Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

O kształcie DNA i RNA zdecydowało... promieniowanie kosmiczne?

Recommended Posts

Gdy przypatrzymy się strukturze nici DNA czy RNA zauważymy, że zawsze są one skręcone w prawo. Nigdy w lewo. Z biologicznego czy chemicznego punktu widzenia nie ma żadnego powodu, dla którego we wszystkich formach życia widać taką regułę. Wszystkie znane reakcje chemiczne powodują powstanie molekuł skręconych zarówno w prawo, jak i w lewo. Ta symetria jest czymś powszechnym. Nie ma też żadnego powodu, dla którego skręcone w lewo DNA miałoby być w czymkolwiek gorsze, od tego skręconego w prawo. A jednak nie istnieje lewoskrętne DNA. To tajemnica, która wymaga wyjaśnienia.

Wielu naukowców sądzi, że taka struktura DNA i RNA pojawiła się przez przypadek, że skręcony w prawo genom był może nieco częstszy i w toku ewolucji wyparł ten skręcony w lewo. Naukowcy od ponad 100 lat zastanawiają się nad tym problemem.

Niedawno na łamach Astrophysical Journal Letters ukazała się interesująca teoria, której autorzy twierdzą, że o takim, a nie innym kształcie genomu zadecydował... kosmos. Ich praca wskazuje na wpływ czynnika, który zdecydował o kierunku skręcenia genomu, a którego nie braliśmy dotychczas pod uwagę. Wydaje się to bardzo dobrym wytłumaczeniem, mówi Dimitar Sasselov, astronom z Harvard University i dyrektor Origins of Life Initiative.

Twórcami nowej niezwykle interesującej hipotezy są Noemie Globus, astrofizyk wysokich energii z New York University i Center For Computational Astrophysics na Flatiron Institure oraz Roger Blandford, były dyrektor Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology na Uniwersytecie Stanforda. Oboje spotkali się w 2018 roku i w miarę, jak dyskutowali różne kwestie, zwrócili uwagę, że promieniowanie kosmiczne ma podobną prawostronną preferencję jak DNA. Takie wydarzenia jak rozpad cząstek zwykle nie wykazują preferencji, przebiegają równie często w prawo, jak i w lewo. Jednak rzadkim wyjątkiem od reguły są tutaj piony. Rozpad naładowanych pionów odbywa się według oddziaływań słabych. To jedyne oddziaływanie podstawowe o znanej asymetrii. Gdy piony uderzają w atmosferę, rozpadają się, tworząc cały deszcz cząstek, w tym mionów. Wszystkie miony mają tę samą polaryzację, która powoduje, że z nieco większym prawdopodobieństwem jonizują jądra atomów w genomie skręconym w prawo.

Pierwsze ziemskie organizmy, które prawdopodobnie były czymś niewiele więcej niż nagim materiałem genetycznym, zapewne występowały w dwóch odmianach. Z genomem skręconym w lewo lub w prawo. Globus i Blandford wyliczyli, że w sytuacji promieniowania kosmicznego skręcającego w prawo, cząstki uderzające w ziemię z nieco większym prawdopodobieństwem wybijały elektron z genomu skręconego w prawo niż w lewo. Miliony czy miliardy cząstek promieniowania kosmicznego były potrzebne, by wybić jeden elektron z jednego genomu. Ale ta minimalna przewaga mogła wystarczyć. Wybicie elektronu prowadziło do mutacji. Zatem promieniowanie kosmiczne było dodatkowym czynnikiem wymuszającym ewolucję. Dzięki niemu genom skręcony w prawo rozwijał się nieco szybciej. Z czasem zyskał przewagę konkurencyjną nad genomem skręconym w lewo.

Uczeni nie chcą jednak poprzestać na hipotezie. Pani Globus skontaktowała się z Davidem Deamerem, biologiem i inżynierem z University of California w Santa Cruz. Ten podpowiedział jej, że najprostszym testem, jaki przychodzi mu do głowy, będzie wykorzystanie standardowego testu Amesa. To metoda diagnostyczna sprawdzająca siłę oddziaływania mutagenu na bakterie. Deamer zaproponował, by zamiast poddawać bakterie działaniu związku chemicznego, zacząć je bombardować mionami i sprawdzić, czy wywoła to u nich przyspieszone mutacje.

