Test

Test 

Continue reading

Яйцето или кокошката?

Въпросът за „яйцето или кокошката“ датира от столетия насам, като колкото и смехотворно да звучи, предлаганите теории за неговото разгадаване са поне дузина. Спомням си как дядо ми се шегуваше с мен, когато започнах да уча във Ветеринарният техникум, като ме провокира да задавам този въпрос към преподавателите си. Предполагам, че в съзнанието на един селски човек подобен въпрос звучи неразрешим, което води след себе си съзнателно или не, отхвърляне на научните постижения, въпреки които „важният“ въпрос за това кое е възникнало първо „яйцето или кокошката“ остава не разрешен!
Е, около 20 години по-късно, магистратура по молекулярна биология и докторат по генетика, мисля че днес мога да предложа сериозни аргументи в полза на яйцето 😊
Всъщност отговорът на въпроса е сравнително елементарен и се крие в правилният прочит на еволюционната теория на Дарвин и мутационната изменчивост на ДНК под въздействието на различни екзо и ендогенни фактори. Нека се спрем на тези два механизма по отделно:
Според Чарлз Дарвин, след обособяването на първата клетка (виж предходният пост), едноклетъчните започнали да се развиват, което довело до възникване на прости многоклетъчни организми. В следствие факторите на околната среда те постепенно започнали да придобиват нови функции и морфологични изменения. За да не ви отегчавам, ще прескоча директно към момента касаещ произхода на птиците – според Дарвин птиците произлизат от влечугите. Автора описва редица преходни форми, открити във вкаменелости в различни части на света, като процесът е отнел сравнително дълъг период от време. Принципите на естественият отбор спомагали за селекция на индивиди с качества даващи им предимство в борбата за храна, репродуктивна способност и т.н. Така постепенно започнали да се получават преходни видове … и накрая се стига до съвременните птици в т.ч. и кокошки. Въпреки огромният му принос за съвременната наука, Чарлз Дарвин е живял далеч преди откриването на ДНК. Това е провокирало неговите опоненти да се съмняват в предоставените доказателства за произхода на видовете. Днес можем да дадем един по-прецизен прочит на Дарвиновите твърдения през призмата на ДНК – молекулата на живота!
Дарвин говори за постепенни морфологични изменения в отговор на средовите фактори. Това може да звучи доста налудничаво ако не приемем, че еволюцията е процес с огромна продължителност от време. Обособяването на различни органи и системи, тяхната модификация и т.н. вероятно наистина се дължат на своеобразен отговор на факторите на околната среда, но това е само видимата част от биоразнообразието. Всъщност преди да се „модифицира“ определен морфологичен белег са необходими редица промени в ДНК на конкретният вид. Обърнете внимание, че не говорим за индивид, а вид. Еволюцията е продължителен процес, който се случва между поколенията в рамките на вида. Какви могат да бъдат тези промени в ДНК? Всъщност промените могат да варират според своя характер и размер на засегнатия генетичен материал. Сега ще се спрем на най-лесните за разбиране от тях – генните мутации. Понятието генни или точкови мутации произлиза от факта, че при този тип мутации се наблюдават замени на един нуклеотид с друг в молекулата на ДНК. Тази промяна от своя страна води до замяна на един кодон в друг, а това води до замяна на определена аминокиселина в синтезиращата се полипептидна верига. Този тип мутации водят до появата на нови алели – варианти на определен ген. Така ние хората притежаваме ген за цвят на очите и негови варианти (алели) кодиращи син, кафяв, зелен и т.н. цвят. Пример за този тип мутации можем да придобием от следната схема:

Както е видно, в следствие на промяната само в един нуклеотид в ДНК, крайният протеин ще притежава една различна аминокиселина, което вероятно ще рефлектира върху неговите функции. Така ако в „оригиналната“ ДНК последователност се кодира  аминокиселината Лизин, в следствие на промяната на един нуклеотид, в крайният белтък на същото място може да се окаже аминокиселината Аргинин или Треонин.
Какви ще са последствията от промененият аминокиселинен състав на конкретен белтък е въпрос на случайност – промяна формата на определена кост, видоизменение на кожните клетки и поява на пера и т.н.
Нека се върнем на въпросът за кокошката и яйцето и какво общо има с мутационната изменчивост на видовете. Имайки предвид, че голяма част от влечугите се размножават посредством яйца от една страна и постепенното натрупване на генни мутации в генома от друга, бихме могли да съзрем възможността от натрупване на различни мутации в продължение на дълъг период от време. Така всеки променен протеин, ще води до малка или по-голяма фенотипна промяна, докато накрая от яйцето на конкретно влечуго, ще се излюпи първото пиле. Ако физическите характеристики на този организъм дават предимство в борбата за оцеляване, то този организъм ще има по-големи възможности да се размножи. Тук отново трябва да направим уточнението, че еволюцията се случва в рамките на вида (а не на индивида), т.е. необходими са достатъчен брой индивиди със сходни мутации в определени участъци на генетичният код. В следствие на мутационната изменчивост в гените на влечугите, някога, в едно от многото яйца на дадено влечуго се е появил първият птичи зародиш, дал живот на съвсем нов клас организми от животинското царство - птиците!
Целта на този блог е сложните генетични механизми да бъдат приведени до лесно разбираем език. Е, този път бе малко по-сложно, но поне изяснихме истината за това кое е възникнало първо „яйцето или кокошката“!

