sachinidi's blog

Έναν βασικό κυτταρικό μηχανισμό αποκάλυψαν οι τρεις επιστήμονες που μοιράζονται το εφετινό Βραβείο Νομπέλ Ιατρικής: τον μηχανισμό εκείνον που επιτρέπει την μεταφορά συγκεκριμένων μορίων σε συγκεκριμένα σημεία και στην κατάλληλη χρονική στιγμή.

Για να αντιληφθεί κανείς το πόσο ζωτικής σημασίας είναι ο μηχανισμός που ανακάλυψαν οι Τζέιμς Ρόθμαν (James E. Rothman), Ράντι Σέκμαν (Randy W. Schekman) και Τόμας Σίντοφ  (Thomas C. Südhof) αρκεί να πούμε ότι σχετίζεται με διεργασίες όπως η απελευθέρωση της ινσουλίνης στο αίμα ή η επικοινωνία νευρικών κυττάρων.

Κυτταρικός τροχονόμος Και ενώ η αναγκαιότητα της ύπαρξης ενός μηχανισμού με ρόλο τροχονόμου στο κύτταρο ήταν σαφής, μέχρι τη δεκαετία του 1970, οι επιστήμονες δεν γνώριζαν και πολλά γι αυτόν. Ετσι, ο Ράντι Σέκμαν αποφάσισε να εργαστεί με μύκητες προκειμένου να αναζητήσει σε αυτό το απλό σύστημα την γενετική βάση του μηχανισμού.  Εντοπίζοντας μεταλλάξεις οι οποίες είχαν σαν αποτέλεσμα την παρεμπόδιση του ενδοκυτταρικού μηχανισμού μεταφοράς μορίων, ο αμερικανός επιστήμονας πέτυχε να αποκαλύψεις τις τρεις ομάδες γονιδίων που απαιτούνται για την ρύθμισή του.

Ο μηχανισμός μεταφοράς μορίων από το ένα σημείο του κυττάρου στο άλλο καθώς και η απελευθέρωση των μορίων σε καλά καθορισμένα σημεία περιλαμβάνει κατ αρχάς τον σχηματισμό κυστιδίων, δομών που μοιάζουν με φούσκες και οι οποίες περικλείουν τα προς μεταφορά μόρια. Στην δεκαετία του 80, ο επίσης αμερικανός Τζέιμς Ρόθμαν εργαζόμενος με κύτταρα θηλαστικών κατέδειξε ότι τα κυστίδια προσδένονται σε συγκεκριμένα σημεία στη μεμβράνη του κυττάρου επειδή σε αυτά εντοπίζονται πρωτεΐνες οι οποίες λειτουργούν σαν άγκυρες για τα κυστίδια.

Κυστίδια και άγκυρες

Το ότι ένα κυστίδιο έχει προσδεθεί σε ένα σημείο της κυτταρικής μεμβράνης δεν αρκεί για να αδειάσει σε αυτό το σημείο και το φορτίο του. Στην πραγματικότητα κάτι τέτοιο θα μπορούσε να είναι και καταστροφικό. Το πότε θα γίνει η απελευθέρωση του φορτίου αποκάλυψε ο τρίτος από τους εφετινούς τιμώμενους. Ο γερμανικής καταγωγής Τόμας Σίντοφ εργαζόμενος με νευρικά κύτταρα κατέδειξε την ύπαρξη μιας κατηγορίας πρωτεϊνών οι οποίες λειτουργούν σαν διακόπτες: δίνουν εντολή στα κυστίδια να απελευθερώσουν το φορτίο τους. Οσο για το ποιος πατάει τον διακόπτη, αυτό τον ρόλο έχουν τα ιόντα ασβεστίου, η είσοδος των οποίων στο κύτταρο ενεργοποιεί την πρωτεΐνη-διακόπτη.

Ο μηχανισμός που αποκάλυψαν οι εφετινοί τιμώμενοι είναι τόσο κεντρικής σημασίας για την ανθρώπινη φυσιολογία που έστω και ένα μικρό ελάττωμά του οδηγεί σε σοβαρές ασθένειες. Μεγάλα ελαττώματά του δεν είναι συμβατά με τη ζωή.

Βήμα Science

Οι επιστήμονες υποστηρίζουν πως το σωματίδιο Χιγκς κατείχε ένα ρόλο κλειδί στο πρώιμο Σύμπαν, όντας υπεύθυνο για την ασυμμετρία που παρατηρείται σήμερα στη φύση μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Οι εμπνευστές του μποζονίου Χιγκς είναι οι επικρατέστεροι υποψήφιοι για το βραβείο Νόμπελ Φυσικής που θα ανακοινωθεί την ερχόμενη εβδομάδα, καθώς με την πειραματική εύρεση του το 2012 επιβεβαιώθηκε ο μηχανισμός που είχαν προτείνει για το πώς αποκτά μάζα η ύλη. Ωστόσο, σύμφωνα με δύο φυσικούς το συγκεκριμένο σωματίδιο μπορεί να δώσει λύση και σε άλλα μυστήρια της κοσμολογίας.

