Realizări biologice moderne în biologie. Realizările biologiei secolului al XIX-lea
Biologia este una dintre cele mai rapide științe în curs de dezvoltare Iar în acest domeniu au avut loc anul trecut multe evenimente extrem de interesante. Serghei Kolenov, editorialist al revistei online Hi-Tech, a ales cele 10 descoperiri principale ale anului 2017 în domeniul biologiei și medicinei care ne vor afecta semnificativ viitorul.1. Sfârșitul erei antibioticelor
2017 a arătat că era antibioticelor, care a durat aproape un secol, s-a încheiat. Bacteriile au învățat să dezvolte rezistență la medicamentele cunoscute, dar nu există nici timp, nici fonduri suficiente pentru a dezvolta altele noi. Medicii și oamenii de știință fac predicții sumbre: dacă nu se face nimic, microorganismele vor ucide omenirea mult mai devreme decât schimbările climatice. Cu toate acestea, această amenințare nu este încă luată în serios. Motivul apariției superbactelor este rata de reproducere a microorganismelor și capacitatea lor de a se schimba informatii genetice. Singura bacterie care a dobândit o genă de rezistență la medicamente o va împărtăși cu rudele sale. Pentru a permite omenirii să supraviețuiască, cercetătorii caută înlocuitori pentru medicamentele convenționale. Pentru a combate superbacterii, se propune utilizarea CRISPR, nanoparticule și antibiotice noi, mai puternice. Dezvoltarea acestor metode și a altor metode este posibilă numai prin cercetarea mecanismelor moleculare de rezistență.
2. S-a clarificat momentul apariției vieții
Întrebarea cum a apărut viața pe Pământ este una dintre cele mai importante în biologie. Datele și condițiile exacte pentru originea vieții rămân o chestiune de dezbatere. Anul trecut, cercetătorii din Australia au studiat roci vechi de 3,48 miliarde de ani și au identificat urme de microorganisme în ele. Aceasta înseamnă că formele de viață primitive ar fi putut apărea chiar mai devreme - acum aproximativ 4 miliarde de ani. Este interesant faptul că rocile studiate aparțin zăcămintelor terestre - ceea ce înseamnă că leagănul vieții nu ar putea fi oceanul, ci izvoarele termale de pe uscat. De asemenea, în ultimul an, oamenii de știință au studiat mecanismele moleculare care au însoțit etapele incipiente ale apariției organismelor vii. În special, ipoteza populară a lumii ARN a fost pusă sub semnul întrebării: conform noilor cercetări, ARN-ul și proteinele au luat parte în mod egal la apariția vieții.
3. Apariția unei noi specii de păsări
De obicei, evoluția este un proces foarte lung, aproape invizibil pentru ochiul uman. Este nevoie de sute și mii de ani pentru ca o trăsătură să se stabilească într-o populație. Prin urmare, oamenii de știință sunt forțați să se ocupe de dovezi ale evoluției capturate în fosile și ADN, iar oamenii obișnuiți se îndoiesc de realitatea evoluției. Transformarea unei specii în alta are loc și mai rar, iar observarea acestuia este un real succes, care pune în lumină multe mistere ale evoluției. Anul trecut, cercetătorii au anunțat că au putut vedea nașterea unei noi specii de păsări.
Descoperirea a fost făcută într-un loc care este emblematic pentru toți biologii - Insulele Galapagos, care l-a inspirat pe Charles Darwin să-și creeze teoria. Ornitologii de la Universitatea Princeton, Rosemary și Peter Grant, au petrecut patruzeci de ani studiind aici cintezele lui Darwin. În timp ce lucrau la insula Daphne, ei au descoperit că speciei locale de cinteze i s-a alăturat un extraterestru din îndepărtata insula Hispaniola, un mascul din specia Geospiza conirostris, supranumit Big Bird. Din cauza lipsei femelelor din specia lui, s-a împerecheat cu păsări locale. Descendenții acestor uniuni sunt atât de diferiți de alte cinteze în cântec și aspect, care poate fi recunoscută ca o specie nouă.
4. Evoluția este recunoscută ca nesfârșită
În 2017, unul dintre cele mai lungi experimente din istoria biologiei și-a sărbătorit aniversarea. Cercetătorii conduși de microbiologul Richard Lenski monitorizează de 30 de ani dezvoltarea bacteriilor Escherichia coli. În acest timp, 67.000 de generații au reușit să se schimbe, ceea ce corespunde unui milion de ani de evoluție umană. În ciuda vârstei sale venerabile, experimentul continuă și aduce noi descoperiri. O analiză a rezultatelor sale, efectuată anul trecut, a respins una dintre ideile populare din biologia modernă. Potrivit multor experți, există o limită a adaptării: odată ce o specie s-a adaptat perfect la un habitat stabil, evoluția ei se va opri. Cu toate acestea, zeci de ani de observații ale microorganismelor au dovedit că evoluția va continua chiar și în acest caz și nu există nicio limită pentru adaptabilitate. Acest lucru este mai în concordanță cu opiniile lui Charles Darwin decât cu ideile specialiștilor moderni.
