Xenoboty – powstały pierwsze żywe roboty. Tak science-fiction stało się rzeczywistością
dodany przez
KopalniaWiedzy.pl, w Technologia
-
Podobna zawartość
-
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie organizmy żywe wykorzystują metale w czasie podstawowych funkcji życiowych, od oddychania po transkrypcję DNA. Już najwcześniejsze organizmy jednokomórkowe korzystały z metali, a metale znajdziemy w niemal połowie enzymów. Często są to metale przejściowe. Naukowcy z University of Michigan, California Institute of Technology oraz University of California, Los Angeles, twierdzą, że żelazo było tym metalem przejściowym, który umożliwił powstanie życia.
Wysunęliśmy radykalną hipotezę – żelazo było pierwszym i jedynym metalem przejściowym wykorzystywanym przez organizmy żywe. Naszym zdaniem życie oparło się na tych metalach, z którymi mogło wchodzić w interakcje. Obfitość żelaza w pierwotnych oceanach sprawiła, że inne metale przejściowe były praktycznie niewidoczne dla życia, mówi Jena Johnson z University of Michigan.
Johnson połączyła siły z profesor Joan valentine z UCLA i Tedem Presentem z Caltechu. Profesor Valentine od dawna bada, jakie metale wchodziły w skład enzymów u wczesnych form życia, umożliwiając im przeprowadzanie niezbędnych procesów życiowych. Od innych badaczy wielokrotnie słyszała, że przez połowę historii Ziemi oceany były pełne żelaza. W mojej specjalizacji, biochemii i biochemii nieorganicznej, w medycynie i w procesach życiowych, żelazo jest pierwiastkiem śladowym. Gdy oni mi powiedzieli, że kiedyś nie było pierwiastkiem śladowym, dało mi to do myślenia, mówi uczona.
Naukowcy postanowili więc sprawdzić, jak ta obfitość żelaza w przeszłości mogła wpłynąć na rozwój życia. Ted Present stworzył model, który pozwolił na sprecyzowanie szacunków dotyczących koncentracji różnych metali w ziemskich oceanach w czasach, gdy rozpoczynało się życie. Najbardziej dramatyczną zmianą, jaka zaszła podczas katastrofy tlenowej, nie była zmiana koncentracji innych metali, a gwałtowny spadek koncentracji żelaza rozpuszczonego w wodzie. Nikt dotychczas nie badał dokładnie, jaki miało to wpływ na życie, stwierdza uczona.
Badacze postanowili więc sprawdzić, jak przed katastrofą tlenową biomolekuły mogły korzystać z metali. Okazało się, że żelazo spełniało właściwie każdą niezbędną rolę. Ich zdaniem zdaniem, ewolucja może korzystać na interakcjach pomiędzy jonami metali a związkami organicznymi tylko wówczas, gdy do interakcji takich dochodzi odpowiednio często. Obliczyli maksymalną koncentrację jonów metali w dawnym oceanie i stwierdzili, że ilość jonów innych biologiczne istotnych metali była o całe rzędy wielkości mniejsza nią ilość jonów żelaza. I o ile interakcje z innymi metalami w pewnych okolicznościach mogły zapewniać ewolucyjne korzyści, to - ich zdaniem - prymitywne organizmy mogły korzystać wyłącznie z Fe(II) w celu zapewnienia sobie niezbędnych funkcji spełnianych przez metale przejściowe.
Valentine i Johnson chciały sprawdzić, czy żelazo może spełniać w organizmach żywych te funkcje, które obecnie spełniają inne metale. W tym celu przejrzały literaturę specjalistyczną i stwierdziły, że o ile obecnie życie korzysta z innych metali przejściowych, jak cynk, to nie jest to jedyny metal, który może zostać do tych funkcji wykorzystany. Przykład cynku i żelaza jest naprawdę znaczący, gdyż obecnie cynk jest niezbędny do istnienia życia. Pomysł życia bez cynku był dla mnie trudny do przyjęcia do czasu, aż przekopałyśmy się przez literaturę i zdałyśmy sobie sprawę, że gdy nie ma tlenu, który utleniłby Fe(II) do Fe(III) żelazo często lepiej spełnia swoją rolę w enzymach niż cynk, mówi Valentine. Dopiero po katastrofie tlenowej, gdy żelazo zostało utlenione i nie było tak łatwo biologicznie dostępne, życie musiało znaleźć inne metale, które wykorzystało w enzymach.