Jeśli eksperyment się powiedzie i pod wpływem mionów DNA bakterii będzie ulegało szybszym mutacjom, będzie do bardzo silne poparcie dla hipotezy Globus i Blandforda. Nie wyjaśni to jednak, dlaczego w ogóle pojawił się materiał genetyczny skręcony w lewo lub w prawo.

To będzie bardzo trudny element do udowodnienia. Jeśli jednak ta hipoteza zyska potwierdzenie, będziemy mieli jeszcze jeden, niezwykle interesujący, mechanizm ewolucyjny, mówi Jason Dworkin, astrobiolog z Goddard Space Flight Center.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
8 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Z genomem skręconym w lewo lub w prawo. Globus i Blandford wyliczyli, że w sytuacji promieniowania kosmicznego skręcającego w prawo, cząstki uderzające w ziemię z nieco większym prawdopodobieństwem wybijały elektron z genomu skręconego w prawo niż w lewo.

Czy ja to dobrze rozumiem? Czyli w fali materii (tutaj fermionów, konretnie tych pionów, a dalej mionów) promieniowania kosmicznego występuje polaryzacja kołowa prawoskretna i ta polaryzacja jest przyczyną dla której oddziaływanie takiego promieniowania częściej wybija elektrony z prawoskrętnej nici DNA? Troszkę to dla mnie dziwne. Dlaczgeo od makroskopowej (z punktu widzenia promieniowania) struktury DNA miałoby zależeć oddziaływanie mionów z atomami DNA? Ciekawe. 

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites

Strukturę DNA poznano w l. 1950. (Nobel: Watson i Creek)

