Научное открытие в процессе отмирания клеток

10 важнейших открытий в биологии

Довольно просто забыть, что идеи, которые кажутся очевидными для нас сегодня, веками оттачивались коллективом умных людей, а не появлялись просто так. Тот факт, что мы воспринимаем их как нечто самой собой разумеещееся, всего лишь верхушка айсберга интересной истории. Давайте копнем поглубже.

Осознание того, что животные могут исчезнуть

Джордж Кювье был первым человеком, который задался таким вопросом. В 1796 году он написал статью о слонах, в которой описал африканские и азиатские разновидности. Также он упомянул о третьем типе слонов, известному науке только по его костям. Кювье отметил ключевые отличия в форме челюсти третьего слона и предположил, что этот вид должен быть совершенно отдельным. Ученый назвал его мастодонтом, но где же тогда живые особи?

По мнению Кювье, «все эти факты находятся в соответствии между собой и не противоречат ни одному другому сообщению, поэтому мне кажется возможным доказать существование мира, предшествующего нашему и разрушенному вследствие своего рода катастрофы». Он не остановился только на этой революционной идее. Кювье изучил окаменелости других древних животных — попутно введя термин «птеродактиль» — и выяснил, что некогда рептилии были доминирующим видом.

Первые клетки, выращенные вне тела

В течение нескольких десятилетий продолжались исследования с использованием именно этого метода, но в 1907 кто-то вдруг решил вырастить новые клетки в растворе. Росс Харрисон взял ткани эмбриона лягушки и смог вырастить на их основе новые нервные волокна, которые затем сохранял живыми в течение месяца. Сегодня клеточные образцы можно поддерживать живыми почти бесконечно — ученые до сих пор экспериментируют с клеточными тканями женщины, которая умерла 50 лет назад.

Открытие гомеостаза

Впервые идею гомеостаза выдвинул Клод Бернар, плодовитый ученый середины 19 века, которому не давала спать слава Луи Пастера (хотя они и были друзьями). Бернар добился серьезных успехов в понимании физиологии, несмотря на то что его любовь к вивисекции уничтожила его первый брак — жена взбунтовалась. Но истинная важность гомеостаза — который он называл milleu interieur — была признана спустя десятилетия после смерти Бернара.

В лекции 1887 года Бернар объяснял свою теорию так: «Живое тело, хотя и нуждающееся в окружающей среде, относительно от него независимо. Эта независимость от внешней среды проистекает из того факта, что в живом существе ткани, по сути, отделены от прямых внешних воздействий и защищены истинной внутренней средой, которая состоит, в частности, из жидкостей, циркулирующих в теле».

Ученые, которые опережают свое время, зачастую остаются непризнанными, но другой работы Бернара было достаточно, чтобы укрепить его репутацию. Тем не менее науке понадобилось почти 50 лет, чтобы проверить, подтвердить и оценить его наиболее важную идею. Запись о нем в энциклопедии «Британника» за 1911 год вообще ничего не говорит о гомеостазе. Шестью годами спустя та же статья о Бернаре называет гомеостаз «важнейшим достижением эпохи».

Первое выделение фермента

Первым обнаруженным ферментом была амилаза, которую также называют диастазей, и она находится у вас во рту прямо сейчас. Она разбивает крахмал на сахар и была обнаружена французским промышленным химиком Ансельмом Пайеном в 1833 году. Он выделил фермент, но смесь оказалась не очень чистой. Долгое время биологи полагали, что извлечение чистого фермента может быть невозможным.

Понадобилось почти 100 лет, чтобы американский химик Джеймс Батчлер Самнер доказал их неправоту. В начале 1920-х годах Самнер занялся выделением фермента. Его цели были настолько дерзкими, что фактически стоили ему дружбы со многими ведущими экспертами в этой области, которые думали, что его план провалится. Самнер продолжал и в 1926 году выделил уреазу, фермент, который расщепляет мочевину на химические компоненты. Некоторые из его коллег сомневались в результатах годами, но в итоге и им пришлось сдаться. Работа Самнера принесла ему Нобелевскую премию в 1946 году.

Предположение, что у всей жизни есть общий предок

В 1740 году знаменитый француз Пьер Луи Моро де Мопертюи предположил, что «слепая судьба» произвела широкий круг индивидуумов, из которых выжили только самые способные. В 1790-х Иммануил Кант отмечал, что это могло бы относиться к изначальному предку жизни. Спустя пять лет Эразм Дарвин написал: «Было бы слишком смелым предположить, что все теплокровные животные произошли от одной живой нити?». Его внук Чарльз решил, что нет никакого «слишком» и предположил.