Σε μια εργασία που δημοσιεύουν στο περιοδικό  Physical Review Letters, οι Sean Tulin και Geraldine Servant από το πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν και το Ερευνητικό Ινστιτούτο της Καταλονίας αντίστοιχα, υποστηρίζουν πως το σωματίδιο Χιγκς κατείχε ένα ρόλο κλειδί στο πρώιμο Σύμπαν, όντας υπεύθυνο για την ασυμμετρία που παρατηρείται σήμερα στη φύση μεταξύ ύλης και αντιύλης.

Σύμφωνα με την όσα γνωρίζουμε μέχρι σήμερα, το γεγονός πως στο Σύμπαν φαίνεται να υπερισχύει δραματικά η ύλη έναντι της αντιύλης είναι ανεξήγητο καθώς μαθηματικά τουλάχιστον θα έπρεπε να υπάρχουν ίσες ποσότητες ύλης και αντιύλης.

Η ύπαρξη της αντιύλης βρέθηκε θεωρητικά από το βρετανό φυσικό Paul Dirac τον προηγούμενο αιώνα, κι έκτοτε έχει επιβεβαιωθεί πειραματικά από τους επιταχυντές σωματιδίων. Για κάθε σωματίδιο ύλης υπάρχει το αντίστοιχο σωματίδιο αντιύλης, με ίδια μάζα και κβαντικές ιδιότητες, αλλά αντίθετο ηλεκτρικό φορτίο (στην περίπτωση που έχει φορτίο). Ενώ τα σωματίδια ύλης έχουν θετική ενέργεια, τα σωματίδια αντιύλης έχουν αρνητική.

Σήμερα θεωρείται πως το σωματίδιο Χιγκς δεν έχει το δικό του αντισωματίδιο, όμως το Καθιερωμένο Πρότυπο της Κοσμολογίας επιτρέπει την ύπαρξη μποζονίων αντι-Χιγκς  όταν το Σύμπαν ήταν ακόμη πολύ νεαρό.

Σύμφωνα με τους δύο ερευνητές, η ασυμμετρία μεταξύ του συγκεκριμένου σωματιδίου με το αντισωματίδιό του ήταν υπεύθυνη για την επικράτηση της ύλης στο Σύμπαν. Στο δικό τους μοντέλο, υπάρχει ένας μηχανισμός που ευνοεί τη δημιουργία σωματιδίων Χιγκς και οδηγεί στην επικράτηση της ύλης έναντι της αντιύλης. O μηχανισμός αυτός καλείται Χιγκσογένεση (Higgsogenesis), και έχει υπάρξει στο παρελθόν αντικείμενο μελέτης και άλλων επιστημόνων.

Περαιτέρω, προτείνουν πως εάν το σωματίδιο Χιγκς αλληλεπιδρά με τη σκοτεινή ύλη, δημιουργώντας για παράδειγμα σωματίδια σκοτεινής ύλης όταν διασπάται, θα μπορούσε να είναι υπεύθυνο και για την αναλογία ύλης με σκοτεινή ύλη που παρατηρούμε σήμερα στο Σύμπαν (περίπου 1 προς 6).

Αυτό το τελευταίο σημείο είναι μια καλή ευκαιρία για πειραματική απόδειξη της θεωρίας των δύο επιστημόνων, καθώς αν πράγματι το Χιγκς διασπάται σε σωματίδια σκοτεινής ύλης, αυτό θα μπορεί να επιβεβαιωθεί από τα πειράματα στον επιταχυντή σωματιδίων LHC στη Γενεύη.

Καθώς όμως οι ανιχνευτές δεν μπορούν να εντοπίσουν άμεσα τα σωματίδια σκοτεινής ύλης, μια τέτοια ανακάλυψη θα έρθει με έμμεσο τρόπο, βρίσκοντας πως κάποια σωματίδια Χιγκς δημιουργήθηκαν και απλά εξαφανίστηκαν. Για να γίνει αυτό θα χρειαστούν ακόμη κάποια χρόνια ερευνών στον τεράστιο όγκο δεδομένων του LHC.

http://www.naftemporiki.gr/story/711425

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

 

 

Το στέρεο κομμάτι του πυρήνα περιστρέφεται γρηγορότερα από το ρυθμό περιστροφής του πλανήτη και με φορά προς της ανατολή, ενώ ο εξωτερικός πυρήνας περιστρέφεται με αργότερο ρυθμό και με αντίθετη φορά.