5. Noi semne ale unei crize de biodiversitate
Mulți cercetători sunt înclinați să creadă că trăim în era a șasea extincție în masă- cel mai mare de la dispariția dinozaurilor în urmă cu 65 de milioane de ani. Rata de dispariție a speciilor este acum mult mai mare decât oricând în ultimele milioane de ani - un proces numit deja „anihilare biologică”, iar oamenii sunt de vină pentru asta, distrugând animalele, plantele și habitatele lor. Unul dintre cele mai alarmante fapte care au devenit cunoscute științei în ultimul an a fost rezultatul unui studiu al ecologiștilor olandezi care au studiat numărul de insecte zburătoare din Germania. Ei au descoperit că în doar 28 de ani a scăzut cu 76%, cifra ajungând la 82% pentru lunile de vară.
Oamenii de știință din întreaga lume au bănuit anterior că insectele sunt din ce în ce mai puține la număr, dar aceasta este prima dată când se face o evaluare atât de strictă și înfricoșătoare. Este deosebit de neplăcut faptul că studiul a fost realizat pe teritoriul rezervațiilor naturale, unde intervenția omului în natură este limitată. Autorii au descoperit că dispariția insectelor nu poate fi explicată nici prin condițiile meteorologice, nici prin caracteristicile peisajului. Schimbările climatice sau utilizarea pesticidelor pot fi de vină. Dispariția insectelor este un semnal foarte alarmant, deoarece acestea servesc drept hrană pentru multe alte specii și sunt polenizatori importanți, fără de care nu doar plantele sălbatice, ci și agricultura vor muri.
6. Oamenii de știință au învățat să ștergă selectiv amintirile
Neuroștiința avansează mai repede decât orice altă ramură a biologiei. În 2017, s-au făcut multe descoperiri uimitoare despre modul în care funcționează creierul: oamenii de știință au descoperit ce efect au smartphone-urile asupra acestuia, au descoperit un sistem de auto-curățare în el și au aflat că oamenii, precum AI, sunt capabili de învățare profundă. Printre aceste știri este dificil să o delimităm pe cea principală, dar poate că ar trebui numită un nou pas către managementul memoriei. Experimentând cu moluștea Aplysia, un obiect model clasic pentru studiul memoriei, oamenii de știință au învățat să dezactiveze amintirile înregistrate în neuroni. Pentru a face acest lucru, a fost necesar să se blocheze enzima protein kinaza M în celulele dorite. În viitor, cercetarea poate ajuta oamenii care suferă de amintiri dureroase. Această tehnică poate fi deosebit de eficientă în lupta împotriva sindromului post-traumatic.
7. Dieta poate vindeca diabetul
Răspândirea diabetului a devenit o epidemie: conform unor previziuni, până la o treime dintre locuitorii SUA vor suferi de aceasta până la jumătatea secolului. Principala creștere este diabetul de tip 2, care este asociat cu excesul de greutate și alimentația proastă. În stadiile incipiente, medicii recomandă controlul acestuia prin dietă. Cu toate acestea, după cum a arătat un studiu al oamenilor de știință de la Universitatea Yale, restricțiile alimentare severe pot chiar vindeca complet diabetul de tip 2.
Dovezi în acest sens au mai apărut, dar aceasta este prima dată când se efectuează un studiu amănunțit. După cum sa dovedit, dieta a făcut ficatul mai receptiv la insulină prin reducerea cantității de grăsime și a inhibat producția de glucoză din alte substanțe. Într-un experiment cu rozătoare, schimbările pozitive au început la doar 3 zile după introducerea restricțiilor alimentare. Aceste descoperiri sunt confirmate de munca oamenilor de stiinta de la Universitatea din Glasgow. Un studiu pe 300 de pacienți a constatat că reducerea aportului zilnic de calorii la 800 timp de 3 până la 5 luni ar putea inversa diabetul fără medicamente.
8. A fost dezvoltat un contraceptiv masculin eficient
Oamenii de știință au încercat de mult să creeze un contraceptiv eficient și convenabil pentru bărbați, similar pilulelor contraceptive pentru femei. Prezervativele, o soluție comună astăzi, li se par multora a fi incomode și reduc calitatea sexului, iar o vasectomie este prea radicală. Drept urmare, în majoritatea cuplurilor povara protecției cade pe umerii femeii, sau se folosesc metode nesigure precum coitus interruptus. În 2017, se pare că s-a realizat un progres în acest domeniu.
Echipa de oameni de știință a folosit un gel pentru contracepție, care este injectat în canalele deferente și le blochează, în urma căruia sperma rămâne în organism și este absorbită. Studiile de doi ani pe maimuțe macac au arătat eficacitatea de 100% a medicamentului, precum și absența efectelor secundare, cum ar fi inflamația. Efectul gelului este reversibil: „dopurile” pot fi îndepărtate prin aplicarea cu ultrasunete asupra acestora. O soluție alternativă folosește hormoni, ca în contraceptivele feminine. Un gel care conține progestativ și testosteron trebuie frecat în umeri, în urma căruia numărul de spermatozoizi scade la niveluri la care sarcina este imposibilă. Testele pe scară largă ale medicamentului vor începe în 2018. Cercetătorii speră că, spre deosebire de contraceptivele hormonale masculine anterioare, dezvoltarea lor nu va provoca schimbări de dispoziție și alte consecințe neplăcute.
