για το οποίο σιωπούσε το γονιδίωμα
Στη δεκαετία του 1990. Ανακαλύφθηκε το φαινόμενο της παρεμβολής RNA - η ικανότητα των μικρών δίκλωνων δεοξυριβονουκλεϊκών οξέων να μειώνουν τη γονιδιακή δραστηριότητα λόγω της αποδόμησης των αγγελιαφόρων RNA που διαβάζονται από αυτά, στα οποία συντίθενται πρωτεΐνες. Αποδείχθηκε ότι τα κύτταρα χρησιμοποιούν ενεργά αυτό το ρυθμιστικό μονοπάτι, συνθέτοντας microRNA, τα οποία στη συνέχεια κόβονται σε θραύσματα του απαιτούμενου μήκους.
Το πρώτο microRNA ανακαλύφθηκε το 1993, το δεύτερο μόλις επτά χρόνια αργότερα, και οι δύο μελέτες χρησιμοποίησαν ένα νηματώδη Caenorhabditis elegans, που πλέον χρησιμεύει ως ένα από τα κύρια πειραματικά αντικείμενα στην αναπτυξιακή βιολογία. Αλλά τότε οι ανακαλύψεις έπεσαν βροχή σαν από κερατοειδή.
Αποδείχθηκε ότι τα microRNA εμπλέκονται στην ανθρώπινη εμβρυϊκή ανάπτυξη και στην παθογένεση του καρκίνου, των καρδιαγγειακών και νευρικών ασθενειών. Και όταν κατέστη δυνατή η ταυτόχρονη ανάγνωση των αλληλουχιών όλων των RNA σε ένα ανθρώπινο κύτταρο, αποδείχθηκε ότι ένα τεράστιο μέρος του γονιδιώματός μας, το οποίο προηγουμένως θεωρούνταν «αθόρυβο» επειδή δεν περιείχε γονίδια που κωδικοποιούν πρωτεΐνες, στην πραγματικότητα χρησιμεύει ως ένα πρότυπο για την ανάγνωση microRNA και άλλων μη κωδικοποιητικών RNA.
D. b.
n. D. O. Zharkov (Ινστιτούτο Χημικών
βιολογία και θεμελιώδη ιατρική
SB RAS, Νοβοσιμπίρσκ) Λόγω της νηστείαςτεχνική πρόοδο
και τη γενική εξελικτική ανάπτυξη της ανθρωπότητας, κάθε χρόνο όλο και περισσότεροι άνθρωποι μαθαίνουν να κατανοούν αυτόν τον κόσμο. Όλες οι επιστήμες αναπτύσσονται. Αναπτύσσονται χάρη σε νέες ανακαλύψεις σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Και η βιολογία δεν αποτελεί εξαίρεση. Οι σύγχρονες ανακαλύψεις στη βιολογία, ιδίως οι ανακαλύψεις του 2014, θυμόμαστε για την ταχεία πρόοδο στη μελέτη της χλωρίδας και της πανίδας της βιόσφαιρας της Γης, καθώς και για εντελώς νέες τεχνικές εφευρέσεις. Ανάπτυξη βιολογίας, πώςανεξάρτητη επιστήμη
- για τη ζωή, ξεκίνησε από την αρχαιότητα και συνεχίζεται τώρα σε διάφορες κατευθύνσεις. Ειδικότερα, αν μιλάμε για λιγότερο αναφερόμενες ανακαλύψεις στη βιολογία (αυτό δεν σημαίνει ότι είναι λιγότερο σημαντικές), θα ήθελα να υπενθυμίσω τα εξής:
- Η ανάπτυξη τεχνητών οργάνων έχει επιταχυνθεί και βελτιωθεί. Οι επιστήμονες έχουν μάθει να αναπτύσσουν μύες, ηπατικό ιστό, μαλλιά και ακόμη και να λειτουργούν τις βαλβίδες της καρδιάς. Πολλές ανθρώπινες ζωές μπορεί να εξαρτηθούν από την περαιτέρω ανάπτυξη αυτών των ανακαλύψεων.
Ανακάλυψη νέων ειδών
Σχεδόν κάθε μέρα, όλο και περισσότερα δεδομένα σχετικά με είδη ζωντανών οργανισμών άγνωστα μέχρι τώρα στην ανθρωπότητα προστίθενται στις γενικές βάσεις δεδομένων DNA του κόσμου. Κατά την περίοδο του τέλους του 2013-2014, ήταν δυνατή η συλλογή δεδομένων για πολλούς νέους εκπροσώπους της χλωρίδας και της πανίδας, αλλά εδώ θα θυμηθούμε μόνο μερικούς από αυτούς.
