Πληροφορίες

Η προέλευση των μοριακών μηχανών

Η προέλευση των μοριακών μηχανών


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Το DNA περιέχει γενετικές πληροφορίες και κατέχει το κλειδί για την εξέλιξη των ζωντανών οργανισμών. Οι μηχανισμοί μεταγραφής και μετάφρασης επιτρέπουν στα ζωντανά κύτταρα να επεξεργάζονται πληροφορίες που κωδικοποιούνται στο DNA. Για το σκοπό αυτό, η μεταγραφή και η μετάφραση είναι θεμελιώδεις μηχανισμοί που απαιτούνται για να καταστεί δυνατή η εξέλιξη των οργανισμών. Οι μοριακές μηχανές (ένζυμα) εκτελούν αυτούς τους μηχανισμούς διαβάζοντας τις πληροφορίες στο DNA και χρησιμοποιώντας τις για την κατασκευή πρωτεϊνών.

Περιείχε το πρώτο ζωντανό κύτταρο τον μηχανισμό που απαιτείται για τη μετάφραση και τη μεταγραφή; ή εξελίχθηκαν με την πάροδο του χρόνου;

ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ: Επεξεργάστηκε την ερώτηση για να περιορίσει το εύρος.


Η κύρια υπόθεση είναι ότι όλα ξεκινούν από το RNA. «Ο κόσμος του RNA». Δεν υπήρχε DNA και πρωτεΐνες. Και οι δύο λειτουργίες πραγματοποιήθηκαν από RNA. Τώρα δεν υπάρχει ζωντανός οργανισμός που να μεταφέρει πληροφορίες στο RNA (μόνο ιοί…), αλλά υπάρχουν «ένζυμα» από το RNA - ριβοένζυμα.
Η εξέλιξη στο DNA έγινε αργότερα, σύμφωνα με αυτή την υπόθεση.
Υπάρχει πολύ καλό άρθρο στο wiki.
http://en.wikipedia.org/wiki/RNA_world_hypothesis
ή αν θέλεις κάτι περισσότερο δες εδώ
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK26876/

Περίληψη

Από τις γνώσεις μας για τους σημερινούς οργανισμούς και τα μόρια που περιέχουν, φαίνεται πιθανό ότι η ανάπτυξη των άμεσα αυτοκαταλυτικών μηχανισμών θεμελιωδών για τα ζωντανά συστήματα ξεκίνησε με την εξέλιξη των οικογενειών μορίων που θα μπορούσαν να καταλύσουν τη δική τους αντιγραφή. Με τον καιρό, μια οικογένεια συνεργαζόμενων καταλυτών RNA πιθανώς ανέπτυξε την ικανότητα να κατευθύνει τη σύνθεση πολυπεπτιδίων. Το DNA είναι πιθανό να ήταν μια καθυστερημένη προσθήκη: καθώς η συσσώρευση πρόσθετων πρωτεϊνικών καταλυτών επέτρεψε την ανάπτυξη πιο αποτελεσματικών και πολύπλοκων κυττάρων, η διπλή έλικα του DNA αντικατέστησε το RNA ως πιο σταθερό μόριο για την αποθήκευση των αυξημένων ποσοτήτων γενετικής πληροφορίας που απαιτούνται από τέτοια κύτταρα.


Η ιστορία της PCR


Κάνοντας το Pursuit Possible

Δυστυχώς, η συζήτηση είναι φθηνή. Τι εμπόδισε τον Turing να πάει στη δουλειά εκείνη τη στιγμή; Πρώτον, οι υπολογιστές έπρεπε να αλλάξουν ριζικά. Πριν από το 1949 οι υπολογιστές δεν είχαν μια βασική προϋπόθεση για την ευφυΐα: δεν μπορούσαν να αποθηκεύσουν εντολές, παρά μόνο να τις εκτελέσουν. Με άλλα λόγια, οι υπολογιστές θα μπορούσαν να ενημερωθούν για το τι να κάνουν, αλλά δεν μπορούσαν να θυμηθούν τι έκαναν. Δεύτερον, οι υπολογιστές ήταν εξαιρετικά ακριβοί. Στις αρχές της δεκαετίας του 1950, το κόστος της μίσθωσης ενός υπολογιστή έφτανε τα 200.000 δολάρια το μήνα. Μόνο τα διάσημα πανεπιστήμια και οι μεγάλες εταιρείες τεχνολογίας θα μπορούσαν να αντέξουν οικονομικά να ζουν σε αυτά τα αχαρτογράφητα νερά. Χρειαζόταν μια απόδειξη της ιδέας καθώς και η συνηγορία από ανθρώπους υψηλού προφίλ για να πειστούν οι πηγές χρηματοδότησης ότι αξίζει να επιδιώκεται η μηχανική νοημοσύνη.


2. Οι Φανταστικοί Πρωτοπόροι της Νανοτεχνολογίας

Ο Αμερικανός φυσικός και βραβευμένος με Νόμπελ Richard Feynman εισήγαγε την έννοια της νανοτεχνολογίας το 1959. Κατά τη διάρκεια της ετήσιας συνάντησης της Αμερικανικής Φυσικής Εταιρείας, ο Feynman παρουσίασε μια διάλεξη με τίτλο “There’s Plenty of Room at the Bottom Τεχνολογία (Caltech). Σε αυτή τη διάλεξη, ο Feynman έκανε την υπόθεση “Γιατί δεν μπορούμε’t να γράψουμε ολόκληρους τους 24 τόμους της Encyclopedia Britannica στην κεφαλή μιας καρφίτσας;”, και περιέγραψε ένα όραμα χρήσης μηχανών για την κατασκευή μικρότερων μηχανών και μέχρι το μοριακό επίπεδο [5]. Αυτή η νέα ιδέα έδειξε ότι οι υποθέσεις του Feynman έχουν αποδειχθεί σωστές και για αυτούς τους λόγους, θεωρείται ο πατέρας της σύγχρονης νανοτεχνολογίας. Μετά από δεκαπέντε χρόνια, ο Norio Taniguchi, ένας Ιάπωνας επιστήμονας ήταν ο πρώτος που χρησιμοποίησε και όρισε τον όρο "#x0201cnanotechnology”" το 1974 ως: "#x0201cνανοτεχνολογία αποτελείται κυρίως από την επεξεργασία του διαχωρισμού, της ενοποίησης και της παραμόρφωσης υλικών από ένα άτομο ή ένα άτομο μόριο” [6].

Αφού ο Feynman ανακάλυψε αυτό το νέο πεδίο έρευνας που τράβηξε το ενδιαφέρον πολλών επιστημόνων, αναπτύχθηκαν δύο προσεγγίσεις που περιγράφουν τις διαφορετικές δυνατότητες για τη σύνθεση νανοδομών. Αυτές οι προσεγγίσεις παραγωγής εμπίπτουν σε δύο κατηγορίες: από πάνω προς τα κάτω και από κάτω προς τα πάνω, οι οποίες διαφέρουν ως προς τους βαθμούς ποιότητας, ταχύτητας και κόστους.

Η προσέγγιση από πάνω προς τα κάτω είναι ουσιαστικά η διάσπαση του χύδην υλικού για να ληφθούν σωματίδια μεγέθους νανο. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση προηγμένων τεχνικών όπως η μηχανική ακριβείας και η λιθογραφία που έχουν αναπτυχθεί και βελτιστοποιηθεί από τη βιομηχανία τις τελευταίες δεκαετίες. Η μηχανική ακριβείας υποστηρίζει την πλειοψηφία της βιομηχανίας μικροηλεκτρονικών κατά τη διάρκεια ολόκληρης της παραγωγικής διαδικασίας και η υψηλή απόδοση μπορεί να επιτευχθεί μέσω της χρήσης ενός συνδυασμού βελτιώσεων. Αυτά περιλαμβάνουν τη χρήση προηγμένης νανοδομής βασισμένης σε διαμάντι ή κυβικό νιτρίδιο βορίου και αισθητήρων για έλεγχο μεγέθους, σε συνδυασμό με αριθμητικό έλεγχο και προηγμένες τεχνολογίες σερβομηχανισμού. Η λιθογραφία περιλαμβάνει τη διαμόρφωση μιας επιφάνειας μέσω έκθεσης στο φως, ιόντα ή ηλεκτρόνια και την εναπόθεση υλικού σε αυτήν την επιφάνεια για να παραχθεί το επιθυμητό υλικό [7].

Η προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω αναφέρεται στη συσσώρευση νανοδομών από τον πυθμένα: άτομο προς άτομο ή μόριο προς μόριο με φυσικές και χημικές μεθόδους που βρίσκονται σε κλίμακα νανοκλίμακα (1 nm έως 100 nm) χρησιμοποιώντας ελεγχόμενο χειρισμό αυτοσυναρμολόγηση ατόμων και μορίων. Η χημική σύνθεση είναι μια μέθοδος παραγωγής ακατέργαστων υλικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν είτε απευθείας στο προϊόν στη χύδην άτακτη μορφή τους είτε ως δομικά στοιχεία πιο προηγμένων παραγγελθέντων υλικών. Η αυτοσυναρμολόγηση είναι μια προσέγγιση από κάτω προς τα πάνω στην οποία τα άτομα ή τα μόρια οργανώνονται σε διατεταγμένες νανοδομές μέσω χημικών-φυσικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους. Η συναρμολόγηση θέσης είναι η μόνη τεχνική στην οποία μεμονωμένα άτομα, μόρια ή σύμπλεγμα μπορούν να τοποθετηθούν ελεύθερα ένα προς ένα [7].

Η γενική ιδέα του top down και bottom up και οι διαφορετικές μέθοδοι που υιοθετήθηκαν για τη σύνθεση των νανοσωματιδίων με τη χρήση αυτών των τεχνικών συνοψίζονται στο Σχήμα 2. Το 1986, ο K. Eric Drexler δημοσίευσε το πρώτο βιβλίο για τη νανοτεχνολογία 𠇎ngines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”, το οποίο οδήγησε στη θεωρία της “m μοριακής μηχανικής” να γίνει πιο δημοφιλής [8]. Ο Drexler περιέγραψε τη δημιουργία πολύπλοκων μηχανών από μεμονωμένα άτομα, τα οποία μπορούν να χειριστούν ανεξάρτητα μόρια και άτομα και έτσι παράγουν αυτοσυναρμολογούμενες νανοδομές. Αργότερα, το 1991, οι Drexler, Peterson και Pergamit δημοσίευσαν ένα άλλο βιβλίο με τον τίτλο “Unbounding the Future: the Nanotechnology Revolution” στο οποίο χρησιμοποιούν τους όρους “nanobots” ή ““““𠇊pplicers“ τότε ο περίφημος όρος “nanomedicine” χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά μετά από αυτό [9].

