Inligting

Kan lewensvorme bestaan ​​uit eenvoudige strukture wat nie uit die vier basisse bestaan ​​nie?

Kan lewensvorme bestaan ​​uit eenvoudige strukture wat nie uit die vier basisse bestaan ​​nie?


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.

Ek verstaan ​​dat alle lewensvorme op die planeet gemaak word van adenien, gauatien, sitosien en timien, wat chemies saamgevoeg het om RNA of DNA te vorm (korrigeer my as ek verkeerd is). Dit gaan voort om alle komplekse lewe te vorm soos ons dit ken.

Ek het gewonder of dit moontlik is - selfs teoreties bestudeer - dat ander lewensvorme van verskillende elemente en verbindings kan bestaan, miskien sê ons yster, kobalt of wolfram? Of is die 4 basisse die enigste moontlike manier van lewe soos ons dit tans ken?


Hierdie vraag is dus moeilik om te beantwoord omdat dit 'n paar foute daarin het, deurdat lewensvorme afhanklik is van elemente wat selde gebruik word, 'n ander vraag is as lewensvorme wat verskillende DNA-basisse gebruik, maar ek sal albei beantwoord.

So vir die vraag of organismes kan bestaan ​​wat DNS-basisse gebruik wat nie in organismes op aarde gevind word nie, is die antwoord beslis ja.[1,2]

Bogenoemde verwysing toon 'n baie elegante voorbeeld van heeltemal sintetiese DNA-basisse wat in E Coli geïnkorporeer word en in kultuur gepropageer word sonder om enige merkbare negatiewe effekte te verskaf. Dit bied sterk ondersteuning dat lewe op Aarde toevallig rondom dieselfde 5 basisse (CTGAU) ontwikkel het.

Wat betref of organismes swaar op ander elemente as H,C,N,O en P kan staatmaak of nie, dit is beslis moontlik en duidelik reeds hier op Aarde. Ekstremofiele is 'n algemene klas organismes wat 'n paar baie interessante eienskappe vir hulle het. Sommige metaboliseer swael of metale, ander leef in werklik ekstreme temperature of in gebiede met hoë bestraling.

So regtig ja, in beide gevalle kan die lewe werklik talle vorms en vorms aanneem, selfs al lyk dit vir hulle heeltemal onmoontlik om dit te doen.


Die lewe se eerste vonk is herskep in die laboratorium

Om hierdie artikel te hersien, besoek My Profiel en Bekyk dan gestoorde stories.

Om hierdie artikel te hersien, besoek My Profiel en Bekyk dan gestoorde stories.

'n Fundamentele maar ontwykende stap in die vroeë evolusie van lewe op Aarde is in 'n laboratorium herhaal.

Navorsers het die basiese bestanddele van RNA gesintetiseer, 'n molekule waaruit die eenvoudigste self-repliserende strukture gemaak word. Tot nou toe kon hulle nie verduidelik hoe hierdie bestanddele gevorm het nie.

"Dit is soos molekulêre choreografie, waar die molekules hul eie gedrag choreografeer," sê organiese chemikus John Sutherland van die Universiteit van Manchester, mede-outeur van 'n studie in Natuur Woensdag.

RNS word nou in lewende selle gevind, waar dit inligting tussen gene en proteïenvervaardigende sellulêre komponente dra. Wetenskaplikes dink RNA het vroeg in die Aarde se geskiedenis bestaan, wat 'n noodsaaklike intermediêre platform bied tussen pre-biotiese chemikalieë en DNA, sy dubbelstring, meer stabiele afstammeling.

Alhoewel navorsers in staat was om te wys hoe RNA's-komponentmolekules, genaamd ribonukleotiede, in RNA kan saamvoeg, het hul vele pogings om hierdie ribonukleotiede te sintetiseer misluk. Maak nie saak hoe hulle die bestanddele gekombineer het nie - 'n suiker, 'n fosfaat en een van vier verskillende stikstofmolekules, of nukleobasisse - ribonukleotiede sou net nie vorm nie.

Sutherland se span het 'n ander benadering gevolg in wat Harvard molekulêre bioloog Jack Szostak 'n "synthetic tour de force" genoem het in 'n meegaande kommentaar in Natuur.

"Deur die manier waarop ons die bestanddele saam meng, te verander, het ons daarin geslaag om ribonukleotiede te maak," het Sutherland gesê. "Die chemie werk baie effektief vanaf eenvoudige voorlopers, en die toestande wat vereis word, verskil nie van wat 'n mens kan dink op die vroeë Aarde plaasgevind het nie."

Soos ander toekomstige nukleotied-sintetiseerders, het Sutherland se span fosfaat by hul mengsel ingesluit, maar eerder as om dit by suikers en nukleobasisse te voeg, het hulle begin met 'n reeks selfs eenvoudiger molekules wat waarskynlik ook in die Aarde se oervloeistof was.

Hulle het die molekules in water gemeng, die oplossing verhit en dit dan toegelaat om te verdamp, wat 'n oorblyfsel van hibriede, half-suiker, half-nukleobasismolekules agtergelaat het. By hierdie oorskot het hulle weer water gevoeg, dit verhit, dit laat verdamp en dit dan bestraal.

In elke stadium van die siklus was die resulterende molekules meer kompleks. In die laaste stadium het Sutherland' se span fosfaat bygevoeg. " Merkwaardig genoeg het dit in die ribonukleotied getransformeer!" het Sutherland gesê.

Volgens Sutherland het hierdie laboratoriumtoestande gelyk soos dié van die lewensoorsprong " warm dammetjie" wat deur Charles Darwin veronderstel is as die dam " verdamp, verhit word, en dan reën dit en die son skyn."

Sulke toestande is aanneemlik, en Szostak het die voortdurende siklus van verdamping, verhitting en kondensasie voorgestel wat 'n kwota soort organiese sneeu verskaf wat kan ophoop as 'n reservoir van materiaal gereed vir die volgende stap in RNA-sintese."

Interessant genoeg is die voorlopermolekules wat deur Sutherland se span gebruik word in interstellêre stofwolke en op meteoriete geïdentifiseer.

"Ribonukleotiede is bloot 'n uitdrukking van die fundamentele beginsels van organiese chemie," het Sutherland gesê. "Hulle doen dit onwetend. Die instruksies vir hulle om dit te doen, is inherent aan die struktuur van die voorlopermateriaal. En as hulle so maklik self saamstel, moet hulle dalk nie as ingewikkeld beskou word nie."

* Aanhalings: Sintese van geaktiveerde pirimidien-ribonukleotiede in prebioties aanneemlike toestande Matthew W. Powner, Beatrice Gerland & John D. Sutherland. Natuur, Vol. 460, 13 Mei 2009.
*

*" Systems chemistry on early Earth." Deur Jack W. Szostak. **Natuur, Vol. 460, 13 Mei 2009.
*


Biologie Vrae en Antwoorde Vorm 4 - Biologie Vorm Vier Notas

Klik hier - Gratis KCSE vorige vraestelle » KNEC vorige eksamens » Gratis aflaaie » KCSE vraestelle en merkskemas

KCSE Hersiening Vrae en Antwoorde

Biologie Vorm 4 Notas - Biologie Vorm Vier Notas

a) i) Definieer die term genetika

ii) Noem 'n paar eienskappe wat oorgeërf word

iii) Noem die belangrikheid van genetika

b) i) Verduidelik die betekenis van die volgende terme

ii) Lys die tipes chromosome

c) i) Wat is variasie?

ii) Noem die oorsake van variasie in organismes

iii) Noem die tipes variasie

iv) Verduidelik die volgende terme

Verworwe eienskappe

Dominante geen (karakter)

d) i) Verduidelik Mendels eerste erfreg

ii) Gee 'n voorbeeld van hierdie wet

iii) Wat is monohibriede oorerwing?

i) Wat is volledige dominansie?

ii) Gee 'n voorbeeld van mededominansie

In 'n sekere plantspesie kan sommige individuele plante slegs wit, rooi of pienk blomme hê. In 'n eksperiment is 'n plant met wit blomme gekruis met 'n ouer met rooi blomme. Wys resultate van Fl generasie. Gebruik letter R vir rooi geen en W vir wit geen.

As die plante van F1 self-geplant is, werk die fenotipe-verhouding vir die F2-generasie uit Fenotipiese verhouding 1 rooi:2 pienk: 1 wit

f) i) Wat is 'n toetskruising?

ii) Noem die belangrikheid van 'n toetskruising in genetika

iii) Wat is veelvuldige allele?

voorbeeld is bloedgroep wat deur enige twee van drie allele bepaal kan word, dws A,B en O

iv) Verduidelik die oorerwing van ABO-bloedgroepe

ii) Verduidelik die oorerwing van Rhesus-faktor (Rh) by mense

mense wat Rh-antigeen het, is Rh(+ve) terwyl diegene sonder Rh-antigeen in hul bloed Rh(-ve) is.

resessief die resultaat is soos hieronder getoon

Laat die geen vir dominante Rh-faktor R wees terwyl geen vir resessief r is

iii) Hoe word seks by mense bepaal .

g) i) Wat beteken die term koppeling?

- Dit is gene wat saam op 'n chromosoom voorkom en na die nageslag oorgedra word sonder om geskei te word ii) Definieer die term geslagsgekoppelde gene

iii) Wat word bedoel met die term sekskoppeling?

iv) Noem die geslagsgekoppelde eienskappe by mense

v) Gee 'n voorbeeld van 'n geslagsgekoppelde eienskap by mense op:

vi) By mense word rooi-groen kleurblindheid veroorsaak deur 'n resessiewe geen C, wat geslagsgekoppel is. 'n Normale man getroud met 'n draer Vrou dra die eienskap aan sy kinders oor. Toon die moontlike genotipes van die kinders.

Laat C die geen verteenwoordig vir normale kleurvisie (dominant)

Laat c die geen vir kleurblindheid voorstel

Ouerlike fenotipe Normandiese man x draervrou

iv) Noem die belangrikheid van sekskoppeling

moontlik om geslag van dagoud kuikens te bepaal

v) Hemofilie is as gevolg van 'n resessiewe geen. Die geen is geslagsgekoppel en op die x-chromosoom geleë. Die figuur hieronder toon beëdigde nageslag van fenotipies normale ouers

Wat is die ouerlike genotipes?

Werk die genotipes van die nageslag uit

ii) Beskryf hoe mutasies ontstaan

iii) Noem die faktore wat mutasie kan veroorsaak

X-strale geen/chromosoom verandering

Ultraviolet strale strukturele vervorming van DNA

kolgisiene voorkom spilvorming

Siklamaat-chromosoomafwykings

Mosterdgas chromosome afwykings

Salpetersuur adenien in DNA is gedeamineer en tree dus soos guanien op

Acridone oranje byvoeging en verwydering van basisse van DNA

iv) Noem die kenmerke van mutasies

v) Verduidelik chromosomale mutasie

- Verandering in aard, struktuur of aantal chromosome

vi) Verduidelik hoe die volgende tipes chromosomale mutasies voorkom

vii) Wat is geenmutasies?

i) Verduidelik hoe die volgende tydens geenmutasie plaasvind

I. Noem die praktiese toepassings van genetika

i. Teelprogramme (navorsing)

ii. Genetiese ingenieurswese

- regsvrae oor vaderskapkennis van bloedgroepe of bloedoortapping

iv) Genetiese berading

Begrip van menslike evolusie en oorsprong van ander spesies.

2. a) i) Verduidelik die betekenis van evolusie

ii) Onderskei organiese evolusie van chemiese evolusie as teorieë van oorsprong van lewe

iii) Wat is spesiale skepping?

b) Bespreek die verskillende soorte bewyse vir evolusie

ii) Vergelykende anatomie

iii) Vergelykende embriologie

iii) Vergelykende serologie/fisiologie

iv) Geografiese verspreiding

as gevolg van kontinentale drywing het isolasie van organismes plaasgevind het verskillende patrone van evolusie teweeggebring

vi) Selbiologie (sitologie)

c) i) Noem die evolusionêre kenmerke wat mense na die omgewing aanneem

- Regop postuur/tweevoetbeweging

ii) Noem die maniere waarop Homo sapiens van Homo habilis verskil

d) i) Verduidelik Larmarck se evolusieteorie

- Oorerwing van verworwe eienskappe/omgewing veroorsaak produksie van 'n gunstige eienskap wat dan geërf word

ii) Verduidelik waarom Lamarck se evolusieteorie nie vandag deur bioloë aanvaar word nie

- bewyse ondersteun nie Lamarck se teorie nie

- verworwe eienskappe word nie geërf nie/oorgeërfde eienskappe word slegs in voortplantingselle aangetref

iii) Verduidelik Darwin se evolusieteorie

- oorerwing van geneties verworwe eienskappe

- 'n karakter kom spontaan voor wat voordeel gee aan 'n organisme wat dus aangepas is en dan geërf word deur natuurlike seleksie

e) i) Wat is natuurlike seleksie?

- Organismes met sekere eienskappe word deur die omgewing bevoordeel

Sulke organismes is geneig om te oorleef en lewensvatbare nageslag te produseer

Ander wat nie bevoordeel word nie, word uit die volgende generasies uitgeskakel

ii) Verduidelik met voorbeelde hoe natuurlike seleksie plaasvind

- organismes met sekere eienskappe word deur hul omgewing bevoordeel

- sulke organismes is geneig om te oorleef en lewensvatbare nageslag te produseer

- ander wat nie bevoordeel word nie, word uit die volgende generasies uitgeskakel

- soos die omgewingstoestande verander kan die oorlewingswaarde van 'n karakter mettertyd verander sodat eienskappe wat bevoordeel is nie meer voordeel kan hê nie en ander karakters dan gunstig kan word

- as 'n gunstige karakter geërf word, produseer nageslag generasies wat beter aangepas is om in 'n bevolking te oorleef

- meer nageslag word geproduseer as wat kan oorleef wat lei tot stryd om oorlewing - die sterkstes oorleef

iii) Noem die voordele van natuurlike seleksie vir organismes

- help om nadelige eienskappe uit te skakel/behou voordelige eienskappe

- laat beter aangepaste organismes toe om nadelige veranderinge in die omgewing te oorleef/minder aangepaste organismes word uitgeskakel

iv) Noem die maniere waarop seksuele voortplanting belangrik is in die evolusie van plante en diere

- bring nuttige variasies/wenslike karakters mee

- variasies maak nageslag beter aangepas vir oorlewing/meer weerstand teen siektes

- kan lei tot die oorsprong van nuwe spesies

v) Verduidelik die belangrikheid van mutasie in evolusie

- Mutasie bring variasie teweeg wat oorgeërf kan word

- Sommige van hierdie variasies is voordelig vir die organisme

- Ander is nadelig

- Die voordelige variasies bevoordeel die organisme om beter te kompeteer in die stryd om oorlewing

- Dit lei tot 'n meer aangepaste organisme vir sy omgewing of nuwe spesies/variëteite

- Diegene met benadeelde karakters sal gediskrimineer word en dus uit die bevolking uitgeskakel/dood/vergaan

vi) Duidelik hoekom dit slegs mutasies in gene van gamete is wat evolusie beïnvloed

- gamete vorm die nuwe nageslag

vii) Hoe sou jy bewys dat evolusie steeds plaasvind?