9. Proteze mai avansate
Crearea de protetice moderne complexe este un domeniu în care medicina și biologia se întâlnesc inteligenţă artificialăși tehnologii înalte. Dezvoltatorii de membre artificiale nu mai sunt mulțumiți cu crearea de proteze confortabile și ușoare, scopul lor este acum de a face proteze la fel de funcționale și de dexter ca mâinile umane reale. În 2017, oamenii de știință și inginerii au reușit să se apropie de rezolvarea acestei probleme. Mâna robotizată, creată de angajații Institutului de Tehnologie din Georgia, permite proprietarului să miște fiecare deget individual. Această capacitate se realizează prin interacțiunea dintre proteză și mușchii din restul brațului. O sondă cu ultrasunete încorporată în mână determină care sunt în mișcare și, folosind un algoritm special, traduce aceste informații în mișcări ale degetelor. Dispozitivul este suficient de avansat încât să îl puteți folosi pentru a cânta la pian.
10. Caută viața în spațiu
Interes pentru spațiu ultimii ani este în creștere constantă, iar întrebarea „Suntem singuri în Univers?” aprins cu forță nouă. Fiecare conferință de presă a NASA din 2017 a fost însoțită de așteptări că eram pe cale să fim anunțați despre descoperirea vieții extraterestre. Din păcate, acest lucru nu s-a întâmplat anul trecut. Cu toate acestea, oamenii de știință au îmbunătățit modalitățile de a căuta semne de viață în spațiu folosind biomarkeri și au dezvoltat noi modele pentru misiuni în lumi potențial locuibile, cum ar fi luna Enceladus a lui Saturn.
Una dintre principalele speranțe ale anului a fost descoperirea a șapte planete asemănătoare Pământului în sistemul TRAPPIST-1, dintre care șase se află în „zona Goldilocks” potențial locuibilă (o alta a fost descoperită mai târziu, în jurul piticii roșii Ross 128). Cu toate acestea, unii cercetători cred că viața este imposibilă acolo: gradul de radiație UV de la stele este prea mare și nu lasă nicio posibilitate pentru existența unei atmosfere și a vieții bazate pe carbon. O altă dezamăgire a fost descoperirea oamenilor de știință scoțieni care au demonstrat că suprafața lui Marte este toxică pentru viața bacteriană. Cu toate acestea, astronomii și biologii cred că viața extraterestră va fi descoperită în 10-15 ani.
Sfârșitul secolului al XX-lea și începutul lui XXI, a dus la un șir de descoperiri. Noile descoperiri în biologie ridică o grămadă de întrebări care îi fac pe oamenii de știință să creadă că totul nu este atât de simplu în această lume. Căutarea adevărului este scopul principal al cercetătorilor.
Descoperiri în biologie ale secolului XX
În 1951, cercetătorul Erwin Chargaffou a ajuns la o concluzie care a schimbat radical modul în care privim structura acizilor nucleici. Anterior se credea că totul acizi nucleici create din blocuri tetra, deci lipsite de specificitate. Timp de trei ani, omul de știință a efectuat cercetări și a reușit în sfârșit să demonstreze că acizii nucleici obțin din surse diferite, diferă între ele în compoziția lor - sunt specifice. Omul de știință a construit un model de ADN care arăta ca o dublă helix când este plasat pe un avion, arăta ca o scară. Sa dezvăluit că structura unei ramuri individuale de ADN determină structura celeilalte ramuri a acesteia - acest lucru se datorează faptului că baza celor adiacente determină secvența altor ghiduri. Astfel, a fost definită o nouă proprietate a ADN-ului - complementaritatea.
Au fost necesare cercetări suplimentare în zonă biologie moleculară care ar descifra mecanismul de replicare şi transcriere a ADN-ului. Oamenii de știință au sugerat că firul se desfășoară, firele sale diverg și apoi, în conformitate cu regula complementarității, din fiecare fir se formează o moleculă. Puțin mai târziu, experimentele au confirmat această ipoteză.
În 1954, Georgiy Antonovich Gamow, pe baza cercetărilor lui Erwin Chargaff, a propus că aminoacizii sunt codificați dintr-o combinație de trei nucleotide.
În 1961, oamenii de știință francezi Jacques Monod și Francois Jacob au recreat circuitul care reglează genele active. Oamenii de știință au spus că ADN-ul are nu numai gene informaționale, ci și gene operator și gene regulatoare.
Noi descoperiri în biologia secolului XXI
În 2007, o echipă de oameni de știință de la Universitatea din Wisconsin-Madison și de la Universitatea Kyoto a efectuat un experiment în care celulele adulte ale pielii au început să se comporte ca niște celule stem embrionare. Celula a fost capabilă să se transforme în aproape orice formă. Cadrele financiare pot fi aruncate, deoarece în acest fel, celulele din ADN-ul uman pot deveni un organ pentru transplant. Un organ crescut în acest fel nu va fi respins de corpul pacientului.
Studiul genomului uman a fost finalizat în 2006. Acest proiect a fost numit cea mai importantă cercetare din domeniul biologiei. Scopul principal munca - pentru a determina secvența nucleotidelor și, de asemenea, pentru a studia aproximativ 20.000 de mii de gene umane. Sub conducerea savantului James Watson, în 2000. a fost prezentată o parte a structurii genomului, iar în 2003. studiile structurale au fost finalizate. În ciuda faptului că Genomul Uman a fost finalizat oficial în 2006, analiza unor secțiuni continuă și astăzi. Această cercetare deschide noi teorii ale evoluției. Cunoștințele dobândite în timpul lucrării sunt deja utilizate în mod activ în medicină.