Изобретение окрашивания клеток

Первым человеком, который подкрасил образец для исследования под микроскопом, был Ян Сваммердам, голландский натуралист. Сваммердам больше известен за открытие эритроцитов, но он также сделал себе карьеру, разглядывая все под микроскопом. В 1680-е годы он писал о «цветных ликворах» расчлененных червей, которые «позволяют лучше обозначить внутренние части, ведь они одного цвета».

К сваммердамовому сожалению, этот текст не был опубликован еще по меньшей мере лет 50, а к моменту опубликования Ян был уже мертв. В то же время его земляк и натуралист Антони ван Левенгук независимо от Сваммердама пришел к такой же идее. В 1719 году Левенгук использовал шафран для окрашивания мышечных волокон для дальнейшей экспертизы и считается отцом этой методики. Поскольку оба мужчины пришли к этой идее независимо и все равно сделали себе репутацию пионеров микроскопии, им, наверное, все сложилось весьма удачно для них.

Развитие клеточной теории

Помимо того, что клетка представляет собой основную единицу жизни, клеточная теория также подразумевает, что новые клетки формируются при делении другой клетки на две. Дуроче пропустил эту часть (по его мнению, новые клетки образуются внутри своего родителя). Окончательное понимание того, что клетки делятся для размножения, принадлежит другому французу, Бартелеми Дюмортье, но также были и другие люди, внесшие весомый вклад в развитие идей о клетках (Дарвин, Галилей, Ньютон, Эйнштейн). Клеточная теория создавалась маленькими лептами, примерно так же, как сегодня современная наука.

Секвенирование ДНК

Значение этого прорыва отражается в том, как быстро Нобелевский комитет наградил ученых. В конечном счете метод Сэнгера стал дешевле и проще, стал стандартом на целую четверть века. Сэнгер проложил путь для революций в областях уголовного правосудия, эволюционной биологии, медицина и многих других.

Открытие вирусов

Мартинус Бейеринк первым понял, что не только бактерии виноваты во всем. В 1898 году он взял сок из растений табака, больных так называемой мозаичной болезнью. Затем отфильтровал сок через сито настолько мелкое, что оно должно было отфильтровать все бактерии. Когда Бейеринк помазал соком здоровые растения, они все равно заболели. Он повторил эксперимент — и все равно заболели. Бейеринк пришел к выводу, что есть что-то еще, возможно жидкость, что вызывает проблемы. Заразу он назвал vivum fluidum, или растворимыми живыми бактериями.

Также Бейеринк подобрал старое английское слово «вирус» и наделил им таинственного агента. Открытие того, что вирусы не были жидкими, принадлежит американцу Уэнделлу Стэнли. Он родился спустя шесть лет после открытия Бейеринка и, по-видимому, сразу понял, что нужно делать. За работы по вирусам Стэнли разделил Нобелевскую премию по химии 1946 года. Помните, с кем разделил? Да, с Джеймсом Самнером за работу по ферментам.

Отказ от преформизма

Одним из ключевых сторонников преформизма был Ян Сваммердам, изобретатель техники окрашивания клетки, о котором мы говорили выше. Идея была популярно в течение сотни лет, с середины 17 века и до конца 18.

Альтернативой преформизму был эпигенез, идея о том, что жизнь возникает в серии процессов. Первым человеком, который выдвинул эту теорию на фоне любви к преформизму, был Каспар Фридрих Вольф. В 1759 году он написал статью, в которой описал развитие эмбриона от нескольких слоев клеток до человека. Его работа была крайне спорной на то время, но развитие микроскопов расставило все на свои места. Зародышевый преформизм умер далеко не в зародыше, но умер, простите за каламбур.

САМОУБИЙСТВО КЛЕТОК

Доктор медицинских наук В. ПРОЗОРОВСКИЙ.

Середина XIX века — время зарождения цитологии, науки о клетке. Именно тогда открыли, что живой организм состоит из отдельных клеток, которые постоянно размножаются — без этого не было бы ни роста, ни развития. И стало ясно, что такой процесс не может продолжаться бесконечно. В противном случае старики достигали бы размеров слона. Естественно, что для сохранения постоянства массы, формы да и функции тела какая-то часть клеток должна непрерывно отмирать. До недавнего времени считалось, что процесс отмирания — исключительно дегенеративный: клетка стареет, в ней накапливаются повреждения, замирает обмен веществ, она работает все хуже, чахнет и, наконец, погибает. Его, по существу, не отличали от того варианта гибели клеток, который происходит при травме, воздействии ядов, прекращении кровоснабжения и т. п., — некроза. То есть процесс отмирания рассматривали как катастрофу, а не как физиологически естественное явление.