- weerstand van organisme teen antibiotika, plaagdoders en dwelms

- nuwe variëteite van bakterieë is bestand teen sekere antibiotika soos penisillien

- huisvlieë en muskiete is bestand teen DDT

vii) Verduidelik waarom sommige bakterieë weerstand teen 'n geneesmiddel ontwikkel nadat hulle vir 'n geruime tyd daaraan blootgestel is

- bakterieë muteer/ontwikkel 'n nuwe stam/chemiese samestelling word verander en is dus in staat om ensieme/chemikalieë te produseer wat die geneesmiddel afbreek en dit onvatbaar maak vir die geneesmiddel

- die nuwe stam word bevoordeel deur seleksiedruk natuurlike seleksie

f) Hoe het industriële melaninisme, d.w.s. pepermot bygedra tot die meganisme van evolusie

- Dit is 'n voorbeeld van natuurlike seleksie

- Die pepermot bestaan ​​in twee afsonderlike vorme, die gespikkelde wit vorm (normale vorm) en 'n melaniese vorm (die swart/donker)

- Hulle rus gewoonlik op blare en bas van bome wat kamoeflering bied vir beskerming

- Oorspronklik het die "gespikkelde wit" vorm die onbesoedelde gebied van Engeland oorheers

- Hierdie kleur het beskerming teen roofvoëls gebied

- As gevolg van industriële besoedeling het boombas swart geword met roet

- Die wit vorm het mutasie ondergaan

- 'n Swart variëteit/mutant het skielik deur mutasie ontstaan

- Dit het selektiewe voordeel gehad bo die wit vorms wat in die nywerheidsgebiede voorgekom het

- Die gespikkelde wit vorm is volop in areas sonder roet/rook

3. a) i) Definieer prikkelbaarheid, stimulus en respons prikkelbaarheid

- Reaksie op verandering in omgewing

'n Verandering in die omgewing van organisme wat verandering in organisme se aktiwiteit veroorsaak

- verandering in aktiwiteit van 'n organisme veroorsaak deur 'n stimulus

ii) Noem belangrikheid van prikkelbaarheid vir lewende organismes

- Aanpassing by omgewingstoestande. Sensitief/defek/reageer

iii) Lys die voorbeelde van eksterne stimuli vir organismes

- chemiese konsentrasie (chemo)

b) i) Wat is taktiese reaksies?

- reaksie waarin die hele organisme of sy beweeglike dele beweeg e. g. gameet

ii) Wat veroorsaak taktiese reaksies?

- veroorsaak deur eenrigtingstimulus

- behels gewoonlik nie groei nie

- reaksie is óf positief óf negatief

- benoem volgens bron van stimulus

- bv fototaksis, aerotaksis, chemotaxis

iii) Noem die belangrikheid van taktiese reaksie op:

Lede van koninkryk protista

- beweeg na gunstige omgewing/wegbeweeg van ongunstige omgewing

- beweeg na hul prooi/voedsel

- ontkom skadelike stimuli/soek gunstige habitatte

iv) Noem die tipe reaksie wat vertoon word deur:

Euglena wanneer hulle na die ligbron swem

- sperms wanneer hulle na die eiersel swem

v) Noem die voordele van taktiese reaksies op organismes

- om ongunstige omgewing/skadelike stimuli te vermy

- om gunstige omgewing te soek

c) i) Definieer die term tropisme

- groeibeweging van plante in reaksie op eksterne eensydige/eenrigtingstimuli

ii) Verduidelik die verskillende tipes tropisme in plante

- groeibewegings van plantlote in reaksie op eensydige ligbronne

- die punt van die lote produseer ouksiene langs die loot af

- lig veroorsaak dat ouksiene na buitekant/donker kant migreer, wat groei veroorsaak aan die kant weg van lig, dus groeikromming na die bron van lig wortels is negatief fototrofies

- reaksie van wortels/panne van 'n plant op die rigting van swaartekrag

- ouksiene groei na die rigting van swaartekrag wat positiewe geotropisme in wortels veroorsaak terwyl loot weg van swaartekrag groei (negatief geotrofies)

Thimotropisme/Haptotropisme

- groeireaksie van plant wanneer in kontak met 'n voorwerp

- kontak met ondersteuning veroorsaak migrasie van ouksiene na buitekant wat vinniger groei veroorsaak aan die kant weg van kontakoppervlak

- dit veroorsaak dat ranke/stingels om 'n steun draai

- groeibeweging van wortels in reaksie op eensydige bron van water/vog

- die wortel groei na die bron van water/ positief hidrotroop terwyl blare negatief hidrotroop is

- groeibeweging van dele van plant na eensydige bron van chemikalieë

- die chemikalieë vorm 'n gradiënt tussen twee streke bv. stuifmeelbuis groei na die eierstok deur die styl

iii) Noem die maniere waarop tropismes belangrik is vir plante

- ontbloot blare/lote in posisies vir maksimum absorpsie van sonlig vir fotosintese

- stel wortels van plante in staat om water te soek/kyk/soek

- stel plantstingels/ranke in staat om meganiese ondersteuning te verkry, veral dié wat nie houtagtige stingels het nie.

- stel wortels in staat om diep in die grond in te groei vir verankering

- laat stuifmeelbuis groei tot embriosak om bevrugting te vergemaklik

iv) Verduidelik die verskille tussen tropiese en taktiese reaksies

-groeikromming in reaksie

d) Die diagram hieronder stel groeiende saailinge voor wat aan eensydige lig aan die begin van 'n eksperiment onderwerp is

i) Noem die resultate van P, Q en R na S dae

- P sal na lig buig/groei

- Q sal reguit bly/min of geen groei hê nie

- R sal reguit bly/groei/opwaarts groei

ii) Verantwoord jou resultate in (i) hierbo

P- Groeistof/groeihormoon/IAA/auxien word deur die stampunt geproduseer

- hulle beweeg (afwaarts en word versprei) na die kant weg van lig waar hulle vinnige/meer groei/seldeling/verlenging veroorsaak wat lei tot buiging

V- Bron van ouksien is verwyder

R- Die ouksiene kan nie deur lig beïnvloed word nie omdat die punt bedek is

iii) As die tinfoelie van die punt van saailing R verwyder word, watter resultate sal na twee dae waargeneem word

- dit sal buig/groei na lig

iv) Noem die verwagte resultate na 3 dae is indien die boks verwyder is

- alle saailinge sal reguit/opwaarts groei

e) In 'n eksperiment om 'n sekere aspek van plantrespons te ondersoek, is 'n saailing horisontaal geplaas soos in diagram I hieronder getoon. Na sewe dae was die voorkoms van die saailing soos in diagram 2 getoon

Verantwoord die kromming van die loot en wortel na die sewe dae

- ouksiene versamel aan die onderkant van die saailing as gevolg van swaartekrag

- hoë konsentrasie ouksiene in loot stimuleer vinniger groei wat meer verlenging aan die onderkant as die bokant veroorsaak, dus vind kromming opwaarts plaas

- die hoë konsentrasie ouksiene inhibeer groei dus groei die bokant met minder ouksiene vinniger as die onderkant daarom vind die kromming afwaarts plaas

- verskynsel wat deur plante vertoon word wanneer dit in duisternis gekweek word

- sulke plante is liggeel as gevolg van afwesigheid van chlorofil, het klein blare, lang stingels/hypokotiel en skraal stingels

- plante toon etiolasie om lig te bereik/lig te verkry

- dit is 'n oorlewingsreaksie

4. a) i) Wat is koördinasie by diere

- Die koppeling van alle fisiologiese aktiwiteite wat in die liggaam plaasvind sodat dit snags en op die regte plek plaasvind

ii) Noem die hoofstelsels vir koördinasie by diere

- Senuweestelsel/sensoriese sisteem

- Endokriene (hormonale stelsel)

iii) Lys die komponente van die soogdiersensoriese sisteem

- Sentrale senuweestelsel (SNS), brein en rugmurg

- Perifere senuweestelsel (PNS) kraniale en spinale senuwees

- Outonome senuweestelsel (ANS) senuweevesels en ganglia

iv).Verduidelik die terme reseptore, geleiers en effektore

- Reseptore is strukture wat stimuli opspoor, dit wil sê sintuigorgane

- Geleiers dra impulse van reseptore na effektore oor e. g. neurone

- Effektore is die reagerende dele bv. spiere, kliere

v) Wat is die funksies van die sentrale senuweestelsel?

- verskaf 'n vinnige kommunikasiemiddel tussen reseptore en effektore

- koördineer die aktiwiteite van die liggaam

vi) Noem die verskille tussen somatiese en outonome sisteme van perifere senuweestelsel

- Somaties is gemoeid met die beheer van die bewuste of vrywillige aksies van die liggaam, dws vel, bene, gewrigte en skeletspiere

- die outonome (outomatiese) senuweestelsel beheer onwillekeurige aksies van interne organe, spysverteringstelsel, bloedvate, hartspiere en klierprodukte.

b) i) Wat is 'n neuron?

ii) Noem die dele van 'n tipiese neuron en noem die funksies van elke deel

i) Beskryf die struktuur en funksie van 'n motorneuron

ii) Beskryf die struktuur en van sensoriese neuron

iii) Noem strukturele verskille tussen motoriese en sensoriese neurone

iv) Beskryf die struktuur en funksie van 'n aflosneuron

c) Noem die funksie van die hoofdele van die menslike brein

a) i) Wat is refleksaksie?

ii) Beskryf 'n refleksaksie wat sal lei tot die Onttrekking van 'n hand van 'n warm voorwerp

iii) Verduidelik hoe 'n impuls oor die sinaps (gaping) oorgedra word.

ii) Beskryf kortliks die oordrag van 'n senuwee-impuls oor 'n neuro-muskulêre aansluiting

iii) Wat is die funksies van 'n sinaps?

b) i) Wat is 'n gekondisioneerde refleks?

ii) Verduidelik 'n gekondisioneerde refleks

iii) Vergelyk 'n eenvoudige refleksaksie met 'n gekondisioneerde refleks

c) i) Wat is endokriene kliere?

ii) Noem die funksies van hormone by diere

iii) Noem die hoof endokriene kliere, hul afskeidings en funksies in die menslike liggaam

verhoog die tempo van metabolisme

reguleer kalsium- en fosfaatvlakke

reguleer groei van die liggaam

gonadotrofiese hormoon

stimuleer die groei van manlike en vroulike organe

laktogene hormoon (prolaktien)

stimuleer afskeiding van melk na geboorte

tirotropiese hormoon (TSH)

behoorlike funksionering van tiroïedkliere/tiroksienproduksie

adrenokortikotropiese hormoon (ACTH)

stimuleer vrystelling van bynierkortekshormoon

stimuleer gladde spiere

stimuleer sametrekking van baarmoeder tydens geboorte van die kind

bevorder die vloei van melk uit melkkliere

follikelstimulerende hormoon (FSH)

veroorsaak rypwording van eiers by wyfies

stimuleer spermproduksie by mans

Vasopressien (ADH) antidiuretiese hormoon

reguleer waterbalans deur nier

adrenalien (epinefrienhormoon)

berei die liggaam voor om stres te hanteer

handhaaf balans van sout en water in bloed

breek die gestoorde proteïene af na aminosure

help met die afbreek van vetweefsel

reguleer suikervlakke in die bloed

aanvulling van geslagshormone wat deur gonades geproduseer word

bevorder ontwikkeling van seksuele eienskappe

reguleer vlakke van suiker in die bloed

stel lewer in staat om suikers te stoor

reguleer vlakke van suiker in die bloed

estrogeen Funksie:

veroorsaak sekondêre seksuele eienskappe by vroulike

berei die baarmoeder voor vir swangerskap

progesteroon Funksie:

groei van slymvoering van die baarmoeder

androgeen testosteroon

veroorsaak sekondêre seksuele eienskappe by mans

stimuleer die vrystelling van maagsap

stimuleer afskeiding van pankreassap

iv) Gee die verskille tussen senuwee- en endokriene (hormonale) kommunikasie

v) Noem die effekte van oorafskeiding en onderafskeiding van adrenalien en tiroksien by mense

g) i) Definieer die volgende terme

ii) Noem die tipes middels, voorbeelde en newe-effekte

iii) Noem die algemene uitwerking van dwelmmisbruik op menslike gesondheid

h) i) Lys die spesiale sintuigorgane by soogdiere en die hooffunksie van elk

- Oor vir gehoor en balans

- Vel vir aanraking, temperatuuropsporing, pynopsporing

iii) Hoe is die menslike oog by sy funksie aangepas?

iii) Wat is akkommodasie van die oog?

iv) Verduidelik hoe 'n oog wat 'n nabygeleë voorwerp bekyk aanpas om 'n ver voorwerp te sien

v) Watter veranderinge vind plaas in die oog as dit verander van 'n voorwerp op 'n afstand na een op 'n nader afstand?

- Spanning in suspenserende ligamente verminder/ontspan verslapping

- Lens bult/verdik/verhoog kromming

- Grootte van pupil word groot om meer lig in te laat.

viii) Noem die veranderinge wat in die oog sou plaasvind as 'n persoon in 'n donker kamer ligte laat aanskakel

ix) Verduidelik hoe die oog 'n beeld vorm

x) Noem die defekte van die oog en noem hoe dit reggestel kan word

Langsig (Hypermetropia)

naby beeld word agter die retina gevorm, maar 'n veraf een is korrek op die retina gefokus

xi) Noem die voordele van twee oë in mense

i) Wat is die funksies van die menslike oor?

iv) Hoe is die strukture van die menslike oor geskik om die funksie van gehoor te verrig?

iii) Verduidelik hoe die struktuur van die menslike oor die funksie van balansering verrig

sensoriese impulse word gegenereer

iv) Noem wat sou gebeur as die gehoorsenuwee heeltemal beskadig is

5. a) i) Wat is ondersteuning?

ii) Wat is voortbeweging?

iii) Noem die belangrikheid van ondersteuningstelsels in lewende organismes

iv) Noem die belangrikheid van voortbeweging by diere

b) i) Noem die weefsels in hoër plante wat meganiese ondersteuning bied

ii) Noem die belangrikheid van ondersteuning in plante

iii) Noem die tipes plantstingels

iv) Noem die weefsels in plante wat met lignien versterk word

v) Wat laat jong kruidagtige plante regop bly?

vi) Noem die maniere waarop plante kompenseer vir 'n gebrek aan vermoë om van een plek na 'n ander te beweeg

c) i) Verduidelik die maniere waarop regop postuur in 'n Swak kruidagtige stam gehandhaaf word

- Dit is die funksie van turgiditeit en teenwoordigheid van collenencyma

Selle neem water in en word stomp

ii) Verduidelik hoe ondersteuning in plante verkry word

d) i) Gee die redes waarom ondersteuning by diere nodig is

ii) Waarom is beweging nodig by diere?

e) i) Noem die orgaan wat vir ondersteuning deur diere gebruik word

ii) Noem die verskillende tipes geraamtes in diere, gee 'n voorbeeld van 'n dier vir elke tipe geraamte wat genoem word

iii) Noem die verskil tussen eksoskelet en endoskelet

iv) Noem die voordele van 'n eksoskelet

v) Verduidelik die belangrikheid daarvan om 'n endoskelet te hê

f) i) Verduidelik hoe 'n vis aangepas is om in Water te leef

ii) Verduidelik hoe 'n vinvis aangepas is om in water te beweeg

g) i) Noem die hoofdele van die vertebrale kolom en gee die tipes bene wat in elke deel voorkom

Appendikulêre skelet

agterste ledemate is verbind met die bekkengordel (heupe)

ii) Wat is die werwels?

iii) Noem die funksies van die vertebrale kolom

iv) Noem die algemene kenmerke van werwels

v) Noem die bene van die vertebrale kolom

vi) Beskryf hoe die verskillende werwels by hul funksies aangepas is

servikale streek Atlas (eerste servikale)

servikale (ander) Struktuur:

vii) Beskryf die bene wat die appendikulêre skelet vorm

borsgordel (skapulêre skouerbeen)

ii) Noem die funksies van gewrigte

iii) Noem die hooftipes gewrigte

iv) Gee die kenmerke van beweegbare gewrigte

b) Beskryf die sinoviale gewrigte

c) i) Wat is sinoviale vloeistof?

ii) Noem die funksies van sinoviale vloeistof

d) Verduidelik die volgende terme

ii) Noem die funksies van spiere

f) Beskryf die struktuur en funksie van verskeie tipes spiere

ii) Onwillekeurige spiere

organe, blaas, baarmoeder, urienweg, voortplantingstelsel, respiratoriese kanaal, siliêre liggaam iris

g) Verduidelik hoe spiere beweging van die menslike arm veroorsaak

h) i) Noem die strukturele verskille tussen skeletspiere bv. biseps en gladde spiere bv. dermspier

ii) Noem die kraakbeen wat tussen die bene van die vertebrale kolom gevind word

iv) Wat is die funksies van die kraakbeen genoem in (d) ii) hierbo


Die eienskappe van water

Water (H2O) is fundamenteel tot die bestaan ​​van lewe soos ons dit ken. Inderdaad, dit is so bekend aan ons dat ons die eiendomme daarvan as vanselfsprekend aanvaar. Wat maak water so belangrik? Hoekom bestaan ​​water? Wat is die verwantskap tussen water en ander biomolekules? Om hierdie vrae te beantwoord, moet ons 'n bietjie kyk na water en na sommige van die subatomiese eienskappe van sy elektrone, wat 'n groot invloed op die karakter daarvan het.