În secolul al XX-lea, biologia ca știință a avansat cu pași mari, iar începutul secolului al XXI-lea este deja remarcabil pentru descoperirile sale. Se poate presupune că noile descoperiri în biologie vor dezvălui multe secrete și mistere care ar putea fi capabile să răstoarne toate cunoștințele anterioare și teoriile consacrate.
Zece descoperiri semnificative ale primului deceniu al secolului XXI - video
Zece cele mai mari realizări decenii în biologie și medicină Versiunea unui expert independent
Noi metode de secvențiere a ADN-ului de mare capacitate – „prețul” genomului scade
MicroARN - despre ce a tăcut genomul
Noi metode de secvențiere a ADN-ului de mare capacitate – „prețul” genomului scade
Unul dintre fondatorii celebrei companii Intel, G. Moore, a formulat odată o lege empirică care este încă adevărată: productivitatea computerelor se va dubla la fiecare doi ani. Productivitatea secvențierilor de ADN, care sunt utilizați pentru a descifra secvențele de nucleotide ale ADN-ului și ARN-ului, crește chiar mai rapid decât conform Legii lui Moore. În consecință, costul citirii genomurilor scade.
Astfel, costul lucrărilor la Proiectul Genomului Uman, care s-a încheiat în 2000, s-a ridicat la 13 miliarde de dolari. Noile tehnologii de secvențiere în masă care au apărut mai târziu s-au bazat pe analiza paralelă a multor fragmente de ADN (mai întâi în microgodeuri, iar acum în milioane de picături microscopice). Ca rezultat, de exemplu, decodificarea genomului celebrului biolog D. Watson, unul dintre autorii descoperirii structurii ADN-ului, care în 2007 a costat 2 milioane de dolari, doar doi ani mai târziu a „costat” 100 de mii de dolari.
În 2011, compania „Ion torrent”, care a oferit noua metoda secvențierea bazată pe măsurarea concentrației de ioni de hidrogen eliberați în timpul funcționării enzimelor ADN polimerază, citește însuși genomul lui Moore. Și deși costul acestei lucrări nu a fost anunțat, creatorii tehnologie nouă Ei promit că citirea oricărui genom uman nu ar trebui să depășească 1.000 de dolari în viitor. Iar concurenții lor, creatorii unei alte tehnologii noi, secvențierea ADN-ului în nanopori, au prezentat deja anul acesta un prototip al unui dispozitiv pe care, după ce ai cheltuit câteva mii de dolari, poți secvența genomul uman în 15 minute.
Biologie sintetică și genomica sintetică - cât de ușor este să devii Dumnezeu
Informațiile acumulate în peste o jumătate de secol de dezvoltare a biologiei moleculare le permit oamenilor de știință să creeze sisteme vii care nu au existat niciodată în natură. După cum se dovedește, acest lucru nu este deloc dificil de făcut, mai ales dacă începeți cu ceva deja cunoscut și vă limitați pretențiile la organisme atât de simple precum bacteriile.
În zilele noastre, Statele Unite găzduiesc chiar și o competiție specială, iGEM (International Genetically Engineered Machine), în care echipele de studenți concurează pentru a vedea cine poate veni cu cea mai interesantă modificare a tulpinilor bacteriene comune folosind un set de gene standard. De exemplu, prin transplant în binecunoscuta Escherichia coli ( Escherichia coli) un set de unsprezece gene specifice, colonii ale acestor bacterii, care cresc într-un strat uniform pe o placă Petri, pot fi făcute să schimbe constant culoarea acolo unde lumina cade asupra lor. Ca rezultat, este posibil să obțineți „fotografiile” lor unice cu o rezoluție egală cu dimensiunea bacteriei, adică aproximativ 1 micron. Creatorii acestui sistem i-au dat numele „Koliroid”, încrucișând numele speciei bacteriei și numele celebrei companii „Polaroid”.
Această zonă are și propriile sale megaproiecte. Astfel, în compania unuia dintre părinții genomicii, K. Venter, genomul unei bacterii de micoplasmă a fost sintetizat din nucleotide individuale, care nu seamănă cu niciunul dintre genomul micoplasmei existente. Acest ADN a fost închis într-o înveliș bacteriană „gata” de micoplasmă ucisă și s-a obținut unul funcțional, de exemplu. un organism viu cu un genom complet sintetic.
Medicamente anti-îmbătrânire - calea către nemurirea „chimică”?
Indiferent de câte încercări au fost făcute de-a lungul a mii de ani pentru a crea un panaceu pentru îmbătrânire, legendarul remediu Makropoulos a rămas evaziv. Dar chiar și în această direcție aparent fantastică, progresul iese la iveală.
Astfel, la începutul ultimului deceniu, resveratrolul, o substanță izolată din coaja strugurilor roșii, a produs un mare boom în societate. În primul rând, cu ajutorul său, a fost posibilă extinderea semnificativă a vieții celulelor de drojdie și apoi a animalelor multicelulare, a viermilor nematozi microscopici, a muștelor de fructe și chiar a peștilor de acvariu. Apoi, atenția specialiștilor a fost atrasă de rapamicina, un antibiotic izolat mai întâi din bacteriile streptomicete din sol din insulă. Paşti. Cu ajutorul acestuia, a fost posibilă prelungirea duratei de viață nu numai a celulelor de drojdie, ci chiar și a șoarecilor de laborator, care au trăit cu 10-15% mai mult.