Γεωλόγοι του πανεπιστημίου του Leeds στο Ηνωμένο Βασίλειο λύνουν ένα αίνιγμα τριών αιώνων σχετικά με τη φορά περιστροφής του πυρήνα του πλανήτη μας. Τα ευρήματα τα οποία δημοσιεύονται στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences, βοηθούν στην εξήγηση της συμπεριφοράς του πυρήνα της Γης, ο οποίος είναι υπεύθυνος για το ισχυρό μαγνητικό της πεδίο, το οποίο μας προστατεύει από την ακτινοβολία του διαστήματος.

Ο πυρήνας της Γης αποτελείται από δύο μέρη: ένα στερεό εσωτερικό πυρήνα σιδήρου ακτίνας 1.220 χιλιομέτρων (λίγο μικρότερος από τη Σελήνη), και τον εξωτερικό πυρήνα, ένα κέλυφος από λιωμένο σίδηρο, πάχους 3.500 χιλιομέτρων.

Ήδη από το 1692 ο αστρονόμος Edmund Halley είχε δείξει πως το μαγνητικό πεδίο της Γης κινείται με φορά προς τα δυτικά, υπονοώντας μια σχετική κίνηση του πυρήνα, όμως είναι η πρώτα φορά που οι επιστήμονες κατανοούν το πώς το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη μας επηρεάζει διαφορετικά τα δύο μέρη του πυρήνα της.

Για να εξακριβώσουν ακριβώς τι συμβαίνει στο εσωτερικό του πλανήτη μας, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το γιγάντιο υπερ-υπολογιστή Monte Rosa, στο ελβετικό κέντρο υπερ-υπολογιστών στο Λουγκάνο. Το μοντέλο που χρησιμοποίησαν για να προσομοιώσουν το πυρήνα της Γης, ήταν 100 φορές πιο ακριβές από τα προηγούμενα.

Τα αποτελέσματα είναι πως το στέρεο κομμάτι του πυρήνα περιστρέφεται γρηγορότερα από το ρυθμό περιστροφής του πλανήτη και με φορά προς της ανατολή, ενώ ο εξωτερικός πυρήνας περιστρέφεται με αργότερο ρυθμό και με αντίθετη φορά.

Για αυτή τη συμπεριφορά υπήρχαν ενδείξεις από σεισμόμετρα εδώ και δεκαετίες: καθώς τα σεισμικά κύματα διαπερνούν τον πυρήνα της Γης, φανέρωναν μια γρήγορη περιστροφή του εσωτερικού πυρήνα σε σχέση με το στερεό φλοιό.

«Πρόκειται απλά για ένα μηχανισμό δράσης-αντίδρασης», εξηγεί ο Dr. Philip Livermore που συμμετείχε στην έρευνα. «Το μαγνητικό πεδίο σπρώχνει προς τα ανατολικά τον εσωτερικό πυρήνα, κάνοντάς τον να περιστρέφεται γρηγορότερα από τη Γη, όμως σπρώχνει και τον εξωτερικό πυρήνα προς την αντίθετη κατεύθυνση». Αυτή η σχετική κίνηση των δύο τμημάτων του πυρήνα ευθύνεται για το μαγνητικό πεδίο της Γης.

Το γεωμαγνητικό πεδίο γνωρίζουμε πως δεν είναι σταθερό, παρουσιάζοντας μεταβολές σε μία κλίμακα δεκαετιών. Αυτές οι αρρυθμίες σημαίνει πως μεταβάλλεται και η σχετική κίνηση των δύο τμημάτων του πυρήνα, ένα φαινόμενο που όντως έχει παρατηρηθεί εδώ και περίπου 50 χρόνια.

Στοιχεία από αρχαιολογικές και παλαιοντολογικές ανασκαφές υποδεικνύουν επίσης πως σε βάθος χιλιάδων χρόνων η φορά περιστροφής του μαγνητικού πεδίου της Γης δεν είναι πάντα ίδια, ενώ υπάρχουν στοιχεία που δείχνουν πως άλλαξε μέσα στα τελευταία 3.000 χρόνια.

http://www.naftemporiki.gr/story/699631

 

