معلومة

كيف أصبحت أنشطة الخلايا الأولية قابلة للوراثة؟

كيف أصبحت أنشطة الخلايا الأولية قابلة للوراثة؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

لقد تعلمت أنه في البداية ظهرت الخلية الأولية وأن خصائصها تنتقل عن طريق المادة الوراثية. إذن ، كيف يتم دمج الجينات لجميع الأنشطة في المادة الوراثية؟ هل جاءت المادة الجينية في المقام الأول وأن التتابعات العشوائية صنعت بروتينات عشوائية استخدمت في تكوين الخلايا؟


حسنًا ... هذا سؤال صعب (شيء أزعجني لسنوات وما زلت أفعل ذلك). لا أوافق تمامًا على أن إمكانات التكرار جاءت أولاً. هذا مجرد رأيي مبني على بعض الاستدلالات وليس لدي أي مرجع حقًا.

إذا قارنت بين نوكليوتيد وبروتين ، فإن احتمال تكوين البروتين يكون أعلى بكثير للأسباب التالية: -

  1. الأحماض الأمينية هي جزيئات أبسط وأبسطها ظهر في تجربة Urey-Miller الشهيرة. من ناحية أخرى ، فإن النيوكليوتيدات أكثر تعقيدًا
  2. يعد تكوين رابطة الببتيد / الأميد ظاهرة معروفة حتى في الكيمياء غير البيولوجية بينما لا يمكن تسمية استرات الفوسبوريك بالمركبات الشائعة.

في رأيي ، تطورت الوظيفة أولاً ثم بعد ذلك تدوينها. في البداية لا بد أن يكون الانقسام الخلوي مثل انخفاض كبير ينقسم إلى قسمين. أود أن أختلف عن mgkrebbs في هذا الشأن. الدهون عبارة عن جزيئات بسيطة ويمكنها تكوين مقصورات بشكل تلقائي مثل متفرقات بناءً على مبادئ بسيطة للديناميكا الحرارية. إذا كانت المنوعات ضخمة فيمكنها الانقسام.

ما زلت لا أستطيع أن أفهم ما إذا كانت مادة كيميائية التكاثر التي جاءت بقبضة أو استدامة تفاعلات كيميائية متعددة الأنواع. أميل إلى تصديق الثانية بثقة أكبر نسبيًا.

يتم تبرير فرضية العالم RNA الشائعة من خلال ملاحظات معينة وتتناسب بشكل جيد مع المخطط الدارويني للبيولوجيا الذي اعتدنا على الإيمان به طوال الوقت. لكنها لا تجيب على المنظور الديناميكي الحراري المذكور سابقًا. كما أنني أخفق في فهم سبب قيام الحمض النووي الريبي القديم بتشفير البروتين. ما هي الميزة التي ستتمتع بها لتشفير البروتين في المقام الأول. لذا في الختام ، ليس لدي شك في أن البروتينات جاءت أولاً. تم توفير الحساء الأولي والوظائف الأساسية من قبلهم. ثم تطورت النيوكليوتيدات بشكل متوازٍ وأصبحت محفزات لتخليق البروتين. لذا جاءت المواد المتفاعلة قبل المحفزات وحصل المحفز الأفضل المحدد.

أكرر مرة أخرى أن هذا هو مجرد رأيي الذي قد تفكر في التفكير فيه جنبًا إلى جنب مع الإجابات التي قدمها الآخرون.


يُعتقد أن التسلسل هو عكس ذلك الذي تتضمنه صياغة السؤال: جاء وراثة الهياكل الداعمة للوراثة قبل الخلايا الأولية. النقطة المهمة هي أنك بحاجة إلى نظام تكاثر قبل بناء هياكل أكثر تعقيدًا (مثل الخلية). بدون التكاثر (التكاثر) ، ستكون الخلية أكثر بقليل من فقاعة صابون ، وستختفي بدون أثر قبل فترة طويلة.

يُعتقد أن الشكل الأولي (أو المبكر جدًا) للنسخ يعتمد على شكل بسيط من الحمض النووي الريبي. والسبب في ذلك هو أن (1) الحمض النووي الريبي يقوم بتشفير المعلومات الجينية بطريقة قابلة للتكرار ، و (2) يمكن أن يتخذ الحمض النووي الريبي أشكالًا وهياكل كيميائية تعمل كإنزيم (يسمى الريبوزيم) يحفز التفاعلات الكيميائية. الفرضية هي أن جزيء الحمض النووي الريبي شكل ذلك التجميع المحفز لنسخ سلاسل الحمض النووي الريبي ، بما في ذلك نفسه.

بعد إنشاء مثل هذا النسخ المتماثل ، ربما تطور نوع من الغلاف مثل غشاء الخلية لاحتواء المواد الكيميائية ، مما يجعل التفاعلات أكثر كفاءة. بعد (أو ربما قبل) هذا ، تطور RNA الذي يحفز تجميع جزيئات بسيطة شبيهة بالبروتين تم ترميز تسلسلها بواسطة تسلسلات RNA ، مما أدى إلى آلية خلوية قائمة على البروتين. لا تزال هذه الآلية واضحة في الحياة اليوم في ذلك التجمع البروتيني الذي يستخدم تجميع جزيء قائم على الريبوزيم (الريبوسوم) لترجمة الرنا المرسال إلى بروتينات.


النظرية العامة أن الحمض النووي الريبي جاء أولاً ، ثم الحمض النووي. كلاهما قادر على التكاثر مع تغييرات بسيطة في درجة الحرارة (انظر تفاعل البلمرة المتسلسل). لذلك إذا تخيلنا عالماً به النيوكليوتيدات يصنع الحمض النووي الريبي ، فإن الفكرة هي بقاء أصلح الحمض النووي الريبي. على سبيل المثال ، كان الحمض النووي الريبي (RNA) الذي كان له أيضًا نشاطًا أنزيميًا "أكثر ملاءمة" من الحمض النووي الريبي الذي لم يكن كذلك. ثم انتقل إلى أسفل الخط حيث كان الحمض النووي الريبي (RNA) الذي صنع بروتينًا معينًا أكثر "ملاءمة" ، وبالتالي زاد تركيزه. استمر في السير على الخط مع استمرار هذا ، كل ما كان مواتياً في البيئة المحيطة زاد حتى نحصل على ما لدينا اليوم.

بالطبع هذا محل خلاف على نطاق واسع.


أعطى كل من AndroidPenguin و mgkrebbs إجابات ممتازة على هذا. يوجد حاليًا العديد من الأفكار حول الحياة الأولى على الأرض. البيانات الخاصة بهذه الأساليب غير مجدية إلى حد كبير لأنه يمكننا أن نجادل في ما هو الأكثر احتمالًا وما يمكن تصميمه في المختبر ، لكن لا يمكننا (حتى الآن) البحث عن أي بقايا أحفورية للجزيئات لمعرفة ما حدث بالفعل. واحدة من أكثر الفرضيات إرضاءًا هي أن الخلايا الأولية والجزيئات ذاتية التكاثر (مثل الحمض النووي الريبي) ربما نشأت بشكل مستقل ، ولكن في نفس الموقع. إذا وجد الجزيء المتكاثر ذاتيًا طريقة للاختباء في الخلية الأولية ، فقد تكون هذه بداية لشيء مثل ما نسميه الحياة. حديث جيد حول هذا الموضوع هو حديث TED لمارتن هانزيك.


تطور الارتباط وتوسع الجينوم في الخلايا الأولية: أصل الكروموسومات

الانتماءات معهد التطور ، مركز البحوث البيئية ، تيهاني ، المجر ، قسم النظاميات النباتية ، علم البيئة وعلم الأحياء النظري ، جامعة Eötvös Loránd ، بودابست ، المجر ، مركز الأسس المفاهيمية للعلوم ، مؤسسة بارمينيدس ، بولاش / ميونيخ ، ألمانيا

الأدوار تنظيم البيانات والبرمجيات والكتابة - المسودة الأصلية

معهد الانتساب للتطور ، مركز البحوث البيئية ، تيهاني ، المجر

تصور الأدوار ، اكتساب التمويل ، الإشراف ، التحقق من الصحة ، الكتابة - المسودة الأصلية ، الكتابة - المراجعة والتحرير

الانتماءات معهد التطور ، مركز البحوث البيئية ، تيهاني ، المجر ، قسم النظاميات النباتية ، علم البيئة وعلم الأحياء النظري ، جامعة Eötvös Loránd ، بودابست ، المجر ، مركز الأسس المفاهيمية للعلوم ، مؤسسة بارمينيدس ، بولاش / ميونيخ ، ألمانيا

تصور الأدوار ، اكتساب التمويل ، التحقيق ، المنهجية ، التحقق من الصحة ، التصور ، الكتابة - المسودة الأصلية ، الكتابة - المراجعة والتحرير

الانتماءات معهد التطور ، مركز البحوث البيئية ، تيهاني ، المجر ، Grup de Genòmica ، Bioinformàtica i Biologia Evolutiva (GGBE) ، Departament de Genètica i de Microbiologia ، Universitat Autonòma de Barcelona ، Bellaterra ، برشلونة ، إسبانيا


الملخص

الخلايا الأولية هي أنظمة فوق جزيئية شائعة الاستخدام في العديد من التطبيقات ، مثل تكوين أنظمة ذاتية التطور ، في كيمياء الأنظمة والبيولوجيا التركيبية. تقلد أنواع معينة من الخلايا الأولية مقصورات ما قبل الحيوية المعقولة ، مثل الحويصلات العملاقة ، التي تتشكل مع ترطيب الأغشية الرقيقة من البرمائيات. يمكن دراسة هذه التركيبات لمعالجة ظهور الحياة من شبكة كيميائية غير حية. إنها أدوات مفيدة لأنها توفر إمكانية فهم الآليات الكامنة وراء أي نظام خلوي حي: تكوينه ، والتمثيل الغذائي له ، وتكاثره وتطوره. تسمح الخلايا الأولية بالتحقيق في أوجه التآزر التي تحدث في شبكة من المركبات الكيميائية. يمكن أن يفسر هذا التعاون الانتقال بين الأنظمة الكيميائية (غير الحية) والبيولوجية (الحية) بسبب اكتشافات الخصائص الناشئة. الهدف من هذه المراجعة هو تقديم نظرة عامة على المفهوم ذي الصلة في أبحاث الخلايا الأولية البريبايوتيكية.