În sine, este puțin probabil ca aceste medicamente să fie utilizate pe scară largă pentru a prelungi viața: rapamicina, de exemplu, suprimă sistemul imunitar și crește riscul boli infectioase. Cu toate acestea, în prezent sunt în curs de desfășurare cercetări active privind mecanismele de acțiune ale acestor substanțe și similare. Și dacă acest lucru reușește, atunci visul de medicamente sigure pentru a prelungi viața s-ar putea să devină realitate.
Utilizarea celulelor stem în medicină – așteptăm o revoluție
Astăzi, baza de date privind studiile clinice a Institutului Național de Sănătate din SUA enumeră aproape jumătate de mie de studii care utilizează celule stem în diferite etape ale cercetării.
Cu toate acestea, este alarmant faptul că primul dintre ele, în ceea ce privește utilizarea celulelor sistemul nervos(oligodendrocite) pentru tratarea leziunilor măduvei spinării, a fost întreruptă în noiembrie 2011 dintr-un motiv necunoscut. După aceasta, compania americană Geron Corporation, unul dintre pionierii în domeniul biologiei tulpinilor, care a efectuat această cercetare, a anunțat că își restrânge complet activitatea în acest domeniu.
Cu toate acestea, aș dori să cred că utilizarea medicală a celulelor stem cu toate capacitățile lor magice este chiar după colț.
ADN antic - de la neanderthalieni la bacterii ciuma
În 1993, a fost lansat filmul „Park”. Jurasic„, în care pe ecran s-au plimbat monștri, recreați din rămășițele de ADN din sângele dinozaurilor păstrate în stomacul unui țânțar înmuiat în chihlimbar. În același an, una dintre cele mai mari autorități din domeniul paleogeneticii, biochimistul englez T. Lindahl, afirma că nici în cele mai favorabile condiții, ADN-ul mai vechi de 1 milion de ani nu poate fi extras din resturile fosile. Scepticul avea dreptate - ADN-ul dinozaurului rămâne inaccesibil, dar progresele în îmbunătățirile tehnice ale metodelor de extragere, amplificare și secvențiere a ADN-ului mai tânăr din ultimul deceniu au fost impresionante.
Până în prezent, genomul unui Neanderthal, un Denisovan descoperit recent și multe resturi fosile au fost citite în întregime sau parțial. Homo sapiens, precum și mamut, mastodon, urs de peșteră... În ceea ce privește trecutul mai îndepărtat, s-au studiat ADN-ul din cloroplaste vegetale, a căror vechime datează de 300-400 de mii de ani, și ADN-ul de la bacterii datând de 400-600 de mii de ani. .
Printre studiile privind ADN-ul „mai tânăr”, este de remarcat decodificarea genomului tulpinii virusului gripal care a provocat celebra epidemie de „gripă spaniolă” în 1918 și genomul tulpinii bacteriei ciumei care a devastat Europa în secolul al XIV-lea; în ambele cazuri, materialele pentru analiză au fost izolate din rămășițele îngropate ale celor care au murit din cauza bolii.
Neuroproteze – umane sau cyborg?
Aceste realizări aparțin mai degrabă ingineriei decât gândirii biologice, dar acest lucru nu le face să pară mai puțin fantastice.
În general, cel mai simplu tip de neuroproteză - un aparat auditiv electronic - a fost inventat cu mai bine de jumătate de secol în urmă. Microfonul acestui dispozitiv preia sunetul și transmite impulsurile electrice direct nervului auditiv sau trunchiului cerebral - astfel, chiar și pacienții cu structuri complet distruse ale urechii medii și interne pot fi restabiliți auzul.
Dezvoltarea explozivă a microelectronicii în ultimii zece ani a făcut posibilă crearea unor astfel de tipuri de neuroproteze încât este timpul să vorbim despre posibilitatea de a transforma în curând o persoană într-un cyborg. Acesta este un ochi artificial, care funcționează pe același principiu ca un dispozitiv auditiv; și supresoare electronice ale impulsurilor dureroase prin măduva spinării; și membre artificiale automate, capabile nu numai să primească impulsuri de control de la creier și să efectueze acțiuni, ci și să transmită senzații înapoi către creier; și stimulatoare electromagnetice ale zonelor cerebrale afectate de boala Parkinson.
Astăzi, cercetările sunt deja în desfășurare cu privire la posibilitatea integrării diferitelor părți ale creierului cu cipuri de computer pentru a se îmbunătăți abilități mentale. Deși această idee este departe de a fi pe deplin realizată, clipurile video care arată oameni cu mâini artificiale folosind cu încredere un cuțit și furculiță și jucând la fotbal la fotbal sunt uimitoare.
Optica neliniară în microscopie – văzând invizibilul
De la un curs de fizică, studenții înțeleg ferm conceptul de limită de difracție: cu cel mai bun microscop optic este imposibil să vezi un obiect ale cărui dimensiuni sunt mai mici de jumătate din lungimea de undă împărțită la indicele de refracție al mediului. La o lungime de undă de 400 nm (regiunea violetă a spectrului vizibil) și un indice de refracție de aproximativ unitate (precum aerul), obiectele mai mici de 200 nm nu se pot distinge. Și anume, această gamă de dimensiuni include, de exemplu, viruși și multe structuri intracelulare interesante.
Prin urmare, în ultimii ani, metodele de optică neliniară și fluorescentă, pentru care conceptul de limită de difracție nu este aplicabil, au primit o dezvoltare pe scară largă în microscopia biologică. În zilele noastre, folosind astfel de metode este posibil să se studieze în detaliu structura internă celule.
