ДНК из мандаринок: новогоднее настроение по-научному
ДНК — это молекула, в которой записана почти вся информация о живом организме. В каждой клетке содержится инструкция по сборке живого существа. Человеком он будет или бананом, сколько у него будет конечностей (или долек), предрасположенности к заболеваниям — всё это можно найти в ДНК
Генетически люди тоже немного бананы
А ещё из ДНК можно сделать прикольную новогоднюю игрушку или кулон. Чтобы выделить самую важную биомолекулу, даже не нужна лаборатория или сложное оборудование. Это вполне можно сделать дома, на кухне!
Нам понадобятся:
1. Пищевая сода и поваренная соль — помогут создать нужную среду в растворе
2. Шампунь или средство для мытья посуды — помогут разрушить мембраны клеток и ядер (ДНК находится в ядрах и сперва её надо оттуда «достать»)
3. Медицинский спирт или изопропанол. ДНК нерастворима в спирте, поэтому в нём она выпадет в осадок. Чистый этиловый спирт непросто достать, но вместо него подойдёт изопропиловый. Его легко найти в магазинах электротехники — очистители для микросхем почти полностью состоят из изопропанола
4. Исследуемый материал — то, из чего вы хотите выделить ДНК
Очень желательно иметь подходящую посуду. Не стоит проводить эксперименты в стаканах для еды. К тому же, она часто непрозрачные и слишком широкие. Мне повезло: в канун нового года в магазинах продавались одноразовые фужеры. Тонкое основание, прозрачные стенки и подставка — эта посуда подходит для эксперимента не хуже пробирки!
Сейчас время экспериментов, а не шампанского
Первым делом приготовим буферный раствор. Он поможет разрушить стенки клеток, а также предотвратить разрушение ДНК. Для этого нужно смешать:
• 120 миллилитров воды (пол стакана). Лучше брать дистиллированную или хотя бы бутилированную воду
• 5 миллилитров шампуня (одна чайная ложка)
• 5 граммов соды (одна чайная ложка)
• 1,5 грамма соли (примерно треть чайной ложки)
Добавляем всё в одну ёмкость и перемешиваем. Получается однородная жидкость, как на фото снизу. Затем убираем её в холодильник
Фото сделано после экспериментов, поэтому объём меньше изначального
Кстати, изопропанол тоже стоит охладить. Я отправил его на знакомство с сибирской зимой:
Дальше займёмся подготовкой материала, из которого будем выделять ДНК. Я решил протестировать сразу три:
1. Мандаринки. Новый год же
2. Бананы. В других гайдах этот фрукт хвалили за щедрость, с которой он делится своей ДНК
3. Себя. Можно пожевать свои щёки (только без энтузиазма) и прополоскать рот ложкой воды. В ней останутся клетки эпителия, которые содержат ДНК
Всё готово для эксперимента. Мандарин отправляется на измельчение в блендер, банан можно перемять вилкой, а щёки полощутся водой. Главное — ничего не перепутать
(я за камерой, жую свои щёки)
После измельчения можно разделять объекты исследования по стаканам пробиркам. Мандарин лучше отфильтровать через марлю, иначе в растворе будут мешаться волокна:
Я добавлял примерно по 2 чайные ложки вещества. Можно и по одной, так будут экономнее расходоваться реагенты
Стол почти готов!