نتائج ومناقشة

الشكل 1. نظرة عامة تخطيطية لسير العمل. (أ) يتم تغليف آلات ترجمة النسخ في قطرات مستحلب مزدوجة أحادية الانتشار ، والتي تخضع لنزع نقي جزئي. (35) شريط مقياس 200 ميكرومتر. (ب) صور Brightfield و fluorescence للجسيمات الشحمية المنحلة جزئيًا ، المزدحمة إلى حد مختلف بسبب الانكماش التناضحي. تم تركيب قسم من صور المجال الساطع بصور ملونة زائفة لإبراز الجسيمات الشحمية (باللون الأخضر) وقطرة الزيت المرفقة (باللون الأزرق). يتم الإشارة إلى القطر وتركيز المحللة ، جنبًا إلى جنب مع الجسيم الشحمي الدائري. شريط مقياس 50 ميكرومتر.


هذا هو الشكل الحلقي للريبوز و deoxyribose المستخدم في وحدات النيوكليوتيدات. وحدات OH في هذه الجزيئات لها وظيفة معينة. هذه فو.

يقع الجين المتشعب في الكروموسوم 1. وهي طفرة متنحية مرتبطة بالجنس. على الرغم من أن بيانات المراقبة لدينا زودتنا بالنتائج الضرورية.

1. باستخدام صور الأشعة السينية لروزاليند فرانكلين ، أعاد جيمس وفرانسيس تطوير نموذج Watson - Crick الذي يوضح أن جزيء الحمض النووي يشكل حلزونًا مزدوجًا. للحصول على.

يستخدم العلماء مفهوم الفسيفساء لإثبات أن أسلاف الجزيئات كانت موجودة على الأرجح في كائن حي مختلف في أوقات مختلفة. الانجراف الجيني هو أحد المشاكل الرئيسية.

الانتقاء الطبيعي بطريقة ما يقضي على الصفات الأقل تفضيلاً. إنها تتقن جينات السكان بحيث يمكن لبعض الأنواع أن تتكيف مع البيئة المحيطة.

لبناء الحلزون المزدوج للحمض النووي ، تتشكل الروابط الهيدروجينية بين قاعدتين نيتروجينيتين مكملتين. تتكون هذه الروابط فقط بين الأدينين والثايمين وبينهما.

هناك أيضًا احتمال بنسبة 90٪ أن نفس منتجات مستحضرات التجميل / العناية بالبشرة فشلت في الاختبار الأول بسبب المواد الكيميائية القاسية. 92٪ فقط من اختبارات سلامة الحيوانات.

نصت قواعده على أنه من بين القواعد الأربعة للحمض النووي ، ظهر الأدينين (A) والثايمين (T) دائمًا بنسب واحد إلى واحد كما فعل الجوانين (G) والسيتوزين (C). اثنان آخر.

اكتشاف الحمض النووي وتحديده على أنه مادة وراثية 2. تحقيقات Phoebus Levene حول بنية الحمض النووي 3. تطوير Erwin C.

بناء الحمض النووي ، والحمض النووي الريبي ، والبروتين عن طريق نماذج البناء مقدمة تصنع الأحماض النووية من النيوكليوتيدات. عندما تشكل هذه الأحماض النووية متواليات فإنها ج.


الهندسة المعمارية "من أسفل إلى أعلى" "بروتوسيل"

يركز فرع الخلية الأولية للبيولوجيا التركيبية على أسئلة مختلفة جدًا عن تلك التي تركز عليها هندسة synbio. تتعلق هذه بتعريف الحياة كما تتكون من معايير يتفق عليها العلماء بشكل أو بآخر (الشكل 6.4). يستخدم مخطط الكتاب المدرسي هذا دائرة تشبه الخلية لتأطير "الوظائف التشغيلية للأنظمة الحية" ، والتي يتم فصلها إلى ثلاثة مستطيلات منفصلة بصفات نظامية مختلفة. [46] وهذا يجعل النظام يبدو بسيطًا نسبيًا ، ومع ذلك يحتوي كل من المستطيلات الثلاثة على بعض الخصائص المختلفة ، مما يسمح بإدراك أو تفسير الضروريات "الثلاثة" مع اختزال أكبر أو أقل. يستخدم علماء مختلفون في الواقع معايير مختلفة للوصول إلى جوهر الحياة. يعرّف البعض الحياة باستخدام مفهوم عالما الأحياء هامبرتو ماتورانا وفرانشيسكو فاريلا "autopoeisis" ، والذي يركز على الحياة الخلوية. [47] الخلايا عبارة عن أنظمة مشتتة تمتلك غشاءًا ، وهو حد شبه قابل للنفاذ يفصل بينهما ويسمح باتصال انتقائي ببيئتهما. ضمن هذه الحدود ، تجدد الخلية كل ما تحتاجه للعيش من خلال الاعتماد على مواد من بيئتها. [48] ​​يصف الكيميائي وعالم الأحياء التركيبية بيير لويجي لويزي الحياة بمصطلحات تكنوقراطية إلى حد ما على أنها "مصنع يصنع نفسه من الداخل". وهو يرى أنه "يمكن القول بأن النظام يعيش عندما يتم تحديده من خلال حد كيميائي شبه قابل للنفاذ يشمل شبكة تفاعل قادرة على الصيانة الذاتية من خلال عملية التوليد الذاتي لمكونات النظام من الداخل." [49]

الشكل 6.4. رسم تخطيطي يوضح وظائف الحياة ، من الخلايا الأولية: تجسير الأمور غير الحية والحيوية ، إد. Steen Rasmussen، Mark Bedau، Liaohai Chen، David Deamer، David Krakauer، Norman Packard، and Peter Stadler (Cambridge، Mass: MIT Press، 2009)، xiv. وفقًا لمفهوم "chemoton" لـ Tibor Gánti ، يستلزم الحد الأدنى من معايير الحياة "نظامًا كيميائيًا فائقًا" يتكون من "شبكة التمثيل الغذائي" (التمثيل الغذائي) ، و "تكرار القوالب" (الجينات) ، و "نظام الحدود" (الحاوية).

بدلاً من التكوين الذاتي ، يستخدم آخرون مفهوم "chemoton" الذي اقترحه تيبور جاني لأول مرة: "نظام الحد الأدنى من الكائنات الحية هو نظام كيميائي فائق يتكون من ثلاثة أنظمة: شبكة التمثيل الغذائي ، وتكرار القالب ، ونظام الحدود" ، حيث تكون جميع الأنظمة الثلاثة "تحفيزًا تلقائيًا" . " يتم توضيح هذه في المثلث الداخلي للمخطط كمكونات الخلية الأولية. [50] بالتناوب ، اقترح فرانك هارولد ، عالم الأحياء الخلوي ، أن "الهندسة المعمارية هي ما يميز الخلية الحية في النهاية عن حساء المواد الكيميائية التي تتكون منها" "كيف تولد الخلايا وتحافظ عليها وتتكاثر تنظيمها المكاني هو أمر أساسي لأي فهم الحالة الحية ". [51] يضيف آخرون إلى هذه المعايير الحاجة إلى المواد الجينية (DNA أو RNA) والتوازن. [52] أخيرًا ، تم تعريف الخلايا الأولية "بطرق مختلفة ، بدءًا من التمثيل المعقول لسلائف افتراضية إلى الخلية البيولوجية الأولى ، إلى وصف كيان شبيه بالخلية الاصطناعية يحتوي على مكونات غير ذات صلة بيولوجيًا." [53] هذا الأخير هو هدف بعض علماء الأحياء الاصطناعية الذين يهدفون إلى تصنيع خلايا صغيرة جديدة من نقطة الصفر إما من أجل عدم استخدام الكائنات الحية الحالية كآلات تكنولوجية أو لتصميم الحد الأدنى من الكائنات الحية بشكل أكثر فاعلية لتحقيق نتيجة منتج معينة ، دون أي " الأشياء الإضافية التي قد يوفرها التطور على طول الطريق. [54] خطوة مماثلة ، في هذه الحالة لإنشاء نظام معلومات وراثي جديد (XNA) يمكن استخدامه كبديل للحمض النووي A و C و T و Gs حتى لا يتدخل في تطور الكائنات الحية مع الحمض النووي ، تم إنشاؤه مؤخرًا في جامعة كامبريدج بواسطة فيليب هولينجر وجيسون تشين وآخرين. [55]