Η έννοια της τεχνολογίας από πάνω προς τα κάτω και από κάτω προς τα πάνω: διαφορετικές μέθοδοι για τη σύνθεση νανοσωματιδίων.


Η προέλευση των μοριακών μηχανών - Βιολογία

Αυτή η σελίδα είναι βελτιστοποιημένη για προβολή με javascript.

Το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας -- το IMB -- είναι μια ομάδα βιολόγων, χημικών και φυσικών στο Πανεπιστήμιο του Όρεγκον που έχουν συγκεντρώσει την τεχνογνωσία τους για να αντιμετωπίσουν θεμελιώδη ερωτήματα στη μοριακή βιολογία. Ποιες είναι οι βασικές αρχές που καθορίζουν τη ζωή; Πώς αναπτύσσονται οι οργανισμοί και ανταποκρίνονται στο περιβάλλον τους με οργανωμένο τρόπο; Πώς εξελίσσεται η ζωή; Πώς μπορούμε να μεταφράσουμε τη μοριακή μας κατανόηση σε νέες θεραπείες;

Για την αντιμετώπιση αυτών των ερωτημάτων, το IMB μπορεί να υπερηφανεύεται για μια άκρως συνεργατική σχολή με εξειδίκευση στη γονιδιωματική, τη κυτταρική βιολογία, τη βιοχημεία/βιοφυσική, τη βιολογία συστημάτων, τη μικροβιολογία και την εξελικτική βιολογία. Οι ερευνητές μας χρησιμοποιούν μια μεγάλη ποικιλία βιολογικών συστημάτων, από ζέβρα χωρίς μικρόβια έως μοριακές μηχανές in vitro ανασυσταμένες έως υπολογιστικά μοντέλα. Ως αποτέλεσμα, οι φοιτητές που εγγράφονται στο διδακτορικό μας πρόγραμμα αποκτούν τις ευρείες εννοιολογικές και τεχνικές δεξιότητες που είναι απαραίτητες για να επιτύχουν στη σύγχρονη βιολογική έρευνα. Επιπλέον, οι υπερσύγχρονες εγκαταστάσεις μας και το εξαιρετικό προσωπικό υποστήριξης επιτρέπουν στα μέλη της κοινότητας του IMB να επικεντρώσουν τις προσπάθειές τους στην επιστήμη.

Το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας προσπαθεί να δημιουργήσει ένα περιβάλλον χωρίς αποκλεισμούς και φιλόξενο για επιστήμονες κάθε φυλής, εθνικής, κοινωνικοοικονομικής και άλλης προέλευσης. Ο συστημικός, ακόμη και δολοφονικός, ρατσισμός έχει οδηγήσει σε αιώνες φραγμούς ειδικά για τους μαύρους επιστήμονες. Είμαστε αφοσιωμένοι στο δύσκολο έργο της κατάρριψης αυτών των φραγμών. Η ηγεσία του IMB αναγνωρίζει πλήρως ότι ο παρελθόν, το παρόν και ο μελλοντικός μας ρόλος ως φύλακες της επιστήμης θέτει την ευθύνη σε εμάς να εργαστούμε για τη διόρθωση αυτών των ανισοτήτων. Αναγνωρίζουμε επίσης ότι η επιτυχία μας εξαρτάται από τη συμμετοχή και τη μάθηση από τους καθηγητές, το προσωπικό, τους εκπαιδευόμενους και την ευρύτερη κοινότητα για το σχεδιασμό και την εφαρμογή γνήσιων λύσεων. Σας προσκαλούμε να μοιραστείτε τις σκέψεις σας και να συμμετάσχετε στην αντιμετώπιση του ρατσισμού και της προκατάληψης. Μαζί, θα καλλιεργήσουμε ένα ινστιτούτο που καλλιεργεί την ποικιλομορφία για να βελτιώσει την κοινωνία, ενώ παράλληλα θα επιτρέψει πιο τολμηρή και δημιουργική επιστήμη.


Η προέλευση των μοριακών μηχανών - Βιολογία

Ένα μακρύ μονοπάτι οδηγεί από τις απαρχές της πρωτόγονης «ζωής», που υπήρχε πριν από τουλάχιστον 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, στην αφθονία και την ποικιλομορφία της ζωής που υπάρχει σήμερα. Αυτό το μονοπάτι κατανοείται καλύτερα ως προϊόν εξέλιξης.

Σε αντίθεση με τη δημοφιλή άποψη, ούτε ο όρος ούτε η ιδέα της βιολογικής εξέλιξης ξεκίνησε με τον Κάρολο Δαρβίνο και το κορυφαίο έργο του, On the Origin of Species by Means of Natural Selection (1859). Πολλοί μελετητές από τους αρχαίους Έλληνες φιλοσόφους είχαν συμπεράνει ότι παρόμοια είδη κατάγονταν από έναν κοινό πρόγονο. Η λέξη "εξέλιξη" εμφανίστηκε για πρώτη φορά στην αγγλική γλώσσα το 1647 σε μια μη βιολογική σύνδεση και έγινε ευρέως χρησιμοποιούμενη στα αγγλικά για όλα τα είδη προόδου από απλούστερες αρχές. Ο όρος Δαρβίνος που χρησιμοποιούσε συχνότερα για να αναφερθεί στη βιολογική εξέλιξη ήταν «κάθοδος με τροποποίηση», ο οποίος παραμένει ένας καλός σύντομος ορισμός της διαδικασίας σήμερα.

Ο Δαρβίνος πρότεινε ότι η εξέλιξη θα μπορούσε να εξηγηθεί από τη διαφορική επιβίωση των οργανισμών μετά τη φυσική παραλλαγή τους - μια διαδικασία που ονόμασε «φυσική επιλογή». Σύμφωνα με αυτή την άποψη, οι απόγονοι των οργανισμών διαφέρουν μεταξύ τους και από τους γονείς τους με τρόπους που είναι κληρονομήσιμοι - δηλαδή, μπορούν να μεταδώσουν τις διαφορές γενετικά στους δικούς τους απογόνους. Επιπλέον, οι οργανισμοί στη φύση παράγουν συνήθως περισσότερους απογόνους από αυτούς που μπορούν να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν δεδομένων των περιορισμών της τροφής, του χώρου και άλλων περιβαλλοντικών πόρων. Εάν ένα συγκεκριμένο ελατήριο έχει χαρακτηριστικά που του δίνουν πλεονέκτημα σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον, αυτός ο οργανισμός θα είναι πιο πιθανό να επιβιώσει και να μεταδώσει αυτά τα χαρακτηριστικά. Καθώς οι διαφορές συσσωρεύονται με την πάροδο των γενεών, οι πληθυσμοί των οργανισμών αποκλίνουν από τους προγόνους τους.

Η αρχική υπόθεση του Δαρβίνου έχει υποστεί εκτεταμένη τροποποίηση και επέκταση, αλλά οι κεντρικές έννοιες παραμένουν σταθερές. Μελέτες στη γενετική και τη μοριακή βιολογία - πεδία άγνωστα στην εποχή του Δαρβίνου - έχουν εξηγήσει την εμφάνιση των κληρονομικών παραλλαγών που είναι απαραίτητες για τη φυσική επιλογή. Οι γενετικές παραλλαγές προκύπτουν από αλλαγές ή μεταλλάξεις στη νουκλεοτιδική αλληλουχία του DNA, το μόριο από το οποίο κατασκευάζονται τα γονίδια. Τέτοιες αλλαγές στο DNA μπορούν πλέον να ανιχνευθούν και να περιγραφούν με μεγάλη ακρίβεια.

Οι γενετικές μεταλλάξεις προκύπτουν τυχαία. Μπορεί ή όχι να εξοπλίσουν τον οργανισμό με καλύτερα μέσα για να επιβιώσει στο περιβάλλον του. Αλλά εάν μια παραλλαγή γονιδίου βελτιώνει την προσαρμογή στο περιβάλλον (για παράδειγμα, επιτρέποντας σε έναν οργανισμό να κάνει καλύτερη χρήση μιας διαθέσιμης θρεπτικής ουσίας ή να ξεφύγει πιο αποτελεσματικά από τα αρπακτικά - όπως μέσω ισχυρότερων ποδιών ή μεταμφιεσμένου χρώματος), οι οργανισμοί που φέρουν αυτό το γονίδιο είναι πιο πιθανό να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν από εκείνα που δεν το έχουν. Με την πάροδο του χρόνου, οι απόγονοί τους θα τείνουν να αυξάνονται, αλλάζοντας τα μέσα χαρακτηριστικά του πληθυσμού. Αν και η γενετική παραλλαγή στην οποία λειτουργεί η φυσική επιλογή βασίζεται σε τυχαία ή τυχαία στοιχεία, η ίδια η φυσική επιλογή παράγει "προσαρμοστική" αλλαγή -- το ακριβώς αντίθετο της τύχης.

Οι επιστήμονες έχουν επίσης κατανοήσει τις διαδικασίες με τις οποίες προέρχονται τα νέα είδη. Ένα νέο είδος είναι αυτό στο οποίο τα άτομα δεν μπορούν να ζευγαρώσουν και να παράγουν βιώσιμους απογόνους με άτομα ενός προϋπάρχοντος είδους. Ο χωρισμός ενός είδους σε δύο συχνά ξεκινά επειδή μια ομάδα ατόμων χωρίζεται γεωγραφικά από τα υπόλοιπα. Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές σε μακρινά απομακρυσμένα νησιά, όπως το Gal´pagos και το αρχιπέλαγος της Χαβάης, των οποίων η μεγάλη απόσταση από την Αμερική και την Ασία σημαίνει ότι οι αφιχθέντες αποικιστές θα έχουν ελάχιστη ή καθόλου ευκαιρία να ζευγαρώσουν με άτομα που παραμένουν σε αυτές τις ηπείρους. Τα βουνά, τα ποτάμια, οι λίμνες και άλλα φυσικά εμπόδια ευθύνονται επίσης για τον γεωγραφικό διαχωρισμό μεταξύ πληθυσμών που κάποτε ανήκαν στο ίδιο είδος.

