Приветствую друзья, продолжаем разбирать айсберг интересных биологических теорий. Комментарии автора будут выделены курсивом.
Сам айсберг можно найти тут.
Первая часть с разбором 1-2-3 уровня.
Вторая часть с разбором 4-5 уровня.
Уровень №6. Нижний край айсберга
Эпигенетика - раздел генетики изучающий влияние факторов внешней среды на активность генов в клетках организма.
На заре генетики, учёные считали, что развитие и жизнедеятельность организма строится лишь на основе генотипа, который формируется в момент слияния половых клеток родителей. Однако в последние годы стало ясно, что окружающая среда очень сильно влияет на то, какие гены будут активны в клетке.
Причём речь идёт не только о банальных факторах вроде температуры окружающей среды, стресса и болезней. На активность генов влияет почти всё от региона проживания до типов бактерий обитающих в кишечнике.
Подробнее про эпигенетику можно почитать тут.
Это определённо одно из самых перспективных направлений в биологии. Выяснение факторов, которые активируют полезные гены может существенно улучшить качество жизни всех людей на планете.
Панспермия - гипотеза о том, что жизнь на Земле возникла в результате переноса живых организмов (скорее всего бактерий) из космоса (на комете, метеорите или космическом корабле).
Несмотря на то, что гипотезу практически невозможно проверить, в её основе лежат вполне разумные научные предположения. На Земле действительно есть множество организмов (экстремофилов), которые способны выдержать длительное космическое путешествие длиной в тысячи лет, сохраняя при этом жизнеспособность.
В основном это различные виды бактерий и архей, которые могут образовывать споры или впадать в состояние цисты, окружая себя прочной защитной оболочкой и практически полностью останавливая все процессы жизнедеятельности.
Возможно человечеству ещё предстоит проверить гипотезу панспермии экспериментально, после того как технологии позволят отправлять зонды к ближайшим экзопланетам земного типа.
Если жизнь всё-таки прилетела из космоса, то должно же быть место во вселенной где она зародилась. Панспермия не решает вопрос возникновения жизни, а лишь переносит его начальную точку.
Мир РНК - теория согласно которой первой молекулой на Земле, которая кодировала и передавала генетическую информацию была молекула РНК, а ДНК появилась позже, благодаря взаимодействию РНК, ферментов и белков. В следствии этого период до появления ДНК согласно теории принято называть "Миром РНК".
Основное положение теории:
В живых организмах практически все процессы происходят благодаря ферментам белковой природы. Белки не могут самовоспроизводиться и синтезироваться в клетке, для этого им необходимо информация заложенная в ДНК. Однако удвоение ДНК происходит только благодаря участию белков и РНК.Образуется замкнутый круг, из-за которого в рамках теории самозарождения жизни приходилось признать необходимость не только случайного возникновения обоих классов молекул, но и спонтанного возникновения сложной системы на основе их взаимосвязи. (c) Википедия
Что появилось раньше курица или яйцо? Старинная загадка вновь обретает смысл.
Бессмертные организмы - теория о том, что некоторые виды на Земле обладают истинным биологическим бессмертием и не могут умереть из-за старости (другими словами — ситуация, когда вероятность смерти за единицу времени не увеличивается с возрастом).
Однако ни одно существо не является абсолютно бессмертным, так как любой организм может быть убит внешними факторами (хищниками, голодом, температурой, инфекционными болезнями и т.д.).
Проверить наличие биологического бессмертия очень сложно, однако отсутствие видимых признаков старения и деградации клеток можно обнаружить экспериментально, методами клеточной и молекулярной биологии.
Потенциальные кандидаты на роль бессмертных организмов:
- Гидры;
- Некоторые виды медуз;
- Некоторые виды морских ежей (под вопросом);
- Некоторые виды морских моллюсков;
- Антарктическая губка;
Высокая клеточная регенерация один из ключевых факторов определяющих потенциальную способность к биологическому бессмертию, однако у человека единственный тип клеток, способный к бесконечному делению и высокой метаболической активности - это раковые клетки. Может быть старение, это плата за подавление раковых опухолей?