Naprawdę od ponad 100 lat zastanawiano się dlaczego DNA jest prawoskrętny a nie lewoskrętny?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na skórze większości z nas mieszka nużeniec ludzki (Demodex folliculorum). Ten niewielki roztocz jest zwykle organizmem komensalicznym, chociaż czasem może wywołać chorobę o nazwie nużyca. Międzynarodowy zespół naukowy stwierdził właśnie, że zwierzę tak bardzo się uprościło, że może wyginąć lub zmienić się w symbionta, organizm z obecności którego czerpiemy korzyści.
      Nużeńcem zarażamy się od własnych matek, gdy te karmią nas piersią. Zresztą nie jest to jedyny organizm przekazywany w ten sposób z matki na dziecko. Nużeńce mają około 0,3 mm długości i żyją w mieszkach włosowych, odżywiając się sebum. Uaktywniają się nocą, wędrując pomiędzy mieszkami w poszukiwaniu partnera. Grupa naukowców pracujących pod kierunkiem Gilberta Smitha z brytyjskiego Bangor University, Alejandro Manzano Marina z Uniwersytetu w Wiedniu oraz Alejandry Perotti z University of Reading przeprowadziła pierwsze sekwencjonowanie całego genomu nużeńca. Odkryliśmy, że układ genów odpowiedzialnych za poszczególne części ciała jest u nużeńca ludzkiego inny, niż u spokrewnionych z nim roztoczy. Wynika to z zaadaptowania się do życia w porach ludzkiej skóry. Te zmiany DNA doprowadziły do pojawienia się niezwykłych zachowań i elementów ciała, mówi doktor Alejandra Perotti.
      Badania DNA ujawniły, że w wyniku całkowitej izolacji, braku zewnętrznych zagrożeń, braku konkurencji oraz braku kontaktu z roztoczami posiadającymi inne geny, u nużeńca ludzkiego doszło do radykalnej redukcji genetycznej. W ten sposób powstał niezwykle prosty organizm, którego odnóża poruszane są za pomocą 3 jednokomórkowych mięśni. Okazało się też, że Demodex folliculorum posiada najmniej genów kodujących białka ze wszystkich stawonogów.. I to właśnie ta ekstremalna redukcja genetyczna wymusza na nużeńcu nocny tryb życia, Zwierzęciu brakuje ochrony przed promieniowaniem ultrafioletowym i nie posiada genu, który budzi zwierzęta za dnia. Nużeńce nie wytwarzają melatoniny, która pozwala małym bezkręgowcom na nocną aktywność. Nużeńce korzystają z melatoniny wytwarzanej przez ludzką skórę o zmierzchu i to ona jest paliwem ich całonocnej aktywności seksualnej.
      Zresztą sposób ich rozmnażania również jest niezwykły. Wskutek unikatowej kombinacji genetycznej organ płciowy samców przesunął się do przodu i wystaje w górę z przodu ich ciała. To zaś oznacza, że podczas kopulacji samiec znajduje się pod samicą, a oboje zwisają w tym czasie z włosa na skórze.
      Nużeńce mają więcej komórek w młodszym wieku niż w starszym. To przeczy wcześniejszym przypuszczeniom mówiącym, że pasożyty redukują liczbę komórek na wczesnych etapach rozwoju. Zdaniem autorów badań, jest to pierwszy ewolucyjny krok ku zamianie Demodex folliculorum w organizm symbiotyczny. Jednak brak potencjalnych partnerów zapewniających zróżnicowanie genetyczne może doprowadzić do ewolucyjnego ślepego zaułka i potencjalnego wyginięcia nużeńców. Takie zjawisko zaobserwowano już w przypadku bakterii żyjących wewnątrz komórek, ale nigdy w przypadku zwierząt.
      Autorzy badań zdejmują też z nużeńca ludzkiego odpowiedzialność za wiele przypisywanych mu stanów zapalnych skóry. Otóż niektórzy naukowcy sądzili, że gatunek ten nie ma odbytu, więc kał gromadzi się w jego ciele i jest uwalniany po śmierci zwierzęcia, powodując stan zapalny na skórze. Jednak nowe badania ujawniły, że Demodex folliculorum posiada odbyt, więc nie dochodzi do gwałtownego uwolnienia kału gdy zwierzę ginie.
      Podsumowując wyniki badań doktor Henk Braig z Bangor University stwierdził, że roztocza można obwiniać o wiele rzeczy. Jednak ich długotrwałe związki z ludźmi sugerują, że mogą przynosić nam też pewne korzyści, na przykład oczyszczając pory na twarzy i zapobiegając ich zatykaniu się.