Designer proteins - evoluție in vitro
Ca și în biologia sintetică, vorbim despre crearea a ceva fără precedent în natură, doar că de data aceasta nu organisme noi, ci proteine individuale cu proprietăți neobișnuite. Acest lucru poate fi realizat atât folosind metode îmbunătățite de modelare pe computer, cât și „evoluție in vitro” - de exemplu, selecția de proteine artificiale pe suprafața bacteriofagelor special creați în acest scop.
În 2003, oamenii de știință de la Universitatea din Washington, folosind metode de predicție a structurii computerizate, au creat proteina Top7, prima proteină din lume a cărei structură nu are analogi în natura vie. Și pe baza structurilor cunoscute ale așa-numitelor „degete de zinc” - elemente de proteine care recunosc secțiuni de ADN cu secvențe diferite, a fost posibil să se creeze enzime artificiale care scindează ADN-ul în orice locație predeterminată. Astfel de enzime sunt acum utilizate pe scară largă ca instrumente pentru manipularea genomului: de exemplu, pot fi folosite pentru a elimina o genă defecte din genomul unei celule umane și a forța celula să o înlocuiască cu o copie normală.
Medicină personalizată – obținerea de pașapoarte genetice
Ideea că diferiți oameni se îmbolnăvesc și ar trebui tratați diferit este departe de a fi nouă. Chiar dacă uităm de sex, vârstă și stil de viață diferit și nu ținem cont de bolile ereditare determinate genetic, setul nostru individual de gene poate influența în mod unic atât riscul de a dezvolta multe boli, cât și natura efectului medicamentelor asupra organismului.
Mulți au auzit despre gene, defecte în care cresc riscul de a dezvolta cancer. Un alt exemplu se referă la utilizarea contraceptivelor hormonale: dacă o femeie poartă gena Leiden pentru factorul V (una dintre proteinele sistemului de coagulare a sângelui), ceea ce nu este neobișnuit pentru europeni, riscul ei de tromboză crește brusc, deoarece atât hormonii, cât și acest lucru. varianta genei cresc coagularea sângelui.
Odată cu dezvoltarea tehnicilor de secvențiere a ADN-ului, a devenit posibilă compilarea hărților individuale de sănătate genetică: este posibil să se determine care variante cunoscute de gene asociate cu boală sau răspuns la medicamente sunt prezente în genomul unei anumite persoane. Pe baza unei astfel de analize se pot face recomandări cu privire la dieta cea mai adecvată, examinările preventive necesare și măsurile de precauție la utilizarea anumitor medicamente.
MicroARN - despre ce a tăcut genomul
În anii 1990. S-a descoperit fenomenul interferenței ARN - capacitatea acizilor dezoxiribonucleici dublu catenar mici de a reduce activitatea genelor datorită degradării ARN-urilor mesager citite din aceștia, pe care sunt sintetizate proteine. S-a dovedit că celulele folosesc în mod activ această cale de reglementare, sintetizând microARN, care sunt apoi tăiați în fragmente de lungimea necesară.
Primul microARN a fost descoperit în 1993, al doilea doar șapte ani mai târziu și ambele studii au folosit un nematod. Caenorhabditis elegans, care servește acum ca unul dintre principalele obiecte experimentale în biologia dezvoltării. Dar apoi descoperirile au plouat ca dintr-o corn abundență.
S-a dovedit că microARN-urile sunt implicate în dezvoltarea embrionului uman și în patogeneza cancerului, bolilor cardiovasculare și nervoase. Și când a devenit posibil să se citească simultan secvențele tuturor ARN-urilor dintr-o celulă umană, s-a dovedit că o mare parte a genomului nostru, care anterior era considerat „tăcut” deoarece nu conținea gene care codifică proteine, servește de fapt ca un șablon pentru citirea microARN-urilor și a altor ARN-uri necodante.
D. b.
n. D. O. Zharkov (Institutul de Chimie
biologie și medicină fundamentală
SB RAS, Novosibirsk) Datorita postului progres tehnic
și dezvoltarea generală evolutivă a umanității, în fiecare an tot mai mulți oameni învață să înțeleagă această lume. Toate științele se dezvoltă. Se dezvoltă datorită noilor descoperiri dintr-o anumită zonă. Iar biologia nu face excepție. Descoperirile moderne în biologie, în special descoperirile din 2014, sunt amintite de noi pentru progresul rapid în studiul florei și faunei biosferei Pământului, precum și pentru invenții tehnice complet noi. Dezvoltarea biologiei, cum stiinta independenta
- despre viață, a început în vremuri străvechi și continuă acum în mai multe direcții. În special, dacă vorbim despre descoperiri mai puțin menționate în biologie (asta nu înseamnă că sunt mai puțin semnificative), aș dori să reamintesc următoarele:
- Dezvoltarea organelor artificiale s-a accelerat și s-a îmbunătățit. Oamenii de știință au învățat să crească mușchii, țesutul hepatic, părul și chiar valvele cardiace funcționale. Multe vieți umane pot depinde de dezvoltarea ulterioară a acestor descoperiri.
Descoperirea de noi specii
Aproape în fiecare zi, din ce în ce mai multe date despre specii de organisme vii necunoscute până acum omenirii sunt adăugate bazelor de date generale ale ADN-ului mondial. În perioada sfârșitului anilor 2013-2014, s-au putut colecta date despre mulți reprezentanți noi ai florei și faunei, dar aici vom aminti doar câțiva dintre ei.
