iEpsilon

Приветствую друзья, сегодня хотел бы рассказать Вам про проект создания искусственной жизни, который в теории может решить очень многие проблемы человечества от голода до дефицита ресурсов и глобального потепления. 

Но для начала придётся познакомить Вас с биологической теорией (без неё увы никуда).

1. Что такое геном организма?

Внутри каждой  клетки организма находится ядро, в котором содержится наследственная информация в виде молекул ДНК и хромосом (плотно упакованные ДНК).

Вот как ядро выглядит под микроскопом (на примере клеток лука):

ДНК это набор инструкций и шаблонов, которым следует клетка в зависимости от факторов среды которые её окружают или окружали на момент формирования и созревания организма.

Для примера возьмём человека, все мы когда-то были всего одной единственной клеткой - оплодотворенной яйцеклеткой. Чтобы сформировать полноценный организм с разными структурами и типами тканей, клетке необходимо много раз поделится (чтобы было из чего формировать внешний, внутренний и средний слой клеток).

Далее в зависимости от расположения и среды, которая окружает клетки, нужные гены активируются и из клеток развиваются соответствующие органы и ткани (кожа, мозг, кости и т.д.). Этот процесс называется дифференцировка.

2. Мусорный код

Изучая структуру ДНК учёные обнаружили, что она содержит большое количество генов  (шаблонов и инструкций), которые никогда не используются организмом и вообще непонятно для чего нужны.

Эту часть ДНК назвали мусорной, хотя учёные до сих спорят о том  выполняет ли она какие-то функции в клетке или нет. Главное, что на эту "мусорную часть" приходится до 70-98% всего генома организма.

3. Концентрат жизни

После открытия этого факта у учёных появилась идея, а, что будет, если удалить всю мусорную ДНК, да и вообще все лишние инструкции и команды так, чтобы остался минимальный набор генов, с которым клетка могла бы нормально жить, питаться и размножаться.

Экспериментировать с человеческим геномом довольно трудно, поэтому было принято решение попробовать на бактериях с самым маленьким геномом. Им оказалась бактерия Mycoplasma genitalium, которая обитает в половой и дыхательной системе приматов (в т.ч. человека).

Полный геном этом бактерии содержит всего: 582 970 пар оснований (единица ген.информации) ~ 482 гена, для сравнения у человека 3 055 000 000 пар оснований.

4. Удаляя лишнее

В результате нескольких лет экспериментов учёным удалось "вырезать" более 100 мусорных генов, сохранив при этом жизнеспособность клеток. Они ведут нормальную жизнь, питаются и размножаются.

5. Зачем это нужно?

Теперь переходим к самому интересному, а зачем это всё нужно. Основная идея состоит в создании идеальной биологической матрицы, т.е. жизнеспособного организма, в который можно встроить любые гены.

Это открывает широкий спектр возможностей в области биотехнологии. Существует большое  количество метаболических путей, который можно "встроить" в геном и заставить производить необходимые человеку вещества (от биотоплива и витаминов до антибиотиков и чистого водорода), можно даже получать аналоги нефтепродуктов. 

Ссылка на карту: http://dytiscience.narod.ru/Chemistry/Biochemical_network_qu...

Каждая клетка в этом случае будет выступать идеальной молекулярной машиной, которая  живёт, выполняет нужную человеку работу, а главное размножается, что обеспечит непрерывность процесса без внешнего вмешательства.

Звучит как настоящая алхимия, мы отдаём бактериями, то что нам не нужно и получаем полезные ресурсы.

6. Критика и риски

Конечно как только прогресс разработок стал известен широкой общественности, сразу стали появляется критики создания искусственной жизни и модельных организмов с заданными свойствами.

Существует даже международная организация, которая называется "Экологическая справедливость", которая всеми силами тормозит исследования в данном направлении.

И риски действительно существуют, не известно, что может случится с экосистемой планеты, если в неё вдруг просочится организм, способный например фиксировать углекислый газ из атмосферы и производит какой-нибудь вредный химикат.

Не обошли стороной этот проект и конспирологи, обвинив бактерий во встраивании части своего искусственного генома в коронавирус.

Эту теорию быстро опровергли, однако негативный осадок в глазах общества относительно этой технологии остался.

Не смотря на всю критику проект развивается и выглядит очень перспективным. Уже появились команды учёных, которые работают над аналогичными разработками, только с другими модельными организмами, например кишечной палочкой.

Поэтому уверен, что в ближайшие десятилетия мы увидим значительный прогресс в этой сфере, который улучшит жизнь всего человечества.

Приветствую друзья, в детстве я наверное как и все увлекался древним Египтом, динозаврами, греческими мифами и различной фантастикой.

Однако больше всего в то время меня интересовал космос и теории о существовании инопланетной жизни. А все мы знаем как обычно изображают инопланетян: маленькое тело без волос, большая голова и зелёная кожа.

И если с телом вроде бы всё понятно (маленькое тело удобнее перемещать на космических кораблях, меньше масса и расход энергии), а большая голова нужна для большого мозга, то вот цвет такой цвет кожи я в тот момент объяснить не мог.