الجانب الأكثر وضوحًا لهذه الخصائص واضح في الخلايا الأولية التي تم إنشاؤها في المختبرات هو الغشاء المحيط بالحويصلة (اللوحات 2 و 14). نظرًا لأن هذا الغشاء هو ما يعزل السائل والمواد الكيميائية الموجودة بداخله عن السائل بالخارج ، فهو أساسي لإنشاء خلية أولية. ومع ذلك ، في نظريات التطور ، يُعتقد أن البحر البدائي احتوى على مجاميع كيميائية فوق الجزيئية قبل انضمامها معًا لتشكيل خلية. على سبيل المثال ، تشتمل أغشية الخلايا على طبقة ثنائية من الدهون تتكون من أحماض دهنية "مع سلسلة خطية طويلة بما فيه الكفاية كارهة للماء ،" فوسفات وغليسيرول ، لذلك ، من أجل تكوين غشاء ، يجب أن تكون هذه المكونات موجودة بالفعل. [56] ليس من السهل ، بالمناسبة ، تنظير العمليات التي ظهرت من خلالها جميع المكونات الكيميائية المختلفة إلى الوجود في المقام الأول. [57] على الرغم من أن البحر البدائي ربما احتوى على مجاميع كيميائية فوق الجزيئية مثل الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي قبل تكوين الخلية الأولى ، في إنشاء الخلايا الأولية الأولية اليوم هذه المادة - مصدر "تكاثر القالب" أو الوراثة أو " الجينات "—لا يتم تضمينها دائمًا. وذلك لأن الخلايا تحتوي على العديد من الأجزاء المهمة التي يجب أن "تتجمع ذاتيًا" أيضًا بحيث يركز البحث في تكوين الخلايا الأولية على فهم كل جانب من هذه الجوانب المختلفة. على سبيل المثال ، لا تحتوي الخلايا الأولية الأولية التي أنشأها Armstrong و Beesley على أي مادة وراثية — على الأقل ، لم يتم ذكر ذلك في المنشورات التي تصفها. بدلاً من ذلك ، فهي عبارة عن حويصلات أو تركيبات كيميائية تعرض تفاعلات كيميائية بدون حتى السمات الأساسية الثلاثة المطلوبة للحياة ، على النحو المحدد في مفهوم Gánti's chemoton أو من خلال مخطط الكتاب المدرسي (الشكل 6.4).

يتعاون Armstrong مع بعض الباحثين المشهورين في الخلايا الأولية في المركز الأوروبي للتكنولوجيا الحية وفي مركز تكنولوجيا الحياة الأساسية (FLinT) في Odense بجامعة جنوب الدنمارك. في عام 2011 ، عندما قامت هي ونيل سبيلر بتحرير عدد من ميلادي، بعنوان "Protocell Architecture" ، كانت مساعدة بحثية زائرة في FLinT ، حيث يعمل كل من Martin Hanczyc و Steen Rasmussen و Mark Bedau. Rasmussen أيضًا تابع للمركز في البندقية ، جنبًا إلى جنب مع نورمان باكارد ، وكلاهما مرتبط أيضًا بمعهد سانتا في. قام هؤلاء العلماء معًا بتحرير الكتاب المدرسي الأساسي عن الخلايا الأولية ، الخلايا الأولية: تجسير الأمور غير الحية والحيوية (2009) ، وألف العديد من المقالات ، بما في ذلك "التكنولوجيا الحية: استغلال مبادئ الحياة في التكنولوجيا" (2010). [58] كما نشر هانزيك مقالاً في مجلة Armstrong and Spiller's Protocell Architecture (2011). [59]

غالبًا ما يستخدم آرمسترونج وهؤلاء الباحثون الكلمات "الحية" أو "التكنولوجيا الحية" لوصف الخلايا الأولية ، والتي يصفونها بأنها تتمتع بصفات واقعية مثل "القوة والتكيف والإصلاح الذاتي والتحسين الذاتي والاستقلالية والذكاء و قابل للتطور ". [60] كتبوا: "نحن نعتبر التكنولوجيا حية إذا كانت قوية ومفيدة على وجه التحديد لأنها تمتلك الخصائص الأساسية للأنظمة الحية" ، بما في ذلك خصائص مثل القدرة على صيانة وإصلاح نفسها ، والعمل بشكل مستقل من تلقاء نفسها الاهتمامات ، للتكاثر ، والتطور بشكل تكيفي من تلقاء نفسها ". [61] ويتوقعون أنه "نظرًا لأن تقنياتنا تجسد بشكل متزايد مثل هذه الخصائص الأساسية للأنظمة الحية ، فإنها ستصبح على نحو متزايد قوية وطبيعية ومستدامة" ، على الرغم من عدم دعم سبب اعتقادهم بأن الأخيرين صحيحين. [62] يذكرون أنه في الماضي ، استخدم البشر الثيران والخيول كمصادر للقوة للقيام بالعمل ، على الرغم من اختراع محرك الاحتراق الداخلي وبداية عصر الكربون ، تم استبدال الحيوانات بالآلات. [63] "في الثورة التكنولوجية القادمة ، ستصبح الأنظمة التكنولوجية نفسها على قيد الحياة أو أكثر واقعية جدًا" ، كما يؤكدون ، "مما يمنح مزايا الحياة على النطاق الأوسع للابتكار المادي والتقني". [64]

على عكس أرمسترونغ ، في منشوراته الخاصة ، استخدم بيزلي بحذر مصطلح "قريب من الحياة" للإشارة إلى صفات الحياة الاصطناعية في الأرض هيلوزويك ، تم إنشاؤه بالتعاون مع Armstrong ، بالإضافة إلى تلك الصفات الموجودة في العديد من منشآته الأخرى سريعة الاستجابة والتفاعلية. [65] على الرغم من أن شركته المعمارية تحمل اسم Living Architecture ، إلا أن كتاباته توضح تمامًا أن بحثه يربط مجالات الهندسة المعمارية بشكل فضفاض والحياة الاصطناعية "الصعبة" ، والتي تستكشف "التطبيقات المادية والمادية لأنظمة نابضة بالحياة" مثل تلك المستخدمة في الروبوتات.[66] يستخدم بيزلي تقنيات التصميم التوليدي لإنشاء بيئات رائعة مصنوعة من عشرات الآلاف من قطع الأكريليك المقطوعة بالليزر والمتصلة بالشبكات والأغشية والشبكات والمعلقة من الأسقف حتى يتمكن المشاهدون من المشي تحتها وعبرها. تحتوي الأعمال على ما يمكن تسميته بالملاحق والفروع والسعف والريش المضمنة بمعالجات دقيقة وأجهزة استشعار ومشغلات خفيفة الوزن متصلة بنظام اتصال وتحكم موزع. يعملان معًا بشكل حركي ، ويتحركان ببطء استجابةً لوجود وحركة الأشخاص في الغرفة أو العوامل الأخرى التي تم تصميمهم لاستشعارها. [67] غالبًا ما تثير أعماله ردود فعل عاطفية وعاطفية في المشاهدين حتى بدون إضافة قوارير "الخلايا الأولية" عند وجودها ، فإنها تضيف طبقة أخرى - طبقة "رطبة" - إلى الحياة الاصطناعية لعمله.

في تقديم مفهومها عن فينيسيا المستقبل نقلت أرمسترونغ مفهومها ليس فقط من خلال قوارير "الخلية الأولية" في الأرض هيلوزويك ولكن أيضًا من خلال المحادثات المصحوبة بالتصورات ، والصور الثابتة والفيديو ، التي أنشأها كريستيان كريجان ، فنان مقيم في متحف فيكتوريا وألبرت في حوالي عام 2010 عندما كان أرمسترونج وهانكزيك يناقشان أبحاث الخلايا الأولية. [68] يصف ارمسترونج وآخرون الخليط الذي ينتج خلايا أولية ، كما يتضح من القوارير الموجودة في الأرض هيلوزويك ، على أنها "تذكرنا بصلصة السلطة". [69] إذا تم إلقاء كميات كبيرة من هذا في البحيرة ، فقد يقلق الكثير من الناس بشأن التأثيرات المكافئة لانسكاب النفط الذي يلحق الضرر بالبيئة المحلية. تؤكد أرمسترونغ أن "الخلايا الأولية" تتشكل عند السطح الفاصل بين الزيت والمياه الغنية بالمعادن ، لكنها لا تناقش حقيقة أن البحيرة عبارة عن مياه مفتوحة وليست وعاء زجاجي يتم التحكم فيه علميًا. من المؤكد أن التيارات أو الاختلافات في التركيب الكيميائي المناسب ستعيق هذا التكوين المتوقع ، حتى لو كانت "الخلايا الأولية" "مبرمجة كيميائيًا" للابتعاد عن الضوء (الشكل 6.2). [70] في الواقع ، يصور عدد من عروض Kerrigan في الواقع عكس ما يدعي Armstrong أنه سيحدث (الشكلان 6.5 و 6.6). تظهر القنوات والبحيرات مليئة بالتكوينات الصخرية. بدلاً من عدم استخدام صوره أو معالجة نقدهم لرؤيتها بشكل صريح ، تنشرها آرمسترونغ دون أي تلميح من الاعتراف. [71] هل استراتيجيتها مشابهة لاستراتيجيتها ماتياس هولويتش ومارك كوشنر ، الذي تصميم إيكونيك يمكن أيضًا أن تقرأ بطريقتين ، مباشرة ومهزلة ، أم أن عملها يُقصد به أن يكون "تصميمًا للمناقشة"؟ هل التسرب النفطي في بحيرة ما يعادل استخدامهم لـ kudzu ، حيث أن كلاهما شكل من أشكال الدمار البيئي الذي تسبب فيه الإنسان والذي يتم تخيله الآن لتشكيل البنية التحتية الأساسية لحضارة "مستدامة" جديدة؟