Olinguito
Αυτό είναι ένα αρπακτικό θηλαστικό με τον δικό του τρόπο εμφάνισημοιάζει με ένα ακίνδυνο βελούδινο παιχνίδι, οπότε η ανακάλυψή του προκάλεσε πραγματική αίσθηση στους φιλόζωους. Το ζώο ανακαλύφθηκε τον Αύγουστο του 2013 ως αποτέλεσμα πολλών ετών έρευνας από τον Αμερικανό ζωολόγο Christopher Helgen.
Δέντρο δράκου Kawesak
Ως ξεχωριστό βιολογικών ειδώναυτό το δέντρο αναγνωρίστηκε μόλις πέρυσι. Γιατί αυτός ο λαμπερός εκπρόσωπος της χλωρίδας της Ταϊλάνδης πέρασε απαρατήρητος για πολλά χρόνια εξακολουθεί να παραμένει μυστήριο. Ωστόσο, το είδος ανακαλύφθηκε πρόσφατα, και ως εκ τούτου ανήκει στις σύγχρονες ανακαλύψεις στη βιολογία.
Μικρόβιο σε αποστειρωμένα δωμάτια
Η επίσημη βιολογική ονομασία στα λατινικά για αυτό το είδος οργανισμού είναι Tersicoccus phoenicis. Το μικρόβιο ανακαλύφθηκε στα μέσα του 2014 σε απολύτως αποστειρωμένα δωμάτια όπου διαστημόπλοιο. Εξαιτίας αυτών των συνθηκών, πολλοί επιστήμονες φοβούνται ότι ο Tersicoccus phoenicis θα μπορούσε ακόμη και να μολύνει τον Άρη με την προσγείωση γειτονικό πλανήτημαζί με τα ρόβερ του Άρη. Ο Tersicoccus phoenicis είναι ξεκάθαρη απόδειξη των απίστευτα δύσκολων συνθηκών στις οποίες μπορεί να υπάρξει ζωή.
Πειράματα στο σώμα σας. Τρέλα ή θυσία για την επιστήμη;
Από τα μέσα του 2012, πληροφορίες σχετικά με την ανακάλυψη μιας νέας ορμόνης άρχισαν να εμφανίζονται στις σελίδες του World Wide Web. Σύντομα έγινε γνωστό ότι αυτή η ορμόνη είναι η ιρισίνη, η οποία εκκρίνεται από τους ανθρώπινους μύες κατά τη διάρκεια έντονης σωματικής δραστηριότητας. Η επίδραση αυτής της ορμόνης, όπως έδειξε η μελέτη, προσδιορίζεται στον λιπώδη ιστό, όπου το συνηθισμένο «λευκό» λίπος, που χρησιμεύει ως πηγή ενέργειας, μετατρέπεται σε «καφέ» λίπος, το οποίο απελευθερώνει ενέργεια με τη μορφή θερμότητας. Αυτή η μετατροπή των λιπιδίων στο σώμα, όπως υποστήριξαν πολλοί επιστήμονες, έχει πολλές θετικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία.
Στις αρχές του 2014, ο βιολόγος του Χάρβαρντ Bruce Spigelman αποφάσισε να δοκιμάσει την ιρισίνη στον εαυτό του, αποδεικνύοντας με αυτόν τον τρόπο τις θετικές επιδράσεις της ορμόνης στην φυσική κατάστασηπρόσωπο. Ωστόσο, ο επιστήμονας υπολόγισε εσφαλμένα τη δόση και εισήγαγε υπερβολική ποσότητα της ορμόνης στο σώμα του. Σύντομα, όλο το λίπος στο σώμα του έγινε καφέ. Ως αποτέλεσμα του λάθους, το σώμα του Spigelman άρχισε να παράγει τόση θερμότητα που έπρεπε να τοποθετηθεί σε ειδικό θάλαμο με υγρό άζωτο για να μειωθεί η θερμοκρασία του σώματός του. Διευθύνει περαιτέρω έρευνα από εκεί. Αλλά και πάλι απέδειξε τη θετική επίδραση της ορμόνης στις σωστές δόσεις. Σύμφωνα με τους γιατρούς, ο Bruce Spigelman είναι ο πιο υγιής άνθρωπος στον κόσμο. Η πράξη του περιγράφηκε σε πολλά ξένα και ρωσικά άρθρα με τον τίτλο «Σύγχρονες ανακαλύψεις στη βιολογία».