Zdaniem badaczy, życie w sytuacji powszechnej dostępności żelaza korzystało wyłącznie z niego, nie pojawiła się potrzeba ewolucji w kierunku korzystania w innych metali. Dopiero katastrofa tlenowa, która dramatycznie ograniczyła ilość dostępnego żelaza, wymusiła ewolucję. Organizmy żywe, by przetrwać, musiały zacząć korzystać z innych metali. Dzięki temu pojawiły się nowe funkcje, które doprowadziły do znanej nam dzisiaj różnorodności organizmów żywych.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Wszystkie wyżej zorganizowane formy życia, od roślin i grzybów, po ludzi i zwierzęta, są eukariontami, organizmami zbudowanymi z komórek posiadających jądro komórkowe. To odróżnia je od prokariontów nie posiadających jądra komórkowego. Pochodzenie eukariontów to jedna z największych zagadek biologii.
Według dominującej obecnie hipotezy w pewnym momencie doszło do połączenia dwóch prokariontów, archeona z nadtypu Asgard i bakterii. Bakteria utworzyła mitochondrium. W ten sposób powstał przodek eukariontów, który miał do dyspozycji na tyle dużo energii, że mógł rozwinąć się w złożoną komórkę, jaką znamy dzisiaj. Jedną z cech definiujących takie złożone komórki eukariotyczne jest ich zdolność do endocytozy, czyli pochłaniania innych komórek.
Prokarionty nie są w stanie pochłaniać innych komórek. Nie mają wystarczająco dużo energii, by przeprowadzić ten proces. A przynajmniej tak do niedawna uważano. Naukowcy z Uniwersytetu w Jenie poinformowali właśnie o potwierdzeniu „niemożliwego” – prokariotycznej bakterii, zdolnej do pożerania innych komórek.
Profesor Christian Jogler i jego zespół od ponad 10 lat prowadzą badania mające wyjaśnić powstanie eukariontów. Skupili się na prokariotycznych bakteriach Planctomycetes. To unikatowe organizmy, które ze względu na niezwykłą biologię komórek są uznawane przez niektórych za możliwych przodków eukariontów. Pomysł, że doszło do fuzji dwóch różnych prokariontów w jednego eukarionta nie przekonuje mnie z punktu widzenia biologii komórki. Nikt nigdy czegoś takiego nie zaobserwował, a taka hybryda prawdopodobnie nie mogłaby przetrwać ze względu na różne struktury błony komórkowej i układy molekularne, mówi profesor Jogler.
W 2014 roku jego zespół znalazł w Morzu Bałtyckim nieznane wcześniej Planctomycetes. Te bakterie zmieniają kształt, potrafią „chodzić” po powierzchni, wyjaśnia uczony. Mają unikatową budowę jak na prokarionty. Ich istnienie wzmocniło hipotezę, że komórki eukariotyczne mogły powstać z Planctomycetes. W 2019 roku profesor Takashi Shiratori i jego zespół z Uniwersytetu w Tsukubie donieśli, że zaobserwowali u Planctomycetes proces pochłaniania innych komórek podobny do endocytozy. Wydawało się więc, że pogląd, jakoby prokarionty nie były zdolne do endocytozy, został obalony.