Soos jy waarskynlik op laerskool geleer het, bestaan ​​'n enkele molekule water uit twee waterstofatome wat kovalent aan een suurstofatoom gebind is. Hierdie rangskikking klink nie baie opwindend nie, maar 'n nadere ondersoek van die bindings binne die watermolekule openbaar iets unieks. Spesifiek, water is 'n polêr molekule, wat beteken dat dit spesifiek verskillende elektriese eienskappe aan teenoorgestelde ente het, dit het twee gedeeltelike positiewe ladings in assosiasie met die twee H-atome, en twee gedeeltelike negatiewe ladings wat met die suurstofatoom geassosieer word.


Figuur 1. Waterstofbindings tussen watermolekules. (Klik om te vergroot)

Om hierdie elektriese eienskappe te verstaan, moet jy weet dat nie almal nie kovalente bindings (daardie bindings wat die deel van elektrone behels) is gelyk. Spesifiek, suurstof is geneig om elektrone naby homself te trek wanneer kovalente bindings met waterstof gevorm word. Dit skep 'n ongelyke verspreiding rondom elke O-H-binding, daarom het die waterstof 'n gedeeltelike positiewe lading (en omgekeerd het die suurstof 'n effens negatiewe karakter). Dit is belangrik dat die gedeeltelike negatiewe ladings op een watermolekule in wisselwerking kan tree met die gedeeltelike positiewe ladings op 'n ander watermolekule om 'n waterstofbinding (soos getoon in figuur 1 met stippellyne). Waterstofbindings dra by tot baie van die unieke eienskappe van water.


Sintetiese Biologie: Oorsprong, Omvang en Etiek

Kry weeklikse versendings met die nuutste idees van ons denkende gemeenskap.

En tog is sintetiese biologie&mdash, anders as chemie&mdash, betrokke by die tegniese verandering van die lewende natuur. Voortbou op onlangse vooruitgang in genetiese wetenskap en tegnologie, poog sintetiese biologie om die molekulêre grondbeginsels van die metaboliese en voortplantingsfunksies van eenvoudige enkelsel-organismes presies te verstaan. Dit poog daardeur om ons in staat te stel om bestaande organismes op 'n gestandaardiseerde wyse deeglik te manipuleer en te herrangskik, en om hulle toe te rus met eienskappe wat nie in die natuur voorkom nie.

Dit is nie verbasend dat hierdie tegnologie hewige reaksie uitlok nie. In die algemeen is die term &ldquolife&rdquo (selfs wanneer dit kunsmatig gekonstrueer is), nie bloot 'n beskrywende nie, maar altyd ook 'n normatiewe konsep. Vitality&mdash om lewendig te wees&mdashis die kern van dit wat, met wyer kulturele verwysing, beskermingswaardigheid impliseer, op die heel laaste wanneer lewende dinge bewyse van pynpersepsie en eenvoudige vorme van bewustheid toon, bowendien beteken vitaliteit dikwels onvoorspelbaarheid en individualisme. Ten slotte, ons assosieer lewenskragtigheid dikwels met 'n gevoel van 'n inherente bestaansreg.

Die skepping van lewe in die laboratorium tel as een van die literêre en kultureel deurslaggewende kodes vir die doelwitte van die moderne mensdom, beide in die vorm van die ideaal en die &ldquoriting on the wall.&rdquo Die jongste vooruitgang binne die navorsingsimpuls van sintetiese biologie, wat die afgelope jare met ywer ontwikkel is, laat verwagtinge ontstaan ​​dat daar binnekort meer nuus uit hierdie kode sal wees. Dit is veral die geval aangesien een van die doelwitte van hierdie subdissipline van biologie juis is om mikrobiese vorme van lewe te produseer met eienskappe wat nie in die natuur voorkom nie. In die nasleep van sulke navorsing ontstaan ​​ou etiese en filosofiese kwessies, verwagtinge en angs weer in akute nuwe vorme.

Oorsprong

Die eerste geïsoleerde verwysings na die term &ldquosintetiese biologie&rdquo kan so vroeg as die begin van die twintigste eeu geïdentifiseer word. Die Franse mediese wetenskaplike en bioloog Stephane Leduc het byvoorbeeld in 1912 'n boek gepubliseer met die titel &ldquoLa Biologie Synthétique.&rdquo [2] In hierdie bundel het Leduc volgehou dat, behalwe die metode van analise, feitesamestelling en klassifikasie, daar ook in die wetenskap 'n sintetiese metode wat poog om waargenome verskynsels op 'n reëlbeheerde en reproduceerbare wyse weer te gee. Volgens Leduc kan 'n wetenskap slegs in sy geheel ontwikkel as hierdie tweede metode erken en aangewend word. In sy era van biologie het Leduc gevoel dat die konsekwente implementering van hierdie skema van die beheerde reproduksie van waarnemings ontbreek, en hy het so 'n toepassing voorgestaan. Dit kan dus gesê word dat die oortuiging waarvolgens die taak van teorie hoofsaaklik is om kennis te lewer wat die objek van teoretiese refleksie in staat stel om beheer en benut te word, oorgedra word na die area van lewende dinge in Leduc se eerste pogings. Kennis, en dus ook biologiese kennis, kan slegs akkuraat so genoem word as dit objekte in staat stel om prakties beheer en toegepas te word, aangesien kennis slegs op hierdie wyse bevestig word. Dit is ten minste een manier waarop hierdie aanname, sentraal tot die moderne natuurwetenskappe, gestel kan word.

In 1911 het die bioloog Jacques Loeb, wat in Duitsland en die V.S.A. lesings gegee het, sy hipoteses op 'n soortgelyke wyse geformuleer:

[dit] moet beklemtoon word dat moderne biologie 'n suiwer eksperimentele wetenskap is, waarvan die resultate slegs een van twee moontlike vorme kan aanneem: óf ons slaag daarin om 'n lewensverskynsel te beheer in die mate dat ons dieselfde kan oproep wanneer ons wil (bv. byvoorbeeld spiertrekkings of die chemiese stimulasie van die ontwikkeling van sekere soogdiere&rsquo eiers) of anders kry ons dit reg om die numeriese verband tussen 'n eksperimentele toestand en die biologiese resultaat (soos in die Mendeliese wet) te identifiseer. [3]

Die voorvereiste van hierdie natuurwetenskaplik-gebaseerde begrip van biologie is dat die verskynsels van lewende dinge heeltemal gereduseer kan word tot eenvoudige magte en wette wat die organisme beheer en waarvan die wyses van werking duidelik voorspel kan word. Toegepas op die vraag hoe lewe kan ontwikkel, moet hierdie aanname lei tot die vereiste dat lewende dinge kunsmatig vervaardigbaar moet wees. Heeltemal in hierdie gees en tipies vir sy era, [4] het Jaques Loeb in 1906 verklaar dat &ldquoabiogenesis&rdquo&mdash die skepping van lewe uit lewelose materiaal&mdash 'n doelwit van biologie is. [5] John Butler Burke, 'n Engelse bioloog, het ook geglo dat daar 'n oorgang moet wees van dit wat as leweloos geag word na daardie beskou as lewende, hy beskryf die eksperimentele produksie van &ldquoanimalcules&rdquo as 'n taak van biologie. [6]

Hierdie vroeë wetenskaplike/programmatiese benaderings tot &ldquosinthetic&rdquo&mdash d.w.s. &ldquoassembling&rdquo of &ldquoproducing&rdquo&mdashbiologie illustreer die feit dat die tegniese verwesenliking van elke liggaam van kennis nie 'n voorwaardelike bestanddeel is in daardie kennis wat as natuurwetenskap beskou word nie, maar eerder 'n konstitutiewe deel van hierdie navorsing. Die reproduceerbare toepassing is die bevestiging van die bevindinge wat uit analise verkry is, en dus nie net die resultaat nie, maar terselfdertyd die katalisator van navorsing. In hierdie algemene sin is sintetiese biologie nie net 'n tak van biologiese navorsing saam met baie ander nie, maar is dit 'n noodsaaklike element van wetenskapsgebaseerde biologie. Die bestaan ​​daarvan is 'n uitdrukking van die feit dat biologie homself as 'n programmatiese natuurwetenskap gevestig het, en boonop metodologies aan die onderskeie vereistes voldoen. Hierdie oriëntasie op die replikasie en herskepping van die natuur, wat die vermoë om lewende dinge te beheer die sentrale navorsingsdoelwit en die sentrale toets vir kennisbevordering maak, word ook in latere literatuur beskryf as die &ldquoingenieurswetenskaplike standpunt&rdquo of die &ldquoingenieurswetenskapideaal.&rdquo [7 ]

Op die vlak van intra- en intersellulêre molekulêre prosesse kon hierdie skema eers sistematies ontwikkel word na die ontdekking van die DNS-dubbelheliks. Na hierdie mylpaal is die term &ldquosintetiese biologie&rdquo ook vinnig weer toegepas in hierdie area van molekulêre biologie, waar die betekenis daarvan gebruik is analoog aan dié wat aan die begin van die eeu gevind is. Dus het die Pools-Amerikaanse genetikus en molekulêre bioloog Waclaw Szybalski in 1974 geskryf in terme wat uit vandag se perspektief byna profeties klink: &ldquoup tot nou toe werk ons ​​aan die beskrywende fase van molekulêre biologie. . . . Maar die werklike uitdaging sal begin wanneer ons die sintetiese biologie fase van navorsing in ons veld betree. Ons sal dan nuwe beheerelemente ontwerp en hierdie nuwe modules by die bestaande genome voeg of heeltemal nuwe genome opbou. Dit sal 'n veld wees met die onbeperkte uitbreidingspotensiaal en skaars enige beperkings op die bou van &lsquonuwe beter beheerkringe&rsquo en . . . uiteindelik ander &lsquosintetiese&rsquo-organismes.&rdquo [8]

Vier jaar later, in 1978, ter gelegenheid van die toekenning van die Nobelprys in Fisiologie en Geneeskunde, het Szybalski en Skalka 'n hoofartikel in die joernaalgeen geskryf wat 'n baie soortgelyke stel aannames vertoon het. Die paar het die aanbreek van 'n nuwe era in biologie verkondig: die werk aan beperkingsnukleases stel ons nie net in staat om maklik rekombinante DNA-molekules te konstrueer en individuele gene te ontleed nie, maar het ons ook in die nuwe era van &ldquosintetiese biologie&rdquo gelei waar nie net bestaande gene is beskryf en ontleed maar ook nuwe geenrangskikkings kan gekonstrueer en geëvalueer word. [9]

Die laaste stap op die pad na huidige ontwikkelings behels pogings om die veld van &ldquosintetiese biologie&rdquo te vestig, wat omstreeks die jaar 2000 begin het.In voortsetting van die molekulêre biologiese navorsingsbenadering wat deur Szybalski beskryf is, het 'n groep Amerikaanse navorsers sintetiese biologie gedefinieer as 'n wetenskaplike aktiwiteit wat daarop gemik is om die interaksies van komplekse sellulêre prosesse op molekulêre vlak te ontleed en om hierdie ontledings te toets deur die prosesse te modelleer en te repliseer. strukture, en om dit tegnies bruikbaar te maak. Danksy 'n noue verband tussen biologie en ingenieurswetenskap word daar dus gepoog om genetiese ingenieurswese, wat voorheen gekenmerk is as 'n meer sistematiese wyse en op 'n groter skaal, uit te voer, ten spyte van die analitiese grondslag en die sintetiese realisering daarvan. [10]

Hierdie meer onlangse benadering in die vestiging van die dissipline van sintetiese biologie is geïnspireer en ondersteun deur die toename in kennis op die gebied van sisteembiologie aan die een kant, en aan die ander kant, en hoofsaaklik, deur die vinnige ontwikkeling van elektronika, vinnig die verbetering van volgordebepalingtegnologie en die moontlikhede wat DNS-sintese bied, wat al hoe goedkoper en meer toeganklik word. [11] geenvolgorde hoef nie meer in die laboratorium deur die wetenskaplikes self gesintetiseer te word nie, maar kan per e-pos van spesialismaatskappye bestel en per pos versend word. Pryse vir die volgordebepaling van 'n basispaar neem voortdurend af, terwyl die lengte van die geenvolgordes wat gesintetiseer kan word, toeneem. [12] Dit is onmoontlik om 'n einde aan hierdie ontwikkeling te voorspel. Een ding is egter duidelik. Met hierdie tegniese en ekonomiese grondslae is daar ook groter moontlikhede om hipoteses makliker te toets oor hoe die molekulêre boustene van eenvoudige organismes funksioneer ten opsigte van hul toepassing en voortplanting. Gevolglik het die moontlikhede vir die replisering of herskepping van geenvolgordes en genome ook ontplooi.

Sintetiese Biologie&rsquos Bestek van navorsing

Ten opsigte van huidige navorsing binne die veld van sintetiese biologie kan daar onderskei word tussen twee maniere waarop gepoog word om die oorkoepelende navorsingsdoelwitte te bereik. Sommige benaderings streef daarna om 'n enkelsel organisme of 'n sel in die laboratorium van nuuts af te produseer, uit nie-lewende molekules. Ander benaderings poog om die genoom van 'n bestaande bakterie tot so 'n mate te minimaliseer dat die organisme slegs met bogenoemde basiese eienskappe van lewe gelaat word, met geen verdere spesifieke vermoëns nie. Die doel om bestaande bakterieë uit te hol, met ander woorde, is om, indien moontlik, die organisme te laat met slegs daardie gene wat die organisme se metabolisme en vrugbaarheid verseker en wat in staat is om te muteer. Volgens die basis waaruit die minimale sel of minimale organisme ontwikkel gaan word, kan die twee hoofrigtings van navorsing geskei word in &ldquotop-down&rdquo en &ldquobottom-up&rdquo of &ldquoin vivo&rdquo en &ldquoin vitro&rdquo benaderings van sintetiese biologie.