تخيل أرمسترونغ وآخرون ممن يتبعون قيادتها أن "الخلايا الأولية" يمكن أن تشكل معمارية ثورية مستدامة. يؤكد بول بريسنر ، أستاذ الهندسة المعمارية بجامعة إلينوي في شيكاغو ، "يستغرق الأمر بضع لحظات فقط للاستمتاع بالإمكانيات الرائعة تمامًا التي توفرها الخلايا الأولية للعالم ، على سبيل المثال ، تعد أشكال الحياة الحقيقية والقابلة للتشكيل هذه بأن تزرعنا الحجر الجيري بشكل أسرع من الحجر الجيري. بدءًا من الزيت والماء وقليل من الأشياء الأخرى ، يشرح ، "يشير التكلس الناتج إلى وجود بقايا مادية ليست مقبولة فحسب ، ولكنها مفيدة أيضًا ، مما يمنحنا بشكل أساسي القدرة (على عكس نباتنا الجديد ، نبات شيا Pet) لتنمية محيطنا - على الرغم من أنه بدلاً من الأغنام أو رؤوس الشعر ، يمكننا التفكير في تنمية مبانينا. اشترِ بعض الأراضي ، واخلط بعض تتبيلة السلطة ، واجلس لبضعة عقود ، ثم انتقل إلى المكان الصحيح. " [72] يعتقد أرمسترونغ أن "المواد الأيضية ستؤدي في النهاية إلى ظهور مجموعة جديدة كاملة من الأشكال المعمارية التي يمكن أن تمثل المعادل المعماري للانفجار الكمبري ، عندما وفقًا للأدلة الأحفورية ، ظهرت معظم المجموعات الرئيسية من الحيوانات المعقدة فجأة على الأرض منذ حوالي 530 مليون سنة ". [73] سلكي يكتب كاتب المجلة بروس ستيرلنج ، "أنا أستمتع حقًا بهذه الطريقة الخطابية التي يتحدث بها الدكتور أرمسترونج عن الهندسة المعمارية بينما يقول بعضًا من أغرب الأشياء التي يمكن تخيلها." [74] المتعة شيء واحد مع أخذ هذه الرؤية على محمل الجد أمر مختلف تمامًا. يسمي Preissner بنية الخلية الأولية "رائعة تمامًا" وتستخدم عبارة "يجب أن تؤخذ في الاعتبار" ، مما يعني السذاجة. هل من المفترض أن نجد هذه الرؤى ذات مصداقية؟

الشكل 6.5. فينيسيا المستقبل مشروع ، أسس دعم الشعاب المرجانية ، رسم بالكمبيوتر بواسطة كريستيان كيريجان ، 2009. حتى القنوات بين المباني التاريخية تمتلئ بإفرازات كربونات الكالسيوم الأولية ، مما يهدد أنشطة الجندول السياحية.

الشكل 6.6. فينيسيا المستقبل مشروع بحيرة البندقية المستقبلية ، رسم بالكمبيوتر بواسطة كريستيان كيريجان ، 2009. هنا ، يبدو أن الخلايا الأولية التي تمت "برمجتها" كيميائيًا للابتعاد عن الضوء إلى الظل (الشكل 6.2) قد ضلت طريقها ، مما أدى إلى ترسيب إفرازات كربونات الكالسيوم الصغيرة في مثل هذه الأحجام الكبيرة لتبدأ في ملء بحيرة البندقية.

على سبيل المثال ، يبدو أن أرمسترونغ ينسى ، لكنه يتذكر بعد ذلك ، أن البشر لا يزدهرون في العيش في البيئات المائية ، أو ربما نسيت فقط أن الهندسة المعمارية كنظام كان ويقصد به الاحتلال البشري. من خلال منشوراتها المختلفة ، تتنبأ بمدن "الخلايا الأولية" في المستقبل باعتبارها الهندسة المعمارية المستدامة الجديدة ، والمجهزة بـ "مبادئ الظهور ، وتقنيات البناء من أسفل إلى أعلى ، والتجميع الذاتي" ، وإن كان ذلك بالضرورة في بيئة رطبة. [75] على عكس "النهج المعماري التقليدي لمواجهة تحديات البيئات المعادية" من خلال إنشاء "الحاجز الأكثر فعالية بين الطبيعة والنشاط البشري ، باستخدام مواد متينة وخاملة" ، فإنها تفضل الطرق التي "الطحالب والمحار ، والبكتيريا تطالب بعملية بناء "داخل التضاريس الوعرة على حافة الممرات المائية من خلال" تجميع المواد المحيطة بها وإفرازها وإعادة تشكيلها ونحتها لإنشاء بيئات دقيقة مصممة خصيصًا ". وتقول إن العمارة البشرية "عملت بشكل فعال بما فيه الكفاية من أجل التنمية البشرية" في الماضي ، "ولكن على مقياس زمني تطوري ، فإنه ليس كيف تستمر الهياكل الأكثر مرونة." [76]

نادرًا ما يعترف Armstrong بالحاجة إلى ظروف رطبة مستمرة لعمل الخلية الأولية باعتبارها "قيودًا على التصميم" تتطلب حل "استكشاف الأخطاء وإصلاحها". لإزالة "وسيط" الخلية الأولي الضروري للمياه من الفضاء الذي يُفترض أن البشر يشغله ، تقترح في بعض الأحيان "التصميم الإبداعي لأنظمة إزالة المياه" التي لا تزال تسمح "بتغذية" "المواد الحاسوبية" ، والتي تقصد بها "الخلايا الأولية" ، التي تشير إلى مصطلحات علم التعقيد "الحوسبة الطبيعية". يمكن أن يستخدم أحد هذه الأنظمة الصخور المسامية لتوفير صلابة هيكلية للمبنى أثناء العمل كمصدر للمياه "لأجهزة الكمبيوتر الكيميائية". [77] قد يتسبب هذا في التساؤل عن سبب ضرورة الخلايا الأولية على الإطلاق ، إذا كان هناك هيكل حجري موجود بالفعل - ففي النهاية ، يستمر الحجر لفترة طويلة جدًا. قد يرد أرمسترونغ على هذا بأن "الخلايا الأولية" تقدم "بنية ذاتية الإصلاح". نظرًا لأنها تفرز كربونات الكالسيوم - ما يشير إليه بريسنر بالحجر الجيري - فمن المفترض أنه إذا بدأ الحجر المسامي في التآكل ، ربما بسبب حركة الماء المستمرة داخله ، يمكن للخلايا الأولية تقويته. [78] ولكن بدون إضافة الماء ، من غير المرجح أن يتآكل الحجر.

لا يزال الغموض حول ما إذا كان يتم تخيل بنية "الخلية الأولية" في الواقع على أنها هيكلية بدلاً من مجرد سطح "إصلاح ذاتيًا" في أمثلة أخرى. ضع في اعتبارك ، على سبيل المثال ، مساهمة ليزا إيواموتو في ميلادي قضية حول بنية الخلية الأولية ، والتي عنوانها - "المصفوفة الديناميكية: الخلايا الأولية كبنية ديناميكية" - تشير إلى أن "الخلايا الأولية" تخلق بنية ، وإن كانت ديناميكية. [79] (هذا يثير سؤالًا آخر مثيرًا للاهتمام: هل بنية "الخلية الأولية" متحركة مثل الماء ، أم مستقرة مثل الحجر الجيري؟) ومع ذلك ، تنص التسمية التوضيحية للصورة الأولى في مقالة إيواموتو ، "عرض تفصيلي يظهر تجميع الخلايا الأولية على طول خطوط الهيكل ،" يدعو إلى التساؤل عما إذا كانت "الخلايا الأولية" هي البنية أو ما إذا كانت كذلك تشغيل هو - هي. يكتب إيواموتو ، "كان أحد الاهتمامات الدافعة لشركة Line Array (2010) هو كيفية تصور طريقة الخلية الأولية المناسبة للهندسة المعمارية التي يمكن تطبيقها على مجموعة من التكوينات السطحية. تُستخدم الخلايا الأولية هنا كمصفوفة هيكلية ذاتية التنظيم ، "ولكن هذا بالتأكيد على سطح بنية أخرى ، حيث تؤكد أن" الخلايا الأولية "في بيئاتها المائية لديها القدرة على" التحايل على ظروف الجاذبية وكذلك التجميع دون القلق بشأن هيكل هرمي واسع النطاق ". [80] غامضة بالمثل حول الاستخدام الهيكلي "للخلايا الأولية" نظرًا لبقية تفسيراتها لمعمارية "الخلية الأولية" ، تصورت أرمسترونج طلاءًا أوليًا للمباني التي تطورها بالتعاون مع الكيميائي ليروي كرونين في جامعة جلاسكو. "إذا كانت المباني مغطاة بطبقة من [الخلايا الأولية] ، فإنها ستعمل كنوع من الطلاء الذكي ، لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي" ، كما تقول. "عندما يبتل المبنى ، يذوب الملح المعدني ، ويتفاعل مع ثاني أكسيد الكربون في المطر ، وينتج ترسبًا من الكربونات المعدنية ، مما يقوي الطوب." لاحظ الطوب. وتؤكد أنه "سيتم إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، بمرور الوقت. . . سيصبح المبنى أكثر قوة ". [81] في مكان آخر ، أشارت هي والأستاذ المعماري نيل سبيلر إلى "الخلايا الأولية" على أنها "مخلقة السطحية علم البيئة. " [82]