Однако спустя столетие ученые поняли, что все происходит совсем иначе — клетки отмирают без видимой причины, и такая самопроизвольная гибель отличается от некроза. Жила, жила клетка и вдруг по непонятным причинам «умерла», причем без признаков воспаления и рубцевания.

Механизм программируемой гибели клеток теперь выяснен достаточно полно. Причиной гибели клетки может быть ее растворение, или, говоря научным языком, лизис. В 50-х годах XX века установили, что внутри клеток имеются макроскопические пузырьки—лизосомы. В них содержатся переваривающие ферменты, вроде тех, которые выделяются в желудке и кишечнике. Если целостность этих пузырьков по тем или иным причинам нарушается, то ферменты изливаются в протоплазму клетки и начинают «переваривать» ее содержимое. Это приводит к постепенному растворению, распаду клетки на части, и в итоге — к ее гибели.

Высказывалось также предположение, что программируемая смерть клетки может происходить и из-за избытка супероксид-радикалов. Суть механизма в следующем. Жизнедеятельность клетки требует кислорода, который обеспечивает ее энергией. Молекула кислорода, как известно, состоит из двух атомов и обозначается знаком О₂. Если написать ее структурную формулу, то получается 0=0. В таком виде кислород не слишком реакционно способен. Да простят меня химики, но для упрощения скажем, что под действием ферментов в живых тканях из молекул 0=0 постоянно образуются молекулы типа -0-0-, атомарный кислород -0-, гидроксильные радикалы Н-0- или озон -0-0-0-, очень сильные окислители. У них, выражаясь образно, атомы кислорода не держатся друг за друга, а имеют одну или две свободные руки (валентности), готовые «схватить за руку» любой другой атом.

В физиологических условиях из поступившего в организм кислорода воздуха примерно 5—6% его молекул образует такие супероксидные формы, которые в небольшом количестве опасности не представляют. Но при воздействии радиации, некоторых ядов, четыреххло-ристого углерода, печально известных диоксинов, при вирусных заболеваниях и некоторых нарушениях обмена веществ и т. п. супероксидные радикалы образуются в избытке. В этом случае они начинают окислять совсем не то, что требуется, в частности внешние и внутренние оболочки клеток. Как полагают многие исследователи, окислительные процессы провоцируют возникновение таких заболеваний, как склероз, гипертония, снижение иммунитета, рак, слабоумие. Окисление мембраны клеток дезорганизует работу ферментов, затрудняя проникновение в клетку ионов и питательных веществ, что ведет к невероятной путанице в согласованности работы клеточных механизмов и в конечном итоге заканчивается гибелью клетки.

Существует еще один вариант программируемой клеточной гибели, так называемая «кальциевая смерть». Она имеет много причин, но суть ее сводится к тому, что избыток ионов кальция, находящийся в межклеточной жидкости, по тем или иным причинам поступает в протоплазму клетки, активирует там ряд ферментов, что ведет сначала к нарушению обмена веществ, а затем и распаду клетки.

Термин «апоптоз» был предложен в 1972 году американским исследователем Дж. Керром для описания программируемой гибели клетки. Слово это происходит от греческих слов «апо» — завершенность и «птоз» — падение и может быть переведено как «опадание листьев». Суть термина подчеркивает его естественность, фи-зиологичность в отличие от некроза — смерти от повреждения. Проходит жизненный цикл, и падают плоды, опадают листья.

Апоптоз — принципиально новое фундаментальное понятие в клеточной биологии. Керр и его сотрудники сформулировали основные признаки апоптоза. Во-первых, при апоптозе распад клетки начинается с ядра — оно сморщивается и распадается на отдельные фрагменты. Во-вторых, апоптирующая клетка уменьшается в объеме и как бы отделяется от соседей. В-третьих, меняются свойства ее мембраны, в результате чего она легко распознается макрофагами (пожирателями клеток). В-четвертых, сохраненные мембраны образуют на месте погибшей клетки живые капельки с функционирующими органеллами, которые поглощаются клетками-соседями или макрофагами. На месте погибшей клетки ничего не остается.