Μόλις απομονωθούν, οι γεωγραφικά διαχωρισμένες ομάδες ατόμων διαφοροποιούνται γενετικά ως συνέπεια της μετάλλαξης και άλλων διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της φυσικής επιλογής. Η προέλευση ενός είδους είναι συχνά μια σταδιακή διαδικασία, έτσι ώστε στην αρχή η αναπαραγωγική απομόνωση μεταξύ χωριστών ομάδων οργανισμών είναι μόνο μερική, αλλά τελικά γίνεται πλήρης. Οι επιστήμονες δίνουν ιδιαίτερη προσοχή σε αυτές τις ενδιάμεσες καταστάσεις, επειδή βοηθούν στην ανακατασκευή των λεπτομερειών της διαδικασίας και στον εντοπισμό συγκεκριμένων γονιδίων ή ομάδων γονιδίων που ευθύνονται για την αναπαραγωγική απομόνωση μεταξύ των ειδών.

Ένα ιδιαίτερα συναρπαστικό παράδειγμα ειδογένεσης περιλαμβάνει τα 13 είδη σπίνων που μελέτησε ο Δαρβίνος στα νησιά Galápagos, τώρα γνωστά ως σπίνοι του Δαρβίνου. Οι πρόγονοι αυτών των σπίνων φαίνεται να έχουν μεταναστεύσει από την ηπειρωτική χώρα της Νότιας Αμερικής στο Galápagos. Σήμερα τα διαφορετικά είδη σπίνων στο νησί έχουν ξεχωριστούς βιότοπους, δίαιτες και συμπεριφορές, αλλά οι μηχανισμοί που εμπλέκονται στην ειδογένεση συνεχίζουν να λειτουργούν. Μια ερευνητική ομάδα με επικεφαλής τους Peter και Rosemary Grant του Πανεπιστημίου του Πρίνστον έδειξε ότι ένα μόνο έτος ξηρασίας στα νησιά μπορεί να οδηγήσει σε εξελικτικές αλλαγές στους σπίνους. Η ξηρασία μειώνει τα αποθέματα ξηρών καρπών που σπάνε εύκολα, αλλά επιτρέπει την επιβίωση των φυτών που παράγουν μεγαλύτερους, πιο σκληρούς ξηρούς καρπούς. Έτσι, η ξηρασία ευνοεί τα πουλιά με ισχυρά, φαρδιά ράμφη που μπορούν να σπάσουν αυτούς τους πιο σκληρούς σπόρους, δημιουργώντας πληθυσμούς πουλιών με αυτά τα χαρακτηριστικά. Οι επιχορηγήσεις έχουν υπολογίσει ότι αν σημειωθούν ξηρασίες περίπου μία φορά κάθε 10 χρόνια στα νησιά, ένα νέο είδος σπίνου μπορεί να εμφανιστεί μόνο σε περίπου 200 χρόνια.

Οι ακόλουθες ενότητες εξετάζουν πολλές πτυχές της βιολογικής εξέλιξης με μεγαλύτερη λεπτομέρεια, εξετάζοντας την παλαιοντολογία, τη συγκριτική ανατομία, τη βιογεωγραφία, την εμβρυολογία και τη μοριακή βιολογία για περαιτέρω στοιχεία που υποστηρίζουν την εξέλιξη.

Το αρχείο απολιθωμάτων

Αν και ήταν ο Δαρβίνος, πάνω απ' όλους, που πρώτος συγκέντρωσε πειστικά στοιχεία για τη βιολογική εξέλιξη, παλαιότεροι μελετητές είχαν αναγνωρίσει ότι οι οργανισμοί στη Γη είχαν αλλάξει συστηματικά για μεγάλες χρονικές περιόδους. Για παράδειγμα, το 1799 ένας μηχανικός ονόματι William Smith ανέφερε ότι, σε αδιάσπαστα στρώματα βράχου, τα απολιθώματα εμφανίστηκαν με μια συγκεκριμένη διαδοχική σειρά, με πιο σύγχρονα που εμφανίζονταν πιο κοντά στην κορυφή. Επειδή τα κατώτατα στρώματα βράχου λογικά τοποθετήθηκαν νωρίτερα και επομένως είναι παλαιότερα από τα ανώτερα στρώματα, η αλληλουχία των απολιθωμάτων θα μπορούσε επίσης να δοθεί μια χρονολογία από το παλαιότερο στο νεότερο. Τα ευρήματά του επιβεβαιώθηκαν και επεκτάθηκαν στη δεκαετία του 1830 από τον παλαιοντολόγο William Lonsdale, ο οποίος αναγνώρισε ότι τα απολιθώματα των οργανισμών από χαμηλότερα στρώματα ήταν πιο πρωτόγονα από τα παραπάνω. Σήμερα έχουν εντοπιστεί πολλές χιλιάδες αρχαίες αποθέσεις πετρωμάτων που εμφανίζουν αντίστοιχες διαδοχές απολιθωμάτων.

Έτσι, η γενική ακολουθία των απολιθωμάτων είχε ήδη αναγνωριστεί πριν ο Δαρβίνος συλλάβει την κάθοδο με τροποποίηση. Όμως, οι παλαιοντολόγοι και οι γεωλόγοι πριν από τον Δαρβίνο χρησιμοποίησαν την αλληλουχία των απολιθωμάτων σε πετρώματα όχι ως απόδειξη της βιολογικής εξέλιξης, αλλά ως βάση για την επεξεργασία της αρχικής ακολουθίας των στρωμάτων των βράχων που είχαν διαταραχθεί δομικά από σεισμούς και άλλες δυνάμεις.

Στην εποχή του Δαρβίνου, η παλαιοντολογία ήταν ακόμα μια υποτυπώδης επιστήμη. Μεγάλα τμήματα της γεωλογικής διαδοχής στρωματοποιημένων πετρωμάτων ήταν άγνωστα ή ανεπαρκώς μελετημένα.

Ο Δαρβίνος, επομένως, ανησυχούσε για τη σπανιότητα των ενδιάμεσων μορφών μεταξύ ορισμένων μεγάλων ομάδων οργανισμών.

Σήμερα, πολλά από τα κενά στην παλαιοντολογική καταγραφή έχουν καλυφθεί από την έρευνα των παλαιοντολόγων. Εκατοντάδες χιλιάδες απολιθωμένοι οργανισμοί, που βρίσκονται σε καλά χρονολογημένες ακολουθίες βράχων, αντιπροσωπεύουν διαδοχές μορφών μέσα στο χρόνο και εκδηλώνουν πολλές εξελικτικές μεταβάσεις. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η μικροβιακή ζωή του απλούστερου τύπου υπήρχε ήδη πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Τα παλαιότερα στοιχεία για πιο πολύπλοκους οργανισμούς (δηλαδή ευκαρυωτικά κύτταρα, που είναι πιο πολύπλοκα από τα βακτήρια) έχουν ανακαλυφθεί σε απολιθώματα σφραγισμένα σε πετρώματα ηλικίας περίπου 2 δισεκατομμυρίων ετών. Πολυκύτταροι οργανισμοί, που είναι οι γνωστοί μύκητες, φυτά και ζώα, έχουν βρεθεί μόνο σε νεότερα γεωλογικά στρώματα. Η παρακάτω λίστα παρουσιάζει τη σειρά με την οποία εμφανίστηκαν όλο και πιο περίπλοκες μορφές ζωής:


Είδος ζωής Εκατομμύρια χρόνια από τότε
Πρώτη Γνωστή Εμφάνιση
(Κατά προσέγγιση)
Μικροβιακά (προκαρυωτικά κύτταρα) 3,500
Σύμπλοκα (ευκαρυωτικά κύτταρα) 2,000
Τα πρώτα πολυκύτταρα ζώα 670
Ζώα που φέρουν όστρακο 540
Σπονδυλωτά (απλά ψάρια) 490
Αμφίβια 350
Ερπετά 310
Θηλαστικά 200
Μη ανθρώπινα πρωτεύοντα 60
Οι πρώτοι πίθηκοι 25
Αυστραλοπιθηκικοί πρόγονοι των ανθρώπων 4
Σύγχρονοι άνθρωποι 0 .15 (150.000 χρόνια)

Έχουν ανακαλυφθεί τόσες πολλές ενδιάμεσες μορφές μεταξύ ψαριών και αμφίβιων, μεταξύ αμφιβίων και ερπετών, μεταξύ ερπετών και θηλαστικών και κατά μήκος των γραμμών καταγωγής των πρωτευόντων που συχνά είναι δύσκολο να προσδιοριστούν κατηγορηματικά όταν συμβαίνει η μετάβαση από το ένα σε ένα άλλο συγκεκριμένο είδος. Στην πραγματικότητα, σχεδόν όλα τα απολιθώματα μπορούν να θεωρηθούν ως ενδιάμεσα κατά κάποια έννοια, είναι μορφές ζωής που βρίσκονται μεταξύ των μορφών που προηγήθηκαν και εκείνων που ακολούθησαν.

Το αρχείο απολιθωμάτων παρέχει έτσι συνεπείς ενδείξεις συστηματικής αλλαγής με την πάροδο του χρόνου --της καθόδου με τροποποίηση. Από αυτό το τεράστιο σύνολο στοιχείων, μπορεί να προβλεφθεί ότι δεν θα βρεθούν ανατροπές σε μελλοντικές παλαιοντολογικές μελέτες. Δηλαδή, τα αμφίβια δεν θα εμφανίζονται πριν από τα ψάρια, ούτε τα θηλαστικά πριν από τα ερπετά, και δεν θα εμφανιστεί περίπλοκη ζωή στο γεωλογικό αρχείο πριν από τα παλαιότερα ευκαρυωτικά κύτταρα. Αυτή η πρόβλεψη επιβεβαιώθηκε από τα στοιχεία που έχουν συσσωρευτεί μέχρι τώρα: δεν έχουν βρεθεί ανατροπές.