      Ze szczegółami badań można zapoznać się na łamach Molecular Biology and Evolution.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      W latach 2009–2012 naukowcy podróżujący na statku badawczym Tara zebrali próbki wody oceanicznej z całego świata. Posłużyły one naukowcom do zbadania populacji wirusów występujących w wodzie oceanów. Guillermo Domínguez-Huerta z Ohio State University i jego zespół ogłosili właśnie wyniki badań nad wirusami RNA. Naukowcy poinformowali, że udało im się zidentyfikować ponad 5000 typów wirusów RNA, z których niemal wszystkie nie były dotychczas znane nauce.
      Uczonych interesowała przede wszystkim rola wirusów w pochłanianiu węgla. Każdego dnia olbrzymie ilości martwego planktonu opadają na dno oceanów, więżąc w ten sposób węgiel z atmosfery. Może on pozostać na dnie przez miliony lat. Mechanizm ten, zwany biologiczną pompą węglową, pozwala na wycofanie z atmosfery nawet 12 miliardów ton węgla rocznie.
      Uczeni chcieli się dowiedzieć, w jaki sposób wirusy wpływają na ten proces. Zdaniem Domíngueza-Huerty, co najmniej 11 z nowo odkrytych wirusów RNA infekuje plankton. Gdy ludzie myślą o wirusach, myślą o chorobach, a nie o oczyszczeniu atmosfery z dwutlenku węgla, stwierdza uczony. Wirusy, infekując plankton, mogą wpływać na jego możliwości przeżycia, a co za tym idzie, na ilość CO2 wycofywanego z atmosfery.
      Co interesujące, okazało się, że wiele wirusów RNA jest w stanie zmieniać metabolizm swoich gospodarzy używając do tego celu genów ukradzionych samemu gospodarzowi. Mechanizm taki mógł wyewoluować po to, by wirusy były sobie w stanie poradzić w niezwykle ubogich w składniki odżywcze otwartych wodach oceanicznych. To może być kolejna droga, za pomocą której wirusy mogą wpływać na biologiczną pompę węglową.
      W czasie badań naukowcy zauważyli, że bioróżnorodność wirusów w Arktyce i Antarktyce jest wyższa, niż się spodziewano. Zwykle bowiem bioróżnorodność jest wyższa bliżej równika i spada w miarę zbliżania się do biegunów. Wydaje się, że jeśli chodzi o bioróżnorodność, to wirusy nie przejmują się temperaturami. Wydaje się, że na obszarach polarnych dochodzi do większej liczby interakcji pomiędzy wirusami a organizmami komórkowymi. To pokazuje, że wysokie zróżnicowanie jest tutaj spowodowane faktem, że wiele gatunków wirusów konkuruje o tego samego gospodarza. Jest mniej gatunków gospodarzy, ale więcej gatunków wirusów, mówi Ahmed Zayed, jeden ze współautorów badań.
      Wyniki badań pozwolą lepiej określić, które obszary oceanów pochłaniają więcej węgla, a które mniej, posłużą do udoskonalenia modeli klimatycznych, a być może w przyszłości – manipulując wirusami RNA w oceanach – będziemy w stanie sterować ilość pochłanianego przez nie węgla.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Od czasu rozkodowania genomu wiemy o mutacjach zachodzących w DNA. Od 1/3 do 1/4 mutacji w sekwencjach kodujących białka to tzw. mutacje synonimiczne. Dochodzi w nich do takiej zmiany pojedynczego nukleotydu w genie, która nie powoduje zmiany aminokwasu w kodowanym białku. Przez lata uważano, że mutacje takie są neutralne. Jednak naukowcy z University of Michigan odkryli właśnie, że większość mutacji synonimicznych to mutacje bardzo szkodliwe.
      Odkrycie, że większość mutacji synonimicznych nie jest neutralnych, może mieć znaczące skutki dla badań nad mechanizmami różnych chorób, badań genetycznych i biologii ewolucyjnej.Tym bardziej, jeśli spostrzeżenia naukowców z Michigan potwierdzą się w przypadku innych genów i organizmów.
      Wiele badań biologicznych opiera się na założeniu, że mutacje synonimiczne są neutralne, więc obalenie tego poglądu niesie ze sobą szeroko zakrojone konsekwencje. Na przykład mutacje synonimiczne nie są brane pod uwagę podczas badań mutacji powodujących choroby, a jak się okazuje, mogą być powszechnie występującym i niedocenianym mechanizmem chorobotwórczym, mówi jeden z autorów badań, Jianzhi Zhang.
