Znajdź zawartość

Jedno z ważnych pytań o początki życia brzmi: w jaki sposób cząstki RNA swobodnie przemieszczające się w pierwotnej zupie zostały opakowane w chronione błoną komórki. Odpowiedź na to pytanie zaproponowali właśnie na łamach Science Advances inżynierowie i chemicy z Uniwersytetów w Chicago i w Houston oraz Jack Szostak, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny. W swoim artykule pokazują, jak przed 3,8 miliardami lat krople deszczu mogły ochronić pierwsze protokomórki i umożliwić powstanie złożonych organizmów żywych. Uczeni przyjrzeli się koacerwatom, dużym grupom cząstek, samoistnie tworzącym się w układach koloidalnych (niejednorodnych mieszaninach). Zachowanie koacerwatów można porównać do zachowania kropli oleju w wodzie. Już dawno pojawiła się hipoteza, że nie posiadające błon mikrokrople koacerwatów mogły być modelowymi protokomórkami, gdyż mogą rosnąć, dzielić się i gromadzić wewnątrz RNA. Jednak błyskawiczna wymiana RNA pomiędzy koacerwatami, ich szybkie łączenie się, zachodzące w ciągu minut oznaczają, że poszczególne krople nie są w stanie utrzymać swojej odrębności genetycznej. To zaś oznacza, że ewolucja darwinowska nie jest możliwa, a populacja takich protokomórek byłaby narażona na błyskawiczne załamanie w wyniku rozprzestrzeniania się pasożytniczego RNA, czytamy w artykule. Innymi słowy każda kropla, która zawierałaby mutację potencjalnie użyteczną na drodze do powstania życia, błyskawicznie wymieniałaby swoje RNA z innymi RNA, nie posiadającymi takich pożytecznych mutacji. W bardzo szybkim tempie wszystkie krople stałyby się takie same. Nie byłoby różnicowania, konkurencji, a zatem nie byłoby ewolucji i nie mogłoby powstać życie. Jeśli dochodzi do ciągłej wymiany molekuł czy to między kroplami czy między komórkami i po krótkim czasie wszystkie one wyglądają tak samo, to nie pojawi się ewolucja. Będziemy mieli grupę klonów, wyjaśnia Aman Agrawal z Pritzker School of Molecular Engineering na University of Chicago. Nauka od dawna zastanawia się, co było pierwszą molekułą biologiczną. To problem kury i jajka. DNA koduje informacje, ale nie przeprowadza żadnych działań. Białka przeprowadzają działania, ale nie przenoszą informacji. Badacze tacy jak Szostak wysunęli hipotezę, że pierwsze było RNA. To molekuła jak DNA, zdolna do kodowania informacji, ale zawija się jak białko. RNA było więc kandydatem na pierwszy materiał biologiczny, a koacerwaty kandydatami na pierwsze protokomórki. Wszystko wydawało się dobrze układać, aż w 2014 roku Szostak opublikował artykuł, w którym informował, że wymiana materiału pomiędzy kroplami koacerwatów zachodzi zbyt szybko. Możesz stworzyć różnego rodzaju krople koacerwatów, ale nie zachowają one swojej unikatowej odrębności. Zbyt szybko będą wymieniały RNA. To był problem z którym przez długi czas nie potrafiono sobie poradzić, mówi Szostak. W naszym ostatnim artykule wykazaliśmy, że problem ten można przynajmniej częściowo przezwyciężyć, jeśli koacerwaty zamkniemy w wodzie destylowanej – na przykład wodzie deszczowej czy jakiejś innej słodkiej wodzie. W kroplach takich pojawia się rodzaj wytrzymałej błony, która ogranicza wymianę zawartości, dodaje uczony. Na trop tego zjawiska naukowcy wpadli, gdy Aman Agrawal był na studiach doktoranckich. Badał zachowanie koacerwatów poddanych działaniu pola elektrycznego w destylowanej wodzie. Jego badania nie miały nic wspólnego z początkami życia. Interesował go fascynujący materiał z inżynieryjnego punktu widzenia. Manipulował napięciem powierzchniowym, wymianą soli, molekuł itp. Chciał w swojej pracy doktorskiej badać podstawowe właściwości koacerwatów. Pewnego dnia Agrawal jadł obiad z promotorem swojej pracy magisterskiej, profesorem Alamgirem Karimem oraz jego starym znajomym, jednym ze światowych ekspertów inżynierii molekularnej, Matthew Tirrellem. Tirrell zaczął się zastanawiać, jak badania Agrawala nad wpływem wody destylowanej na koacerwaty mogą się mieć do początków życia na Ziemi. Zadał swoim rozmówcom pytanie, czy 3,8 miliarda lat temu na naszej planecie mogła istnieć woda destylowana. Spontanicznie odpowiedziałem „deszczówka”! Oczy mu się zaświeciły i od razu było widać, że jest podekscytowany tym pomysłem. Tak połączyły się nasze pomysły, wspomina profesor Karim. Tirrell skontaktował Agrawla z