تتعمق التناقضات حول استخدام "الخلية الأولية" كهيكل مقابل السطح عندما يحاول أرمسترونج شرح كيف تتفوق بنية "الخلية الأولية" على "المباني الخضراء". تدعي أن نهجها يختلف عن الهندسة المعمارية ذات اللون الأخضر أو ​​"اللامع" ، والتي تنتقدها لتغطية المباني بالخضرة عندما يحافظ المبنى نفسه ، المصنوع من نفس المواد الإنشائية العادية ، على "عدم الاستدامة الأساسية للممارسات المعمارية الحديثة" دون تغيير. [83] كيف يختلف هذا عن استخدام الحجر كهيكل مسامي لمبنى أولي أو تطبيق طلاء الخلية الأولية على مبنى من الطوب؟ يقول أرمسترونج: "تتطلب الجدران والأسطح الخضراء طاقة ثابتة ، وماء ، وأسمدة صناعية ، وصيانة ، وتكلفة مقدمة عالية لخلق الوهم بوجود نظام بيئي ناضج ومستدام ذاتيًا" ، مضيفًا: "بمجرد التثبيت ، تكون هذه الأنظمة كثيفة الاستخدام للموارد وتتطلب صيانة يومية من مصادر خارجية ، الأمر الذي يفوق بشكل فعال أي فائدة بيئية يقدمونها ". تتمثل إحدى هذه الفوائد في إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ، وهي نفس الفائدة التي يقدمها Armstrong لبنية "الخلايا الأولية" ، والتي تتطلب أيضًا طاقة في شكل ضوء ، وإضافات كيميائية ، وصيانة ، حتى لو كانت التكلفة الأولية لزيت الزيتون قد تعتبر رخيصة نسبيًا. [84]

يوضح أرمسترونج هذه النقاط صراحةً عند وصفه كيف يمكن لـ "خلطة أولية" "صلصة السلطة" أن تحل محل الخرسانة الجاهزة التقليدية لتعليق أعمدة السياج. "تأخذ مجرفة من الخرسانة الجاهزة [الجديدة] وتقلبها في دلو يحتوي على محلول دهني ، يذكرنا بصلصة السلطة. يتجمد المحلول عندما يتم امتصاص كيمياء الخرسانة في قطرات الخلية الأولية ، ثم تصب الخليط في الحفرة ". تصف كيف "يتضخم الخليط ويدعم العمود على الفور تقريبًا بفتورته" "يشبه الآن كتلة كبيرة من الهلام. تبدأ الفقاعات في الظهور وتتحول بسرعة إلى مادة راسبة حيث يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون المنطلق من التفاعل إلى شكل صلب ". الوقت يمضي. "طلعت الشمس. . . . العالم يتحول ، المطر يتساقط ، الثلج يأتي. . . . بحلول نهاية العام ، حان الوقت لإضافة مادة أولية جديدة إلى قاعدة المنشور. هذا نوع من عامل التقوية ". نعم ، "كل عام ، تعود إلى المنشور وتجري تقييمًا بشأن العمليات المطلوبة للمنصب ليتم الاحتفاظ به في مكانه ، وكل عام تتم إضافة نوع جديد من الخلايا الأولية." [85] بدلاً من "اللمعان" ، فإنها ترغب في "نوع جديد من البيولوجيا [أدخل الكيمياء] للبيئة المبنية التي تتوافق مع سياقها و. . . مستدام حقًا. ولكي يحدث ذلك ، يجب تطوير المواد الأساسية التي يقوم عليها هذا النظام باستخدام نهج تصاعدي ". [86]

ماذا يعني استخدام "النهج التصاعدي" عندما يكون البشر هم من يطورون نظامًا كيميائيًا ، ويختارون مكوناته الأساسية ، ويضيفون "أنواع الخلايا الأولية" الجديدة المطلوبة كل عام؟ هناك تناقض جوهري في الفاعلية يلعب هنا بين البشر الذين يصممون شيئًا ويجمعون كل الأجزاء معًا وبين شيء يصنع نفسه من خلال التجميع الذاتي. يتطلب هذا الأخير أن تكون جميع المواد الصحيحة قريبة من بعضها البعض في البيئة الصحيحة ، والتي لن تكون موجودة الآن بدون تصميم وعمل بشري. حتى لو تشكلت الخلايا في المحيط البدائي ، في هذه المرحلة ، يتم إنشاء الخلايا الأولية الأولية في المختبرات وفي الأعمال الفنية من قبل البشر الذين يفكرون بعناية شديدة حول الجزيئات الضرورية لإنتاج الرواسب المناسبة. لا تختلف هذه العملية عما فعله البشر دائمًا - دمج المواد لإنتاج التأثيرات المرغوبة - باستثناء الآن نظرًا لشعبية نظرية التعقيد والتنظيم الذاتي ، يطلق البعض استراتيجيًا على هذا "التجميع الذاتي" منذ حدوث الكيمياء.

إن المقياس الصغير - نصف ملليمتر - للخلية الأولية يؤدي فقط إلى تفاقم المشكلة المعمارية من الأسفل إلى الأعلى ، على الرغم من أن البناء من الأسفل إلى الأعلى ، جزيء بجزيء ، سيكون بحكم التعريف دائمًا صغيرًا جدًا. رواسبه حتى أصغر. ما هي كمية زيت الزيتون والمضافات المعدنية ، التي تطفو في (جسم محتواه) من مياه البحر ، هل يتطلب الأمر "التجميع الذاتي" لمبنى على مستوى الإنسان ، ويفترض وجود غرف بداخله؟ كيف يتم "برمجة الخلايا الأولية" كيميائيًا لإنشاء غرف؟ "Protocell Architecture" مليء بالصور المتفجرة لـ "الخلايا الأولية" بحجم ميكرون مما يسمح لنا برؤية وتخيل هذا المستقبل غير المرئي تقريبًا للعين المجردة. [87] يصف كرونين في مقالته في هذا العدد ، "تحديد مبادئ التصميم المعماري الجديدة مع المواد غير العضوية" الحية "، وكيف يهدف مختبره إلى" تقليل لبنة البناء الأساسية لمواد البناء من السنتيمتر (الطوب الحقيقي ، والمسامير ، والخرسانة) كتل) بنفس أبعاد اللبنات الأساسية للبيولوجيا ولإنتاج خلايا غير عضوية. تخيلوا نتائج إنشاء مثل هذا النموذج. "سيكون للمباني بنية خلوية تحتوي على مكونات حية غير عضوية والتي من شأنها أن تسمح للهيكل بأكمله بالإصلاح الذاتي ، واستشعار التغيرات البيئية ، وإنشاء نظام عصبي مركزي ، وحتى استخدام البيئة لعزل المياه ، وتطوير أنظمة الطاقة الشمسية ، وتنظيم الجو ودرجة الحرارة الداخلية والرطوبة باستخدام هذا النهج اللامركزي ". يتم إرجاع هواء الستراتوسفير لرؤيته إلى الأرض من خلال التسمية التوضيحية لصورة أنبوب بلوري ينص على أن "قطر الأنبوب يبلغ حوالي 0.0001 ملليمتر." [88] ومع ذلك ، فإن وصفه الخاص ينتقل من النطاق الجزئي إلى النطاق العالمي: "لكي تكون مفيدة ، فإن إنشاء أنظمة بهذه الدرجة من التطور يتطلب مكتبة كيميائية قوية من الهياكل ذات الكيميائيات المدمجة التي تكون قابلة للتكيف ومرنة ومتوافقة مع البيئة ، و يمكن تحقيقه على نطاق عالمي ". يمكن بالطبع استخدام كلمة "عالمي" نسبيًا للتحدث عن الحدود العريضة لنظام ما ، كما هو الحال في نظرية التعقيد وفي الممارسة المعمارية التوليدية. مع قليل من الحذر ، يضيف: "على الرغم من ذلك ، ربما لا ينبغي السماح بالنشر العالمي لمنصة البناء الجديدة هذه إلى أن نتمكن من التعامل مع مفاهيم" التكنولوجيا الحية الاصطناعية غير العضوية ". [ 89] هذا قد يستغرق بعض الوقت.


4 نحو نموذج أدنى لنهج الحركة أولاً

4.1 الهياكل الانشقاعية غير المستقرة والمفردة

جادل برج العذراء [107] بأن العديد من خصائص الكائنات الحية تشترك فيها هياكل مشتتة بسيطة من النوع الذي يتشكل في أنظمة انتشار التفاعل. نراجع تفكيره أدناه. صاغ بريغوجين [73] العبارة هيكل مشتت للدلالة على بنية داخل نظام فيزيائي يتم الحفاظ عليها بنشاط من خلال تدفق الطاقة و / أو المادة ، بدلاً من كونها بنية خاملة مقاومة للتآكل فقط. لاحظ بريغوجين أن الكائنات الحية هي هياكل مشتتة بهذا المعنى ، ومع ذلك ، هناك العديد من الأمثلة الأخرى.

بالنظر إلى ما تم مناقشته في القسم السابق ، فإن نقطة البداية المناسبة لنموذجنا الخاص بنهج الحركة أولاً لأصل الحياة ستكون عمليات كيميائية ذاتية الاستدامة تكون فردًا متماسكًا مكانيًا ومكانيًا ، ومع ذلك فهي غير مجزأة. يتم استيفاء هذه المعايير من قبل فئة خاصة من الهياكل المشتتة ، والتي برج العذراء [107 ، الفصل. 5] قد دعا الهياكل المبددة الفردية غير المستقرة. تنتمي فئة الكائنات الحية إلى هذه الفئة من الهياكل. أولاً ، بالإضافة إلى كونها نوعًا من البنية المشتتة ، فإن الكائنات الحية لها خاصية الوجود غير مستقر، بمعنى أنه إذا تعطل هيكلها بشكل كافٍ ، فسيتوقف عن الحفاظ عليها (أي تموت). يتعارض هذا التركيز على الطبيعة غير المستقرة للمعيشة مع الفكرة الشائعة بأن الحياة تتعلق أساسًا بالاستقرار. إن الهدف من الاستقرار يعني أن الخلود الذي تتمتع به المادة غير الحية سيكون الهدف النهائي الذي لا يمكن تحقيقه في الحياة. بدلاً من ذلك ، يتم وصف عملية الحياة بشكل أفضل على أنها عابرة ذات نهاية يمكن تأجيلها ولكن لا يمكن تجنبها تمامًا. ثانيًا ، الكائنات الحية فردي، بمعنى أنها مترجمة مكانيًا زمانيًا ، وهذا التوطين هو نتيجة للعمليات التي يتكون منها الكائن الحي ، بدلاً من فرضه من الخارج. إن الفكرة القائلة بأن الكائن الحي عبارة عن بنية مشتتة فردية محفوفة بالمخاطر تتماشى مع المقاربات التي تتمحور حول الكائن الحي في علم الأحياء والعلوم المعرفية ، والتي تسمى أحيانًا "نشطة" (انظر أيضًا [4 ، 16 ، 17 ، 30 ، 43 ، 110] ).