Die gevorderde idee van die bo-na-onder-benadering is om genoomvolgordes, saamgestel soos die behoefte ontstaan, by die gemanipuleerde minimale organisme te voeg sodat dit presies gedefinieerde take kan verrig. Die basiese organisme sal optree as 'n &ldquochassis,&rdquo waarby die verlangde funksies gevoeg word. [13] In hierdie konteks word die genome dikwels die &ldquosagteware&rdquo genoem, terwyl die oorblywende strukture van die organisme as &ldquohardware beskryf word.&rdquo Na aanleiding van genetiese essensialisme (wat 'n betwiste perspektief buite die veld van sintetiese biologie is), kan dit gesê dat die doel van die bo-na-onder-benadering is om die hardeware van 'n sel toe te rus met nuwe, pasgemaakte sagteware, wat ontwerp is om dit te beheer.

Aan die ander kant is die doel van die de novo produksie van 'n sogenaamde minimale sel in die laboratorium, die paradigmatiese geval van die bottom-up benadering, om 'n basiese vorm van lewe uit eenvoudige dele saam te stel. Sodoende word geen bestaande organisme in vivo gebruik en verander nie. In plaas daarvan word 'n organisme of, in die algemeen, 'n biologiese stelsel in vitro van nuuts af geskep. Hierdie tweede benadering kan weer onderverdeel word in daardie benaderings wat reeds bestaande biologiese boustene ontplooi om die kunsmatige of &ldquosintetiese&rdquo sel saam te stel, en daardie benaderings wat poog om 'n soort &ldquoprotocell&rdquo (of selanaloog, eerder as werklike sel) te ontwikkel en wat stel uit met chemiese voorlopers. [14] Die tipiese kenmerk van hierdie twee navorsingsbenaderings is dat hulle nie net die suiwer replika van natuurlike selle behels nie, maar ook die konstruksie van selle in die vooruitsig stel waarvan die meganismes om die funksies van lewe te verwesenlik baie verskil van selle wat natuurlik voorkom. Waar laasgenoemde die geval is, word ook verwys na ingenieurswese 'n &ldquoortogonale&rdquo aard. In hierdie konteks, en na aanleiding van die spreektaal van inligtingwetenskap, beteken &ldquoortogonaal&rdquo biologiese stelsels waarvan die basiese strukture so verskil van dié wat in die natuur voorkom dat hulle slegs in 'n baie beperkte mate, indien enigsins, daarmee kan interaksie hê.

Die top-down (of in vivo) en bottom-up (of in vitro) benaderings word tipies geassosieer met twee verskillende navorsingsbelangstellings en navorsingstradisies. Terwyl die in vivo-benadering hoofsaaklik gerig is op tegniese toepassing en maklik 'n ingenieursgebaseerde toegang tot modularisering en standaardisering duld, is die in vitro-benadering meer soortgelyk aan fundamentele navorsing wat daarop gemik is om die oorsprong en basiese funksies van lewe te verduidelik en te rekonstrueer. Die grondslag en dryfkrag agter hierdie navorsing is die vraag hoe die oorsprong van lewe in die verloop van die natuurgeskiedenis verklaar en weergegee kan word. Nietemin hou hierdie benadering ook verband met kwessies van toepassing binne die konteks van sintetiese biologie. Dit kan nie uitgesluit word dat 'n in vitro-geskape selanaloog meer geskik kan wees as 'n minimale bakterie as basis vir tegniese besef nie.

Alhoewel hierdie klassifikasie van die navorsingslandskap van sintetiese biologie nuttig is om 'n aanvanklike oorsig te verkry, moet dit tog beklemtoon word dat 'n reeks navorsingsbenaderings bestaan ​​wat nie netjies in hierdie klassifikasieskema ingepas kan word nie. Dit is veral die geval vir alle soorte navorsing wat handel oor die analise en die replikasie en herlewing van metaboliese prosesse en sellulêre seinstrukture. In hierdie gevalle behels navorsing die ontleding en replisering van hoe sellulêre bestanddele waarin die genoom ingebed is, funksioneer. Hierdie studies sal na alle waarskynlikheid onder die in vivo-benaderings getel moet word, wat ook die bo-na-onder prosedure volg in dat&mdashin analise en sintese&mdash hulle poog om komplekse biologiese strukture in maklik beskryfbare sub-areas te verdeel. Hierdie tipe ondersoek het egter nie oor die algemeen ten doel om 'n minimale bakterie in hierdie opsig te ontwerp nie, hierdie soort navorsing distansieer hom van die bo-na-onder-prosedure, wat andersins gereeld as tipies vir in vivo-benaderings beskou word.

Hierdie verskil kan ook geïllustreer word met betrekking tot die gebruik van die beeldmateriaal van hardeware en sagteware in die minimale bakterie-projek. Ondersoek na die begrip van metaboliese weë en seinoordragmeganismes kan nie gefokus word op die konsepsie van die genoom as die sagteware van die sel en die oorblywende biologiese selstrukture as die hardeware nie, aangesien dit uit sulke beelde duidelik word dat hierdie oorblywende strukture ook integraal betrokke by die gedrag wat 'n organisme uiteindelik het. Boonop kan hierdie strukture ook gebruik word om die gedrag van organismes op 'n soortgelyke wyse as die genoom te beheer. Dit is nie onwaarskynlik dat hierdie soort navorsing na selfunksies, &ldquobehalwe die genoom,&rdquo ook tot tegnologies verreikende ontwikkelings sal lei nie. Sintetiese biologie as geheel is dus meer kompleks as wat maklik in die media uitgebeeld kan word, wat reeds neig om genomiese reduksionisme te versterk en om te fokus op die groot projekte van die onder-na-bo en bo-na-onder modelle wat meer bondig oorgedra kan word.

Laastens bestaan ​​'n verdere navorsingsarea binne sintetiese biologie wat effens uit lyn is met die top-down en bottom-up raamwerk. Hierdie gebied van navorsing behels die poging om genetiese strukture te skep wat nie op dieselfde materiële basis gegrond is as dié wat in die natuur voorkom nie. Daar is dus benaderings om die vier natuurlike basispare van die genoom aan te vul met bykomende basispare, en ander navorsing word uitgevoer wat 'n stap verder gaan en probeer om genome te skep wat heeltemal onafhanklik van die vier basispare van natuurlike lewe funksioneer. In die eerste instansie behoort sulke benaderings tot die in vitro-veld van sintetiese biologie aangesien die sintetiese genome uit eenvoudige boustene saamgestel word. Hulle meng dus in, en is deels ook 'n direkte element van navorsing binne die konteks van die ingenieurswese van 'n minimale sel. Dit is egter ook denkbaar dat nie-natuurlike genome in natuurlike selle en organismes gebruik kan word&mdashin ander woorde, om dit in vivo te ontplooi.

Spesifieke kenmerke

Om die spesifieke etiese en filosofiese uitdagings van 'n nuut opkomende navorsingsrigting te begryp, is dit noodsaaklik om in presiese terme vas te stel hoe hierdie wetenskap verskil van reeds bestaande gebiede van wetenskap. Wat, met ander woorde, is nuut oor sintetiese biologie?

Toepassingsgeoriënteerde wetenskappe waartoe sintetiese biologie behoort&mdashare oor die algemeen onderverdeel in &ldquo-bemagtigingstegnologieë&rdquo (wat die voorvereistes skep vir die verwesenliking van die onderskeie navorsing), &ldquobasiese ontwikkelingstegnologieë,&rdquo en &ldquotoegepaste tegnologieë.&rdquo In die geval van sintetiese biologie sluit die tegnologiese sintetiese tegnologieë hoofsaaklik tegnologiese voorvereistes in , waarvan die moontlikhede voortdurend uitbrei. Die veld van navorsing wat bestaan ​​uit in vivo en in vitro benaderings en die navorsing rondom hierdie paradigmatiese kerns vorm die area van basiese ontwikkeling. Die toegepaste tegnologie sluit alle tegniese toepassings in wat moontlik met sintetiese biologie geassosieer word. Uit hierdie drie gebiede is die tegnologiese voorvereistes en die basiese ontwikkeling primêr van belang wanneer die vraag na wat nuut is oor sintetiese biologie ondersoek word.

Soos ons kort toer deur die geskiedenis van die vak reeds getoon het, is sintetiese biologie nie 'n onderwerp wat uit die bloute na vore gekom het nie.&rdquo In die geheel is daar kontinuïteite en meganismes binne die wetenskap wat die ontstaan ​​van vandag se sintetiese biologie vergemaklik het. boonop is daar in miniatuur ook baie spesifieke raakpunte met bestaande navorsingsgebiede. Die belangrikste raakpunte is geentegnologie en sisteembiologie, sowel as ingenieurswetenskap, inligtingstegnologie en nanotegnologie. As gevolg van hierdie veelvuldige verwysings, beskou sommige kommentators sintetiese biologie as byna 'n uitstekende voorbeeld van die veel-opgeroepte &ldquokonvergerende wetenskappe.&rdquo [15] Veral die nabyheid van genetiese ingenieurswese lei tot die geregverdigde kritiese vraag van wat eintlik nuut oor sintetiese is. biologie en, gelyktydig, of hierdie wetenskap nuwe etiese uitdagings impliseer.

In die eerste instansie kan hierdie vraag slegs met behulp van kwantitatiewe verwysings beantwoord word: op die gebied van tegnologiese voorvereistes neem die vermoëns van geensintese toe tot by die vermoë om hele genome te sintetiseer. Op die gebied van basiese ontwikkeling, afhangende van die navorsingsrigting, is die doel nie bloot om individuele geenvolgordes van 'n bestaande organisme te vervang of te verander nie, maar om 'n hele gesintetiseerde genoom in 'n geneties geminimaliseerde bakterie in te voeg. Soos ons reeds gesien het, word navorsing ook gedoen oor die replisering van metaboliese selprosesse en seinoordragmeganismes, en die aanvulling van die &ldquo-alphabet of life&rdquo&mdash wat vier verskillende organiese basisse&mdash met ander basisse bevat, of anders heeltemal vervang en nie-natuurlike aminosure in sintetiese organismes inkorporeer .

Om hierdie rede was daar 'n merkbare uitbreiding van dit wat tegnies manipuleerbaar en beheerbaar is. Met die sintese van groter genome en die koms om ook groot geenfragmente te kan hanteer, is dit nie meer net individuele, kort DNS-segmente nie, maar ook hele genome wat in praktiese bereik kom. [16] Wetenskaplikes het byvoorbeeld onlangs daarin geslaag om die hele genoom van te sintetiseer Mycoplasma genitalium, 'n DNS-struktuur met meer as 580 000 boustene en beduidende verskil met die klassieke geen tegnologiese sintetisering van 'n plasmied met 5 000 elemente. [17] Geen tegnologiese navorsing, soos die oorplanting van dele van die menslike immuunstelsel na muise om menslike teenliggaampies te produseer [18] en die inplanting van betakaroteensintese in rys, [19] word op hierdie wyse voortgesit en kwantitatief uitgebrei. Verder, soos reeds genoem, word die genoom uitgebrei met nuwe beginmateriaal en herskep in navorsing oor sintetiese biologie. Daarbenewens word ander molekulêre selstrukture langs die genoom gerepliseer, wat dit beheerbaar maak.

In die etiek van tegnologie is daar 'n betekenisvolle onderskeid te tref tussen kwantitatiewe en kwalitatiewe veranderingsverandering in graad en verandering in soort. Kwantitatiewe verandering brei die omvang van voorafbestaande menslike mag uit en beheer kwalitatiewe verandering lei 'n nuwe soort of dimensie van mag en beheer in. Afsonderlik geneem, blyk nuwe kenmerke van sintetiese biologie 'n kwantitatiewe eerder as kwalitatiewe vooruitgang te verteenwoordig. In die geheel gesien kan egter volgehou word dat sintetiese biologie vanuit 'n kwalitatiewe perspektief 'n nuwe veld van navorsing en tegnologie oopmaak, selfs al is dit onmoontlik om te definieer waar die oorgang van kwantiteit na kwaliteit presies lê. Die deurslaggewende element van hierdie oorgang is dat die fokus op die organisme wat ondersoek en beheer moet word, verander. Die basis van geen tegnologiese manipulasies is 'n bestaande organisme met eienskappe wat van groot belang is vir die mens. Hierdie bestaande eienskappe word dan deur genetiese ingenieurswese geoptimaliseer om dit ekonomies ontginbaar te maak. Die perspektief van sintetiese biologie is egter nie meer noodwendig op bestaande organismes gerig nie. Aangesien, vir sintetiese biologie, die hele genoom en die hele molekulêre struktuur van enkelsel-organismes tegnies konfigureerbaar is, daarom is bestaande organismes en bestaande eienskappe uiteindelik slegs terloopse voorbeelde van wat uit die boustene van die natuur saamgestel kan word. As wetenskaplikes 'n organisme soek om sekere belange te dien, is die ideaal van sintetiese biologie spesifiek om hierdie organismes volgens hierdie belangstellings te ontwerp en te ontwerp.

In die geval van sintetiese biologie word die verskynsel van enkelsellewe&mdashor inderdaad van lewe op sellulêre vlak&mdash dus toeganklik gemaak vir menslike manipulasie en ontwerp wat nog nooit tevore gesien is nie. Terwyl genetiese ingenieurswese gekoppel is aan reeds bestaande vorme van lewe en die uitruil van enkele geenvolgordes, gaan sintetiese biologie oor die skep en ingenieursvorme van lewe wat grootliks los van die natuur is. Hand-aan-hand met 'n vervaardigingsproses wat volgens ambisie gekenmerk sal word deur rekenaarsimulasie en konstruksie, modularisering en standaardisering, sal sintetiese biologie voortaan 'n verandering in perspektiewe inisieer van geneties gemanipuleerde manipulasie na sintetiese skepping, wat regverdig beskryf kan word. as 'n kwalitatiewe sprong.

Hierdie sprong kan geïllustreer word deur die voorbeeld van 'n wetenskaplike kompetisie wat ontwikkel het met die opkoms van die jongste inisiatiewe vir die vestiging van sintetiese biologie: die &ldquoInternational Genetical Engineered Machines&rdquo-kompetisie (IGEM) is deur die Massachusetts Institute of Technology in 2003 geïnisieer. In 2009, 112 spanne en 'n totaal van ongeveer 1 200 deelnemers het vir die kompetisie ingeskryf. [20] Daarin ontwerp en ontwikkel jong wetenskaplikes en studente DNS-gebaseerde biologiese stroombane, proteïene met nie-natuurlike eienskappe of kunsmatige sel&ndashsel-kommunikasie of seintransduksieprosesse.

'n Vereiste vir deelname is dat die genetiese modules wat vir die kompetisie ontwerp is, versoenbare terminale moet hê om die vinnige samestelling van verskeie modules te vergemaklik. Verder moet hierdie modules in 'n materiaalbank, die sogenaamde BioBricks-databasis, gedeponeer word. Nie net deelnemers het toegang tot hierdie databasis nie en ander belangstellendes kan ook toegang daartoe kry en bydra tot die uitbreiding daarvan. [21]

Hierdie materiaalbank moet gebruik word as 'n boustel wat daarop gemik is om die toekomstige ontwikkeling van toenemend komplekse sintetiese biologiese stelsels te vereenvoudig en te versnel. Genetiese boustene sal nie meer ad hoc in individuele gevalle gemanipuleer en vervang word soos die konvensie in genetiese ingenieurswese nie, maar sal eerder spesifiek ontwikkel en toeganklik gemaak word in die vorm van gestandaardiseerde boustene (dit is nie toevallig dat hulle gedoop is nie) &ldquoBioBricks&rdquo analoog aan Lego-stene) om spesifieke take uit te voer.