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ένα νέο είδος θηλαστικού - Olinguito - βίντεο
Ενότητα 1. Βιολογία - η επιστήμη της ζωής.
Σχέδιο
Θέμα 1. Η βιολογία ως επιστήμη, τα επιτεύγματά της, μέθοδοι έρευνας, διασυνδέσεις με άλλες επιστήμες. Ο ρόλος της βιολογίας στην ανθρώπινη ζωή και τις πρακτικές δραστηριότητες.
Θέμα 2. Σημεία και ιδιότητες των ζωντανών όντων: κυτταρική δομή, χαρακτηριστικά χημικής σύνθεσης, μεταβολισμός και μετατροπή ενέργειας, ομοιόσταση, ευερεθιστότητα, αναπαραγωγή, ανάπτυξη
Θέμα 3. Κύρια επίπεδα οργάνωσης της ζωντανής φύσης: κυτταρικό, οργανικό, πληθυσμό-είδος, βιογεωκενωτική
Η βιολογία ως επιστήμη, τα επιτεύγματά της, μέθοδοι γνώσης της ζωντανής φύσης. Ο ρόλος της βιολογίας στη διαμόρφωση της σύγχρονης φυσικής επιστημονικής εικόνας του κόσμου.
Η βιολογία ως επιστήμη.
Βιολογία(από τα ελληνικά bios- ζωή, λογότυπο- λέξη, επιστήμη) είναι ένα σύμπλεγμα επιστημών για τη ζωντανή φύση.
Το θέμα της βιολογίας είναι όλες οι εκδηλώσεις της ζωής: η δομή και οι λειτουργίες των έμβιων όντων, η ποικιλομορφία, η προέλευση και η ανάπτυξή τους, καθώς και η αλληλεπίδραση με το περιβάλλον. Το κύριο καθήκον της βιολογίας ως επιστήμης είναι να ερμηνεύει όλα τα φαινόμενα της ζωντανής φύσης σε επιστημονική βάση, λαμβάνοντας υπόψη ότι ολόκληρος ο οργανισμός έχει ιδιότητες που είναι θεμελιωδώς διαφορετικές από τα συστατικά του.
Ο όρος «βιολογία» βρίσκεται στα έργα των Γερμανών ανατόμων T. Roose (1779) και K.-F. Burdach (1800), αλλά μόνο το 1802 χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ανεξάρτητα από τον J.-B. Lamarck και G.-R. Treviranus για να δηλώσει την επιστήμη που μελετά τους ζωντανούς οργανισμούς.
Βιολογικές Επιστήμες.
Επί του παρόντος, η βιολογία περιλαμβάνει μια ολόκληρη σειράεπιστήμες που μπορούν να συστηματοποιηθούν σύμφωνα με τα ακόλουθα κριτήρια: από θέμακαι κυρίαρχη μεθόδουςέρευνα και για το αντικείμενο που μελετάται επίπεδο οργάνωσης της ζωντανής φύσης. Σύμφωνα με το αντικείμενο μελέτης, οι βιολογικές επιστήμες χωρίζονται σε βακτηριολογία, βοτανική, ιολογία, ζωολογία και μυκητολογία.
Βοτανικήείναι μια βιολογική επιστήμη που μελετά διεξοδικά τα φυτά και τη φυτική κάλυψη της Γης. Ζωολογία- κλάδος της βιολογίας, η επιστήμη της ποικιλότητας, της δομής, της δραστηριότητας της ζωής, της κατανομής και της σχέσης των ζώων με το περιβάλλον τους, την προέλευση και την ανάπτυξή τους. Μικροβιολογία- βιολογική επιστήμη που μελετά τη δομή και τη δραστηριότητα των βακτηρίων, καθώς και τον ρόλο τους στη φύση. Ιολογία- βιολογική επιστήμη που μελετά τους ιούς. Κύριο αντικείμενο μυκητολογίαείναι τα μανιτάρια, η δομή και τα χαρακτηριστικά της ζωής τους. Λειχηνολογία- βιολογική επιστήμη που μελετά τους λειχήνες. Η βακτηριολογία, η ιολογία και ορισμένες πτυχές της μυκητολογίας συζητούνται συχνά ως μέρος του μικροβιολογία- τμήμα βιολογίας, επιστήμης των μικροοργανισμών (βακτήρια, ιοί και μικροσκοπικοί μύκητες). Ταξονομία,ή ταξινομία,- βιολογική επιστήμη που περιγράφει και ταξινομεί σε ομάδες όλα τα ζωντανά και εξαφανισμένα πλάσματα.