Добавляем буферный раствор. Лучше взять его примерно в 2 раза больше, чем исследуемого вещества. Но у меня получилось меньше:
Аккуратно размешиваем деревянной палочкой:
Оставляем на какое-то время. Я подождал около получаса
Самый ответственный момент! Наливаем изопропанол. Это нужно сделать аккуратно, по стенке посуды, так чтобы ничего не перемешалось и было явно видно раздел сред:
Затем можно аккуратно опустить в стакан палочку. На границе спирта и раствора в виде нитей будет осаждаться ДНК:
![ДНК из мандаринок: новогоднее настроение по-научному Биология, ДНК, Новый год, Мандарины, Эксперимент, Своими руками, Человек наук, Гифка, Длиннопост](https://cs13.pikabu.ru/post_img/2020/12/30/10/1609349479131438207.jpg)
С бананом и мандарином получилось менее удачно. У мандарина что-то всплыло над спиртом и помешало его размешать. Не уверен, что это ДНК:
![ДНК из мандаринок: новогоднее настроение по-научному Биология, ДНК, Новый год, Мандарины, Эксперимент, Своими руками, Человек наук, Гифка, Длиннопост](https://cs13.pikabu.ru/post_img/2020/12/30/10/1609349625186961140.jpg)
Также тяжело что-то рассмотреть из-за окраски раствора. Позже, кстати, окрасился весь спирт: похоже, что красящие вещества жирорастворимые
Раствор банана получился слишком густым: следовало в начале разбавить его водой. Не уверен, что он хорошо размешался с буферным раствором. Что-то отделялось под поверхностью спирта, но не рискну заявлять, что это ДНК:
![ДНК из мандаринок: новогоднее настроение по-научному Биология, ДНК, Новый год, Мандарины, Эксперимент, Своими руками, Человек наук, Гифка, Длиннопост](https://cs13.pikabu.ru/post_img/2020/12/30/10/160934949018177201.jpg)
Неожиданно, но красивее всего получилось со слюной. Я долил ещё изопропанола и через какое-то время осадка стало очень много:
Выпьем по бокальчику?
Дисклеймер: не нужно пить ничего из экспериментальной посуды даже если это мандаринка! Если будете повторять опыты, проводите их в хорошо проветриваемом помещении
![ДНК из мандаринок: новогоднее настроение по-научному Биология, ДНК, Новый год, Мандарины, Эксперимент, Своими руками, Человек наук, Гифка, Длиннопост](https://cs13.pikabu.ru/post_img/2020/12/30/10/1609350093137057666.jpg)
Дальше можно сделать из этого ёлочную игрушку или кулон со своей ДНК. Для этого хорошо подходят вот такие пробирки:
Самые цитируемые научные статьи
Работа учёного — производить знание, которого в мире раньше не было. Это знание упаковывают в удобную и компактную форму — научную статью. Другие учёные затем могут сослаться на неё в своих работах — это называется цитированием. Количество цитирований показывает, скольким людям пригодилось добытое вами знание. Это одна из основных метрик полезности научной статьи
Гора только из титульных листов всех научных статей была бы выше Килиманджаро
Конечно, количество цитирований не определяет качество работы. Она может быть сделана по очень узкой теме, которую сложно использовать большому количеству учёных. Среднее количество цитирований отличается и по научным областям — в медицине оно больше, а в математике — меньше. А есть и вообще откровенное читерство — изобрести метод, который позволит другим людям делать новые открытия. Такие статьи гарантированно будут хорошо цитироваться. Идеальный рецепт! Дело за малым — изобрести революционный метод…
Вот график топ-100 статей по цитируемости. Высота столбиков обозначает количество цитат, а цвет – научную область
Разберём рекордсменов — самые цитируемые статьи за всю историю. Как вы могли догадаться, они все связаны с биологией. И во всех изобретается новый метод
1. Измерение количества белка
У этой статьи с лаконичным названием «Protein measurement with the Folin phenol reagent» больше 300 тысяч цитирований! Её первый автор — американский биохимик Оливер Лоури. Статья была принята к публикации в 1951 году и с тех пор стала настоящим блокбастером. Метод, изложенный в ней известен каждому биохимику на планете
А ещё, в ней очаровательные иллюстрации, сделанные от руки. Вот так выглядели графики, когда не существовало даже экселя:
В чём открытие?
Лоури разработал метод для определения количества белка в растворе. Вкратце это выглядит так — вы добавляете к раствору некоторое химическое вещество и он меняет цвет. Чем больше в исследуемой жидкости белка, тем насыщеннее будет цвет раствора
Измерив насыщенность цвета с помощью специального прибора, вы сможете найти точку на графике, которая покажет, сколько белка было в растворе
Почему это важно?
Белки — это основа известной нам жизни. И людям очень интересно измерять, сколько их в разных жидкостях! На этом основаны медицинские тесты и множество других научных работ
2. Разделение белков по массе
Статья с чуть более громоздким названием «Cleavage of Structural Proteins during the Assembly of the Head of Bacteriophage T4» на момент написания этого поста процитирована 268668 раз! С момента выхода в печать в 1970 году это в среднем по 14 цитирований в день. Согласитесь, было бы приятно, если бы десяток человек каждый день вспоминал о вашей работе?
В чём открытие?