Апоптоз запрограммирован генетически. Пока гены, инициирующие самоубийство, неизвестны. Скорее всего, гены-«убийцы» спят, но под влиянием каких-либо сигналов «просыпаются», подготавливая клетку к самопроизвольной гибели. Факторов, которые могут подстегнуть клетку к самоубийству, очень много. И механизмы апоптоза применительно к каждому случаю тоже различны.

В наглядной форме апоптоз наблюдается в какой-либо ткани, отслужившей свой срок. Так отмирает хвост у головастиков, изменяется форма и размеры эмбриона. Уменьшение объема грудной железы после окончания лактации происходит без всякого некроза, атрофия предстательной железы после кастрации тоже. Отмирает и то, что отслужило свой срок. Во взрослом организме апоптоз происходит постоянно. Он наиболее распространен у корот-коживущих клеток, например выстилающих кишечник, клеток кожи, клеток крови.

Апоптоз является защитным механизмом организма. При инфаркте в результате тромбоза отмирает участок сердечной мышцы. Под микроскопом видно, что в погибшей мышечной ткани некротические клетки чередуются с апоптозными. Разница между ними существенная, поскольку на месте некроза возникает воспаление и рубец, а на месте апоптоза — соседние клетки замещают погибшие.

Апоптоз защищает человека от вирусной инфекции. Если живую клетку поражает вирус, она становится опасной для соседей, поскольку вирус «запускает» свою ДНК в ее ядро. Инфицированные клетки размножаются и заражают соседние. Чтобы помочь справиться с инфекцией, иногда клетка «кончает жизнь самоубийством» вместе с опасными вирусами.

Самоуничтожение клеток, пораженных вирусом, уменьшает число больных клеток, при этом распадаются и вирусные ДНК.

Другой вид апоптоза — самоуничтожение мутировавших клеток. Клетка-мутант, не только раковая, хотя она и наиболее опасна, но и любая другая, распознается как чужеродная, и организм «дает команду» на ее самоуничтожение.

Ну и наконец: ударился человек обо что-то. Но не сильно. Так, ушиб. Но клетки-то повреждены, следовательно неполноценны. А вдруг в них попадут микробы? Поэтому поврежденным дефектным клеткам тоже приходится апоптировать, чтобы не подвергать опасности весь организм.

Важным различием между некрозом и апоптозом является следующее: если некроз — это катастрофическая и необратимая смерть, то апоптоз — это лишь подсказанная разнообразными факторами идея о целесообразности самоубийства. Значит, в развитие апоптоза можно вмешаться: если надо — ускорить, если надо — замедлить. Например, замедлить атрофию нейронов и ускорить гибель раковых клеток.

Апоптоз, как уже говорилось, генетически запрограммирован, поэтому он развивается поэтапно, а не разворачивается подобно пружине. Каждой его стадией можно управлять при помощи лекарственных препаратов. В 1998 году японскими исследователями было установлено, что дробление ДНК при апоптозе начинается с ее ферментативного расщепления на крупные фрагменты. Добавив активатор или блокатор фермента, можно регулировать апоптоз на самой начальной стадии — фрагментации ДНК, что позволит направлять клеточное самоубийство в нужном направлении: например, активировать при злокачественных опухолях или подавлять при инфаркте миокарда.

В настоящее время выявлены физиологические блокаторы апоптоза, в частности фактор роста, нейтральные аминокислоты, цинк, противовоспалительные вещества, гормоны: эстрогены, андрогены, блокаторы ферментов (цистеиновых протеаз) и фенобарбитал (люминал).

Теперь третье, самое реальное. Если смерть клетки от апоптоза обратима, то с ней мы вполне можем побороться для того, чтобы предохранить хотя бы часть органа или ткани от гибели при патологических процессах. Сделать это можно, например, сохраняя целостность клеточных мембран. Она обеспечивается входящими в их состав липидами (особый вид животных жиров), особенно одной из разновидностей липидов— фосфолипидами. В терапии уже давно и с успехом используется целый набор препаратов, содержащих фосфолипиды.

Особенно популярен комплексный липидный препарат эссенциале. Аминокислоты также защищают мембраны от разрушения. Среди них — метионин, гистидин, цистеин, для защиты нервных клеток мозга применяют аминокислотный препаратцеребролизин.

Защита мембран и прочих компонентов клеток от переокисления у здорового человека обеспечивается естественными антиоксидан-тами, но при болезнях, протекающих с явлениями клеточного апоптоза, например при инфаркте миокарда, гепатите, снижении иммунитета, некоторых болезнях надпочечников, анти-оксидантов не хватает и тогда эффективными оказываются витамины-антиокислители, к которым относятся (по мере убывания активности) витамины Е, С, А и К. В последние годы создано много эффективных синтетических антиоксидантов, в том числе мексидол, эмоксипин, ионол и другие.