Роль вирусов в эволюции - теория о том, что роль вирусов в эволюции сильно недооценена.
Вполне возможно, что жизнь в том виде, в котором мы её знаем сформировалась именно благодаря вирусам. Способность организма противостоять вирусам была одним из основных факторов естественного отбора, однако практически не описана в классических учебниках биологии, где большая роль отдаётся влиянию физическим факторам среды обитания и экологическим отношениям между разными видами.
К тому же вирусы могли переносить генетическую информацию между разными видами и встраиваться в их ДНК, тем самым повышая изменчивость и генетическое разнообразие в популяции.
До 8% человеческого генома состоит из древних вирусов, которые встроились в ДНК и по каким-то причинам потеряли способность к воспроизведению вирусных частиц.
Кстати по вине вирусов гибнет до 90% всех живых организмов на планете. Нам повезло, что мы не входим в это число.
Внеклеточное изменение генома - предположение о том, что внеклеточная ДНК может изменяться, а затем встраиваться в клетки организма меняя их свойства.
Очень сложная для понимания тема, по которой трудно найти качественные материалы. Сам механизм внеклеточного изменения генома опирается на весьма теоретические модели и прямых доказательств его существования пока не представлено. Однако также как и горизонтальный перенос генов вирусами, он мог внести большой вклад в эволюцию и развитие жизни.
Подробнее про внеклеточную ДНК можно почитать тут.
Что-то в этом определённо есть, думаю в ближайшие годы нас ждет множество интересных открытий в этой сфере.
Уровень №7. Пучина
Восстановление теломер - теоретический способ продления жизни клеток за счёт восстановления защитных колпачков (теломер) на концах хромосом.
С каждым делением клетки теломеразные окончания укорачиваются, и в конечном итоге клетка больше не может делиться. Этот процесс имеет генетический и эпигенетический характер, то есть зависит как от наследственности, так и от влияния внешней среды.
Если у учёных получится определить факторы, которые отвечают за сохранение и восстановление теломер, то возможно получится существенно увеличить продолжительность жизни и приблизиться к биологическому бессмертию.
Подробнее про это можно почитать тут.
Кстати раковые клетки HeLa, обладают уникальной способностью восстанавливать свои теломеры и обходить так называемый предел Хейфлика, что позволяет им делиться бесконечное количество раз.
Синтетическая биология - направление в биологии, занимающееся проектированием и созданием биологических систем с заданными свойствами и функциями, в том числе не имеющих аналогов в природе.
По сути мы создаём живых организмов, которые выполняют строго заданные функции: вирусы - убийцы опухолей, дрожжи - мини-заводы по производству спиртов, бактерии производящие кулинарные приправы (например, глутамат натрия) и т.д.
Учитывая, что клетка это по сути огромный биохимический завод, наполненный молекулярными машинами, то в теории мы можем заставить её производить всё, что угодно от лекарств до кремниевых наночипов. Проблема заключается лишь в том, как правильно записать программу выполнения задачи в ДНК и обеспечить условия для её выполнения.
Вопреки распространённому мнению, организмы созданные с помощью методов синтетической биологии будут крайне уязвимы и вряд ли смогут выдержать конкуренцию с естественными обитателями нашей планеты, даже если попадут во внешнюю среду. Однако нам стоит быть осторожнее при встраивании генов, дающих определенные преимущества, если они "утекут" в дикую природу, то биосфера может измениться до неузнаваемости и не факт, что человеку найдётся в ней место.
Цивилизация Дельфинов.
Дельфины появились на Земле примерно 25 миллионов лет назад. Их мозг крупнее по размеру и имеет больше извилин, однако не смотря на огромную эволюционную фору (человек появился ~7 миллионов лет назад), они не образовали цивилизацию и даже не начали использовать орудия труда.