أشار برج العذراء إلى أن بعض الهياكل التبديدية الأخرى تشترك في هذه الخصائص مع الكائنات الحية. أحد الأمثلة غير الحية من هذا النوع هو الإعصار [60]. إنه مشتت لأنه يتغذى على التدرج الحراري بين سطح البحر والغلاف الجوي العلوي ، فهو غير مستقر لأنه إذا تمت إزالة مكون مهم يمكن أن ينفجر (كما سيحدث في النهاية إذا مر فوق الأرض) ويتم تقسيمه إلى أنه سبب توطينه المكاني.بطبيعة الحال ، ليست كل البنى المشتتة محفوفة بالمخاطر أو منفردة ، وليست كل الهياكل المشتتة الفردية غير المستقرة تشترك في جميع خصائص الأنظمة الحية. ومع ذلك ، توفر دراسة هذه الفئة من الهياكل الحية منهجية مفيدة لنمذجة بعض الخصائص الأساسية للحياة ، خاصةً إذا كانت تُظهر سلوكًا منظمًا ذاتيًا [39 ، 107].

4.2 نظام انتشار رد فعل جراي سكوت

يعتبر نظام جراي سكوت للتفاعل-الانتشار نظامًا بسيطًا وسهل الدراسة والذي يُظهر بنى مشتتة متفرقة وغير مستقرة ، والذي تمت دراسته لأول مرة في سياق ثنائي الأبعاد بواسطة بيرسون [72]. هذا هو نموذج الحد الأدنى من التفاعلات الكيميائية التي تحدث على السطح. رد الفعل الذي تم تصميمه هو تفاعل تحفيزي بسيط ، أ + 2 ب3 ب، مما يعني أنه عند وجود جزيئين من ب تصطدم بواحد من أ، يتفاعلون لإنتاج جزيء ثالث من ب أثناء استخدام ما يصل أ في العمليه. رد فعل ثان ، بص، يمثل تحلل المحفز التلقائي إلى منتج خامل يترك النظام على الفور. الجزيئات أ و ب تركيزات منفصلة في كل نقطة على سطح ثنائي الأبعاد ، ممثلة بـ أ و ب (تركيز ص ليس على غرار). بالإضافة إلى ذلك ، فإن غذاء مركب أ يتم إدخالها في كل نقطة بمعدل يتناسب مع 1 - أ. يمكن اعتبار هذا بسبب غمر السطح في محلول أ بتركيز ثابت قدره 1.

لاحظ بيرسون ، اعتمادًا على اختيار المعلمات الأولية ، أن هذا النظام يمكن أن يشكل مجموعة متنوعة من الأنماط ، بعضها معروض في الشكل 1. من الأمور ذات الأهمية الخاصة الأنماط الموضعية في الشكل 1f و g ، نظرًا لأن البقع لها خصائص كونها فردية وغير مستقرة [107].

أمثلة توضح مجموعة الأنماط التي يعرضها نظام انتشار رد فعل جراي سكوت بمعلمات مختلفة (دأ = 2 × 10 −5 و دب = 10 −5 في كل منهما). طريقة التكامل والشروط الأولية مماثلة لتلك المستخدمة من قبل بيرسون [72]. يتم اختيار الأنماط كنماذج لظواهر مختلفة انظر [72] لتصنيف أكثر منهجية: (أ) نمط حلزوني (ب) نمط فوضوي لموجات السفر (ج) نمط خط ، حيث تنمو الخطوط في النهايات ثم تنحني إلى ملء الفراغ في عملية تذكرنا بتعرج النهر (د) نمط المتاهة (هـ) نمط الثقب (و) نمط البقع غير المستقرة ، التي يتم الحفاظ على مجموع سكانها من خلال التوازن بين التكاثر والتفكك الطبيعي (ز) بقعة مستقرة نمط ، حيث تتكاثر البقع لملء الفراغ ثم تنتقل ببطء إلى النمط الأكثر أو الأقل تنظيمًا الموضح (مع اختيار مختلف للمعلمات ، يمكن إنتاج البقع التي تكون مستقرة ولكنها لا يمكن أن تتكاثر). (الشكل مأخوذ من برج العذراء [107 ، ص 85].)

أمثلة توضح مجموعة الأنماط التي يعرضها نظام انتشار رد فعل جراي سكوت مع معلمات مختلفة (دأ = 2 × 10 −5 و دب = 10 −5 في كل منهما). طريقة التكامل والشروط الأولية مماثلة لتلك المستخدمة من قبل بيرسون [72]. يتم اختيار الأنماط كنماذج لظواهر مختلفة انظر [72] لتصنيف أكثر منهجية: (أ) نمط حلزوني (ب) نمط فوضوي لموجات السفر (ج) نمط خط ، حيث تنمو الخطوط في النهايات ثم تنحني إلى ملء الفراغ في عملية تذكرنا بتعرج النهر (د) نمط المتاهة (هـ) نمط الثقب (و) نمط البقع غير المستقرة ، التي يتم الحفاظ على مجموع سكانها من خلال التوازن بين التكاثر والتفكك الطبيعي (ز) بقعة مستقرة نمط ، حيث تتكاثر البقع لملء الفراغ ثم تنتقل ببطء إلى النمط الأكثر أو الأقل تنظيمًا الموضح (مع اختيار مختلف للمعلمات ، يمكن إنتاج البقع التي تكون مستقرة ولكنها لا يمكن أن تتكاثر). (الشكل مأخوذ من برج العذراء [107 ، ص 85].)

نحن نعلم أيضًا أن أنواعًا عديدة من الهياكل المشتتة التي تتشكل بواسطة أنظمة انتشار التفاعل قادرة على الحركة المستمرة وحتى التكاثر الذاتي. تم فحص هذا النوع من الحركة ذاتية التنظيم تجريبيًا [50-52] وكذلك نمذجة رياضياً [48 ، 72 ، 104]. كما تمت دراسة ديناميات أنماط التفاعل والانتشار ذاتية التكرار [80 ، 81]. في الهياكل التبديدية لنموذج Gray-Scott نجد حالات للحركة والتكرار أيضًا ، وهذا يشمل بعض أنواع البقع الفردية. وبالتالي ، لدينا جميع المتطلبات الأساسية لبدء تحقيقنا في هذه المواقع كنموذج أدنى محتمل لنهج الحركة أولاً في الحياة. نحن مهتمون بشكل خاص بما إذا كان يمكن تفسير نشاط هذا النوع من نظام انتشار التفاعل على أنه يحدث على المقاييس الزمنية الأربعة للتمثيل الغذائي والسلوك والتطور والتطور.

4.3 التمثيل الغذائي

يمكن أن تظهر بقعة التفاعل والانتشار تلقائيًا في ظل ظروف مناسبة ، وبمجرد وجودها ، يمكنها الحفاظ على وجودها غير المستقر عن طريق الدوران المستمر للتفاعلات الكيميائية (الشكل 2). كشبكة ذاتية الإنتاج للعمليات الكيميائية ، فإنها تفي بمتطلبات مقياس التمثيل الغذائي الأول. كما أنه يوفر نقطة مرجعية لكيان زماني مكاني يمكن قياس التغييرات في نطاقات زمنية أخرى أبطأ.

ملف تركيز أ بقعة: هيكل مشتت فردي غير مستقر موجود في نظام انتشار رد فعل جراي سكوت. لتوضيح العرض ، يتم عرض إصدار أحادي البعد من النظام. تظل البنية الفردية المكانية للبقعة ثابتة بمرور الوقت بسبب التوازن غير المستقر بين عمليات التفاعل والانتشار. تشير الأسهم إلى الاتجاه الذي تحدث فيه العمليات. على سبيل المثال ، بالقرب من مركز البقعة ، ب ينتج باستمرار عن طريق تفاعل التحفيز الذاتي (السهم المتجه لأعلى في المنتصف) ، لكن تركيزه هناك يظل ثابتًا بسبب النقل المنتشر لـ ب نحو جوانب البقعة (الأسهم الزاوية). يتم موازنة هذا الانتشار بدوره من خلال ميل المحفز الذاتي إلى الانحلال بعيدًا في المناطق التي يكون تركيزها فيها منخفضًا ، أي خارج مركز البقعة (الأسهم المتجهة لأسفل). (الشكل مأخوذ من برج العذراء [107 ، ص 86].)