Весьма полезны для предотвращения апоптоза средства, снижающие уровень кальция внутри клетки. Обычно их используют для лечения стенокардии. При стенокардии снижается приток крови к сердечной мышце, что создает все условия для апоптоза ее клеток. Даже в том случае, если инфаркт предупредить не удается, то при регулярном употреблении средств, снижающих уровень кальция, он ограничивается лишь зоной неизбежного некроза, а клетки, уже приготовившиеся для самоубийства ради спасения себе подобных, остаются живы. Таким образом, иногда удается спасти от гибели хотя бы часть сердечной мышцы.

Механизм апоптоза только начинает изучаться, а фармакологи уже могут предложить свои эффективные лекарственные препараты, способные управлять этим процессом, что не может не радовать.

Нормальный процесс отмирания клеток

Известно, что некоторые типы клеток, отличающиеся высокой степенью дифференцировки, особенно чувствительны к вредным воздействиям внешней среды.

Естественно, что адаптация клеток такого типа в процессе эволюции проявилась в развитии механизма их замещения. Другие типы клеток, например, нейроны, некоторые виды мышечных клеток, напротив, неспособны к регенерации; их утрата сопровождается тяжелыми нарушениями жизнедеятельности всего организма.

Пожалуй, большинство типов клеток не относится ни к одной из упомянутых категорий — ни к быстро обновляющимся клеткам, чувствительным к действию внешней среды, ни к клеткам, длительное существование которых имеет важное значение для жизнедеятельности всего организма. По всей вероятности, эндогенные старческие изменения нетипичны для большинства основных типов делящихся клеток, покрывающих внешние и внутренние поверхности тела, или клеток, участвующих в переносе кислорода и углекислоты из одного участка организма в другой. Процессу отмирания клеток кожи и ее придатков предшествует их кератинизация. Подробное исследование биохимических изменений, сопровождающих кератинизацию, позволяет получить более общее представление о гибели и разрушении клеток. На фото XI показана закономерная последовательность процессов деления, дифференцировки и отмирания клеток в коже.

Пищеварительная система подвергается еще более разнообразным и резким внешним воздействиям, чем кожа. По всей видимости, клетки эпителия пищеварительного тракта подвергаются постоянному и быстрому замещению.

Регенерация свойственна также клеткам лимфатической системы пищеварительного тракта — системы, которая препятствует инвазии патогенных микроорганизмов в кровоток. Значение процесса регенерации клеток для поддержания нормальной функции пищеварительного тракта отчетливо явствует из данных об основных причинах смерти от лучевой болезни, в патогенезе которой главную роль играет подавляющее действие излучения на процесс митоза. Так, главные и наиболее тяжелые синдромы, ведущие к смерти при лучевом поражении, связаны с повреждением сосудистой системы, в частности эндотелия капилляров, подавлением кровотворения и «прорывом» инфекции через кишечный барьер. Не известно, предшествует ли клеточное отмирание слущиванию эпителия пищеварительного тракта или непрерывная пролиферация и слущивание компенсируют друг друга.

Некоторые полагают, что эритроциты человека — своеобразные безъядерные клетки — погибают еще до выхода в кровоток. Эти клетки послужили объектом подробных исследований по влиянию возраста клеток на их физические и биохимические свойства. Опыты с мечеными атомами показали, что средняя продолжительность жизни эритроцитов составляет примерно 120 дней. По истечении этого срока клетка выводится из кровотока и разрушается, причем некоторые из ее компонентов используются новыми поколениями эритроцитов. Опыты по центрифугированию меченых эритроцитов показали, что по мере старения эритроцитов меняется их удельный вес. Маркс и Джонсон установили, что старение эритроцитов сопровождается, кроме того, снижением их осмотической и механической резистентности.

Брок изучала продолжительность жизни эритроцитов и изменение содержания фосфатов у хомяков в период зимней спячки. Хейнекене, Габрио и сотр. исследовали биохимические изменения в эритроцитах in vitro. Их результаты, которые представляют общий интерес для понимания механизма отмирания клеток, можно суммировать следующим образом. Разрушение эритроцитов при хранении нельзя объяснять одним лишь воздействием факторов внешней среды, так как ни изменение условий хранения, ни частота смены среды, в которой взвешены эритроциты, не оказывали выраженного влияния на интенсивность их разрушения. Химический анализ показал, что в процессе хранения постепенно уменьшается содержание аденозинтрифосфата и повышается содержание фосфата, не связанного с аденозином.

