Совет 1: Как напечатать книгу на молекулах ДНК

Современные процессоры и микросхемы созданы на основе кремния. Несмотря на то, что вычислительная мощность процессоров растет, она ограничена возможностями этого материала, рано или поздно ученые вплотную подойдут к черте, когда дальнейший рост будет невозможным. Более перспективным материалом для создания микросхем и процессоров являются молекулы ДНК, в 1 см3 может храниться столько молекул, сколько нужно для хранения 10 Тбайт информации.



Ученые разных стран ищут возможность использовать колоссальные возможности молекулы ДНК в интересах человека. В 2010 году первый успех был достигнут исследовательской группой биолога Крейга Вентера, которой удалось закодировать в генах синтетической бактерии водяной знак, размер которого составил 7920 бит.

В 2012 году этот рекорд был побит гарвардскими учеными во главе с Джорджем Черчем – они записали на молекулу ДНК целую книгу из 53400 слов, с 11 изображениями и программой на JavaScript (общий объем информации 5,27 млн бит). Для того чтобы обеспечить сохранность данных, разработчики использовали химически синтезированные молекулы. Живые клетки не подходят для этого, поскольку могут удалять некоторые фрагменты самостоятельно.

Всю информацию разделили на блоки данных по 96 бит, адреса битового потока длиной имели по 19 символов. Таких блоков в книге получилось 54898 штук и каждый записали на отдельную нить ДНК. Все блоки хранились физически отдельно друг от друга.

Специалистам пришлось создать собственную систему цифрового кодирования (одни аминокислоты считались нулями, а другие – единицами), поскольку существующие системы не подходили по тем или иным параметрам. В современных компьютерах принята бинарная логика, состоящая из двух состояний, а в молекуле ДНК есть четыре основания, связанные в цепочку: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т).

Храниться данные на молекуле ДНК могут очень долго – до нескольких тысяч лет. Несмотря на очевидные преимущества ДНК-молекул, у этих биологических «карт памяти» немало недостатков. Главная сложность заключается в том, чтобы суметь раскодировать сохраненную информацию и «прочитать» текст. Результат гарвардской группы оказался на высоте: в файле объемом 5,27 мегабита было лишь две ошибки.


Совет 2: Почему мы стареем

Причины старения достаточно многообразны и сложны. К сожалению, на сегодняшний день не существует единой теории, полностью объясняющей механизм старения. Однако есть целый ряд альтернативных гипотез, зачастую дополняющих друг друга.
Инструкция
1
Пожалуй, одной из самых распространенных теорий, объясняющих старение организма, является гипотеза о генетически заложенной программе самоуничтожения. По мнению приверженцев данной теории, апоптоз (механизм гибели клеток) присущ не только отдельным клеткам, но и всему организму в целом. Проще говоря, каждый человек обладает изначально заданной продолжительностью жизни.
2
Сторонники концепции истощения склонны считать, что с течением времени организм человека ветшает и изнашивается, как изнашивается практически все, существующее в природе. Т.е. старение - это процесс износа отдельных частей нашего организма, сравнимый с износом какой-либо техники.
3
Другим объяснением механизма старения организма человека является теория свободно-радикального окисления. Согласно этой концепции, одним из определяющих факторов в разрушении организма человека принято считать воздействие свободных радикалов, образующихся в ходе обмена веществ. Данные агрессивные молекулы наносят вред всему, с чем соприкасаются. Особенно восприимчивы к их воздействию клеточные мембраны. Следует отметить, что данная гипотеза объясняет не только сам механизм старения, но и целый ряд сопутствующих этому процессу патологий - катаракта, дисфункция мозга, рак, сердечно-сосудистые заболевания и т.д.
4
Следующая теория объясняет старение потерей клеточного запаса. Практически все клетки организма способны к делению. Но, как выяснилось сравнительно недавно, при каждом делении цепочка молекул ДНК укорачивается, а следовательно, количество самих этих делений - конечно. В какой-то момент количество генетического материала уже недостаточно для поддержания жизни клетки и, как следствие, она умирает. Т.е.с течением времени наш организм утрачивает способность к восстановлению и самообновлению.
Видео по теме
Источники:
  • «Продолжение жизни стало реальным», Ю. Буланов, Тверь, 2006
  • «Лекарство от старости», М. Батин, Издательство И.В. Балабанова, 2007
  • Старение - почему организм стареет