      Zhang i jego koledzy wiedzieli, że od dekady pojawiają się pojedyncze dowody wskazujące, że mutacje synonimiczne mogą nie być neutralne. Uczeni postanowili więc sprawdzić, czy to wyjątki od reguły, czy raczej reguła. Naukowcy za cel badań wybrali drożdże z gatunku Saccharomyces cerevisiae. Ich szczepy są szeroko stosowane jako drożdże piekarnicze, piwowarskie czy winiarskie. Wybór padł właśnie na nie, gdyż jedna generacja tych drożdży żyje około 80 minut, a organizmy te są małe, co pozwala na łatwą, precyzyjną i wygodną obserwację wpływu na drożdże dużej liczby mutacji synonimicznych. Za pomocą techniki CRISPR/Ca9 stworzyli ponad 8000 zmutowanych szczepów drożdży. Każdy z tych szczepów posiadał mutacje synonimiczne, niesynonimiczne oraz nonsensowne w jednym z 21 interesujących naukowców fragmentów.
      Następnie naukowcy oceniali stan poszczególnych szczepów, biorąc pod uwagę tempo ich namnażania się w porównaniu ze szczepami kontrolnymi, do których nie wprowadzono mutacji. W ten sposób, badając tempo reprodukcji, naukowcy mogli stwierdzić, czy mutacje są korzystne, szkodliwe czy neutralne.
      Ku ich zdumieniu okazało się, że aż 75,9% mutacji synonimicznych jest wyraźnie szkodliwych, a 1,3% –wyraźnie korzystnych. Anegdotyczne dowody na to, że mutacje synonimiczne nie są neutralne okazały się wierzchołkiem góry lodowej, mówi główny autor badań, Xukang Shen. Zbadaliśmy też mechanizm, za pomocą którego mutacje synonimiczne wpływały na zdrowie drożdży i stwierdziliśmy, że jednym z powodów jest fakt, iż mutacje synonimiczne i niesynonimiczne wpływają na poziom ekspresji genów, dodaje uczony.
      Naukowcy byli zaskoczeni faktem, że olbrzymia większość mutacji synonimicznych nie jest neutralna. Takie wyniki wskazują bowiem, że dla pojawienia się chorób mutacje synonimiczne są niemal równie ważne co mutacje niesynonimiczne.
      Więcej na ten temat można przeczytać na łamach Nature.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki badaniom przeprowadzonym w ISIS, brytyjskim źródle neutronów i mionów, naukowcy mogli określić stan... gospodarki Imperium Rzymskiego za rządów trzech cesarzy. Niedestrukcyjnym badaniom poddano trzy monety, wybite za czasów Tyberiusza (cesarz w latach 14–37), Hadriana (117–138) i Juliana II (361–363). Gdy bowiem w grę wchodzą cenne zabytki, naukowcy prowadzą badania metodami niedestrukcyjnymi. Oznacza to np. że z zabytku nie można pobrać próbek. A to z kolei znacznie ogranicza możliwości badawcze. Na szczęście obecnie w sukurs przychodzą takie narzędzia jak ISIS.
      Naukowcy z University of Oxford i University of Warwick postanowili sprawdzić skład wspomnianych monet. Sprawdzenie, czy ich powierzchnia nie została sztucznie wzbogacona lub czy do metali bardziej szlachetnych nie dodano zbyt dużo tańszych metali może wiele powiedzieć o społeczeństwie i stanie gospodarki z czasów, gdy monety wybito.
      Już wcześniej było wiadomo, że powierzchnia monet to w dużej mierze czyste złoto. Jednak badania takie ograniczały się do ułamków milimetra grubości monety. Istniało więc uzasadnione podejrzenie „a co, jeśli?”. Wiemy, że Rzymianie celowo wzbogacali powierzchnię swoich srebrnych monet, by ukryć fakt, że wewnątrz są one pełne miedzi. Mieliśmy więc pełne podstawy, by uważać, że coś podobnego mogli robić ze złotymi monetami. Dzięki ISIS mogliśmy dotrzeć do samego środka monet w sposób całkowicie niedestrukcyjny. Przekonaliśmy się, że wysoki odsetek czystego złota, z jakim mamy do czynienia na powierzchni monet, pozostaje stały na całej grubości monety, mówi główny autor badań, doktor George Green z University of Oxford.
      Z jednej strony to potwierdzenie dobrego stanu rzymskiej gospodarki z czasów wybicia monet. Z drugiej zaś, jak zapewnia Green, upewnienie się, że w przypadku rzymskich złotych monet, to, co widać na powierzchni, znajduje się też we wnętrzu.
      Spektroskopia z użyciem mionów ma i tę zaletę, że nie wymaga wcześniejszego oczyszczenia badanego obiektu, co pozwala na zmniejszenie kosztów, zaoszczędzenie czasu oraz – często – uchronienie zabytku, który może prowadzić do jego uszkodzenia. Dlatego też technika taka jest szczególnie użyteczna przy badaniu np. obiektów wydobytych z wraków.