Κοινές Δομές

Τα συμπεράσματα σχετικά με την κοινή καταγωγή που προέρχονται από την παλαιοντολογία ενισχύονται από τη συγκριτική ανατομία. Για παράδειγμα, οι σκελετοί των ανθρώπων, των ποντικών και των νυχτερίδων είναι εντυπωσιακά παρόμοιοι, παρά τους διαφορετικούς τρόπους ζωής αυτών των ζώων και την ποικιλομορφία των περιβαλλόντων στα οποία ευδοκιμούν. Η αντιστοιχία αυτών των ζώων, κόκαλο με κόκκαλο, μπορεί να παρατηρηθεί σε κάθε μέρος του σώματος, συμπεριλαμβανομένων των άκρων, αλλά ένα άτομο γράφει, ένα ποντίκι τρέχει και μια νυχτερίδα πετάει με δομές φτιαγμένες από οστά που είναι διαφορετικά στη λεπτομέρεια αλλά παρόμοια γενικά δομή και σχέση μεταξύ τους.

Οι επιστήμονες αποκαλούν τέτοιες δομές ομολογίες και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι εξηγούνται καλύτερα από την κοινή καταγωγή. Οι συγκριτικοί ανατόμοι ερευνούν τέτοιες ομολογίες, όχι μόνο στη δομή των οστών αλλά και σε άλλα μέρη του σώματος, επεξεργαζόμενοι σχέσεις από βαθμούς ομοιότητας. Τα συμπεράσματά τους παρέχουν σημαντικά συμπεράσματα σχετικά με τις λεπτομέρειες της εξελικτικής ιστορίας, συμπεράσματα που μπορούν να ελεγχθούν με συγκρίσεις με την αλληλουχία των προγονικών μορφών στο παλαιοντολογικό αρχείο.

Το αυτί και το σαγόνι θηλαστικού είναι περιπτώσεις στις οποίες η παλαιοντολογία και η συγκριτική ανατομία συνδυάζονται για να δείξουν την κοινή καταγωγή μέσω μεταβατικών σταδίων. Οι κάτω σιαγόνες των θηλαστικών περιέχουν μόνο ένα οστό, ενώ αυτές των ερπετών έχουν πολλά. Τα άλλα οστά στη γνάθο του ερπετού είναι ομόλογα με οστά που βρίσκονται τώρα στο αυτί των θηλαστικών. Οι παλαιοντολόγοι ανακάλυψαν ενδιάμεσες μορφές ερπετών που μοιάζουν με θηλαστικά (Therapsida) με άρθρωση διπλής γνάθου--η μία αποτελείται από τα οστά που επιμένουν στις γνάθους των θηλαστικών, η άλλη αποτελείται από οστά που τελικά έγιναν το σφυρί και ο άκμονας του αυτιού των θηλαστικών.

Η Κατανομή των Ειδών

Η βιογεωγραφία έχει επίσης συνεισφέρει στοιχεία για την καταγωγή από κοινούς προγόνους. Η ποικιλομορφία της ζωής είναι εκπληκτική. Περίπου 250.000 είδη ζωντανών φυτών, 100.000 είδη μυκήτων και ένα εκατομμύριο είδη ζώων έχουν περιγραφεί και ονομαστεί, καθένα από τα οποία καταλαμβάνει το δικό του περίεργο οικολογικό περιβάλλον ή θέση και η απογραφή απέχει πολύ από το να έχει ολοκληρωθεί. Ορισμένα είδη, όπως τα ανθρώπινα όντα και ο σύντροφός μας ο σκύλος, μπορούν να ζήσουν σε ένα ευρύ φάσμα περιβαλλόντων. Άλλοι είναι εκπληκτικά εξειδικευμένοι. Ένα είδος μύκητα (Laboulbenia) αναπτύσσεται αποκλειστικά στο πίσω μέρος των πτερυγίων κάλυψης ενός μεμονωμένου είδους σκαθαριού (Aphaenops cronei) που βρίσκεται μόνο σε ορισμένες σπηλιές της νότιας Γαλλίας. Οι προνύμφες της μύγας Drosophila carcinophila μπορούν να αναπτυχθούν μόνο σε εξειδικευμένες αυλακώσεις κάτω από τα πτερύγια του τρίτου ζεύγους στοματικών εξαρτημάτων ενός καβουριού που βρίσκεται μόνο σε ορισμένα νησιά της Καραϊβικής.

Πώς μπορούμε να κάνουμε κατανοητή την κολοσσιαία ποικιλία των ζωντανών όντων και την ύπαρξη τέτοιων εξαιρετικών, φαινομενικά ιδιότροπων πλασμάτων όπως ο μύκητας, το σκαθάρι και η μύγα που περιγράφηκαν παραπάνω; Και γιατί οι νησιωτικές ομάδες όπως το Galápagos κατοικούνται τόσο συχνά από μορφές παρόμοιες με εκείνες στην πλησιέστερη ηπειρωτική χώρα, αλλά ανήκουν σε διαφορετικά είδη; Η εξελικτική θεωρία εξηγεί ότι η βιολογική ποικιλότητα προκύπτει από την προσαρμογή των απογόνων τοπικών ή μεταναστών προκατόχων στα διαφορετικά περιβάλλοντά τους. Αυτή η εξήγηση μπορεί να ελεγχθεί με την εξέταση των υφιστάμενων ειδών και των τοπικών απολιθωμάτων για να διαπιστωθεί εάν έχουν παρόμοιες δομές, οι οποίες θα έδειχναν πώς το ένα προέρχεται από το άλλο. Επίσης, θα πρέπει να υπάρχουν στοιχεία ότι είδη χωρίς καθιερωμένη τοπική καταγωγή είχαν μεταναστεύσει στην τοποθεσία.

Όπου έχουν πραγματοποιηθεί τέτοιες δοκιμές, αυτές οι συνθήκες έχουν επιβεβαιωθεί. Ένα καλό παράδειγμα παρέχεται από τους πληθυσμούς θηλαστικών της Βόρειας και Νότιας Αμερικής, όπου εντυπωσιακά διαφορετικοί γηγενείς οργανισμοί εξελίχθηκαν σε απομόνωση μέχρι την εμφάνιση του ισθμού του Παναμά πριν από περίπου 3 εκατομμύρια χρόνια. Στη συνέχεια, ο αρμαδίλος, ο χοιρινός και ο οπόσυμ - θηλαστικά νοτιοαμερικανικής καταγωγής - μετανάστευσαν βόρεια, μαζί με πολλά άλλα είδη φυτών και ζώων, ενώ το λιοντάρι του βουνού και άλλα είδη της Βόρειας Αμερικής διέσχισαν τον ισθμό προς τα νότια.

Τα στοιχεία που βρήκε ο Δαρβίνος για την επίδραση της γεωγραφικής κατανομής στην εξέλιξη των οργανισμών έχουν γίνει ισχυρότερα με την προοδευτική γνώση. Για παράδειγμα, περίπου 2.000 είδη μυγών που ανήκουν στο γένος Drosophila βρίσκονται τώρα σε όλο τον κόσμο. Περίπου το ένα τέταρτο από αυτούς ζουν μόνο στη Χαβάη. Περισσότερα από χίλια είδη σαλιγκαριών και άλλων χερσαίων μαλακίων βρίσκονται επίσης μόνο στη Χαβάη. Η βιολογική εξήγηση για την πολλαπλότητα των συγγενών ειδών σε απομακρυσμένες τοποθεσίες είναι ότι τόσο μεγάλη ποικιλομορφία είναι συνέπεια της εξέλιξής τους από λίγους κοινούς προγόνους που αποίκησαν ένα απομονωμένο περιβάλλον. Τα νησιά της Χαβάης απέχουν πολύ από οποιαδήποτε ηπειρωτική χώρα ή άλλα νησιά, και με βάση τα γεωλογικά στοιχεία δεν έχουν ποτέ προσκολληθεί σε άλλα εδάφη. Έτσι, οι λίγοι αποικιστές που έφτασαν στα νησιά της Χαβάης βρήκαν πολλές διαθέσιμες οικολογικές θέσεις, όπου μπορούσαν, σε πολλές γενιές, να υποστούν εξελικτική αλλαγή και διαφοροποίηση. Κανένα θηλαστικό εκτός από ένα είδος νυχτερίδας δεν ζούσε στα νησιά της Χαβάης όταν οι πρώτοι άνθρωποι άποικοι έφτασαν παρόμοια, πολλά άλλα είδη φυτών και ζώων απουσίαζαν.

Τα νησιά της Χαβάης δεν είναι λιγότερο φιλόξενα από άλλα μέρη του κόσμου για τα είδη που απουσιάζουν. Για παράδειγμα, οι χοίροι και οι κατσίκες έχουν πολλαπλασιαστεί στη φύση στη Χαβάη και άλλα κατοικίδια ζώα ευδοκιμούν επίσης εκεί. Η επιστημονική εξήγηση για την απουσία πολλών ειδών οργανισμών, και τον μεγάλο πολλαπλασιασμό λίγων ειδών, είναι ότι πολλά είδη οργανισμών δεν έφτασαν ποτέ στα νησιά, λόγω της γεωγραφικής τους απομόνωσης. Εκείνοι που έφτασαν στα νησιά διαφοροποιήθηκαν με την πάροδο του χρόνου λόγω της απουσίας σχετικών οργανισμών που θα ανταγωνίζονταν για πόρους.

Ομοιότητες κατά την ανάπτυξη

Η εμβρυολογία, η μελέτη της βιολογικής ανάπτυξης από τη στιγμή της σύλληψης, είναι μια άλλη πηγή ανεξάρτητων στοιχείων για την κοινή καταγωγή. Τα Barnacles, για παράδειγμα, είναι καθιστικά καρκινοειδή με μικρή εμφανή ομοιότητα με άλλα
καρκινοειδή ως αστακούς, γαρίδες ή κωπηπόποδα. Ωστόσο, τα βαρέλια περνούν από ένα στάδιο προνυμφών ελεύθερης κολύμβησης στο οποίο μοιάζουν με άλλες προνύμφες καρκινοειδών. Η ομοιότητα των προνυμφικών σταδίων υποστηρίζει το συμπέρασμα ότι όλα τα καρκινοειδή έχουν ομόλογα μέρη και κοινή καταγωγή.

Ομοίως, μια μεγάλη ποικιλία οργανισμών, από μύγες φρούτων έως σκουλήκια, ποντίκια και ανθρώπους, έχουν πολύ παρόμοιες αλληλουχίες γονιδίων που είναι ενεργά νωρίς στην ανάπτυξη. Αυτά τα γονίδια επηρεάζουν την κατάτμηση ή τον προσανατολισμό του σώματος σε όλες αυτές τις διαφορετικές ομάδες. Η παρουσία τέτοιων παρόμοιων γονιδίων που κάνουν παρόμοια πράγματα σε ένα τόσο ευρύ φάσμα οργανισμών εξηγείται καλύτερα από το ότι ήταν παρόντα σε έναν πολύ πρώιμο κοινό πρόγονο όλων αυτών των ομάδων.