Szczerze mówiąc, nie wierzyłem doktorowi Shiratoriemu, przyznaje Jogler. Niemieccy uczeni postanowili podważyć wyniki Japończyków. Po roku intensywnych badań stwierdzili jednak, że Shiratori i jego zespół mieli rację. W opublikowanym właśnie artykule badacze z Jeny nie tylko potwierdzili spostrzeżenia uczonych z Tsukuby, ale poinformowali też, że odkryte przez nich w Morzu Północnym bakterie Uabimicrobium helgolandensis również żywią się innymi bakteriami. A po analizach genetycznych tych bakterii Niemcy doszli do wniosku, że drapieżne Planctomycetes są pomostem pomiędzy prokariontami i eukariontami. Ich zdaniem odegrały one znaczącą rolę w pojawieniu się eukariontów, a może nawet i pojawieniu się życia.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
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 -
przez KopalniaWiedzy.pl
Uczestnicy słynnego eksperymentu Milgrama tak bardzo ulegali autorytetowi prowadzącego, że byli w stanie na jego polecenie zadawać silny ból innemu człowiekowi. Takie bezwzględne bezrefleksyjne posłuszeństwo może prowadzić do zbrodni. Naukowcy z Uniwersytetu SWPS powtórzyli eksperyment Milgrama, ale prowadzącym był robot. Okazało się, że ludzie są skłonni podporządkować się poleceniom robota i na jego rozkaz krzywdzić innych.
W latach 60. XX wieku amerykański psycholog Stanley Milgram, zastanawiając się nad przyczynami, dla których ludzie w czasie II wojny światowej wykonywali zbrodnicze rozkazy, przeprowadził eksperyment, którego celem było wykazanie, na ile H. sapiens ma skłonność do ulegania autorytetom. Osobom, które brały udział w eksperymencie powiedziano, że jego celem jest zbadanie wpływu kar na skuteczność uczenia się. W eksperymencie brał udział uczestnik-nauczyciel oraz uczeń. Eksperymentator zaś kazał nauczycielowi karać ucznia aplikując mu coraz silniejszy wstrząs elektryczny. Uczeń, którym była podstawiona osoba, w rzeczywistości nie był rażonym prądem (ale uczestnik-nauczyciel o tym nie wiedział), jednak w odpowiedzi na rzekomo podawane napięcie elektryczne, krzyczał z bólu. Eksperyment wykazał, że aż 62% uczestników – ulegając autorytetowi eksperymentatora – nacisnęło w końcu na generatorze przycisk 450 V, czyli najwyższy.
Naukowcy z Uniwersytetu SWPS postanowili sprawdzić, czy ludzie będą równie posłuszni robotowi, jak innemu człowiekowi. Przeniesienie różnych funkcji nadzoru i podejmowania decyzji na robota budzi jednak szczególnie silne emocje, ponieważ wiąże się z różnymi zagrożeniami etycznymi i moralnymi. Pojawia się pytanie, czy wspomniane wyżej posłuszeństwo wykazywane przez badanych zgodnie z paradygmatem Milgrama nadal występowałoby, gdyby to robot (zamiast człowieka, tj. profesora uczelni) kazał uczestnikom zadać elektrowstrząsy innej osobie? Celem naszego badania było udzielenie odpowiedzi na to pytanie, mówi doktor Konrad Maj.
Doktor Maj we współpracy z profesorem Dariuszem Dolińskim i doktorem Tomaszem Grzybem, powtórzył eksperyment Milgrama, ale w roli eksperymentatora osadzono robota. W grupie kontrolnej eksperymentatorem był człowiek. W badaniach wzięli udział uczestnicy, którzy nie wiedzieli, na czym polegał eksperyment Milgrama. Okazało się, że ludzie ulegają też autorytetowi robota i na jego polecenie są skłonni krzywdzić innych ludzi. Co więcej, zarejestrowano bardzo wysoki poziom posłuszeństwa. Aż 90% uczestników w obu grupach – badanej i kontrolnej – nacisnęło wszystkie przyciski na generatorze, dochodząc do wartości 150 V. Od kilku dekad z powodów etycznych te 150 V przyjmuje się za górną wartość przy eksperymencie Milgrama.