Szostakiem, który niedawno rozpoczął na Uniwersytecie Chicagowskim nowy projekt badawczy, nazwany z czasem Origins of Life Initiative. Profesor Tirrel zadał Szostakowi pytanie: Jak sądzisz, skąd na Ziemi przed powstaniem życia mogła wziąć się woda destylowana. I Jack odpowiedział dokładnie to, co już usłyszałem. Że z deszczu. Szostak dostarczył Agrawalowi próbki DNA do badań, a ten odkrył, że dzięki wodzie destylowanej transfer RNA pomiędzy kroplami koacerwatów znacząco się wydłużył, z minut do dni. To wystarczająco długo, że mogło dochodzić do mutacji, konkurencji i ewolucji. Gdy mamy populację niestabilnych protokomórek, będą wymieniały materiał genetyczny i staną się klonami. Nie ma tutaj miejsca na ewolucję w rozumieniu Darwina. Jeśli jednak ustabilizujemy te protokomórki tak, by przechowywały swoją unikatową informację wystarczająco długo, co najmniej przez kilka dni, może dojść do mutacji i cała populacja będzie ewoluowała, stwierdza Agrawal. Początkowo Agrawal prowadził swoje badania z komercyjnie dostępną laboratoryjną wodą destylowaną. Jest ona wolna od zanieczyszczeń, ma neutralne pH. Jest bardzo odległa od tego, co występuje w naturze. Dlatego recenzenci pisma naukowego, do którego miał trafić artykuł, zapytali Agrawala, co się stanie, jeśli woda będzie miała odczyn kwasowy, będzie bardziej podobna do tego, co w naturze. Naukowcy zebrali więc w Houston deszczówkę i zaczęli z nią eksperymentować. Gdy porównali wyniki badań z wykorzystaniem naturalnej deszczówki oraz wody destylowanej laboratoryjnie, okazało się, że są one identyczne. W obu rodzajach wody panowały warunki, które pozwalałyby na ewolucję RNA wewnątrz koacerwatów. Oczywiście skład chemiczny deszczu, który pada obecnie w Houston, jest inny, niż deszczu, który padał na Ziemi przed 3,8 miliardami lat. To samo zresztą można powiedzieć o modelowych protokomórkach. Autorzy badań dowiedli jedynie, że taki scenariusz rozwoju życia jest możliwy, ale nie, że miał miejsce. Molekuły, których użyliśmy do stworzenia naszych protokomórek to tylko modele do czasu, aż znajdziemy bardziej odpowiednie molekuły. Środowisko chemiczne mogło się nieco różnić, ale zjawiska fizyczne były takie same, mówi Agrawal. « powrót do artykułu

Po raz pierwszy udokumentowano, że podczas deszczu koale zlizują wodę spływającą po pniu drzewa. Choć są zwierzętami ikonami, nadal mają swoje tajemnice. Zastanawiano się, na przykład, skąd biorą wodę; czy pozyskują ją w całości z pożywienia, czy też co pewien czas schodzą z drzewa, żeby się napić. W artykule opublikowanym w piśmie Ethology opisano, jak Phascolarctos cinereus spijają wodę spływającą po gładkich pniach drzew podczas lub krótko po deszczu. Przez długi czas myśleliśmy, że koale nie muszą zbyt dużo pić, bo większość potrzebnej do przeżycia wody zdobywają z liśćmi eukaliptusa. Teraz jednak zauważyliśmy, że zlizują wodę z pni. To zdecydowanie zmienia nasz ogląd sytuacji - opowiada dr Valentina Mella z Uniwersytetu w Sydney. Potrzebne są dalsze badania, które pokażą, kiedy i dlaczego koale z różnych regionów potrzebują dostępu do wolnej wody - takiej, która nie występuje w liściach, ale jako ciecz, czyli np. w postaci deszczówki czy wody w rzece lub bajorku - i w których populacjach konieczna byłaby suplementacja. Ten typ zachowania - zlizywanie wody z pni - oznacza, że koale muszą doświadczać regularnych opadów i że [w dobie zmiany klimatu] mogą mieć problemy [...] - podkreśla dr Mella. Wiemy, że drzewa zaspokajają wszystkie podstawowe potrzeby koali - zapewniają im jedzenie, schronienie i pozwalają odpocząć. To badanie pokazuje, że dzięki drzewom P. cinereus mają również dostęp do wolnej wody. [Jak widać], drzewa są konieczne dla ochrony tego gatunku. Każdego dnia koale zjadają ok. 510 g świeżych liści eukaliptusa. Zawarta w nich wilgoć miała odpowiadać ~3/4 dziennego spożycia wody (zarówno latem, jak i zimą). Koale przystosowały się do australijskiego klimatu; chodzi m.in. o zdolność do zagęszczania moczu, a także o ograniczoną utratę wody podczas oddychania i przez skórę (w porównaniu do innych ssaków zbliżonej wielkości). W niewoli obserwowano pijące koale, ale zachowanie to uznawano za nietypowe i przypisywano ciężkiemu stresowi cieplnemu albo chorobie. Ludzie opowiadali też o dzikich osobnikach, które latem przy temperaturach