Швейцарский учёный Леммли усовершенствовал метод для разделения белков по заряду и молекулярной массе. Это позволило другим учёным отделять разные белковые молекулы друг от друга. Выглядит это примерно так. В отдельных тёмных полосках — разные молекулы
Почему это важно?
Как вы уже поняли, белки очень важны для биологии и медицины, и потому интересны учёным. Но белков очень много. Например, у человека их почти 30 тысяч. Даже у такого маленького организма, как фаг (вирус) кишечной палочки их 160. Исследовать сразу все почти невозможно. Было бы гораздо удобнее отделить белки друг от друга и изучать по отдельности. Это и позволяет сделать метод Леммли
3. Измерение количества… белка?
Почётная бронза пока что принадлежит работе с уж совсем длинным названием «A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding». В 2020 году у неё было 221523 цитирования. Забавно, но её тема точно такая же, как у золотого рекордсмена
В чём открытие?
Метод Лоури, как и все первопроходцы, имел свои недостатки и был слегка капризен к условиям. Американский учёный Брэдфорд разработал ещё более простой и быстрый метод для измерения количества белка, за что и получил заслуженное признание
Почему это важно?
Это вы уже и сами знаете ;)
4. Чтение ДНК
Чтобы не оставлять впечатление, как будто учёные занимаются только белками, добавим ещё одну статью. У неё чуть более скромное количество цитирований — «всего» 75 тысяч. Зато эта работа была отмечена Нобелевской премией по химии
Фредерик Сэнгер, автор работы
В чём открытие
ДНК — это инструкция по сборке живых организмов, которая записана в каждой живой клетке. Английский биохимик Фредерик Сэнгер разработал метод, который позволяет её читать
Почему это важно
ДНК хранит в себе невероятно много информации о каждом организме. История жизни на планете, механизм заболеваний, ключ к появлению новых лекарств — всё это можно найти в ДНК. Сэнгер открыл настоящую сокровищницу для учёных со всего мира! С тех пор появились и другие методы, решающие ту же задачу, но именно метод Сэнгера остаётся самым точным. Впервые геном человека был прочитан во многом благодаря ему
Удивительные факты о нашем организме #2
Наша кровь стерильна! Это очень впечатляет, учитывая что нас окружают миллиарды бактерий и вирусов. Настолько хорошо работают защитные системы организма
Моя группа ВК
Пару слов про иммунитет
Учёным недавно удалось визуализировать мембраноатакующий комплекс. Что это такое? Начнём издалека
Представьте себя мирной (или не очень) бактерией, которая хочет поселиться где-нибудь в тёплом влажном месте, завести семью и жить в своё удовольствие, наблюдая рассвет благодарной колонии.
Вы попадаете во что-то большое, многообещающе тёплое и влажное. Это что-то называется человек, но вы об этом не знаете. И не узнаете.
Встреча вас ожидает совсем не тёплая. Первое, c чем вы познакомитесь — химическое оружие под названием лизоцим. Он постарается разъесть вашу клеточную стенку. У вас были на неё другие планы? Забудьте.
Если вам посчастливится проникнуть в организм дальше, то всё будет ещё веселее. Лизоцим был первой линией защиты — охранником, который бьёт химической дубинкой по голове всех, кто ему попадёт. Но если вы зашли непозволительно далеко, к вам выдвинется иммунная система — настоящий спецназ.
Например, вас встретят гигантские клетки — макрофаги. Вы — крошечная бактерия, они же по сравнению с вами — могучий танк. А знаете, почему они называются фаги? От древнегреческого слова "пожирать". Вот макрофаг съедает вашего друга дества, который отправился на приключения вместе с вами. Сквозь стенку этого чудовища вы видите, как ядовитые химикаты растворяют вашего товарища. Думаете, это всё? Нет. Макрофаг заботливо разберёт вашего друга на части и выставит их на своей поверхности. Так другие клетки будут знать, с чем им сражаться. Теперь они будут искать вас.
Если вам не повезёт, вы узнаете много интересного о защитной системе этого организма. Например, тут есть клетки, которые прибывают по сигналу опасности и взрывают всё вокруг ядовитым кислородом. Включая себя. И, возможно, вас. Если вы будете переживать все эти атаки (что значит, что не такая вы и мирная бактерия), то не спешите раслабляться. В организме уже подрастают антитела — совершенные убийцы именно для вас.