Чрезвычайно интересно отметить, что при добавлении к суспензии аденозина скорость разрушения эритроцитов понижалась, причем одновременно происходило выраженное накопление органических соединений фосфора. Аналогичный эффект наблюдался и при добавлении других нуклеозидов; это противоречит гипотезе о том, что аденозин якобы действует лишь как акцептор фосфора.

Дальнейшие исследования показали, что нуклеозид действовал прежде всего как источник легко метаболйзируемого субстрата, который расщепляется нуклеозидфосфорилазой с образованием пурина и рибозо-1-фосфата; последний в свою очередь расщепляется затем по характерному для эритроцита пентозному пути.

До сих пор не проводились систематические исследования степени обновления других типов клеток, наблюдающегося в норме на протяжении жизни того или иного животного. Для этой цели были бы исключительно пригодны опыты с меченым тимидином, однако еще не разработаны безопасные методы проведения соответствующих исследований тканей человека. Весьма плодотворными были бы определения митотического индекса, т. е. доли клеток данной ткани, находящихся в стадии митоза. Подобные цифры обычно получают путем подсчета фигур митоза в данной ткани через несколько часов после введения колхицина (колхицин блокирует митоз на стадии метафазы). Определение митотического индекса для популяции клеток, регенерирующих каждые 5—10 лет (если такие клетки вообще существуют), — дело технически далеко не легкое.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Важнейшие открытия в биологии

Важнейшие открытия в биологии

1. Микроорганизмы (1674)

Антон ван Левенгук

C помощью микроскопа, Антон ван Левенгук, случайно обнаруживает микроорганизмы в капле воды. Его наблюдения заложили основу науки бактериологии и микробиологии.

2. Клеточное ядро (1831)

При изучении орхидеи ботаник Роберт Браун описывает структуру внутри клеток, клетку он называет «ядром».

Карл Везе обнаруживает бактерии без ядра. Многие организмы, классифицированных в новом царстве археи являются -экстремофилы. Некоторые из них живут при очень высоких или низких температурах, другие в очень соленой, кислой или щелочной воде.

4. Клеточное деление (1879)

Вальтер Флемминг осторожно отмечает, что животные клетки делятся этапами, что составляет процесс митоза. Эдуард Страсбургер самостоятельно определяет аналогичный процесс клеточного деления в клетках растений.

Экономические взаимосвязи изучаются наукой – эконометрикой. Как правило, общие глобальные процесс представляют собой глубоко не линейную систему взаимосвязей. Однако по теории больших чисел возможно прогнозирование тренда на основе анализа основных, определяющих факторов.
Программирование позволяет рассчитывать средние значения процессов: онлайн-калькулятор по статистике позволяет это сделать достаточно быстро.

5. Sex Cells (1884)

Август Вейсман определяет, что половые клетки должны быть разделены по-разному, чтобы в итоге получить только половину хромосомного набора. Это особый вид половых клеток называется мейоза. Эксперименты Вейсмана с медузами привели его к выводу, что изменения у потомства возникают в результате объединения вещества от родителей. Он ссылается на это вещество, как “зародышевая плазма”.

6. Дифференцировки клеток (конец 19 века)

Некоторые ученые участвуют в открытии клеточной дифференцировки, что в конечном итоге приводит к выделению эмбриональных стволовых клеток человека. В дифференциации клетки превращается в один из многих типов клеток, составляющих организм, например, легкого, кожи или мышцы.

Некоторые гены активируются, а другие инактивируется, так что клетка развивается структурно для выполнения определенной функции. Клетки, которые еще не дифференцированы и имеют потенциал, чтобы стать любым типом клеток, называются стволовыми клетками.

7. Митохондрии (конец 19 века по настоящее время)

Ученые выяснили, что митохондрии являются электростанцией клетки. Эти небольшие структуры в клетках животных отвечают за обмен веществ и преобразования пищи в клетках, в химические вещества, которые можно использовать. Первоначально считалось, что они являются специализированными бактериями со своей ДНК.

8. Цикл Кребса (1937)

Ханс Кребс определяет этапы состояния клетки, необходимые для преобразования сахара, жиров и белков в энергию. Это так же известно как цикл лимонной кислоты, – это ряд химических реакций с использованием кислорода в составе клеточного дыхания. Цикл вносит свой вклад в распад углеводов, жиров и белков в диоксид углерода и воду.