Ακούγεται παράξενο, κι όμως τα τελευταία χρόνια συσσωρεύονται ενδείξεις ότι το εξωτερικό στρώμα του πυρήνα της Γης περιστρέφεται προς τη Δύση, αντίθετα δηλαδή από την επιφάνεια.
Έρευνα του Πανεπιστημίου του Λιντς στη Βρετανία δείχνει τώρα να εξηγεί γιατί ο εξώτερος  πυρήνας κινείται με αυτόν τον τρόπο: τον αναγκάζει το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη.
Ο πυρήνας της Γης άρχισε να σχηματίζεται όταν ο νεαρός πλανήτης βρισκόταν ακόμα σε διάπυρη, υγρή κατάσταση. Τα βαριά στοιχεία όπως ο σίδηρος βυθίστηκαν προς το κέντρο, ενώ τα ελαφρύτερα παρέμειναν στον φλοιό.
Ο πυρήνας πιστεύεται ότι αποτελείται από δύο στρώματα: τον εξώτερο πυρήνα, ο οποίος αποτελείται από λιωμένο σίδηρο και νικέλιο. Το υλικό αυτό κυκλοφορεί μέσα στον εξώτερο πυρήνα λόγω ρευμάτων μεταφοράς θερμότητας, και η κίνηση αυτή δημιουργεί το προστατευτικό μαγνητικό πεδίο της Γης.
Κάτω από τον εξώτερο πυρήνα βρίσκεται ο εσώτερος, μια σφαίρα στο μέγεθος της Σελήνης που αποτελείται από συμπαγή σίδηρο. Ο εξώτερος πυρήνας πιστεύεται ότι συμπεριφέρεται ως στερεό, λόγω όμως της υψηλότερης θερμοκρασίας του δεν παράγει μαγνητικό πεδίο.
Τα τελευταία χρόνια έχουν προκύψει ενδείξεις (όπως αυτή η μελέτη στo Science) ότι ο εσώτερος πυρήνας κινείται με μεγαλύτερη γωνιακή ταχύτητα από ό,τι ο πλανήτης -χρειάζεται δηλαδή λιγότερο από 24 ώρες για να ολοκληρώσει μια πλήρη περιστροφή.
Επιπλέον, υπάρχουν ενδείξεις ότι ο εξώτερος πυρήνας, ή τουλάχιστον το εξωτερικό στρώμα του, κινείται προς τη Δύση, αντίθετα από τον υπόλοιπο πλανήτη. Αυτό γίνεται αντιληπτό στην επιφάνεια ως μετατόπιση του μαγνητικού πεδίου προς τη Δύση, ένα φαινόμενο που είχε παρατηρήσει το 1692 ο Έντμουντ Χάλεϊ, ο οποίος ανακάλυψε επίσης τον ομώνυμο κομήτη.
Την εξήγηση για την ανάποδη κίνηση φαίνεται τώρα να προσφέρει μια νέα μελέτη που βασίστηκε σε προσομοιώσεις και δημοσιεύεται στην αμερικανική επιθεώρηση PNAS.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον υπερυπολογιστή Monte Rosa στην Ελβετία για να τρέξουν ένα υπολογιστικό μοντέλο του πυρήνα με τα δύο του στρώματα. Όπως υποστηρίζουν, η ακρίβεια της προσομοίωσης ήταν 100 φορές μεγαλύτερη σε σχέση με άλλα μοντέλα.
Όπως αναφέρει ο Φίλιπ Λίβερμορ, πρώτος συγγραφέας της δημοσίευσης, η συμπεριφορές του εξώτερου και του εσώτερου πυρήνα «εξηγείται με όρους ίσης και αντίθετης δράσης».
Το μαγνητικό πεδίο που δημιουργεί ο εξώτερος πυρήνας «σπρώχνει τον εσώτερο πυρήνα προς τα ανατολικά, αναγκάζοντάς τον να περιστρέφεται ταχύτερα από τον υπόλοιπο πλανήτη. Ταυτόχρονα όμως σπρώχνει τον εξώτερο υγρό πυρήνα προς την αντίθετη κατεύθυνση, αναγκάζοντάς τον να περιστρέφεται προς τα δυτικά».
Εκτός όμως του ότι εξηγούν την ανάποδη κίνηση του εξώτερου πυρήνα, οι ερευνητές προχωρούν και σε μια πρόβλεψη: επισημαίνουν ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης αλλάζει, έστω και με αργούς ρυθμούς, και οι μεταβολές αυτές μπορεί κάποια στιγμή να αλλάξουν τις δυνάμεις που επηρεάζουν την κίνηση του πυρήνα.
Αυτό σημαίνει ότι ο εξώτερος πυρήνας ενδέχεται να μην κινείται πάντα προς τη Δύση: όπως επισημαίνει η μελέτη, τα τελευταία 3.000 υπάρχουν ενδείξεις ότι υπήρχαν περίοδοι κατά τις οποίες ο πυρήνας περιστρεφόταν προς την Ανατολή.
Επιμέλεια: Βαγγέλης Πρατικάκης