O ile nam wiadomo, to pierwsze badanie, które pokazuje, że ludzie są skłonni szkodzić innemu człowiekowi, gdy robot nakazuje im to zrobić. Co więcej, nasz eksperyment pokazał również, że jeśli robot eskaluje żądania, instruując człowieka, aby zadawał coraz większy ból innemu człowiekowi, ludzie też są skłonni to zrobić, dodaje doktor Maj.
Już wcześniejsze badania wykazały, że ludzie tak mocno uznają autorytet robota, że podążają za jego poleceniami, nawet gdy nie mają one sensu. Tak było np. podczas eksperymentu, w czasie którego osoby ewakuowane z – symulowanego – pożaru, podążały za poleceniami robota, mimo że wskazał im on drogę ewakuacji przez ciemne pomieszczenie bez widocznego wyjścia.
« powrót do artykułu -
przez KopalniaWiedzy.pl
Oliwia Raniszewska ze Świecia znalazła się gronie 50 najlepszych uczniów na świecie. Świeżo upieczona maturzystka i przyszła studentka Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego trafiła do finału konkursu Global Student Prize. Jest on organizowany przez Varkey Foundation, a biorą w nim udział uczniowie i studenci, którzy angażują się w inicjatywy społeczne, badawcze oraz rozpoczynają karierę naukową.
Oliwia od dziecka interesuje się biologią. „Winnymi” jej pasji są w dużej mierze rodzice, z którymi od najmłodszych lat jeździła w Tatry. Dzięki styczności z naturą w coraz większym stopniu interesowała ją przyroda. Gdy w szkole podstawowej zaczęły się zajęcia o człowieku, zauważyłam, że najbardziej interesuje mnie część medyczna, stwierdziła Oliwia. W liceum mogłam się rozwinąć w dużo szerszym stopniu, zaczęłam brać udział w różnych programach, inicjować własne projekty i tak się rozwijała moja medyczna pasja.
Podczas nauki w Uniwersyteckim LO w Toruniu brała udział w Olimpiadzie Wiedzy Ekologicznej, Programie Adamed StartUp czy Konkursie Naukowym Explory. W ramach Explory w 2020 roku wraz ze swoim zespołem stworzyła Aquacollector, urządzenie do zbierania z wody syntetycznych zanieczyszczeń, w tym mikroplastiku. Zdobyło ono uznanie i 3. miejsce w konkursie.
Rok później Oliwia wraz z kolegami z liceum, Wiktorią Sadowską i Bogdanem Jabłońskim, opracowali urządzenie o nazwie Skin Preventer, służące do wspomagania diagnostyki zmian skórnych. To proste i tanie urządzenie wykorzystuje system maszynowego uczenia się oparty na sieciach neuronowych. Wynalazek został w ubiegłym roku zakwalifikowany do ogólnopolskiego etapu Olimpiady Innowacji Technicznych i Wynalazczości. W bieżącym zaś roku zakwalifikowano go do Konkursu Naukowego Explory, którego finał będzie miał miejsce w październiku.
Obecnie trwają prace nad udoskonaleniem urządzenia. Niedawno Oliwia, Wiktora i Bogdan przez podpatrywali pracę dermatologów z Gdańskiego Uniwersytetu Medycznego i chodzili na zajęcia wraz ze studentami. Założyli też zrzutkę na rozwój projektu. Zbudowali też prototyp swojego urządzenia. W przyszłości chcą opatentować i skomercjalizować swój wynalazek, zdają sobie jednak sprawę, że w przypadku urządzeń medycznych jest to długa i skomplikowana droga. Oliwia rozpoczyna wraz z wolontariuszami akcję społeczną, której celem jest uświadamianie odnośnie profilaktyki zmian skórnych i zasad zdrowego korzystania ze słońca.
W październiku Oliwa rozpocznie studia na Uniwersytecie Medycznym w Gdańsku. Jeszcze nie zdecydowała o specjalizacji. Myśli o dermatologii, psychiatrii lub ewentualnie pediatrii. Na pewno chce zostać lekarzem i łączyć ten zawód z pracą naukową.
« powrót do artykułu
-
-
Ostatnio przeglądający 0 użytkowników
Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.