Νέα στοιχεία από τη Μοριακή Βιολογία

Η ενοποιητική αρχή της κοινής καταγωγής που προκύπτει από όλες τις προηγούμενες γραμμές αποδείξεων ενισχύεται από τις ανακαλύψεις της σύγχρονης βιοχημείας και της μοριακής βιολογίας.

Ο κώδικας που χρησιμοποιείται για τη μετάφραση αλληλουχιών νουκλεοτιδίων σε αλληλουχίες αμινοξέων είναι ουσιαστικά ο ίδιος σε όλους τους οργανισμούς. Επιπλέον, οι πρωτεΐνες σε όλους τους οργανισμούς αποτελούνται πάντα από το ίδιο σύνολο 20 αμινοξέων. Αυτή η ενότητα σύνθεσης και λειτουργίας είναι ένα ισχυρό επιχείρημα υπέρ της κοινής καταγωγής των πιο διαφορετικών οργανισμών.

Το 1959, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Κέμπριτζ στο Ηνωμένο Βασίλειο προσδιόρισαν τις τρισδιάστατες δομές δύο πρωτεϊνών που βρίσκονται σχεδόν σε κάθε πολυκύτταρο ζώο: την αιμοσφαιρίνη και τη μυοσφαιρίνη. Η αιμοσφαιρίνη είναι η πρωτεΐνη που μεταφέρει το οξυγόνο στο αίμα. Η μυοσφαιρίνη λαμβάνει οξυγόνο από την αιμοσφαιρίνη και το αποθηκεύει στους ιστούς μέχρι να χρειαστεί. Αυτές ήταν οι πρώτες τρισδιάστατες πρωτεϊνικές δομές που επιλύθηκαν και απέφεραν κάποιες βασικές γνώσεις. Η μυοσφαιρίνη έχει μια μοναδική αλυσίδα 153 αμινοξέων τυλιγμένη γύρω από μια ομάδα σιδήρου και άλλων ατόμων (που ονομάζονται «αίμη») στα οποία συνδέεται το οξυγόνο. Η αιμοσφαιρίνη, αντίθετα, αποτελείται από τέσσερις αλυσίδες: δύο ίδιες αλυσίδες που αποτελούνται από 141 αμινοξέα και δύο άλλες ίδιες αλυσίδες που αποτελούνται από 146 αμινοξέα. Ωστόσο, κάθε αλυσίδα έχει μια αίμη ακριβώς όπως αυτή της μυοσφαιρίνης και κάθε μία από τις τέσσερις αλυσίδες στο μόριο της αιμοσφαιρίνης είναι διπλωμένη ακριβώς όπως η μυοσφαιρίνη. Ήταν αμέσως προφανές το 1959 ότι τα δύο μόρια συνδέονται πολύ στενά.

Κατά τη διάρκεια των επόμενων δύο δεκαετιών, οι αλληλουχίες μυοσφαιρίνης και αιμοσφαιρίνης προσδιορίστηκαν για δεκάδες θηλαστικά, πτηνά, ερπετά, αμφίβια, ψάρια, σκουλήκια και μαλάκια. Όλες αυτές οι αλληλουχίες ήταν τόσο προφανώς σχετικές που μπορούσαν να συγκριθούν με σιγουριά με τις τρισδιάστατες δομές δύο επιλεγμένων προτύπων -- της μυοσφαιρίνης της φάλαινας και της αιμοσφαιρίνης αλόγου. Ακόμη πιο σημαντικό, οι διαφορές μεταξύ αλληλουχιών από διαφορετικούς οργανισμούς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ενός οικογενειακού δέντρου αιμοσφαιρίνης και παραλλαγής μυοσφαιρίνης μεταξύ των οργανισμών. Αυτό το δέντρο συμφωνούσε απόλυτα με παρατηρήσεις που προέρχονται από την παλαιοντολογία και την ανατομία σχετικά με την κοινή κάθοδο των αντίστοιχων οργανισμών.

Παρόμοια οικογενειακά ιστορικά έχουν ληφθεί από τις τρισδιάστατες δομές και τις αλληλουχίες αμινοξέων άλλων πρωτεϊνών, όπως το κυτόχρωμα c (πρωτεΐνη που εμπλέκεται στη μεταφορά ενέργειας) και οι πεπτικές πρωτεΐνες θρυψίνη και χυμοθρυψίνη. Η εξέταση της μοριακής δομής προσφέρει ένα νέο και εξαιρετικά ισχυρό εργαλείο για τη μελέτη των εξελικτικών σχέσεων. Η ποσότητα των πληροφοριών είναι δυνητικά τεράστια -- τόσο μεγάλη όσο οι χιλιάδες διαφορετικές πρωτεΐνες που περιέχονται σε ζωντανούς οργανισμούς και περιορίζεται μόνο από τον χρόνο και τους πόρους των μοριακών βιολόγων.

Καθώς η ικανότητα αλληλουχίας των νουκλεοτιδίων που αποτελούν το DNA έχει βελτιωθεί, κατέστη επίσης δυνατή η χρήση γονιδίων για την ανακατασκευή της εξελικτικής ιστορίας των οργανισμών. Λόγω μεταλλάξεων, η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων σε ένα γονίδιο αλλάζει σταδιακά με την πάροδο του χρόνου. Όσο πιο στενά συνδεδεμένοι είναι δύο οργανισμοί, τόσο λιγότερο διαφορετικό θα είναι το DNA τους. Επειδή υπάρχουν δεκάδες χιλιάδες γονίδια στον άνθρωπο και σε άλλους οργανισμούς, το DNA περιέχει μια τεράστια ποσότητα πληροφοριών για την εξελικτική ιστορία κάθε οργανισμού.

Τα γονίδια εξελίσσονται με διαφορετικούς ρυθμούς επειδή, αν και η μετάλλαξη είναι ένα τυχαίο γεγονός, ορισμένες πρωτεΐνες είναι πολύ πιο ανεκτικές στις αλλαγές στην αλληλουχία αμινοξέων τους από άλλες πρωτεΐνες. Για το λόγο αυτό, τα γονίδια που κωδικοποιούν αυτές τις πιο ανεκτικές, λιγότερο περιορισμένες πρωτεΐνες εξελίσσονται πιο γρήγορα. Ο μέσος ρυθμός με τον οποίο εξελίσσεται ένα συγκεκριμένο είδος γονιδίου ή πρωτεΐνης γεννά την έννοια του «μοριακού ρολογιού». Τα μοριακά ρολόγια λειτουργούν γρήγορα για λιγότερο περιορισμένες πρωτεΐνες και αργά για πιο περιορισμένες πρωτεΐνες, αν και έχουν όλα τα ίδια εξελικτικά γεγονότα.

Το σχήμα σε αυτή τη σελίδα συγκρίνει τρία μοριακά ρολόγια: για τις πρωτεΐνες του κυτοχρώματος c, οι οποίες αλληλεπιδρούν στενά με άλλα μακρομόρια και είναι αρκετά περιορισμένες στις αλληλουχίες αμινοξέων τους για τις λιγότερο άκαμπτα περιορισμένες αιμοσφαιρίνες, οι οποίες αλληλεπιδρούν κυρίως με το οξυγόνο και άλλα μικρά μόρια και για τα ινώδη μόρια, τα οποία είναι θραύσματα πρωτεΐνης που κόβονται από μεγαλύτερες πρωτεΐνες (ινωδογόνα) όταν πήζει το αίμα. Το ρολόι για τα ινωδοπεπτίδια λειτουργεί γρήγορα Το 1 τοις εκατό των αμινοξέων αλλάζει σε λίγο περισσότερο από 1 εκατομμύριο χρόνια. Στο άλλο άκρο, το μοριακό ρολόι λειτουργεί αργά για το κυτόχρωμα c, μια αλλαγή 1 τοις εκατό στην αλληλουχία αμινοξέων απαιτεί 20 εκατομμύρια χρόνια. Το ρολόι της αιμοσφαιρίνης είναι ενδιάμεσο.

Η έννοια του μοριακού ρολογιού είναι χρήσιμη για δύο σκοπούς. Καθορίζει τις εξελικτικές σχέσεις μεταξύ των οργανισμών και υποδεικνύει την εποχή στο παρελθόν που τα είδη άρχισαν να αποκλίνουν το ένα από το άλλο. Μόλις το ρολόι για ένα συγκεκριμένο γονίδιο ή πρωτεΐνη έχει βαθμονομηθεί με αναφορά σε κάποιο γεγονός του οποίου η ώρα είναι γνωστή, ο πραγματικός χρονολογικός χρόνος κατά τον οποίο συνέβησαν όλα τα άλλα γεγονότα μπορεί να προσδιοριστεί εξετάζοντας το πρωτεϊνικό ή γονιδιακό δέντρο.

Μια ενδιαφέρουσα πρόσθετη σειρά αποδεικτικών στοιχείων που υποστηρίζουν την εξέλιξη περιλαμβάνει αλληλουχίες DNA γνωστές ως «ψευδογονίδια». Τα ψευδογονίδια είναι υπολείμματα γονιδίων που δεν λειτουργούν πλέον αλλά συνεχίζουν να μεταφέρονται στο DNA ως περίσσεια αποσκευών. Τα ψευδογονίδια αλλάζουν επίσης με την πάροδο του χρόνου, καθώς περνούν από τους προγόνους στους απογόνους και προσφέρουν έναν ιδιαίτερα χρήσιμο τρόπο αναδόμησης των εξελικτικών σχέσεων.

Με τα λειτουργικά γονίδια, μια πιθανή εξήγηση για τη σχετική ομοιότητα μεταξύ γονιδίων από διαφορετικούς οργανισμούς είναι ότι οι τρόποι ζωής τους είναι παρόμοιοι -- για παράδειγμα, τα γονίδια ενός αλόγου και μιας ζέβρας θα μπορούσαν να είναι πιο παρόμοια λόγω των παρόμοιων ενδιαιτημάτων και συμπεριφορών τους. γονίδια από ένα άλογο και μια τίγρη. Αλλά αυτή η πιθανή εξήγηση δεν λειτουργεί για ψευδογονίδια, αφού δεν εκτελούν καμία λειτουργία. Αντίθετα, ο βαθμός ομοιότητας μεταξύ ψευδογονιδίων πρέπει απλώς να αντανακλά την εξελικτική τους σχέση. Όσο πιο απομακρυσμένος είναι ο τελευταίος κοινός πρόγονος δύο οργανισμών, τόσο πιο ανόμοια θα είναι τα ψευδογονίδια τους.

