Μαθηματικό μοντέλο ρίχνει φως στο πώς σχηματίστηκαν οι πρώτες μορφές ζωής

Μαθηματικό μοντέλο ρίχνει φως στο πώς σχηματίστηκαν οι πρώτες μορφές ζωής

Το σύστημα βασίστηκε στη γενική εξίσωση Ginzburg–Landau

Μία διεθνής ομάδα φυσικών δημιούργησε μαθηματικά μοντέλα βιολογικών καταστάσεων χρησιμοποιώντας ενεργειακά κύματα με την ονομασία σολιτόνια, προκειμένου να ανακαλύψει το πώς οι πρώτες μορφές ζωής έκαναν το άλμα από τον αβιοτικό στο βιοτικό κόσμο.

«Το μοντέλο είναι ζωντανό. Ταλαντώνεται όταν δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια ή ύλη, σαν να αναπνέει. Όταν σταματάει να διαπερνάει το σύστημα ενέργεια και ύλη, αυτό πεθαίνει», εξηγεί ο καθηγητής Νάιλ Αχμέντιεφ του Εθνικού Πανεπιστημίου Αυστραλίας.

«Εάν αυτές οι διαδικασίες συμβαίνουν σε απλούς σχηματισμούς όπως τα σολιτόνια, μπορούμε να φανταστούμε πώς οι πρώτες βασικές μορφές ζωής γεννήθηκαν στη φύση από μη ζωντανά στοιχεία, όπως το υδρογόνο και το οξυγόνο», πρόσθεσε.

Ο καθηγητής Αχμέντιεφ συνεργάστηκε με τον καθηγητή Χέλμουτ Μπραντ του Πανεπιστημίου Μπάιρωητ της Γερμανίας και τον καθηγητή Χοσέ Σότο-Κρέσπο του Ινστιτούτου Οπτικής της Ισπανίας για να αναπτύξουν το μαθηματικό μοντέλο, το οποίο δημοσιεύθηκε στην τελευταία έκδοση του περιοδικού Physics Letters A.

Το σύστημα βασίστηκε στη γενική εξίσωση Ginzburg–Landau, η οποία στην αρχική της μορφή ήταν ένα πιθανολογικό μοντέλο για την περιγραφή υπεραγωγών τύπου Ι χωρίς να εξετάζει τις μικροσκοπικές ιδιότητές τους, και αργότερα βρήκε χρήσεις στη σωματιδιακή φυσική.

Η ερευνητική ομάδα εφάρμοσε τη συγκεκριμένη εξίσωση σε ένα απλό σύστημα αντίδρασης-διάχυσης (RD) για τα σολιτόνια που δημιουργούνται λόγω της ισορροπίας μεταξύ κέρδους και απώλειας ενέργειας, και της ισορροπίας εισόδου και εξόδου ύλης στο σύστημα.

Σύμφωνα με τον Αχμεντίεφ, το μοντέλο σολιτονίων μπορεί να μας βοηθήσει να κατανοήσουμε βασικές βιολογικές διαδικασίες. Το σολιτόνιο, το οποίο πρόκειται για ένα μονήρες ενεργειακό κύμα που δεν αλλάζει σχήμα με την πάροδο του χρόνου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μοντέλο για τη ζωή διότι επιδεικνύει τις απλούστερες και πιο απαραίτητες ζωτικές διαδικασίες.

Το μοντέλο αυτό μπορεί να εφαρμοστεί μελλοντικά και σε πιο σύνθετα βιολογικά συστήματα όπως η μεταφορά νευρικών και μυικών παλμών, οι διαδικασίες που συμβαίνουν εντός βιολογικών μεμβρανών, και άλλα παρόμοια φαινόμενα.

Η καλύτερη κατανόηση των σολιτονίων θα μας βοηθήσει με τη σειρά της να κατανοήσουμε καλύτερα το πώς λειτουργεί το ανθρώπινο σώμα.

«Σε θεμελιώδες επίπεδο, προσπαθούμε να καταλάβουμε πώς εμφανίστηκε η ζωή μέσω ιδιαίτερα απλών φυσικών διαδικασιών. Το συγκεκριμένο μοντέλο αποτελεί μία ισχυρή προσέγγιση που θα οδηγήσει στην ανάλυση πιο περίπλοκων καταστάσεων», δήλωσε ο Αχμέντιεφ.

http://www.naftemporiki.gr/story/625989

Νέα στοιχεία για την πρώτη εμφάνιση ζωής στη Γη

Νέα στοιχεία για την πρώτη εμφάνιση ζωής στη Γη

Η έρευνα διήρκεσε τρία χρόνια και βασίστηκε σε ερευνητικές τεχνικές οι οποίες αναπτύχθηκαν σε βάθος 17 ετών

Θραύσματα κομητών και μετεωριτών μας έχουν παράσχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την άφιξη των αμινοξέων στη Γη. Τα θραύσματα αυτά είναι παλαιότερα από τη Γη και είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά των 10 προβιοτικών αμινοξέων, τα οποία προήλθαν από το σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος.