Με τη σειρά τους, κάθε μία από τις παρατιθέμενες βιολογικές επιστήμες χωρίζεται σε βιοχημεία, μορφολογία, ανατομία, φυσιολογία, εμβρυολογία, γενετική και συστηματική (φυτά, ζώα ή μικροοργανισμούς). Βιοχημείαείναι η επιστήμη του χημική σύνθεσηζωντανή ύλη, χημικές διεργασίες που συμβαίνουν σε ζωντανούς οργανισμούς και αποτελούν τη βάση της δραστηριότητας της ζωής τους. Μορφολογία- βιολογική επιστήμη που μελετά τη μορφή και τη δομή των οργανισμών, καθώς και τα πρότυπα ανάπτυξής τους. Με ευρεία έννοια, περιλαμβάνει κυτταρολογία, ανατομία, ιστολογία και εμβρυολογία. Διάκριση μεταξύ της μορφολογίας των ζώων και των φυτών. Ανατομίαείναι ένας κλάδος της βιολογίας (ακριβέστερα, της μορφολογίας), μιας επιστήμης που μελετά την εσωτερική δομή και το σχήμα μεμονωμένων οργάνων, συστημάτων και του οργανισμού στο σύνολό του. Η ανατομία των φυτών θεωρείται μέρος της βοτανικής, η ανατομία των ζώων θεωρείται μέρος της ζωολογίας και η ανθρώπινη ανατομία είναι μια ξεχωριστή επιστήμη. Φισιολογία- βιολογική επιστήμη που μελετά τις διαδικασίες ζωής των φυτικών και ζωικών οργανισμών, τα επιμέρους συστήματα, τα όργανα, τους ιστούς και τα κύτταρα τους. Υπάρχει φυσιολογία φυτών, ζώων και ανθρώπων. Εμβρυολογία (αναπτυξιακή βιολογία)- κλάδος της βιολογίας, η επιστήμη της ατομικής ανάπτυξης ενός οργανισμού, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης του εμβρύου.
Αντικείμενο γενεσιολογίαείναι οι νόμοι της κληρονομικότητας και της μεταβλητότητας. Επί του παρόντος, είναι μια από τις πιο δυναμικά αναπτυσσόμενες βιολογικές επιστήμες.
Ανάλογα με το επίπεδο οργάνωσης της ζωντανής φύσης που μελετάται, διακρίνονται η μοριακή βιολογία, η κυτταρολογία, η ιστολογία, η οργανολογία, η βιολογία των οργανισμών και τα υπεροργανιστικά συστήματα. Μοριακή βιολογίαείναι ένας από τους νεότερους κλάδους της βιολογίας, μια επιστήμη που μελετά, ειδικότερα, την οργάνωση της κληρονομικής πληροφορίας και τη βιοσύνθεση πρωτεϊνών. Κυτολογία,ή κυτταρική βιολογία,- βιολογική επιστήμη, αντικείμενο μελέτης της οποίας είναι τα κύτταρα τόσο των μονοκύτταρων όσο και των πολυκύτταρων οργανισμών. Ιστολογία- βιολογική επιστήμη, κλάδος της μορφολογίας, αντικείμενο του οποίου είναι η δομή των ιστών των φυτών και των ζώων. Προς τη σφαίρα οργανολογίαπεριλαμβάνουν τη μορφολογία, την ανατομία και τη φυσιολογία διαφόρων οργάνων και των συστημάτων τους.
Η οργανική βιολογία περιλαμβάνει όλες τις επιστήμες που ασχολούνται με τους ζωντανούς οργανισμούς, π.χ. ηθολογία- η επιστήμη της συμπεριφοράς των οργανισμών.