Op hierdie manier beklemtoon die IGEM-kompetisie twee sentrale konsepte waarop sintetiese biologie gegrond is. Enersyds word die groot mate waarin sintetiese biologie die ou geen tegnologiese metode vervang om dit wat reeds bestaan ​​te verbeter, duidelik deur die skepping van nuwe dinge&mdashphenomena wat presies gedefinieerde take moet vervul wat geen bekende natuurlike organisme selfs op afstand kan bereik nie. Aan die ander kant word dit duidelik hoeveel die inmenging van sintetiese biologie in die natuur staatmaak op die modularisering en verenigbaarheid van die gegenereerde biologiese sisteme.

Enkele etiese opmerkings

Etiese besinning oor sintetiese biologie was tot dusver meestal gemoeid met kwessies van bioveiligheid en biosekuriteit. [22] Hierdie onderwerpe is onontbeerlik as 'n mens bekommerd is oor kort- of mediumtermyn wetlike of politieke regulasies. Nietemin, om 'n houvas op eties-relevante verborge dinamika van die navorsingsagenda te kry, is 'n komplementêre, meer algemene benadering tot etiese kwessies noodsaaklik. [23] Gegewe die spesifieke historiese en sistematiese agtergrond van sintetiese biologie wat hierbo beskryf is, kan 'n aantal relevante kwessies onderskei word, almal hang af van die wyse waarop sintetiese biologie die verskynsel van lewe benader.

Sintetiese biologie pas by 'n ideaal van wetenskaplike vooruitgang waarin wetenskaplike verklarings van die gedrag van komplekse entiteite gebaseer is op verduidelikings van die gedrag van daardie entiteite&rsquo dele. As 'n mens 'n verklaring van die aksies en reaksies van 'n organisme wil vind, word 'n mens gelei om verduidelikings te soek in terme van patrone van aksies en reaksies van die molekulêre samestelling van die organisme.Op hierdie manier volg sintetiese biologie genetiese ingenieurswese & rsquos epistemologie, wat blykbaar verdere geloofsbriewe aan sy aspirasies gee deur die vermoë van skepping by genetiese ingenieurswese & rsquos manipulerende vermoëns te voeg.

Hierdie verduidelikende strategie staan ​​in teenstelling met verduidelikings wat verwys na 'n organisme se persepsies van en pogings om sy omgewing te akkommodeer, aangesien in laasgenoemde geval toestande van die organisme as 'n geheel geneem word om prosesse op sellulêre of molekulêre vlak te kan beïnvloed. Met die mens as voorbeeld, is die kontras duidelik. 'n Mens kan die gedrag van 'n mens verklaar deur te verwys na genetiese determinante of, alternatiewelik, na sy of haar persepsies en bedoelings. Terwyl eersgenoemde kennis gebruik kan word as 'n instrument om Archimediese punte van gedragsmanipulasie te identifiseer, is laasgenoemde soort kennis die voorvereiste van die vermoë om met die persoon as 'n hele persoon te praat en te verstaan ​​en om inherente waarde daaraan toe te skryf.

Nou, as die organisme 'n enkele sel is, kan 'n mens aanvaar dat die twee perspektiewe konvergeer. Na alles, wat kan die vermoë om met 'n sel te praat, beteken behalwe om sellulêre kenmerke te manipuleer? Dit is die rede waarom metafore van sein en waarneming, wat dikwels in molekulêre biologie gebruik word sonder om die spanning tussen hierdie konsepte en onder-na-bo-verduidelikings te erken, verstaan ​​kan word as dat dit 'n kern van waarheid bevat, hoewel dit dikwels as misleidend gekritiseer word. Die gebruik van molekulêre prosesse binne 'n enkelsel-organisme kan gesien word as 'n manier om in hierdie spesiale geval met die organisme te "praat".

Nietemin, die perspektief van &ldquotalking&rdquo trek basies mens se aandag in ander rigtings as wat die bottom-up vooruitsigte doen, selfs in die geval van enkelsel organismes. Byvoorbeeld, as 'n sel verstaan ​​word as die waarneming en oordrag van inligting, word die invloed van die omgewing op prosesse binne die sel 'n natuurlike deel van die verduideliking van wat die sel doen, maar, wanneer daar binne die onder-na-bo-paradigma gewerk word, die sellulêre omgewing blyk 'n ondergeskikte faktor van invloed te wees. Gevolglik bevoordeel die bottom-up paradigma navorsing oor genetika en is geneig om die invloed van genetiese prosesse op die organisme as deterministies te interpreteer, terwyl die &ldquoresponsive organisme outlook&rdquo die organisme se vermoë beklemtoon om aan sy omgewing te akkommodeer, insluitend die vermoë om homself in hierdie proses te herskep. .

Daar word algemeen aanvaar dat in die opwaartse beweging van eenvoudige na al hoe meer komplekse lewensvorme, genetiese onder-na-bo-verklarings plek maak vir &ldquoresponsiewe organisme&rdquo-verduidelikings, genoodsaak deur opkomende verskynsels soos sensitiwiteit, bewussyn, rasionaliteit, ens. Dit is belangrik om daarop te let, alhoewel , dat ongeag hoe kompleks 'n lewensvorm is, dit altyd moontlik is om die ideaal van 'n onder-na-bo-verduideliking te handhaaf. onverwagte gedrag wat blykbaar hierdie ideaal verloën, kan altyd wegverduidelik word deur te verwys na die kompleksiteit van oorsake en gevolge wat betrokke is&mdasha-kompleksiteit wat nog nie verreken is nie, maar in die toekoms toeganklik sal wees in terme van onder-na-bo verduidelikings.

Boonop is dit moeilik om te sien hoe &ldquo-responsiewe organisme&rdquo-verduidelikings op onder-na-bo-verduidelikings gebaseer moet word, gegewe dat die betrokke verduidelikende beginsels in skrille kontras met mekaar staan. Om &ldquo-opkoms&rdquo as 'n oplossing vir hierdie probleem aan te roep, is bloot om 'n verklarende &ldquodeus ex machina aan te roep.&rdquo Dus, as 'n mens wil toelaat dat &ldquoresponsiewe organisme&rdquo verduidelikings hoegenaamd 'n rol speel in die verduideliking van gedrag, moet 'n mens hierdie skema reg van die begin af gebruik , in rekeninge van selfs die eenvoudigste vorme van lewe.

Nou beteken dit nie dat verduidelikings van onder na bo oor die algemeen nutteloos is en vermy behoort te word nie. Eerstens, in die geval van eenvoudige lewensvorme, kan die tale van die twee skemas tot 'n sekere mate oorvleuel. Vir 'n ander kan die bottom-up-uitkyk altyd dien as 'n hulpmiddel vir enige ondersoek wat daarop gemik is om prosesse effektief te beheer en te manipuleer. Dit beteken egter dat in die aanvaarding van die algemene geldigheid van die &ldquoresponsiewe organisme&rdquo-perspektief, 'n mens oplettend moet wees vir verduidelikings, selfs in die geval van eenvoudige lewensvorme. 'n Mens moet ook aandag gee aan die etiese beperkings wat die &ldquo-responsiewe organisme&rdquo-uitkyk stel op onder-na-bo-verduidelikings indien dit toegepas word op hoër organismes&mdash, veral natuurlik, op mense.

Alles wat tot dusver gesê is, is amper ewe van toepassing op genetiese ingenieurswese en sintetiese biologie. Daarom, om spesifieke etiese aspekte van sintetiese biologie af te baken, moet 'n mens 'n verdere stap neem en na die sintetiese biologie se spesiale kenmerke kyk, dit wil sê, in die eerste plek, die beroep op die skepping en, in 'n mindere mate, die rol van ingenieursbeginsels soos modularisering en standaardisering.

Skepping, vanuit die oogpunt van sintetiese biologie, kom daarop neer dat jy basiese sellulêre dele kan saamstel en sodoende 'n nuwe entiteit bou wat al die kenmerke van lewe vertoon. Dit is waar beide in vivo en in vitro benaderings. As 'n ooglopende eerste opmerking, is dit belangrik om daarop te let dat hierdie soort kreatiewe aktiwiteit nie &ldquocreatio ex nihilo&rdquo skepping uit niks is nie. [24] Met ander woorde, sintetiese biologie-skeppings kan nie ongekwalifiseerd vergelyk word met die skeppingsdaad wat teologie gewoonlik uitsluitlik aan god toeskryf nie, nieteenstaande aansprake van beide wetenskaplikes en deur sintetiese biologie-kritici. Selfs al sou dit moontlik word om, na 'n onder-na-bo-benadering, 'n lewende sel geheel en al uit nie-lewende komplekse molekules te bou, sou dit steeds as skepping deur middel van verfynde kombinasie van gegewe dele moes tel. 'n Mens kan sê dat wetenskaplikes ook in hierdie scenario nie lewe van nuuts af skep nie, maar nodige en voldoende toestande verskaf vir materie om sy potensiaal om lewende organismes te vorm, te verwesenlik.

Nou, terwyl die bewering om lewe van nuuts af te kan skep, sekerlik as hiperbolies moet tel, blyk dit waar te wees dat sintetiese biologie 'n meer kreatiewe aktiwiteit is as wat genetiese ingenieurswese voorheen was. Die doel en die sukses van die IGEM-kompetisie getuig van die feit dat sintetiese biologie 'n nuwe vlak van aspirasie, indien nog nie prestasie, meebring nie. Waar genetiese ingenieurswese sy fokus gehad het op die optimalisering van bestaande organismes (die maatstaf is maatskaplike of verbruikersbehoeftes en voorkeure), gee sintetiese biologie vrye spel aan fantasie en verbeelding. Potensieel neem sintetiese biologie ons verby die natuur. &ldquoNature 2.0,&rdquo d.w.s. die natuur met nuwe funksies of selfs 'n ortogonale lewestelsel, is nie meer suiwer spekulasie nie.

Vanuit 'n etiese perspektief is die verskuiwing van perspektiewe betekenisvol, aangesien die resultate van die betrokke kreatiewe aktiwiteit hul eie lewe kry. Sintetiese organismes is in wisselwerking met die omgewing en ontwikkel net soos natuurlike organismes, wat beteken dat hul toekoms tot 'n groot mate onvoorspelbaar is. Terselfdertyd suggereer die ingenieursideaal van sintetiese biologie heeltemal die teenoorgestelde, naamlik 'n produk wat, aangesien dit geskep kan word, in al die besonderhede van sy funksionering verstaan ​​en verduidelik kan word. Gekondenseerde tot 'n trefwoord, sintetiese biologie rekonstrueer en skep organismes as masjienagtige entiteite, terwyl dit in werklikheid al die onsekerhede en eienaardighede van ontwikkelende lewe moet hanteer.

Vanuit hierdie perspektief kom dit nie as 'n verrassing dat in die kulturele verbeelding wat nou verbind is met sintetiese biologie se doel van die skepping van lewe, die verhale van Frankenstein se skepsel en Faust's Homunculus is nie. Beide stories kan geneem word om, onder baie ander aspekte, die gaping tussen die hoogste prestasie waarna die wetenskap kan streef, naamlik die skepping van lewende organismes en noodsaaklike outonomie van hierdie organismes, wat hulle in onafhanklike mededingers verander en, in die geval, verander. van Frankenstein, slagoffers van hul skeppers. Met ander woorde, Frankenstein en Faust is nie altyd misleide assosiasies van 'n wetenskaplik onderopgeleide publiek nie. Hierdie kulturele narratiewe en waarskuwingsverhale kan ons eerder help om bewus te bly van die grense van die algemene verduidelikende raamwerk wat sintetiese biologie gebruik en van die noodsaaklikheid van nugtere multi-dissiplinêre risikobepaling.

Afsluiting

Sintetiese biologie is 'n vinnig ontwikkelende nuwe veld van biologiese navorsing. Die doel daarvan om intra- en intersellulêre prosesse te analiseer en om hierdie kennis te gebruik om tot dusver onbekende enkelsellewensvorme te bou. Dus, die verskuiwing van analise na sintese waaraan chemie in die vroeë twintigste eeu onderwerp is, is nou op die punt om 'n werklikheid in die biologie te word.

In die geval van chemie het hierdie verskuiwing 'n massiewe invloed op die ekonomie en die samelewing as geheel gehad. Dit kom dus nie as 'n verrassing dat die opkoms van sintetiese biologie met hoogvliegende verwagtinge gepaard gaan nie: moontlike toepassings wissel van beslissende vooruitgang in kankerterapie tot mikroörganismes wat middels en brandstofproduserende bakterieë afbreek.

Terselfdertyd word die ontwikkeling van die navorsingsveld deur 'n groeiende aantal kritiese stemme ontmoet. Onder die opskrif van &ldquobioveiligheid&rdquo bespreek sosiale wetenskaplikes, etici en filosowe onderwerpe rakende die onbedoelde skadelike effekte van sintetiese organismes op mense en die omgewing, en verdere aandag word gegee aan moontlike gevalle van beoogde misbruik&mdash sogenaamde biosekuriteitskwessies. Deur 'n stap terug te neem, word dit moontlik om te fokus op 'n paar algemene etiese implikasies van sintetiese biologie & rsquos strewe.

Eerstens, om 'n objek lewendig te noem is diep verbind, beide histories en sistematies, met die oortuiging dat die betrokke objek gewaardeer moet word as 'n (min of meer) outonome agent, 'n status wat artefakte nie deel nie. Gevolglik het die manier waarop nuutgeskepte organismes gekonseptualiseer word 'n etiese impak op hoe lewe in die algemeen verstaan ​​en waardeer word. Wanneer mikroörganismes en hul seinpaaie beskryf word, roep sintetiese biologie-navorsers dikwels rekenaarmetafore van &ldquohardware&rdquo en &ldquosagteware&rdquo aan, asook meganiese metafore van &ldquobrick&rdquo en &ldquochassis.&rdquo Met in gedagte dat die probleme van die definisie van lewe en die normatiewe dimensie is, is dit die konsep van lewe. Dit is egter belangrik om nie voortydig die konsepte van &ldquolife&rdquo en &ldquomachine&rdquo in sintetiese biologie-navorsing te vermeng nie.

Tweedens, al is dit nie korrek om te beweer dat sintetiese biologie poog om lewe van nuuts af te skep nie, behels sintetiese biologie tog 'n perspektief van skepping eerder as manipulasie. Vanuit die oogpunt van die skepping hoef 'n mens nie tevrede te wees met die gladmaak van die natuur se tekortkominge nie, maar kan 'n natuur sonder tekortkominge van nuuts af ontwerp. Die gebruik van die vermoëns van die natuur deur kultivering, manipulasie of selfs uitbuiting verskil van die herontdekking van die natuur. Met die veronderstelling dat alle toepaslike veiligheidsmaatreëls in plek is, kan dit in baie spesifieke gevalle regverdigbaar wees. Nietemin, as 'n algemene benadering geneem, kan dit lei tot 'n oorskatting van hoe goed ons die natuur se prosesse en ons eie behoeftes en belange verstaan ​​en van hoe om dit die beste te bereik.

Na aanleiding van hierdie laaste punt, word dit moontlik om etiese besinning oor lewe en skepping te verbind met plat-op-die-aarde vrae oor bioveiligheid en biosekuriteit. Byvoorbeeld, gegewe die vermoë om enkele nuwe vorme van lewe te skep, sal die mate waarin ons glo in ons vermoë om die natuur se prosesse te verstaan ​​en te bereken toeneem, terwyl ons werklike kennis van komplekse interaksies van verskillende soorte organismes in hul habitat het dalk glad nie uitgebrei nie. Gevolglik bied die kernkenmerke&mdasheties gesproke&mdash van sintetiese biologie 'n uitdaging aan regulasies en verhandelings wat oorspronklik ontwikkel is om risiko's en gevalle van misbruik met betrekking tot genetiese ingenieurswese te hanteer.