Olinguito
Acesta este un mamifer prădător în felul său aspect seamănă cu o jucărie de pluș inofensivă, așa că descoperirea ei a creat o adevărată senzație în rândul iubitorilor de animale. Animalul a fost descoperit în august 2013, ca urmare a multor ani de cercetări de către zoologul american Christopher Helgen.
Arborele dragonului Kawesak
Ca separat specii biologice acest copac a fost identificat abia anul trecut. De ce acest reprezentant izbitor al florei Thailandei a trecut neobservat timp de mulți ani rămâne încă un mister. Cu toate acestea, specia a fost descoperită recent și, prin urmare, aparține descoperirilor moderne în biologie.
Microb în camere sterile
Numele biologic oficial în latină pentru această specie de organism este Tersicoccus phoenicis. Microbul a fost descoperit la mijlocul anului 2014 în încăperi absolut sterile unde nava spatiala. Din cauza acestor circumstanțe, mulți oameni de știință se tem că Tersicoccus phoenicis ar putea contamina chiar Marte aterizarea pe planeta vecinaîmpreună cu roverele Marte. Tersicoccus phoenicis este o dovadă clară a condițiilor incredibil de dificile în care poate exista viața.
Experimente pe corpul tău. Nebunie sau sacrificiu pentru știință?
De la mijlocul anului 2012, pe paginile World Wide Web au început să apară informații despre descoperirea unui nou hormon. Curând a devenit cunoscut faptul că acest hormon este irisina, care este secretată de mușchii umani în timpul activității fizice intense. Efectul acestui hormon, așa cum a arătat studiul, este determinat asupra țesutului adipos, unde grăsimea „albă” obișnuită, care servește ca sursă de energie, se transformă în grăsime „maro”, care eliberează energie sub formă de căldură. Această transformare a lipidelor din organism, așa cum au susținut mulți oameni de știință, are multe efecte pozitive asupra sănătății umane.
La începutul anului 2014, biologul de la Harvard Bruce Spigelman a decis să testeze irisina pe sine, dovedind în acest fel efectele pozitive ale hormonului asupra conditie fizica persoană. Cu toate acestea, omul de știință a calculat incorect doza și a introdus prea mult hormon în corpul său. Curând, toată grăsimea din corpul lui a devenit maro. Ca urmare a greșelii, corpul lui Spigelman a început să genereze atât de multă căldură încât a trebuit să fie plasat într-o cameră specială cu azot lichid pentru a-și reduce temperatura corpului. El conduce cercetările ulterioare de acolo. Dar tot a dovedit efectul pozitiv al hormonului în dozele potrivite. Potrivit medicilor, Bruce Spigelman este cea mai sănătoasă persoană din lume. Actul său a fost descris în multe articole străine și rusești sub titlul „Descoperiri moderne în biologie”.
Oamenii de știință au găsit o nouă specie de mamifer - Olinguito - video
Secțiunea 1. Biologie - știința vieții.
Plan
Tema 1. Biologia ca știință, realizările ei, metodele de cercetare, legăturile cu alte științe. Rolul biologiei în viața umană și activitățile practice.
Tema 2. Semne și proprietăți ale viețuitoarelor: structura celulară, caracteristicile compoziției chimice, metabolismul și conversia energiei, homeostazia, iritabilitatea, reproducerea, dezvoltarea
Tema 3. Principalele niveluri de organizare a naturii vii: celular, organism, populație-specie, biogeocenotic
Biologia ca știință, realizările ei, metodele de cunoaștere a naturii vii. Rolul biologiei în formarea imaginii moderne de științe naturale a lumii.
Biologia ca știință.
Biologie(din greaca bios- viata, logo- cuvânt, știință) este un complex de științe despre natura vie.
Subiectul biologiei îl reprezintă toate manifestările vieții: structura și funcțiile ființelor vii, diversitatea, originea și dezvoltarea lor, precum și interacțiunea cu mediul. Sarcina principală a biologiei ca știință este de a interpreta toate fenomenele naturii vii pe o bază științifică, ținând cont de faptul că întregul organism are proprietăți care sunt fundamental diferite de componentele sale.
Termenul „biologie” se găsește în lucrările anatomiștilor germani T. Roose (1779) și K.-F. Burdach (1800), dar abia în 1802 a fost folosit pentru prima dată independent de J.-B. Lamarck și G.-R. Treviranus pentru a desemna știința care studiază organismele vii.
Științe biologice.
În prezent, biologia include o serie intreagaştiinţe care pot fi sistematizate după următoarele criterii: prin subiectși predominant metode cercetare şi asupra subiectului studiat nivelul de organizare al naturii vii. În funcție de subiectul de studiu, științele biologice sunt împărțite în bacteriologie, botanică, virologie, zoologie și micologie.
Botanică este o știință biologică care studiază în mod cuprinzător plantele și acoperirea vegetală a Pământului. Zoologie- o ramură a biologiei, știința diversității, structurii, activității vieții, distribuției și relației animalelor cu mediul lor, originea și dezvoltarea lor. Bacteriologie- stiinta biologica care studiaza structura si activitatea bacteriilor, precum si rolul acestora in natura. Virologie- stiinta biologica care studiaza virusurile. Obiectul principal micologie sunt ciupercile, structura lor și caracteristicile vieții. Lichenologie- stiinta biologica care studiaza lichenii. Bacteriologia, virologia și unele aspecte ale micologiei sunt adesea discutate ca parte microbiologie- secțiunea de biologie, știința microorganismelor (bacterii, viruși și ciuperci microscopice). Taxonomie, sau taxonomie,- știința biologică care descrie și clasifică în grupuri toate creaturile vii și dispărute.