Η βιολογία των υπεροργανιστικών συστημάτων χωρίζεται σε βιογεωγραφία και οικολογία. Μελετά την κατανομή των ζωντανών οργανισμών βιογεωγραφία,ενώ οικολογία- οργάνωση και λειτουργία συστημάτων υπεροργανισμών σε διάφορα επίπεδα: πληθυσμοί, βιοκαινώσεις (κοινότητες), βιογεωκαινώσεις (οικοσυστήματα) και βιόσφαιρα.
Σύμφωνα με τις επικρατούσες ερευνητικές μεθόδους, διακρίνουμε την περιγραφική (για παράδειγμα, μορφολογία), την πειραματική (για παράδειγμα, τη φυσιολογία) και τη θεωρητική βιολογία.
Ο εντοπισμός και η εξήγηση των προτύπων δομής, λειτουργίας και ανάπτυξης της ζωντανής φύσης σε διάφορα επίπεδα της οργάνωσής της είναι καθήκον γενική βιολογία. Περιλαμβάνει τη βιοχημεία, τη μοριακή βιολογία, την κυτταρολογία, την εμβρυολογία, τη γενετική, την οικολογία, την εξελικτική επιστήμη και την ανθρωπολογία. Εξελικτικό δόγμαμελετά τα αίτια, τις κινητήριες δυνάμεις, τους μηχανισμούς και γενικά μοτίβαεξέλιξη των ζωντανών οργανισμών. Ένα από τα τμήματα του είναι παλαιοντολογία- μια επιστήμη της οποίας το θέμα είναι τα απολιθώματα των ζωντανών οργανισμών. Ανθρωπολογία- ένα τμήμα της γενικής βιολογίας, της επιστήμης της προέλευσης και της ανάπτυξης του ανθρώπου ως βιολογικού είδους, καθώς και της ποικιλομορφίας των σύγχρονων ανθρώπινων πληθυσμών και των προτύπων της αλληλεπίδρασής τους.
Οι εφαρμοσμένες πτυχές της βιολογίας περιλαμβάνονται στον τομέα της βιοτεχνολογίας, της αναπαραγωγής και άλλων ταχέως αναπτυσσόμενων επιστημών. Βιοτεχνολογίαείναι η βιολογική επιστήμη που μελετά τη χρήση ζωντανών οργανισμών και βιολογικών διεργασιών στην παραγωγή. Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανία τροφίμων (αρτοποιία, τυροκομία, ζυθοποιία κ.λπ.) και στη φαρμακευτική (παραγωγή αντιβιοτικών, βιταμινών), για τον καθαρισμό του νερού κ.λπ. Επιλογή- η επιστήμη των μεθόδων δημιουργίας φυλών κατοικίδιων ζώων, ποικιλιών καλλιεργούμενων φυτών και στελεχών μικροοργανισμών με ιδιότητες απαραίτητες για τον άνθρωπο. Η επιλογή νοείται επίσης ως η διαδικασία αλλαγής ζωντανών οργανισμών, που πραγματοποιείται από τον άνθρωπο για τις ανάγκες του.
Η πρόοδος της βιολογίας συνδέεται στενά με τις επιτυχίες άλλων φυσικών και ακριβών επιστημών, όπως η φυσική, η χημεία, τα μαθηματικά, η πληροφορική κ.λπ. Για παράδειγμα, η μικροσκοπία, ο υπέρηχος (υπερηχογράφημα), η τομογραφία και άλλες μέθοδοι βιολογίας βασίζονται στη φυσική νόμοι και η μελέτη της δομής των βιολογικών μορίων και διεργασιών που συμβαίνουν στα ζωντανά συστήματα θα ήταν αδύνατη χωρίς τη χρήση χημικών και φυσικών μεθόδων. Η χρήση μαθηματικών μεθόδων καθιστά δυνατό, αφενός, τον εντοπισμό της παρουσίας μιας φυσικής σύνδεσης μεταξύ αντικειμένων ή φαινομένων, την επιβεβαίωση της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων που λαμβάνονται και, αφετέρου, τη μοντελοποίηση ενός φαινομένου ή μιας διαδικασίας. Πρόσφατα, οι μέθοδοι υπολογιστών, όπως η μοντελοποίηση, έχουν γίνει όλο και πιο σημαντικές στη βιολογία. Στη διασταύρωση της βιολογίας και άλλων επιστημών, προέκυψαν μια σειρά από νέες επιστήμες, όπως η βιοφυσική, η βιοχημεία, η βιονική κ.λπ.