[1]. B.J. Yeh en W.A. Lim, Sintetiese Biologie: Lesse uit die geskiedenis van sintetiese organiese chemie, Nat Chem Biol 3(9), 2007, pp. 521-525.

[2]. S. Leduc, La Biologie Synthétique. Parys, 1912.

[3]. J. Loeb, Das Leben. Leipzig, 1911, p. 6.

[4]. E.F. Keller, Om sin te maak van die lewe. Verduideliking van biologiese ontwikkeling met modelle, metafore en masjiene, Cambridge, MA: Harvard University Press, 2002, p. 19.

[5]. J. Loeb, Die dinamika van lewende materie, New York, 1906, bl. 223.

[6]. J.B. Burke, Die oorsprong van die lewe. Die fisiese basis en definisie daarvan. Londen, 1906, p. 5.

[7]. P.J. Pauly, Lewe beheer. Jacques Loeb en die Ingenieursideaal in Biologie. New York, 1987 R.P. Shetty, D. Endy, et al., &ldquoEngineering BioBrick Vectors from BioBrick Parts,&rdquo J Biol Eng 2(1), 2008, bl. 5.

[8]. W. Szybalski, &ldquoIn vivo en in vitro-aanvang van transkripsie,&rdquo Adv Exp Med Biol 44(1), 1974, pp. 23-24.

[9]. W. Szybalski, A. Skalka, &ldquoNobelpryse en beperkingsensieme,&rdquo Gene 4(3), 1978, pp. 181-182.

[10]. S.A. Benner, A.M. Sismour, &ldquoSintetiese Biologie,&rdquo Nat Ds Genet 6(7), 2005, pp. 533-543.

[11]. R. Carlson, &ldquoDie tempo en verspreiding van biologiese tegnologieë,&rdquo Biosekuriteit en bioterrorisme: bioverdedigingstrategie, -praktyk en -wetenskap 1(3), 2003, pp. 203-214.

[12]. Ens Groep, & ldquoExtreme Genetiese Ingenieurswese. An Introduction to Sintetiese Biologie,&rdquo http://www.etcgroup.org/en/materials/publications.html?pub_id=602, 2007, p. 10.

[13]. D.A. Drubin, J.C. Way, P.A. Silwer, &ldquoontwerp van biologiese stelsels,&rdquo Gene Dev 21(3), 2007, pp. 242-254 P. Fu, &ldquoA Perspective of Synthetic Biology: Assembling Building Blocks for Novel Functions,&rdquo Biotegnologie J 1(6), 2006, pp.690-699.

[14]. A.C. Forster, G.M. Kerk, &ldquoSintetiese Biologieprojekte In Vitro,&rdquo Genoom Res 17(1), 2007, pp. 1-6 P.L. Luisi, &ldquoChemical Aspects of Sintetiese Biologie,&rdquo Chem Biodivers 4(4), 2007, pp. 603-621 P.L. Luisi, F. Ferri, P. Stano, & ldquoBenaderings tot semi-sintetiese minimale selle: 'n resensie,&rdquo Naturwissenschaften 93(1), 2006, pp. 1-13.

[15]. Ens Groep, &ldquoExtreme Genetic Engineering,&rdquo p. 5.

[16]. M. Itaya, et al., & ldquo Bottom-up Genoom Assembly Gebruik van die Bacillus subtilis Genome Vector,&rdquo Nat Metodes 5(1), 2008, pp. 41-43.

[17]. D.G. Gibson, et al., &ldquoVolledige chemiese sintese, samestelling en kloning van 'n Mycoplasma genitalium Genoom,&rdquo Wetenskap 319(5867), 2008, pp. 1215-1220.

[18]. A. Jakobovits, et al., &ldquoVan XenoMouse-tegnologie tot Panitumumab, die eerste volledig menslike teenliggaamproduk van transgeniese muise,&rdquo Nat Biotechnol 25(10), 2007, pp. 1134- 1143.

[19]. P. Beyer, et al., &ldquoGolden Rice: Die bekendstelling van die Beta-karoteen-biosintese-pad in rys-endosperm deur genetiese ingenieurswese om vitamien A-tekort te verslaan,&rdquo J Nutr 132(3), 2002, pp. 506-510.

[22]. J.B. Tucker en R.A. Zilinskas, &ldquoThe Promise and Perils of Sintetiese Biologie,&rdquo Die Nuwe Atlantis 12, 2006, pp. 25-45 M. Schmidt, A. Ganguli-Mitra, et al., &ldquoA Priority Paper for the Societal and Ethical Aspects of Sintetiese Biologie,&rdquo Syst Synth Biol 3(1-4), 2009, pp. 3-7.

[23]. S. Yearley, &ldquoDie etiese landskap: identifiseer die regte manier om te dink oor die etiese en samelewingsaspekte van sintetiese biologie-navorsing en -produkte,&rdquo J R Soc-koppelvlak 2009, doi: 10.1098/rsif.2009.0055.fokus J. Boldt, O. Müller, &ldquoNewtons of the Leaves of Grass,&rdquo Nat Biotechnol 26(4), 2008, pp. 387-389.

[24]. P. Dabrock, & ldquo Speel God? Sintetiese biologie as 'n teologiese en etiese uitdaging,&rdquo Syst Synth Biol 3(1-4), 2009, pp. 47-54.

Joachim Boldt

Joachim Boldt het filosofie, letterkunde en linguistiek in Heidelberg, Berlyn en Sheffield studeer. Hy het 'n PhD in filosofie in Berlyn verwerf, sy proefskrif was oor Kierkegaard se Vrees en Bewing. As postdoktorale was hy verbonde aan die Departement Mediese Etiek en Geskiedenis van Geneeskunde aan die Universiteit van Freiburg.


Wiskundige bewys vir die ontwerpervereiste

Dat 'n komplekse struktuur soos 'n lewende organisme toevallig sonder intelligente insette gevorm kan word, is nog nooit in die laboratorium of enige ander plek gedemonstreer nie. Gegewe genoeg tyd, redeneer die naturalistiese wêreldbeskouing, is enigiets ten minste moontlik. Die probleem met hierdie siening is dat die mate van inligting en kompleksiteit wat nodig is vir lewende organismes om te kan "lewe" sodanig is dat, afgesien van doelbewuste intelligente ontwerp, van wat ons nou weet, maak nie saak wat die toestande is nie, tyd alleen nie maak voorsiening vir die naturalistiese konstruksie van lewe. Evolusionis Stephen Jay Gould het verklaar dat selfs al herhaal die evolusionêre geskiedenis op aarde homself a miljoen keer, hy twyfel of iets soos Homo sapiens ooit weer sou ontwikkel (Gould, 1989 sien ook Kayzer, p. 86, 1997).

Baie navorsers het tot die gevolgtrekking gekom dat die waarskynlikheid dat lewe per toeval ontstaan ​​so ver is dat ons dit as 'n onmoontlikheid moet bestempel. Hoyle (1983) merk byvoorbeeld op dat die waarskynlikheid om óf tien wit óf tien swart balle uit 'n groot boks vol balle te trek wat gelyke getalle swart en wit balle bevat, vyf keer uit een miljoen is! As ons die getal na 100 verhoog en stelle van 100 balle trek, is die waarskynlikheid om 100 swart of 100 wit balle agtereenvolgens te trek nou so laag dat dit vir alle praktiese doeleindes onmoontlik is.

Om hierdie konsep soos toegepas in biologie te illustreer, sal 'n geordende struktuur van slegs 206 dele ondersoek word. Dit is nie 'n groot getal nie—die volwasse menslike skelet, byvoorbeeld, bevat gemiddeld 206 afsonderlike bene, almal saamgevoeg in 'n perfek geïntegreerde funksionerende geheel. En alle liggaamstelsels - selfs ons selle se organelle - is baie meer kompleks as dit.

Om die moontlike aantal verskillende maniere te bepaal wat 206 dele verbind kan word, oorweeg 'n stelsel van een deel wat op slegs een manier (1 x 1) in lyn gebring kan word of 'n stelsel van twee dele op twee maniere (1 x 2) of 1 , 2 en 2, 1 'n stelsel van drie dele, wat op ses maniere in lyn gebring kan word (1 x 2 x 3), of 1, 2, 3 2, 3, 1 2, 1, 3 1, 3, 2 3, 1, 2 3, 2, 1 een van vier dele op 24 maniere (1 x 2 x 3 x 4), ensovoorts. Dus, 'n stelsel van 206 dele kan op 1 x 2 x 3 … 206 verskillende maniere in lyn gebring word, gelyk aan 1 x 2 x 3 … x 206. Hierdie getal word “206 faktoriaal” genoem en word geskryf “206!”.

Die waarde 206! is 'n geweldig groot getal, ongeveer 10 388 , wat 'n "1" is, gevolg deur 388 nulle, of:

10,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,
000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000

Bereiking van enigste die regte generaal posisie vereis (ignoreer vir nou waar die bene vandaan kom, hul onderstebo of regterkant-na bo plasing, hul belyning, die oorsprong van die senings, ligamente en ander ondersteunende strukture) vir al 206 dele sal slegs een keer uit 10 voorkom 388 ewekansige assortimente. Dit beteken dat een uit 10 388 kans bestaan ​​dat die korrekte volgorde tydens die eerste verhoor gekies word, en elke ander verhoor daarna, gegewe al die bene soos dit tans in ons liggaam bestaan.

As een nuwe proef elke sekonde voltooi kan word vir elke enkele sekonde wat beskikbaar is in al die geskatte evolusionêre siening van astronomiese tyd (ongeveer 10 tot 20 miljard jaar), gee die gebruik van die mees konserwatiewe skatting ons 10 18 sekondes die kanse dat die korrekte algemene posisie sal verkry word deur ewekansige is minder as een keer in 10 miljard jaar. Dit sal 'n waarskynlikheid van slegs een uit 10 (388–18) of een uit 10 370 produseer.

As elke deel net die grootte van 'n elektron is, een van die kleinste bekende deeltjies in die heelal, en die hele bekende heelal was stewig gepak met stelle bene, kan hierdie area konserwatief geskat op 100 miljard kubieke ligjare slegs ongeveer 10 130 bevat. stelle van 206 dele elk. Wat is die moontlikheid dat slegs een van hierdie 10 130 stelle, wat elkeen per toeval hul lede rangskik, sal net die korrekte belyning bereik een keer oor tien biljoen jaar? Veronderstel ook dat ons 'n masjien uitvind wat nie een proef per sekonde kan doen nie, maar 'n miljard-miljard verskillende proewe elke sekonde op elke enkele een van die 10 130 stelle. Die maksimum aantal moontlike proewe wat enigiemand moontlik kan bedink word met hierdie tipe situasie sal 'n totaal van 10 166 proewe toelaat (10 130 x 10 18 x 10 18 ). Selfs gegewe hierdie kans, is die kans dat een van hierdie 10 166 proewe die korrekte resultaat sal lewer slegs een uit 10 388, of slegs een uit 10 222 proewe vir alle stelle.

Verder moet al die dele beide eers bestaan ​​en onmiddellik behoorlik saamgestel word sodat die organisme kan funksioneer. Vir alle praktiese doeleindes bestaan ​​'n nul moontlikheid dat die korrekte algemene posisie van slegs 206 dele toevallig gelyktydig verkry kan word en die gemiddelde mens het ongeveer 75 triljoen selle! Die menslike serebrale korteks alleen bevat meer as 10 biljoen selle, almal in die regte volgorde gerangskik, en elkeen van hierdie selle is self oneindig kompleks vanuit 'n menslike oogpunt. Elkeen van die selle in die menslike liggaam bestaan ​​uit multi-duisende basiese dele soos organelle en multi-miljoene komplekse proteïene en ander dele, wat almal beide korrek en oombliklik as 'n eenheid saamgestel moet word om te kan funksioneer. Hierdie vereiste balans en samestelling moet selfs tydens seldeling gehandhaaf word.

Hierdie illustrasie dui aan dat die argument wat algemeen deur evolusioniste gebruik word “gegewe genoeg tyd, enigiets moontlik is” ontbreek. Evolusionêre naturalisme beweer dat die beenstelsel gebeur het as gevolg van tyd, geluk en "natuurlike" kragte, die laaste element wat eintlik die status van 'n god het. Tyd, die belangrikste ontsnapping waarop naturalisme moet staatmaak om sy teorie te ondersteun, is dus 'n valse god. Komplekse geordende strukture van enige aard (waarvan biljoene in die liggaam moet bestaan ​​vir dit om te werk) kan nie gebeur nie, behalwe deur ontwerp en intelligensie, en hulle moes gelyktydig plaasgevind het vir die eenheid om te funksioneer. Wetenskaplikes erken hierdie probleem, en dit is hoekom Stephen Jay Gould tot die gevolgtrekking gekom het dat mense 'n glorieryke evolusionêre ongeluk is wat 60 triljoen gebeurlike gebeurtenisse vereis het (Gould, 1989, sien ook Kayzer, p. 92, 1997).

Natuurlik stel die naturalistiese evolusie-aanname nie voor dat die dele van lewe voortgespruit het uit 'n samestelling van bene nie, maar stel eerder voor dat 'n uitgebreide reeks stapsgewyse toevallighede aanleiding gegee het tot lewe en die wêreld soos ons dit ken. Met ander woorde, die eerste toeval het gelei tot 'n tweede toeval, wat gelei het tot 'n derde toeval, wat uiteindelik gelei het tot toeval "i", wat uiteindelik gelei het tot die huidige situasie, "N." Evolusioniste kon nie eers 'n meganistiese "eerste" toeval stel nie, slegs die aanname dat elke stap 'n oorlewingsvoordeel moes gehad het en slegs op hierdie manier kon evolusie van eenvoudig na kompleks plaasgevind het. Elke toeval "i" word aanvaar om afhanklik te wees van vorige stappe en om 'n gepaardgaande afhanklike waarskynlikheid "Pi" te hê. Die gevolglike waarskynlikheidskatting vir die voorkoms van evolusionêre naturalisme word as die produkreeks bereken, gegewe die volgende:

N die aantal stapsgewyse toevallighede in die evolusionêre proses
i = die indeks vir elke toeval: i = 1,2,3 …
PI die geëvalueerde afhanklike waarskynlikheid vir die i'de toeval
PE = die produkwaarskynlikheid dat alles deur naturalisme ontwikkel het.

Daar word gepostuleer dat daar ontelbare stappe in die evolusionêre volgorde bestaan, daarom is N baie groot (d.w.s. N …). Alle waardes van PI is minder as of gelyk aan een, met die meeste van hulle baie kleiner as 1. Hoe groter die voorgestelde stapsprong i, hoe kleiner is die geassosieerde waarskynlikheid Pi 1, en 'n eienskap van produkreekse waar N is baie groot en die meeste terme is aansienlik minder as een konvergeer vinnig baie naby aan nul.

Die gevolgtrekking van hierdie berekening is dat die waarskynlikheid van naturalistiese evolusie in wese nul is. Sir Fred Hoyle (1982) het "die kans van 'n ewekansige skuif van aminosure wat 'n werkbare stel ensieme produseer" bereken as minder as 10 40 000, en die beroemde onrealisties optimistiese Green Band-vergelyking gee die kans om lewe op 'n ander planeet in die orde van slegs een uit 10 30.