9. Нейротрансмиссия (конец 19-начало 20 века)

Ученые открыли нейротрансмиттеры – тела, для передачи сигналов от одной нервной клетки к другой через химические вещества или электрические сигналы.

10. Гормоны (1903)

Уильям Бэйлисс и Эрнест Старлинг дают гормоном свое имя и показывают их роль в качестве химических посредников. Они специально описывают секретин, вещество, которое выбрасывается в кровь из двенадцатиперстной кишки (между желудком и тонкой кишкой), оно стимулирует секрецию желудочного сока поджелудочной железы в кишечник.

11. Фотосинтез (1770)

Ян Ингенхоус (Ingenhousz) обнаруживает, что растения реагируют на солнечный свет иначе, чем на тени. Это заложило основу понимания фотосинтеза. Фотосинтез – это процесс, в котором растения, водоросли и некоторые бактерии преобразуют энергию света в химическую энергию. У растений, листья поглощают углекислый газ, а корни всасывают воду. Солнечный свет катализирует реакцию, которая приводит к выработке глюкозы (пищи для растений) и кислорода, который является отходами жизнедеятельности, попадает в окружающую среду. Почти все живое на Земле, в конечном счете, зависит от этого процесса.

12. Экосистема (1935)

Артур Джорж Тенсли

Артур Джордж Тенсли вводит термин экосистема. Экосистемы определяются как динамичное и сложное целое, которые действует как экологический блок.

13. Тропическое биоразнообразие (15-го века по настоящее время)

В экспедициях по всему миру, ранние европейские исследователи сообщали о том, что в тропиках находится гораздо большее разнообразие видов. Ответ на вопрос, почему это так, позволяет ученым сегодня, защитить жизнь на Земле.

Мы собрали 13 самых важных открытий и научных достижений, в которые 3 года назад никто бы не поверил

Ребята, мы вкладываем душу в AdMe.ru. Cпасибо за то,
что открываете эту красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook и ВКонтакте

2017 год еще больше приблизил мир к научно-фантастическому будущему, начиная с регенерации человеческих клеток для выращивания новых органов и заканчивая поиском планеты, пригодной для жизни.

Мы в AdMe.ru составили для вас список из 13 самых важных открытий и научных достижений за последние несколько лет.

1. Победили вирус Эбола

Агентство общественного здоровья Канады совместно с фармацевтической компанией MSD в 2016 году разработали вакцину против вируса Эбола. Всемирная организация здравоохранения считает, что эффективность новой вакцины находится в диапазоне от 75 до 100 %.

Впервые за 40 лет правила игры меняются: сейчас преимущество на стороне человека, а не вируса.

2. Полетели к Плутону

Миссия НАСА «New Horizons» стартовала в 2006 году, когда Плутон еще считался полноценной планетой. В течение 9 лет космический аппарат приближался к далекой планете, и в 2015 году были получены первые цветные снимки Плутона и его спутника Харона.

А больше неизведанных планет в Солнечной системе не осталось.

3. Научились менять нужный участок ДНК

Генные инженеры из Китая и США продолжают эксперименты с методом редактирования генов CRISPR/Cas9, дающим возможность находить нужный участок ДНК и менять его, вырезая или добавляя строки генетического кода. Мы вплотную приблизились к возможности редактировать геном человека.

Это должно помочь в лечении болезней, которые вызывают изменения в генах, а в будущем к появлению «суперлюдей», экспериментирующих со своими генами.

4. Нашли останки древнейших людей

Профессор Ли Бергер в 2013 году организовал экспедицию в пещеру Диналеди и обнаружил около полутора тысяч фрагментов древних скелетов.

После анализа останков древнейших людей, названных Homo naledi, был сделан вывод, что это самые ранние представители рода людей. Они жили 2–3 млн лет назад и являются переходным звеном между обезьянами-австралопитеками и людьми.

5. Напечатали ткань, которая поможет сохранять клетки живыми

Исследователи Института регенеративной медицины Wake Forest разработали методику, которая позволяет печатать ткань, пронизанную микроканалами подобно губке, благодаря чему в ткань нормально проникают питательные вещества. Ранее использование этой технологии осложнялось тем, что клетки крайне сложно сохранить живыми: им не хватает кислорода и питательных веществ.

Это открытие может помочь в восстановлении повреждений нервов, а в будущем люди смогут выращивать целые конечности и внутренние органы.