Ах да, что же такое мембраноатакующий комплекс? Это ещё одна система защиты. Один за другим белки присоединяются к мембране чужеродного объекта (упс, это вы). Это тяжёлая артиллерия, поэтому ей нужно время, чтобы развернуться. Один белок активирует другой, они вместе активируют третий и так далее ещё несколько раз. В итоге в стенке ваших бактериальных друзей оказывается огромная пора. Вы хотели выбрать место повлажнее? Вокруг куча воды. Она закачивается внутрь клетки через мембраноатакующий комплекс, разрывая её изнутри.
Организм человека не очень любит непрошенных гостей
Моя группа ВК
Сколько у человека хромосом?
Сейчас на этот вопрос многие знают ответ со школы. Кто запамятовал, может легко узнать это на Википедии — 23 пары или 46 хромосом. Но более 30 лет весь учёный мир был уверен, что хромосом 48 и никто не удосуживался их пересчитать!
Число 24 возникло в 1921 году, когда техасец Теофилус Пейнтер пытался посчитать количество хромосом в срезах семенников трёх казнённых преступников. Значительно позже будут изобретены методы, которые позволят отделить хромосомы в ядре друг от друга, сделав задачу их подсчёта простой даже для ребёнка. Но тогда учёному приходилось смотреть на скучившиеся нити в ядрах крошечных клеток. «Я пришёл к убеждению, что это число верно» в конце концов говорит он про 24 пары
Фото хромосом разделённых современным методом. Сможете посчитать самостоятельно? ;)
Ни у кого не было мысли оспорить установленный факт. Доходило даже до того, что группа учёных прервала исследование клеток печени человека, насчитав в них 23 пары хромосом!
Ситуация напоминает забавную историю с Аристотелем, который утверждал, что у мухи 8 ног, хотя само насекомое уверенно сказало бы, что их 6. Авторитет великого философа во времена Средневековья был так высок, что никто не смел оспорить этот факт! Если же кому-то удавалось поймать муху и посчитать количество ног, то скорее делался выход, что это какая-то неправильная муха, чем что авторитетнейший источник мог ошибаться
Но ошибка с количеством человеческих хромосом была ещё менее очевидной. Ведь у наших ближайших родственников — обезьян, их именно 48! Люди в этом плане уникальны. Дело в том, что наша 2 хромосома — это две соединившиеся вместе хромосомы приматов
Это произошло потому что небольшая группа наших предков была отделена от большей части своей популяции — возможно, каким-то природным препятствием: наводнением или расколом суши. Среди этих особей происходили близкородственные скрещивания, что приводило к накапливанию мутаций. В генетике это называется эффектом бутылочного горлышка
В какой-то момент 2 хромосомы в клетке объединились, что раз и навсегда отделило наш вид от других приматов! От родителей с разным количеством хромосом уже не может родиться здоровое потомство
Вот такая непростая история стоит за очевидным школьным фактом. Всегда помните, что в науке необходимо мыслить критически!
Фракталы
Проведите линию. К её концу под углом в обе стороны добавьте ещё по линии. От их концов начертите ещё две и так до бесконечности или пока у вас хватит терпения. Такие бесконечные последовательности одинаковых действий называются фракталы, и это одна из самых красивых вещей в математике
Не напоминает брокколи?
Фракталы задаются простым правилом, но позволяют создавать очень сложные структуры. Это настолько эффективно, что было взято на вооружение природой! Фрактальное строение имеют растения:
Каждый лист папоротника похож на растение в целом
Но они встречаются и у животных, даже в нашем собственном организме! Как правило, их можно найти там, где нужно сильно увеличить площадь в ограниченном объёме. Например, наши бронхи:
Для того, чтобы потреблять больше воздуха бронхам нужна как можно большая площадь поверхности. Но объём грудной полости ограничен! Чтобы наиболее эффективно решить эту задачу природа использует фракталы. Разберём, почему это так работает на более простом примере:
Какова длина береговой линии Великобритании?