przekraczających 40°C piły z wodopojów. Wspomina się też o P. cinereus, które podczas suszy lub po pożarach zbliżały się do ludzi, by uzyskać dostęp do wolnej wody (w butelkach, ogrodach czy basenach). Zachowanie to także uznawano za nietypowe. W ramach najnowszego studium dr Mella polegała na obserwacjach poczynionych przez naukowców amatorów oraz niezależnych ekologów w latach 2006-19 w You Yangs Regional Park w stanie Wiktoria oraz w Liverpool Plains w Nowej Południowej Walii. Zaobserwowano 44 przypadki, kiedy koale zlizywały wodę z pnia w czasie lub bezpośrednio po deszczu w You Yangs Regional Park. Pozostałe 2 przypadki stwierdzono między Gunnedah a Mullaley w Liverpool Plains. W jednym przypadku była to samica z młodym, która piła bez przeszkód przez 15 min, w drugim - dorosły samiec, który spijał wodę w stałym tempie aż przez 34 min. Dotąd przeoczono to zachowanie [...], ponieważ koale są zwierzętami nocnymi, a dodatkowo rzadko obserwowano je podczas ulewnego deszczu. Nasze spostrzeżenia są zapewne tylko ułamkiem wszystkich przypadków picia, jakie normalnie mają miejsce na drzewach podczas opadów. Koale widywano podczas lizania gałęzi i pni w różnych warunkach, także wtedy, gdy woda była dostępna w zbiornikach. To sugeruje, że nie jest to zachowanie będące wynikiem stresu cieplnego i że zapewne wchodzi ono w skład ich naturalnego repertuaru behawioralnego.   « powrót do artykułu

Podczas burz w południowo-zachodnich USA niektóre grzechotniki spijają krople deszczu z łusek na swoim grzbiecie. To niezwykłe zachowanie pomaga im przetrwać w pustynnym środowisku, gdzie rzadko pada. Ostatnio biolodzy ustalili, w jaki sposób nanotekstura łusek węży pomaga w wykorzystaniu własnego ciała do chwytania deszczówki. Autorzy artykułu z pisma ACS Omega podkreślają, że widuje się grzechotniki teksaskie (Crotalus atrox) z Arizony i innych części Amerykańskiego Południowego Zachodu, które wychodzą ze swoich kryjówek, by "łapać" deszcz, śnieg z deszczem i czysty śnieg. Wąż spłaszcza swoje ciało i często tworzy ciasno zwiniętą spiralę; prawdopodobnie, by zmaksymalizować powierzchnię do zbierania opadu. Gdy krople łączą się na grzbiecie, grzechotnik wysysa wodę z łusek. Gordon Schuett, Konrad Rykaczewski i inni postanowili się bliżej przyjrzeć łuskom, by stwierdzić, co sprawia, że grzechotniki tak dobrze radzą sobie z pozyskiwaniem opadu. Naukowcy porównali zwilżalność powierzchni i nanoteksturę łusek grzechotnika teksaskiego i 2 innych pustynnych węży, które nie zbierają deszczówki: Pituophis catenifer i Lampropeltis splendida. Zraszając węże wodą, zespół odkrył, że o ile na ciele grzechotnika krople zlewały się i przywierały do łusek, o tyle u pozostałych 2 gatunków tworzyły płytkie "bajorka", które często spływały z ciała zwierzęcia. Badanie łusek za pomocą skaningowego mikroskopu elektronowego pokazało, że tylko u C. atrox występują nanokanały tworzące sieć przypominającą labirynt. Grzbietowe łuski grzechotnika wspomagają zbieranie wody, zapewniając lepką, hydrofobową powierzchnię, która "przytrzymuje" krople.   « powrót do artykułu

Żaby potrzebują słoni. Okazuje się bowiem, że w wypełnionych deszczówką słoniowych tropach składają one skrzek, z którego później rozwijają się kijanki. Takie zagłębienia w ziemi mogą się utrzymywać nawet przez rok i stanowić czasowy habitat w porze suchej. Tropy słoni mogą też służyć jako "oczka łańcuszka", łączące populacje żab. Badania prowadzono w Htamanthi Wildlife Sanctuary w Mjanmie. Słonie są nazywane inżynierami ekosystemu, ponieważ intensywnie modyfikują otoczenie, zrywając i zgniatając roślinność, roznosząc nasiona i przekształcając duże ilości biomasy roślinnej w odchody. Przerzedzanie koron drzew sprzyja lokalnemu wzrostowi różnorodności gatunków roślin. Odchody są zaś cennym źródłem składników odżywczych dla chrząszczy. Większość badań nad inżynierią ekosystemu skupia się na słoniach afrykańskich i w nieco mniejszym stopniu na słoniach leśnych. O wiele mniej wiadomo o tej funkcji u słoni indyjskich. Tropy słoni tworzą kondominia dla żab. To badanie pokazuje, jak krytyczną i często niespodziewaną rolę odgrywa dzika przyroda danego ekosystemu. Gdy traci się jeden gatunek, można nieświadomie wpłynąć na inne [...] - podsumowuje Steven Platt z Wildlife Conservation Society (WCS). « powrót do artykułu