Continue reading

Произход на живота... "в началото бе словото..."

Произходът на живота е една от най-вълнуващите загадки пред които човечеството се е изправяло. Огромното разнообразие от живи организми, максимално приспособени към условията на обкръжаващата ги среда от една страна и приблизително еднаквият механизъм на тяхното устройство от друга, ни предлагат хиляди хипотези за зараждането на живота на планетата Земя. Независимо от цялото ни познание относно необятния организмов свят, съществуват основно две теории за началото на живота.

• Едната приема наличието на жива сила (vis vitalis), която е изградила всичко познато на нашата планета. По-голямата част от познатите религии се базират именно на тази хипотеза, като се приема, че както живата така и неживата част от нашето обкръжение е създадена именно от тази сила.
• Вторият подход е базиран на научни доказателства и хипотези, като при него се твърди, че зараждането на живота е в следствие на взаимодействието на различни молекули по време и в първите минути след Първичният взрив създал познатата ни галактика. Повечето от съвременните научни обяснения за произхода на живота се базират на различни доказателства, но учените по цял свят имат различна интерпретация за всяко едно от тях. 

Вероятно животът е възникнал еднократно на нашата планета. Възможно е обаче възникването на живота да се е случвало неколкократно и възникналите по-късно организми да са унищожили предходните. Според повечето автори зараждането на организмовият свят е преминало през три основни етапа:
1. Химична еволюция – Изследванията на Опарин и Ралдейн допускат възможността, че космическите лъчения са причинили взаимодействия на наличните прости химични съединения О2, СО2, метан, етан, метални йони и много други. В резултат на тези взаимодействия са се образували първите прости органични съединения като аминокиселини, азотни бази и прости въглехидрати.
2. В последствие тези органични молекули по мистичен до момента начин придобили възможността да се само възпроизвеждат, което дало началото на живота.
3. Биологична еволюция – само възпроизвеждащите се сложни органични съединения, постепенно сформирали първата клетка, а в последствие и огромното разнообразие на познатият ни организмов свят.