6. Создали антибиотик против бактерий, устойчивых к большинству существующих лекарств

Исследователи компании NovoBiotics Pharmaceuticals разработали устройство, которое можно опустить в землю и позволить бактериям развиваться в естественной для них среде. Одно из выделенных бактериями веществ оказалось очень эффективно против большинства бактерий, устойчивых ко всем другим антибиотикам, и получило название теиксобактин.

Это вещество повреждает самые важные ферменты, отвечающие за строительство клеточной стенки бактерии. Поэтому любое их изменение смертельно для самой бактерии.

7. Соединили мозги 4 крыс

Нейрофизиологи из Университета Дьюка во главе с Мигелем Николесисом объединили мозги 4 взрослых крыс, причем получившийся «брейнет» (мозговая сеть) решал такие задачи, как обработка изображений, хранение и поиск информации и даже предсказание погоды. Был получен так называемый органический компьютер, производительность которого была выше, чем суммарная производительность каждого отдельно взятого мозга.

Что по этому поводу думали сами крысы, исследователи не сообщают. А ведь интересно, каково это — иметь общий мозг на четверых?

8. Пытались повернуть вспять процесс старения

Группа исследователей из Стэнфордского университета разработала метод, позволяющий удлинять на целую тысячу нуклеотидов человеческие теломеры — концевые участки хромосом.

Чем моложе человек, тем длиннее его теломеры. Со временем они укорачиваются, и вследствие этого организм человека стареет. Замедлить данный процесс можно, ведя здоровый образ жизни, но сотрудники Стэнфорда предложили принципиально иной способ. Они доказали, что можно использовать медицинское вмешательство для увеличения концевых участков хромосом.

9. «Отредактировали» человеческий эмбрион

27 июля в Портленде, штат Орегон, ученые достигли поразительных результатов в технологии генного редактирования. Воспользовавшись CRISPR, они успешно удалили у человеческого эмбриона ген, связанный с сердечными заболеваниями.

Теперь ученые могут применять эту же схему, чтобы вставлять в ДНК новые элементы, удалять или исправлять ее участки. Этот процесс настолько точен, что ученые могут перепробовать миллионы химических комбинаций, чтобы внести в генетический код какое-то конкретное ключевое изменение.

10. Научили искусственный интеллект паркуру

Специалисты подразделения Google по искусственному интеллекту DeepMind опубликовали статью, иллюстрирующую, как они обучают искусственный интеллект адаптироваться к изменчивой внешней среде. Три «агента» системы — безголовое тело, «муравей» с 4 ногами и 3-мерная фигура человека — методом проб и ошибок научились паркуру в виртуальном пространстве.

Этот метод может помочь технологиям искусственного интеллекта достичь более гибкого и естественного поведения и научить их приспосабливаться к изменениям.

11. Приняли важное решение охладить планету

С 1980 года по 2020-й температура на поверхности планеты увеличивается на 0,25 °C каждое десятилетие. Согласно пессимистичному сценарию ООН, за ближайшие 100 лет планета нагреется еще на 2,6–4,8 °C. Таяние ледников приведет к повышению уровня моря и затоплению побережий, будут случаться засухи и глобальные катаклизмы.

Осознавая масштаб возможной экологической катастрофы, страны — участницы ООН приняли новое климатическое соглашение — Парижское. В его рамках участники обязуются постепенно перейти к безуглеродной экономике, бережно расходовать энергию и внедрять экологически безопасные технологии.

12. Создали искусственную матку

26 апреля врачи Детской больницы Филадельфии сумели сымитировать женскую матку, для того чтобы спасти преждевременно рожденного ягненка. Это устройство должно в будущем предотвращать смертность и болезни у недоношенных детей младше 37 недель.

Тем не менее созданное устройство пока нельзя использовать для спасения жизни недоношенных детей по той причине, что оно на данном этапе имитирует не все аспекты работы матки и плаценты, питающей и поддерживающей работу организма зародыша.

13. Нашли планету, на которой можно жить

Ученые из Европейской организации астрономических исследований нашли одну из возможных планет для внеземной жизни — LHS 1140b. Она была обнаружена в обитаемой зоне тусклой звезды в 40 световых годах от Земли.

Планета вращается вокруг красного карлика и, по предварительным версиям, имеет все необходимые функции для поддержания жизни.У нее скалистый ландшафт, и она может удерживать воду в жидком состоянии, а возможно, имеет атмосферу и жизнь на своей поверхности.

Завершается еще один год на нашем пути в новое неизведанное будущее. Главный мотор этого движения — наука, и мы искренне надеемся, что она приведет нас к еще более удивительным открытиям и достижениям.