Конечно вряд ли тогда создатели книг и фильмов про инопланетян думали как зелёный цвет можно было бы обосновать с точки зрения науки, скорее всего просто хотели показать контраст.

Однако сейчас, я попытаюсь сделать это за них и рассказать, почему же у инопланетян зелёная кожа, основываясь на опыт земной биологии,  а ещё порассуждаем позеленеет ли когда-нибудь человек так-же как инопланетяне из фильмов.

Его величество хлорофилл

В жизни, чаще всего мы наблюдаем зелёный цвет у растений (простите доставщики деливери клаб), поскольку их клетки содержат зелёный пигмент - хлорофилл, который нужен для осуществления процесса фотосинтеза (образования питательных веществ на свету).

Вот как это выглядит под микроскопом:

Кстати, хлорофилл имеет зелёный цвет, потому что эту часть светового спектра растения не используют для фотосинтеза.

Ну вот казалось бы и ответ на вопрос, неужели инопланетяне это просто разумные растения? Не совсем, клетки растений имеют жесткую клеточную стенку и не могут образовывать мышечные, нервные и соединительные ткани, из которых состоит организм животных, поэтому этот вариант отпадает.

Ведь инопланетяне в фильмах очень активы и явно обладают разумной деятельностью.

3д модель животной и растительной клетки:

Однако сама идея использовать растения как источник питательных веществ напрямую (за счёт симбиоза с ними), а не косвенно (поедая их плоды и прочие съедобные части) звучит очень круто.

Представьте, сидишь под лампой, фотосинтезируешь и не нужно в магазин ходить, главное пей водичку,  да раз в пару дней закидывай в рот таблетку с азотом и другим микроэлементами.

Симбиоз гриба и растений

Идея симбиоза с  растениями настолько крутая, что в природе существуют реально живущие на этой "технологии" организмы.

Первыми на ум приходят лишайники (симбиоз грибов и одноклеточных водорослей). Лишайники живут там, где не могут выжить другие организмы и первыми заселяют пустынные территории, поэтому это очень устойчивая форма жизни.

Лишайник под микроскопом:

В симбиозе гриба и водоросли, гриб обеспечивает защиту и распространение, а водоросль снабжает грибницу питательными веществами, за счёт фотосинтеза.

Симбиоз животных и растений

Ну, что нам эти лишайники скажете Вы, мы ведь не грибы, есть что-нибудь связанное с животными? И на удивление существуют и такие примеры.

Знакомьтесь - Зелёная Гидра:

Обратили внимание на окрас? Да почти такой же как у инопланетян. А появляется он из-за того, что между слоями её тела (кожно-мускульного мешка) живёт одноклеточная водоросль - зоохлолерра.

Этот симбиоз буквально дарует гидре сверх способности. Водоросли снабжают гидру кислородом, витаминами и питательными веществами. Благодаря им гидра может долгое время обходится совсем без пищи.

Этот симбиоз настолько крепкий, что хлореллы проникают даже в половые клетки (при половом размножении) и передаются потомству при почковании.

Если гидра вам кажется слишком примитивным животным, то как насчёт моллюсков? Моллюски Elysia chlorotica в процессе питания одноклеточными водорослями научились буквально воровать и встраивать их хлоропласты себе под кожу.

Результат такой же как у гидры: способность получать питательные вещества на свету, оставаясь при этом полноценным животным.

Может ли человек вступить в симбиоз с растениями?

Загорелись идеей получать питательные вещества бесплатно, как растения? К сожалению пока для человека этот путь закрыт, иммунная система человека сложнее, чем у гидры и моллюска и не позволит, чтобы в нашей коже жили какие-то посторонние организмы, однако существует большая вероятность, что вместе с развитием генетики и изучением механизма работы этого симбиоза у животных мы сможем решить эту проблему.

И тогда перед вами будет стоит лишь выбор, хотите вы позеленеть и получать питательные вещества от солнечного света или остаться как есть, но платить за всё дорожающую еду в  магазинах.

P.S. Из-за нерабочих дней у меня появилось немного свободного времени, поэтому я решил сделать бесплатный обучающий курс на своём ютуб канале для всех желающих познакомиться с биологией поближе. Конечно, он будет больше ориентирован на ЕГЭ и ОГЭ, но и для обычного человека найдётся много всего интересного.

Видео и стримы обучающего курса будут выходить на этом канале в ближайшие пару недель: https://www.youtube.com/channel/UCtyKpjPbnafl3DfEukbxbcw

Приветствую друзья,  прошлый пост про популярные в обществе биологические мифы и  заблуждения набрал почти 2000 плюсов, поэтому как и обещал делаю продолжение.

1) Учёные до сих пор используют теорию Дарвина

С момента публикации труда Дарвина "Происхождение видов путем естественного отбора" в 1859 году прошло более 160 лет и конечно наука накопила с тех пор множество знаний.

На момент публикации Дарвина человечество ещё ничего не знало о молекулярной биологии и генетике. Поэтому Дарвин не мог объяснить механизмы передачи "полезных признаков" потомству.