La rândul lor, fiecare dintre științele biologice enumerate este împărțită în biochimie, morfologie, anatomie, fiziologie, embriologie, genetică și sistematică (plante, animale sau microorganisme). Biochimie este știința compozitia chimica materie vie, procese chimice care au loc în organismele vii și care stau la baza activității lor de viață. Morfologie- știința biologică care studiază forma și structura organismelor, precum și tiparele dezvoltării lor. Într-un sens larg, include citologie, anatomie, histologie și embriologie. Distingeți morfologia animalelor și a plantelor. Anatomie este o ramură a biologiei (mai precis, morfologie), o știință care studiază structura și forma internă a organelor, sistemelor individuale și a organismului în ansamblu. Anatomia plantelor este considerată ca parte a botanicii, anatomia animală este considerată parte a zoologiei, iar anatomia umană este o știință separată. Fiziologie- știința biologică care studiază procesele de viață ale organismelor vegetale și animale, sistemele lor individuale, organele, țesuturile și celulele. Există o fiziologie a plantelor, animalelor și oamenilor. Embriologie (biologia dezvoltării)- o ramură a biologiei, știința dezvoltării individuale a unui organism, inclusiv dezvoltarea embrionului.
Obiect genetica sunt legile eredității și variabilității. În prezent, este una dintre cele mai dinamice științe biologice în curs de dezvoltare.
După nivelul de organizare a naturii vii studiate, se disting biologia moleculară, citologia, histologia, organologia, biologia organismelor și sistemele superorganismelor. Biologie moleculară este una dintre cele mai tinere ramuri ale biologiei, o știință care studiază, în special, organizarea informațiilor ereditare și biosinteza proteinelor. Citologie, sau biologie celulară,- știința biologică, al cărei obiect de studiu îl constituie celulele organismelor atât unicelulare, cât și pluricelulare. Histologie- știința biologică, ramură a morfologiei, al cărei obiect este structura țesuturilor plantelor și animalelor. Spre sferă organologie includ morfologia, anatomia și fiziologia diferitelor organe și sistemele acestora.
Biologia organismelor include toate științele care se ocupă de organismele vii, de ex. etologie- știința comportamentului organismelor.
Biologia sistemelor supraorganistice este împărțită în biogeografie și ecologie. Studiază distribuția organismelor vii biogeografie,în timp ce ecologie- organizarea si functionarea sistemelor supraorganiste la diferite niveluri: populatii, biocenoze (comunitati), biogeocenoze (ecosisteme) si biosfera.
În funcție de metodele de cercetare predominante, putem distinge biologie descriptivă (de exemplu, morfologie), experimentală (de exemplu, fiziologie) și biologie teoretică.
Identificarea și explicarea tiparelor de structură, funcționare și dezvoltare a naturii vii la diferite niveluri ale organizării sale este o sarcină. biologie generală. Include biochimie, biologie moleculară, citologie, embriologie, genetică, ecologie, știință evolutivă și antropologie. Doctrina evoluționistă studiază cauzele, forțele motrice, mecanismele și tipare generale evolutia organismelor vii. Una dintre secțiunile sale este paleontologie- o știință al cărei subiect sunt resturile fosile ale organismelor vii. Antropologie- o secțiune de biologie generală, știința originii și dezvoltării oamenilor ca specie biologică, precum și diversitatea populațiilor umane moderne și modelele interacțiunii lor.
Aspectele aplicate ale biologiei sunt incluse în domeniul biotehnologiei, al reproducerii și al altor științe în curs de dezvoltare. Biotehnologie este știința biologică care studiază utilizarea organismelor vii și a proceselor biologice în producție. Este utilizat pe scară largă în industria alimentară (coacere, brânzeturi, bere etc.) și farmaceutică (producție de antibiotice, vitamine), pentru purificarea apei etc. Selecţie- știința metodelor de creare a raselor de animale domestice, a soiurilor de plante cultivate și a tulpinilor de microorganisme cu proprietăți necesare omului. Selecția este, de asemenea, înțeleasă ca procesul de schimbare a organismelor vii, realizat de oameni pentru nevoile lor.
Progresul biologiei este strâns legat de succesele altor științe naturale și exacte, cum ar fi fizica, chimia, matematica, informatica etc. De exemplu, microscopia, ultrasunetele (ultrasunele), tomografia și alte metode de biologie se bazează pe fizice. legile, iar studiul structurii moleculelor și proceselor biologice care au loc în sistemele vii ar fi imposibil fără utilizarea metodelor chimice și fizice. Utilizarea metodelor matematice face posibilă, pe de o parte, identificarea prezenței unei conexiuni naturale între obiecte sau fenomene, confirmarea fiabilității rezultatelor obținute și, pe de altă parte, modelarea unui fenomen sau proces. Recent, metodele computerizate, precum modelarea, au devenit din ce în ce mai importante în biologie. La intersecția dintre biologie și alte științe, au apărut o serie de științe noi, cum ar fi biofizica, biochimia, bionica etc.