Τα στοιχεία για την εξέλιξη από τη μοριακή βιολογία είναι συντριπτικά και αυξάνονται γρήγορα. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αυτή η μοριακή απόδειξη καθιστά δυνατή την υπέρβαση των παλαιοντολογικών στοιχείων. Για παράδειγμα, από καιρό υποτίθεται ότι οι φάλαινες προέρχονται από θηλαστικά της ξηράς που είχαν επιστρέψει στη θάλασσα. Από ανατομικά και παλαιοντολογικά στοιχεία, οι πλησιέστεροι ζωντανοί συγγενείς της φάλαινας στην ξηρά φαινόταν να είναι τα άρτια οπλοφόρα θηλαστικά (σύγχρονα βοοειδή, πρόβατα, καμήλες, κατσίκες κ.λπ.). Πρόσφατες συγκρίσεις ορισμένων γονιδίων πρωτεΐνης γάλακτος (βήτα-καζεΐνη και κάπα-καζεΐνη) έχουν επιβεβαιώσει αυτή τη σχέση και έχουν προτείνει ότι ο πλησιέστερος ζωντανός συγγενής των φαλαινών που συνδέεται με τη γη μπορεί να είναι ο ιπποπόταμος. Σε αυτή την περίπτωση, η μοριακή βιολογία έχει αυξήσει το αρχείο απολιθωμάτων.

Creationism and the Evidence for Evolution

Ορισμένοι δημιουργιστές αναφέρουν αυτό που λένε ότι είναι ένα ημιτελές αρχείο απολιθωμάτων ως απόδειξη για την αποτυχία της εξελικτικής θεωρίας. Το αρχείο απολιθωμάτων ήταν ελλιπές στην εποχή του Δαρβίνου, αλλά πολλά από τα σημαντικά κενά που υπήρχαν τότε έχουν καλυφθεί από μεταγενέστερη παλαιοντολογική έρευνα. Ίσως το πιο πειστικό απολιθωμένο στοιχείο για την εξέλιξη είναι η συνέπεια της αλληλουχίας των απολιθωμάτων από τα πρώτα έως τα πρόσφατα. Πουθενά

Γη βρίσκουμε, για παράδειγμα, θηλαστικά σε στρώματα Devonian (η εποχή των ψαριών) ή ανθρώπινα απολιθώματα που συνυπάρχουν με υπολείμματα δεινοσαύρων. Τα αδιατάρακτα στρώματα με απλούς μονοκύτταρους οργανισμούς προηγούνται εκείνων με πολυκύτταρους οργανισμούς και τα ασπόνδυλα προηγούνται των σπονδυλωτών πουθενά δεν έχει βρεθεί αυτή η αλληλουχία ανεστραμμένη. Τα απολιθώματα από γειτονικά στρώματα είναι πιο παρόμοια από τα απολιθώματα από χρονικά απομακρυσμένα στρώματα. Το πιο λογικό επιστημονικό συμπέρασμα που μπορεί να εξαχθεί από τα απολιθώματα είναι ότι έχει πραγματοποιηθεί κάθοδος με τροποποίηση όπως αναφέρεται στην εξελικτική θεωρία.

Ειδικοί δημιουργιστές υποστηρίζουν ότι «κανείς δεν έχει δει την εξέλιξη να συμβαίνει». Αυτό χάνει την ουσία του πώς η επιστήμη ελέγχει τις υποθέσεις. Δεν βλέπουμε τη Γη να περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο ή τα άτομα που αποτελούν την ύλη. «Βλέπουμε» τις συνέπειές τους. Οι επιστήμονες συμπεραίνουν ότι υπάρχουν άτομα και η Γη περιστρέφεται επειδή έχουν δοκιμάσει προβλέψεις που προέρχονται από αυτές τις έννοιες μέσω εκτεταμένης παρατήρησης και πειραματισμού.

Επιπλέον, σε μικρή κλίμακα, «βιώνουμε» την εξέλιξη να συμβαίνει καθημερινά. Οι ετήσιες αλλαγές στους ιούς της γρίπης και η εμφάνιση ανθεκτικών στα αντιβιοτικά βακτηρίων είναι και τα δύο προϊόντα εξελικτικών δυνάμεων. Πράγματι, η ταχύτητα με την οποία οργανισμοί με σύντομους χρόνους παραγωγής, όπως τα βακτήρια και οι ιοί, μπορούν να εξελιχθούν υπό την επίδραση του περιβάλλοντος τους έχει μεγάλη ιατρική σημασία. Πολλά εργαστηριακά πειράματα έχουν δείξει ότι, λόγω της μετάλλαξης και της φυσικής επιλογής, τέτοιοι μικροοργανισμοί μπορούν να αλλάξουν με συγκεκριμένους τρόπους από αυτούς των αμέσως προηγούμενων γενεών.

Σε μεγαλύτερη κλίμακα, η εξέλιξη των κουνουπιών ανθεκτικών στα εντομοκτόνα είναι ένα άλλο παράδειγμα της αντοχής και της προσαρμοστικότητας των οργανισμών υπό περιβαλλοντική πίεση. Ομοίως, τα παράσιτα της ελονοσίας έχουν γίνει ανθεκτικά στα φάρμακα που χρησιμοποιούνταν εκτενώς για την καταπολέμησή τους για πολλά χρόνια. Ως αποτέλεσμα, η ελονοσία αυξάνεται, με περισσότερα από 300 εκατομμύρια κλινικά περιστατικά ελονοσίας να εμφανίζονται κάθε χρόνο.

Τα μοριακά εξελικτικά δεδομένα αντικρούουν μια πρόσφατη πρόταση που ονομάζεται «θεωρία ευφυούς σχεδιασμού». Οι υποστηρικτές αυτής της ιδέας υποστηρίζουν ότι η δομική πολυπλοκότητα είναι απόδειξη του άμεσου χεριού του Θεού στην ειδική δημιουργία οργανισμών όπως είναι σήμερα. Αυτά τα επιχειρήματα απηχούν εκείνα του κληρικού του 18ου αιώνα Ουίλιαμ Πέιλι που υποστήριξε ότι το μάτι των σπονδυλωτών, λόγω της περίπλοκης οργάνωσής του, είχε σχεδιαστεί ειδικά στη σημερινή του μορφή από έναν παντοδύναμο Δημιουργό. Οι σύγχρονοι υποστηρικτές του ευφυούς σχεδιασμού υποστηρίζουν ότι μοριακές δομές όπως το DNA, ή μοριακές διεργασίες όπως τα πολλά βήματα που περνά το αίμα όταν πήζει, είναι τόσο ανεπανόρθωτα πολύπλοκες που μπορούν να λειτουργήσουν μόνο εάν όλα τα συστατικά λειτουργούν ταυτόχρονα. Έτσι, οι υποστηρικτές του ευφυούς σχεδιασμού λένε ότι αυτές οι δομές και διαδικασίες δεν θα μπορούσαν να έχουν εξελιχθεί με τον σταδιακό τρόπο χαρακτηριστικό της φυσικής επιλογής.

Ωστόσο, οι δομές και οι διεργασίες που υποστηρίζεται ότι είναι «μη ανώδυνα» περίπλοκες τυπικά δεν βρίσκονται σε πιο προσεκτική επιθεώρηση. Για παράδειγμα, είναι λάθος να υποθέσουμε ότι μια πολύπλοκη δομή ή βιοχημική διαδικασία μπορεί να λειτουργήσει μόνο εάν όλα τα συστατικά της είναι παρόντα και λειτουργούν όπως τα βλέπουμε σήμερα. Πολύπλοκα βιοχημικά συστήματα μπορούν να δημιουργηθούν από απλούστερα συστήματα μέσω της φυσικής επιλογής. Έτσι, το «ιστορικό» μιας πρωτεΐνης μπορεί να εντοπιστεί μέσω απλούστερων οργανισμών. Τα ψάρια χωρίς γνάθο έχουν απλούστερη αιμοσφαιρίνη από τα ψάρια με σαγόνι, τα οποία με τη σειρά τους έχουν απλούστερη αιμοσφαιρίνη από τα θηλαστικά.

Η εξέλιξη πολύπλοκων μοριακών συστημάτων μπορεί να συμβεί με διάφορους τρόπους. Η φυσική επιλογή μπορεί να συγκεντρώσει μέρη ενός συστήματος για μια λειτουργία κάθε φορά και στη συνέχεια, σε μεταγενέστερο χρόνο, να ανασυνδυάσει αυτά τα μέρη με άλλα συστήματα εξαρτημάτων για να δημιουργήσει ένα σύστημα που έχει διαφορετική λειτουργία. Τα γονίδια μπορούν να αντιγραφούν, να τροποποιηθούν και στη συνέχεια να ενισχυθούν μέσω της φυσικής επιλογής. Ο πολύπλοκος βιοχημικός καταρράκτης που οδηγεί στην πήξη του αίματος έχει εξηγηθεί με αυτόν τον τρόπο.