В какой-то момент научное сообщество в серьёз рассматривала возможность отказа от теории Дарвина и перехода к идее, что всё будущее развитие вида уже изначально заложено природой (ортогенез).

Однако открытия в области генетики, уточнение механизмов передачи и дрейфа генов, открытеи мутаций, выявили, что естественный отбор не является единственным способов образования новых видов.

На данный момент на смену классической Дарвиновской теории пришла Синтетическая теория эволюция, которая хоть и содержит некоторые постулаты из оригинальной работы Дарвина, но имеет свой собственный научный фундамент.

2) Сложность организма зависит от длины его генома и количества генов

Довольно популярное заблуждение, которое возникает из-за того, что большинство людей не понимают как работает ДНК и что такое экспрессия генов.

Большая часть генов в организме это повторы, нечитаемые участки и неактивные гены, которые достаются виду в результате заражения бактериями и вирусами и далее передаются из поколения в поколение.

Время существования вида, сложность его поведения и строения никак не зависят от количества генов в геноме.

Например у амёбы геном состоит из 690 млрд пар нуклеотидов (единица генетической информации), а у человека всего лишь из 2.9 млрд. пар. Вот вам и венец творения.

Среди представителей царства животных размер генов может отличаться до 650 раз, при этом все они стоят на одном эволюционном уровне.

Мой преподаватель по генетике и протеомике в институте всерьёз верил в сошествие  ангелов (не смотря на докторскую степень), поскольку не мог смириться с тем фактом, что у простых организмов геном намного больше и сложнее человеческого.

Кстати количество хромосом тоже никак не влияют на сложность организма (это всего лишь способ упаковки ДНК при делении клетки), а их увеличенное количество ни даст вам никаких суперсил (прости агент 47). Подробнее про хромосомы можете  посмотреть в моём  видео:

3) ГМО полностью безвредны

Нет я не сошёл с ума и не буду говорить, что съев например кукурузу с геном скорпиона вы станете скорпионом или заболеете раком. Это конечно же невозможно, ведь все гены из пищи перерабатываются нашим пищеварительным трактом и не обладают способностью как-то встраиваться в наш собственный геном.

Тут дело в другом, встраивание какого-то необычного гена в привычный Вам продукт может вызвать аллергическую реакцию, причём довольно сильную. Ведь никто не знает, если у Вас аллергия на белки скорпиона, а даже если знаете, то задумываетесь ли Вы над этим покупая помидоры?

Так же существует риск "побега" некоторых генов от растений к их близким дикорастущим родственникам. Будет очень неприятно, если дикорастущие растения получат способность производить токсины от насекомых, как это умеют некоторые сельскохозяйственные виды. Баланс во всех экосистемах очень быстро нарушится, что приведёт к катастрофе.

Смешная картинка с неправильным представлением о ГМО из интернета:

4) Биологи работают только учителями биологии

Будет забавно слышать опровержение этого факта от учителя биологии, но на самом деле биология представляет множество путей профессионального развития.

Конечно после биофака Вы можете сразу пойти работать учителем биологии и химии в школу (дополнительных корочек и образования не требуется), но Ваш выбор этим не ограничен. Вы можете пойти в науку, причём наших биологов охотно берут в европейские страны по грантам (несколько моих однокурсников сейчас работают в Германии и Нидерландах).

Конечно всё зависит от человека, но на мой взгляд биология один из самых простых (после айти) способов уехать работать за границу, если у Вас стоит такая цель. К тому же биологические вузы очень непопулярны, там низкая конкуренция и проходные баллы, а если Вы парень, то на Вас будет приходиться 15-20 красивых девушек.

Мой опыт учёбы на биофаке можете почитать в постах, которые я писал 5 лет назад:

Будни Биофака
Будни Биофака ч.2

5) Биооружие очень эффективно

Идея использовать биологические объекты в качестве оружия очень стара. Существуют документальные сведенья как в средние века при осаде поселений захватчики заражали воду тухлым мясом, а через стены перекидывали трупы чумных животных. Однако эффективность этих мер была крайне низкой.

Основная проблема биологического оружия заключается в том, что его очень трудно производить, хранить, транспортировать и направить целенаправленно на врага не пострадав при этом самому.

Да,  можно распылить с самолёта тонну чумных бактерий, но вне живых объектов они проживут всего пару часов. Со спорами сибирской язвы дела обстоят лучше, они могут покоиться в земле несколько десятилетий, но тогда возникает проблема, что вступить на территорию сами захватчики уже не смогут, а обороняющие при умелой организации карантина и дезинфекции смогут быстро подавить распространение заболевания.

Впрочем всё-таки существует несколько перспективных (не знаю можно ли так говорить) разработок в этой области. Если появятся технологии по созданию вирусов, которые будут активироваться только у представителей отдельных рас и народов, то они вполне могут быть использованы в войнах, поскольку это решает главную проблему биооружия - точной направленности на врага.

P.S. Если этот пост тоже зайдёт, то напишу в следующий раз про создание искусственной жизни, вирусы и крутых пауков.