Предположим, вы хотите написать на Википедии, чему равна длина границы Великобритании. Как это сделать? Если попытаться измерить её, возникает забавный парадокс: длина тем больше, чем меньшую линейку вы берёте:
Можно получить лишние 1000 километров, просто взяв меру поменьше! Если измерять побережье достаточно большими отрезками, это скроет неровности. Так можно пропустить целый залив! Но если делать более точные замеры, то они выявят всё больше деталей — от заливов и бухт до отдельных камней. Длина увеличивается от не очень впечатляющей до просто невероятной. На самом деле, до бесконечной
Разберём ещё один фрактал — снежинку Коха. Попробуйте сами понять, как она строится, изучив иллюстрацию:
С каждым шагом периметр фигуры увеличивается всё больше, устремляясь в бесконечность. Но площадь, занимаемая ей, очевидно, конечна! Она равна 8/5 площади первоначального треугольника
То же самое, только в трёх измерениях делают наши лёгкие и многие другие органы. Но вернёмся к растениям
Программируем фракталы
Программисты очень полюбили фракталы за простоту их описания и естественность создаваемых форм. Всего в несколько строчек кода можно описать дерево, выглядящее, как настоящее! Это сыграло огромную роль в компьютерной графике, позволив создавать красивые миры в фильмах и играх
Я создал модель, в которой вы можете самостоятельно поиграться с фракталами. Изменяя длину каждой последующей ветви и угол их поворота вы можете создать как брокколи из начала поста, так и кого-то хвастающегося своими мышцами. Пугает только количество его голов
Этот парень явно пропускал день ног
Деревья, получающиеся так, выглядят интересно, но всё же не совсем натурально. Однако, разрушив симметрию и добавив элемент случайности, можно получить нечто вполне правдоподобное!
При нажатии на изображение, сгенерируется новый случайный коэффициент и дерево получится немного другим. Делитесь своими результатами в комментариях!
А если интересны посты про образование и науку, заглядывайте в мою группу ВК и канал телеграм
Поиграем в бизнесменов?
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Как Дарвин разочаровался в Боге
Создатель теории эволюции поначалу не сомневался в истинности Библии и даже изучал теологию в Кембридже. Однако, к концу жизни он называл себя агностиком и делал вполне атеистические высказывания. Как же такое произошло?
Запомните эту милашку, мы к ней ещё вернёмся.
Несмотря на распространённое мнение, главный труд Дарвина — Происхождение видов, не был направлен против религии. В нём собрано огромное количество многолетних наблюдений за природой. Труд изложен научным языком, то есть довольно осторожно и практически без философских размышлений. В конце второго издания, естествоиспытатель даже допустил хвалебную фразу по отношению к Богу
Есть величие в этом воззрении на жизнь с ее различными силами, изначально вложенными творцом в незначительное число форм или только в одну
Но всё же, наблюдая за тысячами (без преувеличения) живых существ, Дарвин видел некрасивую часть природы. В частности, его поразил жизненный цикл ос-наездниц
Многие взрослые осы, в общем-то, неплохие существа, которые питаются нектаром. Проблема кое в чём другом. Их личинки хуже любого существа из фильма ужасов
Так, осы-наездницы откладывают свои личинки в других насекомых. Вылупившись, эти личинки заживо съедают своих хозяев
ВНИМАНИЕ, ДАЛЕЕ НЕПРИЯТНАЯ КАРТИНКА
Это насекомое не доживёт до пенсии и дело не в повышении пенсионного возраста
Дарвин понимал, как с позиции эволюции объяснить возникновение такого отвратительного животного. Но если допустить существование Бога, выходит, он намеренно создал эту осу? И намеренно создал других насекомых, которыми осы могли бы питаться? Даже если Бог существует, после такого не очень-то хочется ему поклоняться
Некоторые осы впечатляют ещё сильнее. Например, изумрудная тараканья оса. Красавица, не правда ли?
Но вы ведь уже догадались, что что-то с ней не так? А почему она называется тараканьей? Дело снова в личинках. Взрослая особь парализует таракана мощным ядом, делая укол прямо в мозг. Но при этом таракан не лежит без движения, а становится настоящим зомби, повинуясь приказам осы, подталкивающей его в нужном направлении!
Далее заботливая мама откладывает яйца в брюшко таракана. Там заводятся личинки, а затем окукливаются и вылупляются из таракана, как чёртов ксеноморф. Да, таракан при этом всё ещё жив
Природа крайне богата подобными и ещё более жуткими примерами — 50% всех видов хотя бы на одной стадии жизненного цикла являются паразитами. А для Дарвина последней каплей чаши разочарования в Боге стала смерть его дочери
Больше постов про науку и учёбу в моей группе ВК и канале телеграм