Hierdie waarskynlikhede argumenteer dat die toevallige verspreiding van molekules nooit kon lei tot die toestande wat gunstig is vir die spontane ontwikkeling van lewe nie. Die redenasie wat ons tot hierdie gevolgtrekking lei, is dat lewende molekules 'n groot aantal elemente bevat wat onmiddellik in 'n sekere volgorde vir lewe saamgestel moet word. Die waarskynlikheid dat die vereiste volgorde in 'n enkele basiese proteïenmolekule suiwer uit toeval voortspruit, word geskat op 10 43 (Overman, 1997). Aangesien duisende komplekse proteïenmolekules nodig is om 'n eenvoudige sel te bou, beweeg waarskynlikheid toevallige rangskikkings van hierdie molekules buite die moontlikheid. Die kleinste proteïene het 'n atoommassa van 100 000 of meer atoommassa-eenhede (AMU), wat gelyk is aan 100 000 waterstofatome (Branden en Tooze, 1991). En hierdie berekening evalueer slegs die nodige orde van onderdele, nie 'n funksionele reëling, dit wil sê een wat werk. Selfs al is die ratte van 'n horlosie reg gerangskik orde, sal die horlosie nie behoorlik funksioneer totdat die ratte behoorlik inmekaargesteek, gespasieer, verstel is, die toleransies korrek is en die stelsel behoorlik vasgemaak is nie.

'n Probleem met die begrip "lewe" is dat alhoewel ons nou baie van die chemikalieë geïdentifiseer het wat nodig is, ken navorsers nog nie al die faktore wat nodig is vir die lewe nie. Verder produseer selfs die samestelling van die regte chemikalieë nie lewe nie. Die korrekte rangskikking van aminosure om proteïenmolekules te vorm, is slegs een klein vereiste vir lewe. Die meeste diere is saamgestel uit miljoene selle, en die sel self is baie meer ingewikkeld as die mees komplekse masjien wat ooit deur mense vervaardig is.

Die bekende illustrasie "die waarskynlikheid dat lewe voortspruit uit 'n ongeluk is vergelykbaar met die waarskynlikheid van die onverkorte woordeboek as gevolg van 'n ontploffing in 'n drukkery" argumenteer dat inligting en komplekse stelsels kan nie toevallig ontstaan ​​nie, maar kan slegs die produk van 'n intelligente ontwerper wees. Boeke kom eweneens nie toevallig tot stand nie, maar is die produk van beide redenasie en intelligensie (hoewel sommige boeke ons dalk oor die skrywer laat wonder, maar dit is 'n ander probleem!). Selfs Darwin het in sy geskrifte erken dat dit uiters moeilik, of onmoontlik, was om te besef dat hierdie ontsaglike en wonderlike heelal, insluitend mense met ons vermoë om ver agteruit en ver in die toekoms te kyk, die resultaat van blinde toeval was.


Feiteblad: DNA-RNA-Proteïen

In hul kern het alle organismes op die planeet baie soortgelyke meganismes waardeur hulle hul genetiese inligting hanteer en dit gebruik om die boustene van 'n sel te skep. Organismes stoor inligting as DNS, stel inligting vry of dra dit as RNA, en transformeer inligting in die proteïene wat die meeste van die funksies van selle verrig (byvoorbeeld, sommige proteïene kry ook toegang tot en bedryf die DNS-biblioteek). Hierdie "sentrale dogma" van molekulêre biologie is 'n uiters simplistiese model, maar nuttig om die vloei van inligting in biologiese sisteme te volg. Onder die kernkenmerke:

1. DNS is die genetiese materiaal van alle sellulêre organismes.

Deoksiribonukleïensuur (DNA) is die wesenlike oorerwingsstof. Alle sellulêre organismes gebruik DNA om hul genetiese inligting te kodeer en te stoor. DNA is 'n chemiese verbinding wat soos 'n lang ketting lyk, met die skakels in die ketting wat bestaan ​​uit individuele chemiese eenhede wat nukleotiede genoem word. Die nukleotiede self het drie komponente: 'n suiker (deoksiribose), fosfaat en 'n nukleobase (dikwels net 'n basis genoem).

Die basisse kom in vier chemiese vorme bekend as adenien, sitosien, guanien en timien, wat dikwels eenvoudig afgekort word as A, C, G en T. Die volgorde, of "volgorde", van basisse kodeer die inligting in DNS.

Alle lewende organismes stoor DNS in 'n veilige, stabiele, dupleksvorm: die bekende "dubbelheliks", waarin twee kettings (ook bekend as stringe) DNS om mekaar vou. Die twee DNS-stringe is gerangskik met die basisse van die een in lyn met die basisse van die ander. Die suiker- en fosfaatkomponente loop soos geboë relings aan die buitekant op, met die bypassende basisse wat leeragtige relings in die middel vorm. (Let wel – sommige virusse het hul genetiese materiaal in die vorm van 'n enkele string DNA).

Die vorm en lading van die basisse veroorsaak dat A swak aan T bind, en C swak aan G bind. Die basisse van een string van 'n DNA-heliks is in wese 'n spieëlbeeld van die basisse in die ander string – wanneer daar 'n A in een string is daar 'n T in die ander wanneer daar 'n C in een string is, is daar 'n G in die ander. Hierdie "basisparing"-reëls is die sleutel om te verstaan ​​hoe DNS inligting dra en na 'n nuwe DNS-string gekopieer word ('n sel moet sy DNS kopieer voordat dit in twee selle verdeel). Wanneer organismes hul genome kopieer, skei ensieme die twee stringe van die dubbelheliks, wat die gepaarde basisse uitmekaar trek. Ander ensieme begin nuwe DNS-stringe deur die basisparingsreëls te gebruik om 'n nuwe spieëlbeeld van elk van die oorspronklike stringe te maak. Foute in hierdie proses kan lei tot mutasies (veranderinge in die genomiese volgorde tussen generasies). Baie organismes beskik oor foutkontrolemeganismes wat deur die nuut gerepliseerde DNS vir foute skandeer en dit regstel, en sodoende die aantal mutasies wat as gevolg van replikasiefoute ontstaan, aansienlik beperk.

2. RNA “dra” inligting
DNA hou inligting, maar dit pas gewoonlik nie daardie inligting aktief toe nie. DNA nie maak dinge. Om die inligting te onttrek en dit na die ligging van sellulêre masjinerie te kry wat sy instruksies kan uitvoer (gewoonlik die bloudrukke vir 'n proteïen, soos ons hieronder sal sien) word die DNS-kode "getranskribeer" in 'n ooreenstemmende volgorde in 'n "draer" molekule genoem ribonukleïensuur, of RNA. Die dele van DNS wat na RNA getranskribeer word, word “genes” genoem.

DNA word na RNA getranskribeer

RNA is baie soortgelyk aan DNA. Dit lyk soos 'n lang ketting, met die skakels in die ketting wat uit individuele nukleotiede bestaan. Die nukleotiede in RNA, soos in DNA, bestaan ​​uit drie komponente – 'n suiker, fosfaat en 'n basis. Die suiker in RNA is ribose in plaas van die meer stabiele dexoyribose in DNA, wat help om RNA meer buigsaam en minder duursaam te maak.

Soos in DNA, kom die basisse in RNA in vier chemiese vorms voor, en die inligting in RNA word gekodeer in die volgorde waarin hierdie basisse gerangskik is. Soos in DNA, vind mens in RNA adenien (A), sitosien (C) en guanien (G). In RNA neem urasiel (afgekort U) egter die plek van timien (T) in (die skakelaar laat RNA 'n paar spesiale eienskappe toe wat ons nie hier sal ingaan nie, ten koste daarvan om dit minder stabiel as DNA te maak). Selle maak RNA-boodskappe in 'n proses soortgelyk aan die replikasie van DNA. Die DNS-stringe word uitmekaar getrek in die ligging van die geen wat getranskribeer moet word, en ensieme skep die boodskapper-RNA uit die volgorde van DNS-basisse deur die basisparingsreëls te gebruik.

3. RNS-molekules wat in 'n sel gemaak word, word op 'n verskeidenheid maniere gebruik.

Vir ons doeleindes hier is daar drie sleuteltipes RNA: boodskapper-RNA, ribosomale RNA en oordrag-RNA. Boodskapper-RNA (mRNA) dra die instruksies vir die maak van proteïene. Soos DNA, is proteïene polimere: lang kettings saamgestel uit voorafvervaardigde molekulêre eenhede, wat, in die geval van proteïene, aminosure is. ’n Groot molekulêre masjien* wat die ribosoom genoem word, vertaal die mRNA-kode en stel die proteïene saam. Ribosome lees die boodskap in mRNA in drieletter "woorde" genoem kodons, wat vertaal word na spesifieke aminosure, of 'n instruksie om op te hou om die proteïen te maak. Elke moontlike drieletterrangskikking van A,C,U,G (bv. AAA, AAU, GGC, ens.) is 'n spesifieke instruksie, en die ooreenstemming van hierdie instruksies en die aminosure staan ​​bekend as die "genetiese kode." Alhoewel daar uitsonderings op of variasies op die kode bestaan, geld die standaard genetiese kode in die meeste organismes.

Ribosome word in alle sellulêre organismes aangetref en hulle is ongelooflik soortgelyk in hul struktuur en funksie oor die hele lewe. Trouens, die uiterste ooreenkoms van ribosome oor die hele lewe is een van die bewyse dat alle lewe op die planeet van 'n gemeenskaplike voorouer afstam.

*Bioloë verwys dikwels na proteïene, veral groot komplekse proteïene, wat beweeg, draai, hefboom, of oor die algemeen energie gebruik om werk te verrig, as "masjiene". Bioloë bedoel nie om te impliseer dat sulke molekules ontwerp is nie. "Masjien" is 'n nuttige metafoor vir sulke funksies, en eenvoudiger en meer verhelderend as "kompleks van groot molekules wat chemies gestoor energie in bewegende dele vertaal".

4. Ribosome maak proteïene deur ribosomale RNA (rRNA) te gebruik.
Die ribosoom lees die instruksies wat in die boodskapper-RNA-molekules in 'n sel gevind word en bou proteïene uit hierdie mRNA's deur aminosure (dit is die boustene van proteïene) chemies aan mekaar te koppel in die volgorde wat deur die mRNA gedefinieer word. Boodskapper-RNA-molekules is langer as die gekodeerde proteïenvolgorde-instruksies, en sluit instruksies aan die ribosoom in om die proteïen te "begin" en "stop" om te bou. Binne enige spesifieke organisme kan daar honderde tot duisende tot tienduisende afsonderlike mRNA's wees wat tot verskillende proteïene lei. Die diversiteit van vorm en funksie in organismes word in 'n groot deel bepaal deur die tipes proteïene wat gemaak word asook die regulering van waar en wanneer hierdie proteïene gemaak word.

Die ribosoom wat mRNA in proteïene omskakel, is groot en kompleks. Dit het meer as vyftig proteïene (die presiese getal verskil volgens spesie) in twee hoofsubeenhede (algemeen bekend as die groot en klein subeenhede). Benewens proteïene, bevat elke subeenheid spesiale RNA-molekules, bekend as ribosomale RNA's (rRNA) omdat hulle in die ribosoom funksioneer. Hulle dra nie instruksies vir die maak van 'n spesifieke proteïen nie (d.w.s. hulle is nie boodskapper-RNA's nie), maar is eerder 'n integrale deel van die ribosoommasjinerie wat gebruik word om proteïene van mRNA's te maak. Vir meer inligting oor ribosomale RNA, sien hier. Vir inligting oor hoe ons ribosomale RNA-volgordes in evolusionêre studies en omgewingsmonsterneming gebruik, gaan hier.

Ribosome lees nie die instruksies wat in mRNA teenwoordig is direk nie - hulle benodig hulp van nog 'n ander tipe RNA in selle. Oordrag RNA's (tRNA) koppel aminosure aan hul RNA-kodes. Elke kodon is veronderstel om omgeskakel te word in óf 'n spesifieke aminosuur in 'n proteïen óf 'n spesifieke instruksie aan die ribosoom (bv. begin, stop, pouse, ens.). Aan die een kant bied 'n oordrag-RNA 'n drie-basis kodon. Aan die ander kant gryp dit die ooreenstemmende aminosuur. Dra RNA's oor "lees", of "vertaal", die boodskapper-RNA deur basisparing, die chemiese aantrekking van A vir T en C vir G, net soos die RNA-volgorde deur basisparing vanaf DNA "getranskribeer" word. Die ribosoom tree op soos 'n reuse-klem, hou al die spelers in posisie, en fasiliteer beide die paring van basisse tussen die boodskapper en oordrag RNA's, en die chemiese binding tussen die aminosure. Die maak van proteïene deur instruksies in mRNA te lees, staan ​​algemeen bekend as "vertaling."

mRNA word in proteïen vertaal

Hierdie dokument is deur microBEnet vervaardig. Dit is geskryf deur Jonathan Eisen en geredigeer deur David Coil en Elizabeth Lester met terugvoer van Hal Levin.


Waarom DNA-skade?

Hulle bestaan ​​slegs vir baie kort tydperke in hierdie minder stabiele toutomere vorms. As 'n basis egter in sy seldsame vorm bestaan ​​het op die oomblik dat dit gerepliseer of in 'n ontluikende DNA-ketting geïnkorporeer word, kan 'n mutasie lei tot adenien-sitosien- en guanien-timien-basispare.

Die netto effek van so 'n gebeurtenis en die daaropvolgende replikasie wat nodig is om die 'mismatched' te skei, is 'n AT- of GC- of AT-basispaarvervanging.

Mutasies as gevolg van toutomere verskuiwings in die basisse van DNA behels die vervanging van purien en die vervanging van pirimidien in die komplementêre string met die ander pirimidien. Sulke basispaarvervangings word 'Oorgange' genoem.

Basispaarsubstitusies wat die vervanging van 'n purien vir pirimidien en omgekeerd behels, word genoem transversies. Dit is moontlike agt verskillende transversies.

Die derde tipe puntmutasie behels die byvoeging of verwydering van een of 'n paar basispare. Daar word gesamentlik na basispaarbyvoegings en -delesies verwys as raamverskuiwingmutasies omdat dit die leesraamwerk van alle basispaardrieling verander (spesifiseer kodons in mRNA en aminosure in die polipeptiedgeenproduk) in die geendetail na die mutasie.

Gestel drie residue of 'n veelvoud van drie word bygevoeg of afgetrek, die oorblywende residue sal steeds in die korrekte tripletvolgorde wees vir die kodering van die beoogde aminosure deur mRNA-transkripsie. Daarom sal die resultaat die vorming van 'n peptiedketting wees wat 'n paar aminosure ontbreek of addisionele ingevoeg het.

As aan die ander kant, 'n fout in replikasie een of twee verander of 'n veelvoud wat nie deur drie deelbaar is nie, word die genetiese kode deurmekaar, en die verkeerde aminosuur sal op byna elke posisie in die resulterende polipeptiedketting opgeneem word.

Al die drie bogenoemde tipes puntmutasies oorgange, transversies, en raamverskuiwing mutasies teenwoordig is onder spontaan voorkomende mutasies.Daar word gevind dat 'n verbasend groot deel van die spontane mutasies wat in prokariote bestudeer is, enkele basispaar byvoegings en delesies eerder as basispaar substitusies is.