Подобный вопрос можно отнести и к другим животным, например к осьминогам, чья эволюционная фора ещё больше ~100 миллионов лет. При этом у них есть очень функциональные и подходящие для работы с орудиями труда щупальца.
Почему за столь большой срок ни один другой вид на Земле не сформировал даже самую примитивную цивилизацию остаётся загадкой.
Существует множество объяснений этого парадокса, однако до сих пор непонятно, что же сделало человека таким уникальным. В чём причина нашего эволюционного успеха?
Нанобактерии - это бактерии, размеры которых составляют всего несколько десятков нанометров, в то время как размеры обычных бактерий составляют ~2 000 - 5 000 нанометров. Малый размер этих организмов является ограничением, которое долгое время сдерживал их изучение.
Подробнее про нанобактерий можно почитать тут.
Сейчас всё больше исследователей склонны соглашаться с тем, что эти структуры существуют и, по-видимому, каким-то образом самовоспроизводятся. Однако идея о том, что они являются живыми существами, в настоящее время отброшена, а частицы нанобактерий считаются неживыми кристаллизированными формами минералов и органических молекул.
Очень жаль, впрочем если задуматься, то существование нанобактерий не опровергли, а лишь доказали, что найденные ранее образцы ими не являются.
Авалонский взрыв - предполагаемое эволюционное событие, произошедшее около 575 миллионов лет назад, в ходе которого за относительно короткий период времени появилось огромное количество новых видов многоклеточных организмов.
В последствии практически все представители живого мира, появившиеся в результате авалонского взрыва вымерли, из-за конкуренции с видами появившимися в результате кембрийского взрыва (спустя 33 миллиона лет).
До сих пор до конца не ясна причина таких эволюционных взрывов, какие факторы должны сложиться, чтобы за столь короткий срок появлялись десятки новых типов живых организмов. Интересно, эволюционные взрывы остались в прошлом или в будущем нас тоже ожидает нечто подобное?
Парадокс планктона - описание ситуации в водной экосистеме, при которой ограниченный круг ресурсов поддерживает неожиданно широкий спектр видов планктона, нарушая принцип конкурентного исключения.
Планктон и микробные сообщества состоят из сотен видов, основных и «периферийных», последних в системе значительно меньше. Но как эти организмы сосуществуют? Конкуренция не поддерживает сразу много видов, должны выживать лишь сильнейшие, ведь ресурсы ограничены.
Парадокс удалось частично разрешить с помощью математических моделей, которые показали, что:
Если новый вид вытеснит старый, погибнут микроорганизмы, которые потребляли продукты его метаболизма, что нарушит пищевой баланс и приведёт к гибели всех организмов. Поэтому экосистема сама производит устойчивые разветвленные питательные цепи состоящие из множества видов.
Одной загадкой меньше. Спасибо Пикабушнику @wronglogics, за ссылку с объяснением.
Квантовые процессы в мозге - группа гипотез, в основе которых лежит предположение о том, что сознание необъяснимо на уровне классической механики и биологии и может быть объяснено только с привлечением постулатов квантовой механики, включая в объяснения явления суперпозиции, квантовой запутанности и т.д.
Несмотря на то, что подобная точка зрения не поддерживается большинством современных учёных, она имеет право на существование, поскольку парадокс сознания и разумности по прежнему не объяснён.
К сожалению мы всё ещё слишком мало знаем о структуре самой реальности, чтобы говорить о том, что возможно, а что нет в квантовом мире. Эффект наблюдателя и эксперимент с квантовым ластиком и отложенным выбором до сих пор не объяснены. Также как и не понятно влияет ли наш разум на реальность и может ли заимствовать информацию из других вселенных, также как это делают квантовые компьютеры (если конечно многомировая интерпретация Эверетта верна).
Спасибо, что дочитали. Последняя часть с разбором самого нижнего уровня айсберга выйдет в ближайшие дни/недели.
Другие соц.сети проекта (никакой рекламы и скама, только наука):
Ютуб
Вконтакте
Поддержать проект рублём (Boosty) + Бонусы от автора