Δομικός βιολόγος του Πανεπιστημίου Φλόριντα Στέιτ ανακοίνωσε ανακαλύψεις που μπορούν να οδηγήσουν την επιστημονική κοινότητα ένα βήμα πιο κοντά στο να κατανοήσουν πώς ακριβώς εμφανίστηκε ζωή στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.

Ο καθηγητής Μάικλ Μπλέηαμπερ και η ομάδα του δημοσίευσαν δεδομένα που υποστηρίζουν την ιδέα ότι δέκα αμινοξέα που υπήρχαν στη Γη πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια, ήταν ικανά να σχηματίζουν αναδιπλούμενες πρωτεΐνες σε ιδιαίτερα αλόφιλο περιβάλλον. Τέτοιου είδους πρωτεΐνες θα είχαν τη δυνατότητα να παράσχουν μεταβολικές δραστηριότητες, ώστε οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί να εμφανιστούν πριν από 3,5 με 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια.

Η έρευνα του Μπλέιμπερ διήρκεσε τρία χρόνια και βασίστηκε σε ερευνητικές τεχνικές οι οποίες αναπτύχθηκαν σε βάθος 17 ετών. Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.

Οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί ήταν μικροσκοπικά κύτταρα με τη δυνατότητα αναπαραγωγής και προσαρμογής σε διάφορα περιβάλλοντα. «Σύμφωνα με τα έως τώρα στοιχεία πιστεύεται ότι το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA) σχηματίστηκε πρώτο σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας», δήλωσε ο Μπλέημπερ. «Τα δικά μας ευρήματα δείχνουν περισσότερο πως αρχικά εμφανίστηκαν οι πρωτεΐνες, και μάλιστα σε αλόφιλο περιβάλλον», συμπλήρωσε.

Οι πρωτεΐνες μπορούν να σχηματίζουν ακριβείς δομές, απαραίτητες για τη διατήρηση της ζωής, χάρις στην ιδιότητά τους να αναδιπλώνονται. Η αναδίπλωση τούς δίνει τη δυνατότητα αλληλεπίδρασης με άλλες πρωτεΐνες και εκτέλεσης συγκεκριμένων χημικών αντιδράσεων, προκειμένου να προσαρμόζονται στο περιβάλλον.

Θραύσματα κομητών και μετεωριτών, όπως αυτά που πρόσφατα έπεσαν στη Ρωσία, μας έχουν παράσχει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την άφιξη των αμινοξέων στη Γη. Τα θραύσματα αυτά είναι παλαιότερα από τη Γη και είναι υπεύθυνα για τη μεταφορά των 10 προβιοτικών αμινοξέων, τα οποία προήλθαν από το σχηματισμό του ηλιακού μας συστήματος.

Σήμερα το ανθρώπινο σώμα χρησιμοποιεί είκοσι κοινά αμινοξέα για την παραγωγή των απαραίτητων πρωτεϊνών. Δέκα εξ αυτών σχηματίζονται μέσω βιοσύνθεσης, ενώ ο σχηματισμός των δέκα προβιοτικών αμινοξέων γίνεται μέσω χημικών διεργασιών που δεν απαιτούν κάποια βιοσυνθετική ατραπό.

Χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται συμμετρική αποδόμηση, το εργαστήριο του Μπλέημπερ κατόρθωσε να εντοπίσει μικρά πεπτίδια-δομικά στοιχεία ικανά να συναρμολογούνται αυτόματα σε ιδιαίτερες και σύνθετες πρωτεϊνικές αρχιτεκτονικές. Τα τελευταία πειράματα διερεύνησαν αν τέτοια δομικά στοιχεία μπορούν να αποτελούνται μόνο από τα 10 προβιοτικά αμινοξέα και να διατηρούν ακόμα τη δυνατότητα αναδίπλωσης.

Η υπόθεση αυτή αποδείχθηκε προς το παρόν σε βαθμό 80%, καθώς δημιουργήθηκαν αναδιπλούμενες πρωτεΐνες με 12 αμινοξέα. Αν η ομάδα του Μπλέημπερ καταφέρει να αποδείξει πλήρως την υπόθεσή της, ολόκληροι κλάδοι της βιολογίας που ασχολούνται με την αβιογένεση (την εμφάνιση της ζωής) και όχι μόνο, θα μετατοπίσουν το ενδιαφέρον τους στις πρωτεΐνες και τα αλόφιλα περιβάλλοντα.

http://www.naftemporiki.gr/story/637086

 

 

Top
Αλλαγή μεγέθους γραμματοσειράς
Μετάβαση σε γραμμή εργαλείων