Verskillende fundamentele kragte

Al die lewensvorme hierbo beskryf, gebaseer op koolstof of silikon, in water of in ammoniak, kristallyn of gasvormig, baseer hul fisiologie op elektromagnetiese interaksies: selle kommunikeer deur die vloei van ione (elektries gelaaide deeltjies) hulle is saamgestel deur atome, wat deur elektriese aantrekkingskrag aan mekaar gebind word energie in chemiese vorm in hierdie bindings gestoor.

Elektromagnetisme is een van die vier fundamentele kragte of interaksies, tesame met swaartekrag, die sterk kernkrag en die swak kernkrag. As ons lewe in die wydste sin definieer - 'n entiteit wat energie verwerk om sy struktuur te behou en homself te kopieer - kan 'n mens baie verskillende soorte lewe op grond van verskillende fisiese interaksies bedink.

Elektromagnetiese lewe

Alle chemie kan beskryf word as 'n stelsel van elektromagnetiese interaksies, maar behoorlik elektriese en magnetiese verskynsels is nie onbekend in die bekende lewe nie: byvoorbeeld elektrosepsie en elektriese sinapse. Hoyle se "swart wolk" wat hierbo beskryf word, het nie ware chemie nie, maar dit voer sy biologiese funksies uit deur gelaaide deeltjies met magnetiese velde te manipuleer.

Kern lewe

Sterk kernlewe

Die sterk kernkrag, wat tussen die deeltjies in die kern van 'n atoom inwerk, is verreweg die sterkste van al die fundamentele kragte, en dit werk op uiters klein en vinnige skaal in. Dit is soortgelyk aan elektromagnetisme, maar eerder as twee ladings (positief en negatief) is dit gebaseer op drie "kleure" (rooi, blou en groen) met die onderskeie antikleure, gedra deur kwarke dit neem al drie kleure of al drie teenkleure om 'n neutrale deeltjie te maak. Verskillende tipes kwarks word gekombineer in groter deeltjies genoem hadrons, wat ook genoem word mesone wanneer hulle saamgestel is deur 'n kwark en 'n anti-kwark, en barione wanneer hulle deur drie kwarks bestaan. Protone en neutrone, wat atoomkerne vorm, is twee soorte barione. Ander deeltjies, gluone, tree op as draer van die krag, op dieselfde manier as wat elektrone en fotone draers van die elektromagnetiese krag is.

Daar is verskeie soorte hadrone, en hulle kan die rol van atome en molekules op 'n skaal wat miljoene kere kleiner is inneem, terwyl gluone hulle saambind of van die een na die ander beweeg en sodoende energie dra. Op so 'n skaal is massas so klein dat hulle aansienlik verander kan word deur die oordrag van energie: hipotetiese kernorganismes sal energie stoor wat dit direk in massa omskakel, wat kwarks skep, wat hulle dan vernietig om dit weer vry te stel. Ook, die sterkte van die sterk kernkrag verskil glad nie binne 'n reeks van 10 -15 m, 25 000 keer kleiner as 'n waterstofatoom nie, maar oor daardie afstand hou dit heeltemal op om te werk: dus sal enige kern "biochemie" binne daardie skaal moet plaasvind. Hadrone is nie so uiteenlopend soos atome nie, maar aangesien die meeste Aarde-biochemie slegs 'n paar elemente gebruik, is dit nie noodwendig 'n probleem nie.

Die bekendste kernorganismes is die cheela van Robert Forward s'n Draak se eier (1980): hulle leef op die oppervlak van 'n neutronster, 20 km breed, saamgestel uit saamgeperste ysterkerne en vrye neutrone, met berge 'n paar cm hoog. Die cheela is 5 mm lank en slegs 0,5 mm hoog hul liggaam, wat geheel en al deur atoomkerne bestaan, is so plat vanweë die ster se sterk swaartekrag. Aangesien kernreaksies soveel vinniger as chemiese reaksies is, is hul metabolisme en persepsie ook baie vinniger: die leeftyd van 'n cheela is ongeveer 40 minute. Hulle verskyn net 5000 jaar na die oorsprong van lewe op die neutronster, en hul hele beskawing ontwikkel binne 'n paar dae.

Swak kernlewe

Die swak kernkrag is natuurlik swakker as die sterk een, en dit werk net in 'n reeks honderd keer kleiner. Dit is ook baie minder waarskynlik as dit, en as elektromagnetisme, om biologiese stelsels te produseer, aangesien dit die enigste fundamentele krag is wat nie materie bymekaar kan hou nie. Dit werk deur die uitruil van W en Z bosone tussen fermione, 'n klas deeltjies wat kwarks, elektrone en neutrino's insluit, dit is betrokke by verskynsels soos radioaktiewe verval en kernfusie.

Gravitasie lewe

Swaartekrag is verreweg die swakste van al die fundamentele kragte, en dit is nie veel meer belowend as swak kernkrag nie, aangesien dit slegs op massa gebaseer is, wat nooit negatief kan wees nie, en daarom kan dit net aantrek en nie afstoot nie. Hoyle se "swart wolk" word deur swaartekrag bymekaar gehou weens sy blote grootte, maar al sy fisiologie is van 'n elektromagnetiese aard. Hipotetiese gravitasielewe sal waarskynlik uiters groot wees, met baie stadige prosesse, en dit sal energie absorbeer deur die swaartekragveld van sterre en planete, wat voordeel trek uit die oorvloed en hoë doeltreffendheid van hierdie vorm van energie-omskakeling.


Silikon-gebaseerde lewe kan meer as net wetenskapfiksie wees

Wetenskapfiksie het al lank uitheemse wêrelde verbeel wat deur silikon-gebaseerde lewe bewoon word, soos die rotsetende Horta uit die oorspronklike Star Trek-reeks. Nou het wetenskaplikes vir die eerste keer gewys dat die natuur kan ontwikkel om silikon in koolstofgebaseerde molekules, die boustene van lewe op Aarde, in te sluit.

Wat die implikasies betref wat hierdie bevindings vir uitheemse chemie op verre wêrelde kan hê, "my gevoel is dat as 'n mens lewe kan lok om bindings tussen silikon en koolstof te bou, die natuur dit ook kan doen," het die studie se senior skrywer Frances Arnold gesê. 'n chemiese ingenieur by die California Institute of Technology in Pasadena. Die wetenskaplikes het hul bevindings onlangs in die joernaal Science uiteengesit.

Koolstof is die ruggraat van elke bekende biologiese molekule. Lewe op Aarde is gebaseer op koolstof, waarskynlik omdat elke koolstofatoom gelyktydig bindings met tot vier ander atome kan vorm. Hierdie kwaliteit maak koolstof goed geskik om die lang kettings van molekules te vorm wat dien as die basis vir lewe soos ons dit ken, soos proteïene en DNS.

Tog het navorsers lank gespekuleer dat uitheemse lewe 'n heeltemal ander chemiese basis kan hê as lewe op Aarde. Byvoorbeeld, in plaas daarvan om op water te vertrou as die oplosmiddel waarin biologiese molekules werk, kan vreemdelinge dalk van ammoniak of metaan afhanklik wees. En in plaas daarvan om op koolstof staat te maak om die molekules van lewe te skep, kan vreemdelinge miskien silikon gebruik.

Koolstof en silikon is chemies baie soortgelyk deurdat silikonatome ook elk gelyktydig bindings met tot vier ander atome kan vorm. Boonop is silikon een van die mees algemene elemente in die heelal. Silikon maak byvoorbeeld byna 30 persent van die massa van die aardkors uit en is ongeveer 150 keer meer volop as koolstof in die aardkors.

"My gevoel is dat as 'n mens die lewe kan lok om bindings tussen silikon en koolstof te bou, die natuur dit ook kan doen."

Wetenskaplikes weet lankal dat lewe op aarde in staat is om silikon chemies te manipuleer. Mikroskopiese deeltjies van silikondioksied genoem fitoliete kan byvoorbeeld in grasse en ander plante gevind word, en fotosintetiese alge bekend as diatome inkorporeer silikondioksied in hul skelette. Daar is egter geen natuurlike gevalle bekend van lewe op Aarde wat silikon en koolstof saam in molekules kombineer nie.

Tog het chemici kunsmatig molekules gesintetiseer wat bestaan ​​uit beide silikon en koolstof. Hierdie organosilikoonverbindings word in 'n wye reeks produkte aangetref, insluitend farmaseutiese produkte, seëlmiddels, kalwers, kleefmiddels, verf, onkruiddoders, swamdoders en rekenaar- en televisieskerms. Nou het wetenskaplikes 'n manier ontdek om biologie te koakseer om koolstof en silikon chemies aan mekaar te bind.

"Ons wou kyk of ons wat biologie reeds doen kan gebruik om uit te brei na heel nuwe gebiede van chemie wat die natuur nog nie verken het nie," het Arnold gesê.

Die navorsers het mikrobes bestuur om molekules te skep wat nog nooit in die natuur gesien is nie deur 'n strategie bekend as 'gerigte evolusie', wat Arnold in die vroeë 1990's baanbrekerswerk gedoen het. Net soos wat boere lank gewasse en vee verander het deur generasies van organismes te teel vir die eienskappe wat hulle wil voorkom, so het wetenskaplikes ook mikrobes geteel om die molekules te skep wat hulle begeer. Wetenskaplikes het jare lank gerigte evolusionêre strategieë gebruik om huishoudelike goedere soos skoonmaakmiddels te skep en omgewingsvriendelike maniere te ontwikkel om farmaseutiese produkte, brandstof en ander industriële produkte te maak. (Konvensionele chemiese vervaardigingsprosesse kan giftige chemikalieë vereis, in teenstelling, gerigte evolusionêre strategieë gebruik lewende organismes om molekules te skep en vermy oor die algemeen chemie wat skadelik vir die lewe sou wees.)

Arnold en haar span - sintetiese organiese chemikus Jennifer Kan, bio-ingenieur Russell Lewis en chemikus Kai Chen - het gefokus op ensieme, die proteïene wat chemiese reaksies kataliseer of versnel. Hulle doel was om ensieme te skep wat organosilikoonverbindings kon genereer.

"My laboratorium gebruik evolusie om nuwe ensieme te ontwerp," het Arnold gesê. "Niemand weet regtig hoe om hulle te ontwerp nie - hulle is geweldig ingewikkeld. Maar ons leer hoe om evolusie te gebruik om nuwes te maak, net soos die natuur dit doen."

Eerstens het die navorsers begin met ensieme wat hulle vermoed het in beginsel silikon chemies kan manipuleer. Vervolgens het hulle die DNA-bloudrukke van hierdie proteïene op min of meer ewekansige maniere gemuteer en die gevolglike ensieme getoets vir die verlangde eienskap. Die ensieme wat die beste presteer het, is weer gemuteer, en die proses is herhaal totdat die wetenskaplikes die resultate bereik het wat hulle wou hê.

Arnold en haar kollegas het begin met ensieme bekend as heemproteïene, wat almal yster in hul harte het en in staat is om 'n wye verskeidenheid reaksies te kataliseer. Die heemproteïen wat die meeste erken word, is waarskynlik hemoglobien, die rooi pigment wat bloed help om suurstof te dra.

Na die toets van 'n verskeidenheid van heem proteïene, die wetenskaplikes gekonsentreer op een van Rhodothermus marinus, 'n bakterie van warmwaterbronne in Ysland. Die heem-proteïen ter sprake, bekend as sitochroom c, vervoer elektrone normaalweg na ander proteïene in die mikrobe, maar Arnold en haar kollegas het gevind dat dit ook lae vlakke van organosilikoonverbindings kan genereer.

Na die ontleding van sitochroom c se struktuur, het die navorsers vermoed dat slegs 'n paar mutasies die ensiem se katalitiese aktiwiteit aansienlik kan verbeter. Inderdaad, net drie rondes mutasies was genoeg om hierdie proteïen in 'n katalisator te verander wat koolstof-silikonbindings meer as 15 keer meer doeltreffend kan genereer as die beste sintetiese tegnieke wat tans beskikbaar is. Die mutante ensiem kan ten minste 20 verskillende organo-silikonverbindings genereer, waarvan 19 nuut in die wetenskap was, het Arnold gesê. Dit bly onbekend watter toepassings mense dalk vir hierdie nuwe verbindings kan vind.

"Die grootste verrassing van hierdie werk is hoe maklik dit was om nuwe funksies uit biologie te kry, nuwe funksies wat dalk nooit in die natuurlike wêreld gekies is nie wat steeds nuttig is vir mense," het Arnold gesê. "Die biologiese wêreld lyk altyd gereed om te innoveer."

Behalwe om te wys dat die mutante ensiem self organosilikoonverbindings in 'n proefbuis kan genereer, het die wetenskaplikes ook getoon dat E coli bakterieë, wat geneties gemanipuleer is om die mutante ensiem binne hulself te produseer, kan ook organosilikoonverbindings skep. Hierdie resultaat skep die moontlikheid dat mikrobes iewers natuurlik die vermoë kon ontwikkel het om hierdie molekules te skep.

"In die heelal van moontlikhede wat vir lewe bestaan, het ons gewys dat dit 'n baie maklike moontlikheid vir lewe soos ons dit ken is om silikon in organiese molekules in te sluit," het Arnold gesê. "En sodra jy dit iewers in die heelal kan doen, word dit waarskynlik gedoen."

Dit bly 'n ope vraag waarom lewe op aarde op koolstof gebaseer is wanneer silikon meer algemeen in die aardkors voorkom. Vorige navorsing dui daarop dat in vergelyking met koolstof, silikon chemiese bindings met minder soorte atome kan vorm, en dit vorm dikwels minder komplekse soorte molekulêre strukture met die atome waarmee dit in wisselwerking kan tree. Deur die lewe die vermoë te gee om organosilikoonverbindings te skep, kan toekomstige navorsing toets waarom lewe hier of elders moontlik ontwikkel het om silikon in biologiese molekules te inkorporeer, al dan nie.

"In die heelal van moontlikhede wat vir lewe bestaan, het ons gewys dat dit 'n baie maklike moontlikheid vir lewe soos ons dit ken is om silikon in organiese molekules in te sluit. En sodra jy dit iewers in die heelal kan doen, word dit waarskynlik gedoen."

Benewens die astrobiologie-implikasies, het die navorsers opgemerk dat hul werk daarop dui dat biologiese prosesse organosilikoonverbindings kan genereer op maniere wat meer omgewingsvriendelik en potensieel baie goedkoper is as bestaande metodes om hierdie molekules te sintetiseer. Byvoorbeeld, huidige tegnieke vir die skep van organosilikoonverbindings vereis dikwels edelmetale en giftige oplosmiddels.

Die mutante ensiem maak ook minder ongewenste neweprodukte. Daarteenoor vereis bestaande tegnieke tipies ekstra stappe om ongewenste neweprodukte te verwyder, wat bydra tot die koste om hierdie molekules te maak.

“Ek praat tans met verskeie chemiese maatskappye oor moontlike toepassings vir ons werk,” het Arnold gesê. "Hierdie verbindings is moeilik om sinteties te maak, so 'n skoon biologiese roete om hierdie verbindings te vervaardig is baie aantreklik."

Toekomstige navorsing kan ondersoek watter voordele en nadele die vermoë om organosilikoonverbindings te skep vir organismes kan inhou. "Deur hierdie vermoë aan 'n organisme te gee, kan ons sien of daar 'n rede is, of nie is nie, waarom ons dit nie in die natuurlike wêreld teëkom nie," het Arnold gesê.

Die navorsing is befonds deur die National Science Foundation, die Caltech Innovation Initiative-program en die Jacobs Institute for Molecular Engineering for Medicine by Caltech.


Kyk die video: Darvinova Teorija Evolucije - Istina Ili Laž? (Oktober 2022).