Совет 3: За что ставят памятники животным

Обычно памятники ставят политическим вождям, известным поэтам и музыкантам. Однако встречаются и памятники животным. Они могут быть посвящены героическим зверям, совершившим подвиг, а могут стать ироничным символом какого-либо события или произведения.

Памятник Балто - собаке-герою


Память о Балто связана с печальными страницами в истории Аляски. В штате началась эпидемия дифтерии, лекарства катастрофически не хватало, а связь с Большой землей была возможна только по воздуху. Однако над Аляской разразилась арктическая буря, самолеты попросту не могли взлететь. Тогда было решено воспользоваться старинным способом передвижения - собачьими упряжками. Среди собак-вожаков был и сибирский хаски Балто. Доставляя драгоценную сыворотку, пес развил невероятную скорость. Упряжка передвигалась по тяжелейшему пути, среди снежной бури. Даже люди теряли здесь ориентиры, но Балто сумел выбрать правильную дорогу и в целости привез лекарство в город. Храбрый пес был единодушно признан героем, а в Нью-Йорке ему был поставлен памятник.
После смерти из шкуры Балто сделали чучело, которое находится в Кливленде, в Музее естественной истории.


Памятник утке и утятам


Этот необычный памятник, расположенный около Новодевичьего монастыря, привлекает внимание и детей, и туристов. Эта скульптура изображает главных героев детской книги «Дайте дорогу утятам», написанную американским сказочником Робертом Макклоски. Однако, эти забавные фигурки - не только развлечение для детей, но и символ дружбы между США и СССР. Точно такой же памятник расположен в Бостоне. В 1991 году Москву посетила Барбара Буш - супруга президента США. Она познакомилась с Раисой Горбачевой и подарила ей копию американской скульптуры в знак дружеских отношений.
Книга «Дайте дорогу утятам» так и не была переведена на русский язык.


Памятник лабораторной мыши - память о таких важных животных


Без лабораторных мышей вряд ли был бы возможен научный прогресс. Тысячи этих зверьков участвуют в опытах и экспериментах ученых, подчас весьма жестоких. В 2013 году в новосибирском Академгородке был установлен памятник лабораторной мыши, изображающий стилизованного грызуна в очках, сосредоточенно вывязывающего на спицах молекулу ДНК. Так выражается благодарность миллионам мышей, благодаря которым были сделаны важнейшие открытия в области генетики, биологии, медицины и других наук.

Памятник Коню в пальто


Анекдотичная присказка: «Кто-кто? Конь в пальто!» - воплотилась в необычном памятнике, расположенном в Сочи. Щеголеватый, слегка нахальный конь развалился на кованом стуле, закинув ногу на ногу. В зубах он зажал трубку, а в одной из конечностей держит бокал вина. Образ дополняет пресловутое пальто, темные очки и шляпа. А сделан сей шедевр был всего за пару дней, материалом послужил окрестный металлолом. Скульптура получилась несколько грубоватой, но оригинальной.
Видео по теме

Совет 4: Что нашли ученые в "мусорных" участках ДНК

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) - одна из трех основных макромолекул, которые составляют основу клеток любого живого существа. Две другие - это белок и РНК. Роль ДНК в этой тройке заключается в хранении из поколения в поколение генетической программы функционирования организмов. Исследования этой полимерной молекулы из повторяющихся блоков продолжаются уже почти полтора столетия, но последнее десятилетие принесло, пожалуй, самые значимые результаты.