Гореописаните три етапа представят най-разпространената хипотеза твърде опростено и кратко, но различни изследвания доказват, че в пребиотичният период първичният бульон се е създавал в продължение на милиони години. Предполага се, че в едни географски зони е имало много по-висока концентрация на първични органични съединения в сравнение с други. Именно по-високите им концентрации са позволили полимеризацията по между им и сформирането на сложни полимери, като полинуклеотиди и полипептиди – предшественици на нуклеиновите киселини и белтъците. Допуска се, че при адсорбиране върху глинени материали същите са служили като катализатори. Въпреки тези открития все още е необяснимо формирането на само възпроизвеждащи се молекули от органичните съединения.
Най-сложен остава въпросът за възникването на първата клетка. Според хипотезата на Опарин полипептидите налични в първичният бульон са се групирали под формата на капка, която авторът нарича коацерват. Според автора коацерватите са притежавали способността да приемат различни молекули от заобикалящата ги среда. За по-лесното им представяне бихме могли да оприличим описаните структури като капка от познатото ни слънчогледово олио поставена в съд с вода.
В последствие коацерватите придобили липидна обвивка, близка до познатата ни клетъчна мембрана. Възникването на първообраза на клетъчната мембрана е едно от най-важните събития, защото само така е възможно предаването на полезните функции и промени да се подложат на естествен отбор и запазването им за следващите поколения. Въпреки, че дава известна яснота, тази хипотеза не дава отговор на основният въпрос, а именно само възпроизвеждането на коацерватите, тъй като нито липидите нито полипептидите могат да служат за матрица. Друга хипотеза предполага наличието на РНК-свят. Счита се, че в процеса на еволюцията РНК-ите са били изместени от ДНК, като по-стабилни молекули. Съществуването на микроорганизми, които са резистентни на екстремни температури, вакуум, силна радиация, липса на вода и др. ни дава основание да предполагаме, че животът може да е пренесен на нашата планета посредством различни метеорити по време на първичният взрив. Според тази теория животът е възникнал на други планети при коренно различни условия на средата, но въпросът за неговото създаване отново остава загадка. До скоро всички тези научно обосновани данни даваха основание на различни автори да правят свои интерпретации относно възникването на живота. Нито една от тях не може да даде пълен отговор за възникването на сложните механизми във всяка една познатите ни клетки. Нито една хипотеза не дава пълен отговор за само възпроизвеждането на клетките и генезиса на нуклеиновите киселини, като носител на наследствената информация.
Всичко написано до тук е гледната точка на различни учени, като ясен отговор за началото на живота не може да бъде даден. Ще си позволя да се върна към двете основни хипотези – биологичната и тази на която се базира религиите. Както ще разберете, в този блог ще се опитвам да давам моят прочит на различни биологични закономерности, а изводите оставям на всеки от вас. От биологична гледна точка, почти всички функции в клетката се извършват от протеини. Това правило важи за всички видове клетки – белтъците актин и миозин позволяват извършването на мускулните съкращения, ДНК полимеразата извършва репликацията на ДНК, други белтъци са хормони, хемоглобина е сложен белтък съставен от четири отделни полипетидни вериги и т.н. Почти всяка клетъчна функция за която се сетим се извършва от белтъците. Вземайки в предвид важната роля на тази категория молекули, една от първоначалните хипотези за зараждането на живота е възможността белтъчините да са се „самосъздали“ в първичният бульон. В опит да се докаже тази теория, се приема, че в първите моменти на нашата планета е имало огромно количество газове – метан, етан, въглероден диоксид и т.н. От друга страна се предполага и наличието на различни видове киселини, висока температура и източник на енергия под формата на светкавици. Дали това е така, само можем да гадаем. В началото на 20-ти век, учени пресъздават тези условия в колба и в рамките на 3 дни, успяват да синтезират всички 20 познати ни днес аминокиселини – градивните единици на протеините. В онези времена (преди откритието на ДНК), това дало основание на хората да приемат зараждането на живата природа в следствие на химични взаимодействия на неорганични молекули. Протеините са сложни молекули, изградени от огромно количество аминокиселини, като правилното им подреждане една след друга в точно определен ред обуславя и техните разнообразни функции. Да протеините извършват почти всичко в клетката, но не могат да се самовъзпроизвеждат!!! Процесът на производство на протеини се означава като транслация и представлява своеобразен превод на наследствената информация в посока от ДНК към белтъчините. Следователно възможността за формиране на аминокиселини от неорганични химични компоненти, не дава възможност за образуване на разнообразни белтъчини с коренно различни функции (над 70 000 в човешкият организъм). Истината е, че всеки протеин се кодира от ДНК последователност – в нашите гени. Без наличието на правилната нуклеотидна последователност в гените ни (генетичен код), не бихме могли да синтезираме правилният (или какъвто и да е) протеин. Изводът от написаното до тук е, че началото на живота не се крие в протеините или техните градивни единици – аминокиселините. Днес знаем, че ДНК е основният носител на наследствена информация и точно там е закодиран аминокиселинния състав на всеки протеин в клетката. За разлика от опита описан по-горе, до момента не съществуват експериментални данни доказващи „самообразуването“ на нуклеинова киселина – ДНК или РНК.
И за да внеса пълен смут у теб, уважаеми читателю, ще си позволя да изляза извън традиционната биология. Благодарение на проекта „Човешки геном“, управляван от самият Джеймс Уотсън (един от откривателите на ДНК), днес знаем пълната ДНК последователност на човешкият организъм. Знаем последователностите на над 95% от живите организми по Земята. Знаем колко гени притежават, какви протеини кодират тези гени и т.н. В същото време, почти ежедневно, на Земята падат метеорити с различна големина и химичен строеж. Както може да се досетите, организации като NASA изследват всеки най-малък детайл от тези космически обекти. По официални данни във почти всеки метеорит се открива ДНК!!! Проблемът е, че въпреки огромните ни познания за ДНК секвенциите на почти всяко живо същество на Земята, тези ДНК последователности са тотално неизвестни за нас! Независимо от софтуера който се използва, тези парчета ДНК нямат сходство с никое, познато нам същество. Знаейки, че ДНК „казва“ какви аминокиселини ще участват в производството на всеки протеин, ще си позволя да направя нещо нечувано за един биолог: Възможно ли е да обединим биологичната и теологичната хипотеза? Да аминокиселините могат да се образуват в следствие на химични взаимодействия – факт. Но строежа на протеиновата молекула се кодира от ДНК, а анализите от метеоритите доказват, че тя съществува в космоса! С други думи – изобретяването на топлата вода е отнело хилядолетия, но днес знаем, че се нуждаем от енергия с която да я нагреем. Така всяка сутрин правим кафето си без необходимостта да „изобретяваме“ топлата вода отново! Ако получиш правилните инструкции, то построяването на най-сложната машина е въпрос на изпълнение на тези инструкции…
Осъзнавам, че се движа по много тънък лед, но биологията е сложна наука и всяка разплетена мистерия разкрива нов хоризонт пред изследователя!

Continue reading