ملف تركيز أ بقعة: هيكل مشتت فردي غير مستقر موجود في نظام انتشار رد فعل جراي سكوت. لتوضيح العرض ، يتم عرض إصدار أحادي البعد من النظام. تظل البنية الفردية المكانية للبقعة ثابتة بمرور الوقت بسبب التوازن غير المستقر بين عمليات التفاعل والانتشار. تشير الأسهم إلى الاتجاه الذي تحدث فيه العمليات. على سبيل المثال ، بالقرب من مركز البقعة ، ب ينتج باستمرار عن طريق تفاعل التحفيز الذاتي (السهم المتجه لأعلى في المنتصف) ، لكن تركيزه هناك يظل ثابتًا بسبب النقل المنتشر لـ ب باتجاه جانبي البقعة (أسهم بزاوية). يتم موازنة هذا الانتشار بدوره من خلال ميل المحفز الذاتي إلى الانحلال بعيدًا في المناطق التي يكون تركيزها فيها منخفضًا ، أي خارج مركز البقعة (الأسهم المتجهة لأسفل). (الشكل مأخوذ من برج العذراء [107 ، ص 86].)

من المثير للاهتمام أن نلاحظ في هذا الصدد أن الحدود الزمانية المكانية للبقعة غامضة في جوهرها. لا توجد حدود مادية مميزة. من المستحيل تحديد اللحظة الدقيقة في الوقت الذي تبدأ فيه البقعة أو تتوقف عن الوجود ، مثل النقطة الدقيقة في الفضاء حيث تنتهي البقعة وتبدأ البيئة. هذا لأن البقعة هي ظاهرة ذاتية التنظيم ومستمرة في الوقت نفسه (غموض زمني) ومستمرة في الفضاء (غموض مكاني). ومع ذلك ، فإن الفهم الحدسي على الأقل لما يشكل بقعة فردية ممكن أن نرى بقعة فردية على السطح أو لا نرى ذلك. ينطبق نفس الغموض على حالة الكائن الحي على سبيل المثال ، على المستوى الكيميائي هناك غموض متأصل في متى وأين يصبح جزيء معين جزءًا من الكائن الحي. وبالمثل ، من الممكن أن تكون حجيرات البريبايوتك شديدة التسريب أيضًا [15]. هذا الغموض هو ميزة للنموذج الحالي على النماذج الأخرى التي تفرض بشكل تعسفي تمييزًا مطلقًا بين داخل وخارج النظام الحي.

بمجرد أن تتشكل بقعة فردية بشكل عفوي ، فإنها ستستمر في الوجود حتى عندما تواجه مجموعة محدودة من الظروف التي لم تكن لتسمح بظهورها الأصلي. حقيقة أن البقع يمكن أن توجد خارج نطاق ظهورها الأصلي هو مؤشر على أنها تعيد إنتاج شروط الجدوى المطلوبة لوجودها ، والتي تعد معيارًا قويًا للاستقلالية الذاتية [30]. إنه يوضح أن النظام المعقد ككل هو أكثر من مجموعة خطية من أجزائه المعزولة التي تشكلت عن طريق وضع قيود من أعلى إلى أسفل على مستوى مكوناته. في الواقع ، لا يختلف الأمر في حالة الكائنات الحية الفعلية: على الرغم من أن أصل الحياة يجب أن يكون قد حدث في ظروف بيئية فضلت الظهور التلقائي لكائن حي واحد أو أكثر ، كان على الكائنات الحية لاحقًا المساهمة بنشاط في الحفاظ على ظروف وجودهم الخاصة من أجل الاستمرار. ومع ذلك ، تختلف الكائنات الحية عن غيرها من البنى المشتتة من حيث أنها تنظم بشكل تكيفي الصيانة الذاتية لظروف بقائها على قيد الحياة ، على سبيل المثال من خلال السلوك [7].

4.4 السلوك

لغرض هذه المقالة نحدد مفهوم السلوك على نطاق واسع كعملية في مجال البيئة الفردية العلائقية. يبدأ السلوك بسبب عدم الاستقرار أو التوتر في تلك العلاقة ، ويتوقف السلوك عندما يتم حل هذا التوتر أو تحويله إلى نوع مختلف من التوتر ، مما يؤدي إلى نوع مختلف من السلوك [17]. نحن نأخذ وجهة النظر القائلة بأن كل السلوك يتميز بعدم تناسق أساسي بين العامل والبيئة ، والذي يتمحور حول نشاط الإنتاج الذاتي للفرد [4]. قد ينشأ التوتر الذي يحفز السلوك في البيئة ، ولكن حقيقة أنه يمكن أن يكون هناك مثل هذا التوتر على الإطلاق هو إنجاز للتكوين الذاتي للفرد ، والذي يؤدي إلى المجال العلائقي في المقام الأول. وبهذا المعنى ، فإن النشاط الأيضي للفرد هو المصدر النهائي لجميع سلوكياته ، ويمكن القول إن هذا السلوك يكتسب معناه لوجهة نظر الفرد من خلال هذا التأريض الأيضي المباشر [32].

يغطي المصطلح العام "السلوك" مجموعة كبيرة من التغييرات في جميع أنواع العلاقات بين الكيان والبيئة ، لذلك فإن بعض الفروق مرتبة. أحد الاختلافات المهمة في علم الأحياء وعلم النفس هو بين السلوك التفاعلي، أي السلوك الناجم مباشرة عن الأحداث في البيئة ، وما نسميه السلوك الجوهريوهو السلوك الذي يؤديه الفرد بشكل عفوي. فيما يلي نحن مهتمون بشكل خاص بالحركة الجوهرية (أي الحركة الذاتية) ، لكن التمييز بين التفاعلي والجوهري ليس بالتمييز المطلق. من ناحية ، جميع الأنظمة البيولوجية لها حالة داخلية ، وبالتالي فإن سلوكها "التفاعلي" دائمًا ما يكون أيضًا وظيفة لتاريخها ، ومن ناحية أخرى ، فإن التعبير عن السلوك المتولد جوهريًا يحدث دائمًا في سياق الظروف الخارجية و الأحداث. ومع ذلك ، من المفيد اعتبار أن السلوك يمكن أن يكون مدفوعًا بشكل أو بآخر بعوامل داخلية وخارجية. هذا صحيح بالنسبة للكائنات الحية وأيضًا ، كما نجادل ، بالنسبة لبقع التفاعل والانتشار.

لكي نكون واضحين ، نحن لا ندعي أن سلوك البقع يشترك في نفس الآليات الأساسية مع سلوك الكائنات الحية. في حين أن النوع الأول من السلوك هو نتاج جانبي للنشاط الأيضي ، فإن الأخير يعتمد على عمليات تنظيمية متخصصة وشبه منفصلة من الناحية الأيضية [5] ، على الرغم من أن السلوكيات المعتمدة على التمثيل الغذائي قد تكون موجودة في بعض الكائنات وحيدة الخلية [18]. على أي حال ، حتى إذا كان سلوك نقاط التفاعل والانتشار لا يفي بالمعايير التنظيمية الصارمة للسلوك أو الوكالة المستقلة ، على سبيل المثال لأن العمليات الداخلية لا تظهر وظائف متمايزة [66] ، فمن المهم لعلم الأصل الحياة للاعتراف بأن السلوكيات يمكن أن تتولد حتى عن طريق أنظمة الحياة الأولية باستخدام آليات أبسط بكثير.

4.4.1 السلوك التفاعلي

تُظهر البقع نوعًا واضحًا من السلوك التفاعلي فيما يتعلق بالاختلافات في التدرجات الكيميائية في محيطها. يمكننا وصف هذا السلوك بمصطلحات النهج والتجنب البيولوجية: البقع قادرة على اتباع التدرجات الكيميائية التي تزيد من تركيز مكوناتها ، وهو ما يشبه الانجذاب الكيميائي البكتيري ، كما أنها قادرة على تجنب التدرجات الكيميائية التي تقلل التركيز. من ناخبيهم. هذه الحركة القائمة على التدرج هي مثال بسيط على السلوك المعتمد على التمثيل الغذائي ، والذي يوفر للبقع قدرة أساسية على التكيف مع التغيرات البيئية. على سبيل المثال ، يمكننا جذب البقع من خلال تغذية لهم ، أي باستخدام ماصة افتراضية لإضافة مكونات إلى جوارها. إذا قمنا بإطعام الكثير من الطعام في مكان ما ، فسوف تنقسم وتشكل نقطتين. من ناحية أخرى ، عندما نزيل المكونات من مكان قريب باستخدام الماصة ، فإن البقعة تميل إلى الابتعاد عن الماصة. بهذه الطريقة يمكن مطاردة البقع حول السطح المحاكى. إذا كانت الماصة سريعة جدًا وتقترب جدًا من بقعة ما ، فإنها تزعزع استقرار النشاط الأيضي للبقعة بطريقة تجعل البقعة غير مستدامة وتموت.

إذا كانت هناك عدة نقاط في البيئة ، فإن سلوكيات النهج والتجنب هذه ستجعلها تتفاعل بطرق معينة. وذلك لأن البقعة تستهلك الطعام بالقرب منها ، وبالتالي تحيط نفسها بتدرج سلبي يبقي البقع الأخرى بعيدة. إذا لم تكن البقع تميل إلى الابتعاد عن بعضها البعض ، فسوف تندمج بدلاً من البقاء منفصلة عن هذه الأساليب وسلوكيات التجنب وبالتالي تشكل جزءًا مهمًا من عملية التفرد.

مرة أخرى ، من المهم ملاحظة أنه على الرغم من أن هذه السلوكيات تفاعلية بمعنى أنها تحدث فقط في وجود محفز بيئي مناسب ، إلا أنها ليست تفاعلية مثل استجابات نظام عديم الجنسية. على العكس من ذلك ، فهي نتيجة لعملية نمو نشطة باستمرار. تتحرك البقعة بطريقة تكيفية لأن المحفز الذاتي ينمو بشكل أسرع على الجانب حيث يكون تركيز الطعام أعلى. لذلك ، على الرغم من أن هذه السلوكيات تظهر على أنها تفاعلية في المجال السلوكي ، إلا أنها مع ذلك ، مثل جميع السلوكيات ، نشطة في مجال التمثيل الغذائي.