Масштабный международный проект по расшифровке ДНК человека начался в 1990 году - он назывался «Геном человека». В 2003 году работа была завершена созданием карты ДНК. Из нее стало ясно, что все 28 тысяч генов человека занимают в цепочке лишь 2%, а все остальное - молекулы, которые не несут необходимой для жизни информации. Проведенные с лабораторными мышами эксперименты показали, что удаление этой последовательности, названной «ДНК-мусором» (junk DNA), никак не влияет на жизнедеятельность животных. Тем не менее, вся эта «пустая порода» передается по наследству от поколения к поколению.

С завершением работ в рамках «Генома человека» исследования не прекратились, в том же 2003 году стартовал новый международный проект с названием ENCODE. В нем участвовали четыре сотни ученых в 32 лабораториях пяти стран, которые к осени 2012 года подвели некоторые итоги работы. В частности, стало ясно, что «мусорные» участки ДНК отнюдь не бесполезны. Исследователи выяснили, что они используются для удвоения ДНК-цепочек при делении клеток, а также регулируют деятельность тех самых 2% «полезных» генов.

Кроме того, ученые нашли в «мусоре» цепочки, соответствующие древним вирусам. Когда-то они поражали клетки человека, но затем по каким-то причинам прекратили свою активность и просто передавались по наследству, не принося больше вреда. Сегодняшние вирусы используют такой же механизм - они встраиваются в цепочку генов ДНК и затем воспроизводят себя в огромных количествах, поражая организм. Теперь перед исследователями стоит задача, решение которой может помочь в лечении самых страшных бичей современного человечества - рака и ВИЧ. Задача заключается в том, чтобы выяснить механизм, благодаря которому вирусные цепочки из активно действующих генов переходят в разряд безвредного «ДНК-мусора».


Совет 5: Как появилась клетка

Вопрос о том, как появилась клетка, до сих пор остается открытым: это было настолько давно, что человек может лишь строить гипотезы, как все происходило на самом деле. Достижения химии, физики, биологии и других наук помогают ему в этом.
Инструкция
1
Первые органические соединения, послужившие впоследствии материалом для живых клеток, возникли под действием различных природных факторов: ультрафиолетового излучения, тепла, электрических разрядов.
2
Появление первых репликаторов стало ключевым моментом в эволюции органического мира. Репликатор – это молекула, способная катализировать синтез собственных копий и матриц (аналог размножения). К таким молекулам относятся РНК и ДНК.
3
Молекулы-репликаторы запустили механизм добиологической (химической) эволюции, первым субъектом которой были примитивные молекулы РНК, состоящие из нескольких нуклеотидов. Они уже были способны к размножению (репликации), подвергались мутациям (ошибкам при копировании), смерти (деструкции молекулы), участвовали в борьбе за выживание и естественном отборе.
4
РНК, в отличие от ДНК – универсальная молекула. Она не только может являться носителем наследственной информации и быть репликатором, но и способна выполнять ферментативную роль, что не свойственно ДНК.
5
В определенный момент появились РНК-ферменты, ускоряющие синтез липидов. Жировые молекулы полярны, имеют линейную структуру, а во взвеси самопроизвольно собираются в сферические оболочки. Так РНК смогли окружить себя защитными оболочками, состоящими из липидов.
6
При увеличении размеров РНК стали появляться многофункциональные молекулы. Выполнение различных функций было дифференцировано между отдельными их частями.
7
Изначально деление клеток происходило под действием внешних факторов. Благодаря внутриклеточному синтезу липидов и увеличению размеров клетки она теряла прочность, аморфная оболочка разрывалась на части. В последующем этот процесс отошел под регуляцию ферментов.
8
В вопросе появления живой клетки остается много неразрешенных проблем. Например, как функции хранения наследственной информации перешли от РНК к ДНК, как синхронизировались сложные процессы в клетке, на какой стадии начался синтез белков? Обо всем этом пока можно только догадываться.
Видео по теме
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500