Ποικιλομορφία συστημάτων και μηχανισμών δράσης CRISPR-Cas

Σε γενικές γραμμές, υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες [64] συστημάτων CRISPR-Cas, τα οποία περιλαμβάνουν πέντε κύριους τύπους και 16 διαφορετικούς υποτύπους με βάση cas γονιδιακό περιεχόμενο, cas αρχιτεκτονική οπερονίων, αλληλουχίες πρωτεϊνών Cas και διεργασίες που αποτελούν τη βάση των προαναφερθέντων βημάτων (Εικ. 1) [65, 66]. Η πρώτη κατηγορία ορίζεται από σύμπλοκα τελεστών πολλαπλών πρωτεϊνών (Cascade, Cmr, Csm) και περιλαμβάνει τους τύπους I, III και IV. Συγκεκριμένα, τα συστήματα τύπου Ι είναι τα πιο συχνά και ευρέως διαδεδομένα συστήματα, τα οποία στοχεύουν το DNA με τρόπο που καθοδηγείται από Cascade και εξαρτάται από το PAM, καταστρέφοντας τα νουκλεϊκά οξέα-στόχους χρησιμοποιώντας την πρωτεΐνη υπογραφή Cas3 [26, 28, 67-71] (Εικ. 2). Πολλές μελέτες έχουν οδηγήσει σε εκτεταμένο βιοχημικό και δομικό χαρακτηρισμό των πρωτεϊνών-τελεστών και των συμπλεγμάτων πρωτεΐνης-DNA-RNA που εμπλέκονται στα συστήματα CRISPR-Cas τύπου Ι [20, 23, 24, 46, 72-77]. Ομοίως, τα συστήματα τύπου III εμφανίζονται συχνά στα αρχαία και χαρακτηρίζονται από τα πολυπρωτεϊνικά σύμπλοκα Csm [78-82] ή Cmr [16, 83-95] που λειτουργούν με τρόπο ανεξάρτητο από PAM και μπορούν να διασπάσουν DNA ή RNA χρησιμοποιώντας την υπογραφή Cas10 πρωτεΐνη μαζί με δραστικές νουκλεάσες όπως η Cmr4 (η RNase εντός του συμπλέγματος Cmr για συστήματα τύπου III-B) [85, 95] και η Csm3 (η RNase εντός του συμπλέγματος Csm για συστήματα τύπου III-A) [81, 82]. Είναι ενδιαφέρον ότι αρκετές πρόσφατες μελέτες έχουν αποκαλύψει ότι τα συστήματα CRISPR-Cas τύπου III μπορούν στην πραγματικότητα να στοχεύουν και τους δύο τύπους νουκλεϊκών οξέων, μέσω της συν-μεταγραφικής διάσπασης RNA και DNA [80, 82]. Συγκεκριμένα, διακριτές ενεργές θέσεις εντός του συμπλέγματος Cas10-Csm ριβονουκλεοπρωτεϊνικού τελεστή οδηγούν τη συν-μεταγραφική καθοδηγούμενη από RNA διάσπαση DNA και διάσπαση RNA [80]. Τα συστήματα τύπου IV είναι μάλλον σπάνια και εξακολουθούν να μένουν να χαρακτηριστούν ως προς την κατανομή και τη λειτουργία τους.

Ποικιλία μοριακών μηχανών CRISPR-Cas. Υπάρχουν δύο κύριες κατηγορίες συστημάτων CRISPR-Cas, οι οποίες ορίζονται από τη φύση των νουκλεασών τελεστών Cas τους, είτε αποτελούνται από σύμπλοκα πολλαπλών πρωτεϊνών (κατηγορία 1), είτε από μια μοναδική πρωτεΐνη υπογραφής (κατηγορία 2). Για συστήματα κλάσης 1, οι κύριοι τύποι συστημάτων CRISPR-Cas περιλαμβάνουν συστήματα τύπου I και τύπου III. Εικονογραφείται εδώ ως παράδειγμα, το Escherichia coli Σύστημα K12 τύπου I-E (πάνω αριστερά) στοχεύει αλληλουχίες που πλαισιώνονται από ένα PAM που βρίσκεται 5'. Τα καθοδηγητικά RNA παράγονται από το Cascade, με τρόπο που ορίζεται από το Cas6 και τυπικά περιέχουν μια λαβή οκτώ νουκλεοτιδίων 5' που προέρχεται από την επανάληψη CRISPR, μια πλήρη αλληλουχία διαχωριστή και μια φουρκέτα 3' που προέρχεται από την επανάληψη CRISPR. Μετά την κοπή του κλώνου στόχου, η εξωνουκλεάση Cas3 3' έως 5' καταστρέφει το DNA στόχο με κατευθυντικό τρόπο. Στο Pyrococcus furiosus Σύστημα DSM 3638 τύπου III-B (κάτω αριστερά), ένας σύντομος οδηγός crRNA κατευθύνει το σύμπλεγμα Cmr προς συμπληρωματικό μονόκλωνο RNA με τρόπο ανεξάρτητο από το PAM. Για τον κανονικό τύπο ΙΙ-Α Streptococcus thermophilus σύστημα LMD-9 (πάνω δεξιά), ένας διπλός οδηγός crRNA-tracrRNA που δημιουργείται από Cas9 και RNase III στοχεύει μια συμπληρωματική αλληλουχία PAM DNA με 3' πλευρές για τη γένεση μιας ακριβούς δίκλωνης θραύσης χρησιμοποιώντας δύο τομείς νικάσης (RuvC και HNH). Για το Francisella novicda Σύστημα U112 τύπου V (κάτω δεξιά), ένα μοναδικό οδηγό RNA στοχεύει συμπληρωματικό dsDNA που πλαισιώνεται από ένα 5'-PAM χρησιμοποιώντας Cpf1, το οποίο δημιουργεί μια κλιμακωτή θραύση dsDNA. αλληλουχία Σύμπλεγμα που σχετίζεται με το CRISPR για την αντιική άμυνα, CRISPR ομαδοποιημένη τακτικά διακεκομμένη σύντομη παλινδρομική επανάληψη, crRNA CRISPR RNA, dsDNA δίκλωνο DNA, μεγάλο ηγέτης, nt νουκλεοτίδιο, PAM παρακείμενο μοτίβο πρωτοδιαχωριστή, ssRNA μονόκλωνο RNA, tracrRNA trans-ενεργοποιητικό CRISPR RNA

Αντίθετα, η δεύτερη κατηγορία ορίζεται από πρωτεΐνες απλού τελεστή και περιλαμβάνει τους τύπους II και V. Τα συστήματα τύπου II ορίζονται από τη δημοφιλή ενδονουκλεάση Cas9 [22], η οποία βασίζεται σε διπλούς οδηγούς crRNA-tracrRNA [30] που κατευθύνουν τα RuvC και HNH τομείς νικάσης για τη δημιουργία ακριβών αμβλέων θραυσμάτων DNA σε αλληλουχίες DNA-στόχους που πλαισιώνονται από ένα 3' PAM [22, 31-34, 96, 97]. Τα συστήματα τύπου V είναι σπάνια και χαρακτηρίζονται από την χαρακτηριστική νουκλεάση Cpf1, η οποία καθοδηγείται από ένα μοναδικό crRNA που κατευθύνει αυτήν την ενδονουκλεάση τύπου RuvC για κλιμακωτή κοπή dsDNA για να δώσει κολλώδη άκρα σε αλληλουχίες DNA στόχους που πλαισιώνονται από ένα 5' PAM [98] .

Πρόσφατα, αρκετές μελέτες έχουν δείξει ότι, αν και τα συστήματα CRISPR-Cas λειτουργούν γενικά σε τρία διαφορετικά στάδια, που περιλαμβάνουν ιδιαίτερες μοριακές διεργασίες και διάφορες μοριακές μηχανές Cas, τα βήματα προσαρμογής και παρεμβολής μπορούν στην πραγματικότητα να συζευχθούν [48, 99-101], κάτι που είναι συνεπές με την υπόθεση εκκίνησης [48, 102-104]. Συγκεκριμένα, η διαφορική δέσμευση καθορίζει εάν το συγγενές DNA στόχου θα πρέπει να καταστραφεί ως μέρος της οδού παρεμβολής ή εάν μερικώς συμπληρωματικές αλληλουχίες θα πρέπει να κατευθύνονται προς τη διαδρομή προσαρμογής [48]. Η σύζευξη των σταδίων προσαρμογής και παρεμβολής αντανακλά επίσης τη συνεξάρτησή τους από τις ακολουθίες Cas9 και PAM σε συστήματα τύπου II [100, 101, 105] και συνεπάγεται ένα μοντέλο «cut-and-paste» αντί για «copy and paste» [100, 101, 105]. 100].

Συνολικά, μια ευρεία γενετική και λειτουργική ποικιλία ανοσοποιητικών συστημάτων CRISPR-Cas εμφανίζεται στα γονιδιώματα πολλών βακτηρίων και των περισσότερων αρχαίων. Κοινοί παρονομαστές περιλαμβάνουν την κωδικοποιημένη από DNA ανοσία εντός των συστοιχιών CRISPR που παράγουν μικρά RNA καθοδήγησης, τα οποία ορίζουν ειδικούς για την αλληλουχία στόχους για τις νουκλεάσες Cas και την επακόλουθη διάσπαση νουκλεϊκού οξέος. Το καθολικό περίπτωση 1 και περίπτωση 2 γονίδια, που εμπλέκονται στην πολωμένη, μεσολαβούμενη από αλληλουχία και δομή απόκτηση διαχωριστή ιντεγκράσης κατά τη διάρκεια του σταδίου προσαρμογής [106-108], υπάρχουν σε όλους τους χαρακτηρισμένους τύπους και υποτύπους στις δύο κύριες κατηγορίες. Αντίθετα, υπάρχει ουσιαστική διακύμανση μεταξύ τάξεων, τύπων και υποτύπων σχετικά με τη φύση, την αλληλουχία και τη δομή των εμπλεκόμενων πρωτεϊνών CRISPR RNA και Cas, την εξάρτηση και τη θέση των αλληλουχιών PAM και τη φύση του νουκλεϊκού οξέος στόχου. Συνολικά, αυτό δείχνει την εκτεταμένη πολυδιάστατη ποικιλομορφία των συστημάτων CRISPR-Cas, τις εγγενείς βιολογικές λειτουργίες τους και τη σχετική δυνατότητα για διάφορες βιοτεχνολογικές και βιομηχανικές εφαρμογές.

Η ποικιλομορφία των συστημάτων CRISPR-Cas αντανακλά τους διάφορους λειτουργικούς τους ρόλους. Αν και η κύρια καθιερωμένη λειτουργία των συστημάτων CRISPR-Cas είναι η προσαρμοστική ανοσία έναντι διεισδυτικών γενετικών στοιχείων όπως τα πλασμίδια και οι ιοί, αρκετές μελέτες τα έχουν εμπλέξει ανεξάρτητα σε άλλες λειτουργίες, συμπεριλαμβανομένου του ενδογενούς μεταγραφικού ελέγχου, καθώς και αντίστασης στο στρες, της παθογένειας και της ρύθμισης του βιοφίλμ. σχηματισμός [63, 109-114].