      Metoda ta polega na wystrzeleniu strumienia mionów w kierunku badanego obiektu. Są one przechwytywane przez atomy w monetach, w wyniku czego dochodzi do emisji promieniowania unikatowego dla pierwiastków, z których ono pochodzi.
      Uzyskane wyniki pokazują, jak wielki potencjał drzemie w tej metodzie badawczej. To technika niedestrukcyjna, która pozwala na zajrzenie pod powierzchnię zabytków. Nie wymaga ona specjalnego przygotowania próbki i nie powoduje, że badany obiekt staje się radioaktywny. Jest zatem idealnym narzędziem do badań zabytków. Pozwala ona nie tylko sprawdzić skład monet pod ich powierzchnią, ale określić m.in. głębokość korozji, zidentyfikować unikatowe zmiany składu chemicznego związane z konkretnym procesem produkcyjnym, czy też przekonać się, czy nie mamy do czynienia z fałszywką, dodaje doktor Adrian Hillier, odpowiedzialny w ISIS za badania z użyciem mionów.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      O ile nam wiadomo, to pierwszy opublikowany dowód pokrewieństwa pomiędzy współcześnie żyjącą osobą, a osobą znaną z historii, które udało się potwierdzić dzięki tak małej ilości DNA i pomiędzy tak odległymi krewnymi, stwierdzili naukowcy na łamach Science Advances. Zespół genetyków, na którego czele stał profesor Eske Willerslev z University of Cambridge poinformował, że Ernie LaPointe rzeczywiście jest praprawnukiem legendarnego Siedzącego Byka.
      Pan LaPointe już wcześniej dowiódł swojego pokrewieństwa z wielkim wodzem, badając drzewo rodzinne, akty zgonu, narodzin i historyczne dokumenty. Teraz uczeni postawili kropkę nad i. Wykorzystali pukiel włosów Siedzącego Byka oraz materiał pobrany od LaPointe'a i metodą badania autosomalnego DNA dowiedli pokrewieństwa pomiędzy nimi.
      Zidentyfikowanie potomka znanego mężczyzny wyłącznie po linii matki tego potomka pozwoli, jak sądzą naukowcy, przeprowadzić podobne badania dla innych znanych osób. Osiągnięcie jest tym bardziej znaczące, że włosy Siedzącego Byka były w bardzo złym stanie. Przez ponad 100 lat przechowywano je bowiem w temperaturze pokojowej w waszyngtońskim Smithsonian Museum. Przed 14 laty zostały one przekazane LaPointe'owi i jego trzem siostrom.
      Ernie LaPointe chciał udowodnić, że jest potomkiem Siedzącego Byka m.in. dlatego, by mieć prawo do przeniesienia jego szczątków w bardziej godne miejsce.
      Siedzący Byk (Tatanka Iotake) urodził się około 1831 roku w plemieniu Hunkpapów, odłamu Teton Dakotów. Już w wieku 14 lat wziął udział w pierwszej wyprawie wojennej i szybko zdobył sobie uznanie dzielnego wojownika. Awansował w strukturach plemienia, stając się jego przywódcą. Doprowadził do powiększenia terenów łowieckich, dbał o dobrostan swoich ludzi. Z białymi żołnierzami walczył po raz pierwszy w 1863 roku. Już 4 lata później, w uznaniu jego mądrości i odwagi, stanął na czele całego narodu Dakotów (Siuksów). W 1876 roku, pełniąc rolę stratega i przywódcy duchowego, poprowadził – wraz z Szalonym Koniem i Galem – swoich ludzi do zwycięskiej bitwy pod Little Big Horn. Była to największa klęska armii USA w wojnach z Indianami. Z czasem jednak głód zmusił Siedzącego Byka i jego ludzi do poddania się i powrotu do wyznaczonego rezerwatu. Tam Siedzący Byk próbował dbać o swoich ludzi, sprzeciwiając się m.in. sprzedaży ziemi Białym.
      W 1885 roku pozwolono mu – częściowo po to, by pozbyć się popularnego przywódcy – dołączyć do Buffalo Billa i jego Wild West Show. Występy przyniosły Siedzącemu Bykowi międzynarodowy rozgłos.
      W 1889 roku wśród Indian popularność zdobywał prorok Wovoka i jego obrzęd religijny Taniec Ducha. Obiecywał on powrót bizonów i usunięcie białych najeźdźców. Władze próbowały zwalczać to zjawisko. Dnia 15 grudnia 1890 roku indiańska policja i żołnierze przybyli, by aresztować Siedzącego Byka. Wódz zginął podczas próby aresztowania.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...