Μελλοντικές μελέτες αναμένεται να προσδιορίσουν το σκεπτικό για τις μεροληψίες κατανομής σε διάφορες φυλογενετικές ομάδες, την απουσία συστημάτων CRISPR-Cas σε τόσα πολλά βακτήρια και να αποκαλύψουν τους λειτουργικούς δεσμούς μεταξύ της ανοσίας και άλλων βασικών βιολογικών διεργασιών, όπως η ομοιόσταση και η επιδιόρθωση του DNA. Ένα ενδιαφέρον αίνιγμα σχετικά με τα συστήματα CRISPR-Cas είναι η απουσία τους στα μισά περίπου από τα βακτηριακά γονιδιώματα που έχουν προσδιοριστεί ως σήμερα, παρά τη διαισθητική εξελικτική τους αξία. Μια άλλη σημαντική παράμετρος είναι εάν οι παρατηρούμενες προκαταλήψεις στη δειγματοληψία πρωτοδιαχωριστών κατά τη διάρκεια της προσαρμογής συσχετίζονται με τις προκαταλήψεις απόδοσης για το στάδιο παρεμβολής. Συγκεκριμένα, προκαταλήψεις προσαρμογής διαχωριστή έχουν επανειλημμένα παρατηρηθεί σε συστήματα τύπου Ι [115, 116] και σε συστήματα τύπου II [105, 117], που συνεπάγονται θραύσματα DNA που εξαρτώνται από την αναπαραγωγή σε διχάλες αντιγραφής, θέσεις Chi και αλληλεπίδραση με τον μηχανισμό επισκευής DNA RecBCD. και επομένως θα είναι σημαντικό να καθοριστεί εάν αυτά εξηγούν επίσης τη μεταβλητότητα της απόδοσης του διαχωριστή κατά τη διάρκεια της παρεμβολής.


Molecular Machine Group, Media Lab

Fabrizio Gelain, Zhongli Luo, Marc Rioult και Shuguang Zhang. Αυτοσυναρμολογούμενα πεπτιδικά ικριώματα στην κλινική. npj Αναγεννητική Ιατρική (2021) 6:9 https://doi.org/10.1038/s41536-020-00116-w. [τοπικό pdf]

SingTao Daily, 3 Νοεμβρίου 2020

Υδατοδιαλυτοί υποδοχείς κυτοκίνης συντηγμένοι με την περιοχή Fc του IgG μπορεί να είναι θεραπευτικοί για καταιγίδες κυτοκινών

MIT Media Lab, 13 Μαρτίου 2020

The Protein Society, AAAS, 12 Μαρτίου 2020

Ο Δρ Zhang θεωρείται ευρέως ως ιδρυτής του τομέα των πεπτιδικών νανοϋλικών. Ανακάλυψε μια κατηγορία ιοντικών αυτοσυμπληρωματικών πεπτιδίων που υφίστανται μοριακή αυτοσυναρμολόγηση για να σχηματίσουν καλά διατεταγμένες νανοΐνες και μεμβρανώδεις δομές.

Chemical and Engineering News, 1 Δεκεμβρίου 2019, Τόμος 97, Τεύχος 47.

Σχεδιασμένος κωδικός QTY θερμοσταθερούς και υδατοδιαλυτούς χιμαιρικούς υποδοχείς χημειοκίνης με ρυθμίσιμη συγγένεια συνδέτη. [Σύνδεσμος]

Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών, 27 Νοεμβρίου 2019

Είμαστε όλοι Κινέζοι Επιστήμονες

Οι ερευνητές περιγράφουν πώς τους επηρεάζει μια κυβερνητική καταστολή της ξένης επιρροής μετά από δήλωση υποστήριξης από το πανεπιστήμιό τους.

Συνέντευξη επικοινωνίας για την επιστήμη της Κίνας (στα κινέζικα)

The Excitement of Discovery: Selected Papers of Alexander Rich. Αφιέρωμα στον Alexander Rich. [σύνδεσμος] https://doi.org/10.1142/11055 | Ιανουάριος 2019. Σελίδες: 624. Επιμέλεια: Shuguang Zhang (Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης, ΗΠΑ)

Έρευνα με γνώμονα την περιέργεια: Fractals και QTY Code μια ομιλία για μαθητές γυμνασίου που δόθηκε στο 2018 Molecular Frontiers Symposium που πραγματοποιήθηκε στις 16-17 Νοεμβρίου 2018 στο MIT Media Lab, Cambridge, Μασαχουσέτη.

Οι επιστήμονες αλλάζουν τις πρωτεΐνες της μεμβράνης για να διευκολύνουν τη μελέτη τους. (Κέντρο Βιολογίας Δομικών Συστημάτων, 29/8/2018) [σύνδεσμος]

Ακολουθώντας έναν κώδικα για την εναλλαγή αμινοξέων καθιστά τις πρωτεΐνες της μεμβράνης υδατοδιαλυτές. (Ειδήσεις Χημικών & Ενισχυτών Μηχανικών, 29/8/2018) [σύνδεσμος] [τοπικό pdf]

Οι επιστήμονες αλλάζουν τις πρωτεΐνες της μεμβράνης για να διευκολύνουν τη μελέτη τους (ScienceDaily, 28/8/2018) [σύνδεσμος] [τοπικό pdf] (Ειδήσεις MIT, 27/8/2018) [σύνδεσμος] [τοπικό pdf]

Ερευνητικά Στιγμιότυπα, 1967-2016. (MIT Office of the Provost, Institutional Research)
[σύνδεσμος] [τοπικό pdf]

Ανάπτυξη μιας επιχείρησης από το εργαστήριο (MIT News, 02/03/2014)
[σύνδεσμος εκδότη] [τοπικό pdf]

Κινέζοι επενδυτές αξιοποιούν τις αμερικανικές βιοτεχνολογίες (Συνέντευξη Nature Biotechnology, 02/2013)
[τοπικό pdf]

Αξιοποίηση των ηλιακών κυψελών της φύσης (Ειδήσεις MIT, 2/3/2012) [τοπικό pdf]


Οι ορισμοί των AES/aes, καθώς και τα κριτήρια που χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση τους σε χρονική σειρά και για την κατάτμησή τους σε φάσεις, παρουσιάζονται στο Παράρτημα SI για το SSU και σε προηγούμενη εργασία μας (10) για το LSU. Τα περιθώρια μεταξύ των φάσεων είναι κάπως αδιάκριτα και οι αρχικές φάσεις LSU (10) προσαρμόστηκαν ελαφρώς εδώ για να ληφθούν υπόψη δεδομένα από το SSU. Οι δευτερεύουσες δομές των rRNAs LSU και SSU λαμβάνονται από τη δημόσια συλλογή μας (apollo.chemistry.gatech.edu/RibosomeGallery/) και τα δεδομένα χαρτογραφούνται από τον διακομιστή ιστού RiboVision (23). Η τρισδιάστατη ανάλυση της προγονικής επέκτασης πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το ριβόσωμα 70S του Ε. coli (Protein Data Bank ID κωδικός 4V9D) (25). Πρόσθετες πληροφορίες που υποστηρίζουν το μοντέλο προσαύξησης είναι διαθέσιμες στο Παράρτημα SI, Υλικά και μέθοδοι.

Αφιερώνουμε αυτό το χειρόγραφο στη μνήμη του καθηγητή Alexander Rich. Ευχαριστούμε την κα Susann Orth για τη βοήθεια στην προετοιμασία των φιγούρων. Αυτή η εργασία χρηματοδοτήθηκε εν μέρει από το Grant NNA09DA78A του National Aeronautics and Space Agency Astrobiology Institute.


Η προέλευση των μοριακών μηχανών - Βιολογία

Σχετικά με το Molecular Machinery Viewer

Αυτή η διαδραστική προβολή μοριακών μηχανημάτων στο αρχείο PDB επιτρέπει στους χρήστες να επιλέξουν μια δομή, να αποκτήσουν πρόσβαση σε μια τρισδιάστατη προβολή της καταχώρισης χρησιμοποιώντας το NGL Viewer, να διαβάσουν μια σύντομη περίληψη του βιολογικού ρόλου του μορίου και να αποκτήσουν πρόσβαση στην αντίστοιχη καταχώρηση PDB και στη στήλη Μόριο του μήνα .

Κάνοντας κλικ στο κουμπί "Auto" ξεκινά μια αυτοματοποιημένη περιήγηση στις δομές. Κάθε δομή θα επισημανθεί και η τρισδιάστατη προβολή θα εναλλάσσεται μέσω μιας σειράς αλλαγών στυλ και χρώματος.

Κάντε κλικ εδώ για να δείτε ή να κατεβάσετε την έντυπη έκδοση PDF αυτής της αφίσας (

Συγγραφείς: David S. Goodsell, Alexander Rose, Maria Voigt, Rob Lowe

Σχετικά με το αρχείο Protein Data Bank

Τα κύτταρα κατασκευάζουν πολλές πολύπλοκες μοριακές μηχανές που εκτελούν τις βιολογικές εργασίες που απαιτούνται για τη ζωή. Μερικά από αυτά τα μηχανήματα είναι μοριακά ψαλίδια που κόβουν τα τρόφιμα σε εύπεπτα κομμάτια. Άλλοι στη συνέχεια χρησιμοποιούν αυτά τα κομμάτια για να δημιουργήσουν νέα μόρια όταν τα κύτταρα αναπτύσσονται ή οι ιστοί πρέπει να επισκευαστούν. Ορισμένες μοριακές μηχανές σχηματίζουν στιβαρές δέσμες που υποστηρίζουν τα κύτταρα και άλλες είναι κινητήρες που χρησιμοποιούν ενέργεια για να σέρνουν κατά μήκος αυτών των δοκών. Μερικοί αναγνωρίζουν τους επιτιθέμενους και κινητοποιούν άμυνες κατά της μόλυνσης.

Ερευνητές σε όλο τον κόσμο μελετούν αυτά τα μόρια σε ατομικό επίπεδο. Αυτές οι τρισδιάστατες δομές είναι ελεύθερα διαθέσιμες στην Protein Data Bank (PDB), την κεντρική αποθήκη βιομοριακών δομών. Μερικά παραδείγματα από το

100.000 δομές που διατηρούνται στο PDB παρουσιάζονται εδώ με κάθε άτομο να παριστάνεται ως μια μικρή σφαίρα. Το τεράστιο εύρος των μοριακών μεγεθών απεικονίζεται εδώ, από το μόριο του νερού (H2O) με μόνο τρία άτομα έως τις ριβοσωμικές υπομονάδες με εκατοντάδες χιλιάδες άτομα.