تعليقات المراجعين

نحن ممتنون للمراجعين لتحليلهم المتأني ونقدهم لمخطوطتنا. نعتقد أن هذه المخطوطة ، التي تتناول مشكلة مثيرة للاهتمام ولكنها بالتأكيد قابلة للنقاش في أصل الحياة ، مناسبة جدًا للظهور في هذه المجلة ، التي لديها سياسة لنشر تعليقات المراجعين وردود المؤلفين جنبًا إلى جنب مع المخطوطة. في ردنا على المراجعين أدناه ، فقد أغفلنا بعض النقاط الثانوية التي لفت انتباهنا إليها (اللغة ، والمراجع الإضافية ، والتنسيق ، وما إلى ذلك) ، وقمنا بتصحيحها مباشرة في المخطوطة بدلاً من ذلك.

المراجع الأول: الدكتور سيرجي كازاكوف ، شركة Somagen Inc ، سانتا كروز ، الولايات المتحدة الأمريكية (رشحته الدكتورة لورا لاندويبر ، جامعة برينستون ، الولايات المتحدة الأمريكية)

تعليقات المراجعين

يفتح المؤلفون ورقتهم البحثية بالجملة التالية "من المعتقد الآن أن عالم RNA كان موجودًا في التطور المبكر."

– – لن أعتبر عالم الحمض النووي الريبي اعتقادًا بل فرضية مجدية ، استنادًا إلى القدرة المعروفة لجزيئات الحمض النووي الريبي على أداء وظائف متعددة يؤديها الحمض النووي الريبي ، والحمض النووي الريبي والبروتينات في علم الأحياء الحديث.

رد المؤلفين

نعم ، فكرة عالم الحمض النووي الريبي هي فرضية وليست اعتقادًا. ما نعنيه هنا هو أن هذه الفرضية مدعومة الآن بالكثير من الأدلة بحيث يتم قبولها على نطاق واسع في مجال أصل الحياة. لتجنب سوء الفهم ، قمنا بتغيير كلمة "يعتقد" إلى "مقبول" في النسخة المنقحة. شكرا.

تعليقات المراجعين

يركز المؤلفون على واحدة من عدة حلقات مفقودة في فرضية RNA World ، وبالتحديد على ظهور "كروموسوم RNA يحمل جينات مرتبطة" يقوم بتشفير الريبوزيمات. يذكر المؤلفون أن هذا "الكروموسوم سيكون أطول بكثير من الجينات الفردية ، وبالتالي أكثر عرضة للتحلل وأقل احتمالية للتكرار الكامل ، قد يبدأ نسخ الكروموسوم في المواقع الوسطى ويكون جزئيًا فقط و ، ... توليف ريبوزيمات متميزة [ الجينات] ستصبح مشكلة ". علاوة على ذلك ، يُقترح أنه "مستوحى من سمات أشباه الفيروسات ، التي تم اقتراحها على أنها أحافير حية لعالم الحمض النووي الريبي ... كان من الممكن التغلب على هذه الصعوبات إذا اعتمد الكروموسوم شكلًا دائريًا وأقيمت ريبوزيمات صغيرة ذاتية الانقسام (مثل ريبوزيمات رأس المطرقة) في المواقع بين الجينات ".

رد المؤلفين

نعم ، هذه مجرد فكرة مركزية في ورقتنا البحثية. وصف المراجع صحيح تمامًا ، شكرًا.

تعليقات المراجعين

إن فكرة ظهور RNAs الدائرية في RNA World فكرة معقولة ولكنها ليست جديدة. على سبيل المثال ، نذكر أن "RNAs الدائرية لها العديد من الميزات التي كان من الممكن أن تكون مفيدة في مرحلة مبكرة من التطور: (أ) تظل في قطعة واحدة بعد حدث انقسام عشوائي واحد ، مما يسمح باستعادة بنيتها من خلال إعادة ربط النهايات (ب) يمكن أن تكون بمثابة قالب لتكرار الدائرة المتدحرجة وتضخيمها و (ج) لديهم درجات أقل من حرية التوافق مقارنة بنظرائهم الخطيين ، وبالتالي يمكنهم الارتباط بجزيئات أخرى (أو طيها) بتكلفة أقل إنتروبيا "[ 29].

رد المؤلفين

نعم ، قد يكون لظهور الحمض النووي الريبي الدائري في عالم الحمض النووي الريبي مزايا أخرى ، مثل تلك المذكورة في العمل القادم من مجموعة المراجعين [29]. الفكرة الجديدة هنا هي أنه يمكن اعتماد الدائرية (جنبًا إلى جنب مع الانقسام الذاتي) كإستراتيجية للتغلب على تلك الصعوبات لظهور كروموسوم RNA في عالم RNA. إن أية مزايا أخرى للدائرة من شأنها أن "تزيد من احتمالية" تبني مثل هذه الإستراتيجية. ومن المثير للاهتمام ، في هذا العمل [29] ، أشار المراجع وزملاؤه (بالتجارب) إلى الحالة التي ربما تكون قد فضلت تعميم الحمض النووي الريبي - التجميد (والجفاف). في الواقع ، كما أوضحوا ، ربما يكون عالم الحمض النووي الريبي (RNA) يتميز بظروف التجمد ، "حيث يكون الحمض النووي الريبي محمياً نسبيًا ضد التدهور".

تعليقات المراجعين

في هذه المخطوطة ، Ma et al. عرضت ثلاث ميزات (أو عوامل) جديدة تدعم ظهور RNAs دائرية:

"أولاً ، بالدورانية ، يمكن للكروموسوم أن يتجنب التدهور بدءًا من نهاياته التسلسلية ، وهذا من شأنه أن يعوض إلى حد ما الضرر المتعلق بالتدهور بسبب سلسلته الأطول.قد يكون سبب الانحلال النهائي هو كسر روابط الفسفودايستر الطرفي بسهولة أكبر من الروابط الداخلية ، أو بسبب التحلل التلقائي لبقايا النوكليوتيدات النهائية. إذا كان هذا التدهور النهائي قويًا ، فمن المتوقع أن يكون هذا التعويض كبيرًا ".

– – إن عامل "الانحلال النهائي" المقترح هو تخميني بحت ولا يعتمد على الخصائص المعروفة للحمض النووي الريبي. بدلاً من ذلك ، من الممكن أن يتم تحفيز تدهور الحمض النووي الريبي في ظل ظروف البريبايوتك ، في حالة عدم وجود نوكليازات ، بواسطة درجة حموضة منخفضة أو عالية وكذلك بواسطة أيونات معدنية إلى جانب درجات حرارة عالية ، لا يؤدي أي من هذه الظروف إلى انقسام تفضيلي للطرف بدلاً من الانقسام الداخلي. روابط إينتيروكليوتيد في عديد النيوكليوتيدات (انظر على سبيل المثال [30] والمراجع الواردة فيها). ومع ذلك ، فإن الانقسامات الداخلية من شأنها أن تقوض دائرية الكروموسوم ، ومن الضروري النظر في حدوث إنزيمات الربط التي يمكنها إعادة ربط الانقسام لاستعادة الشكل الدائري لكروموسومات الحمض النووي الريبي.

رد المؤلفين

نعم ، لقد ناقشنا هذه المسألة بالتفصيل في قسم المناقشة - في الواقع ، "بقدر ما نعلم ، لا يوجد حتى الآن دليل مباشر يُظهر أن كسر روابط الفوسفوديستر النهائية أسهل على ما يبدو من تلك الموجودة في الوسط. من ناحية أخرى ، يبدو هذا التأكيد معقولًا وفقًا لمعرفتنا في هذا المجال ”. حتى في حالة عدم وجود انقسام تفضيلي للروابط الطرفية ، يمكن أن تكون هناك آليات أخرى لـ "التدهور النهائي" ، على سبيل المثال (كما تمت مناقشته في النص) ، (1) كلما زاد تعرض روابط الفوسفوديستر الطرفي لبعض الببتيدات البريبايوتيك المحتملة التي انشقت الحمض النووي الريبي [24] ، (2) الاضمحلال التلقائي لبقايا النوكليوتيدات في النهايات. في الواقع ، في النموذج المستخدم هنا لمحاكاة الكمبيوتر ، "افترضنا فقط الانحلال التلقائي للمخلفات النهائية" كآلية للتدهور النهائي ، والذي يبدو ، على ما يبدو ، "اعتبارًا متحفظًا".

فيما يتعلق بـ "حدوث إنزيمات الربط التي يمكنها إعادة ربط الانقسام لاستعادة الشكل الدائري لكروموسومات الحمض النووي الريبي" ، كما ذكر المراجع ، نعتقد أن الفكرة مثيرة للاهتمام ويمكن أخذها في الاعتبار في دراستنا المستقبلية ، ولكنها ربما تتجاوز نطاق موضوعنا هنا.

تعليقات المراجعين

"ثانيًا ، من المتوقع أن تعوق الطوبولوجيا الدائرية (تعيق تجسيميًا) طي نطاقات ريبوزيم مميزة في الكروموسوم ، مما يجعل الكروموسوم أكثر ملاءمة للعمل كقالب في النسخ المتماثل ... بسبب تداخل" مجالات الريبوزيم "الفردية مع بعضهم البعض. ومع ذلك ، قد يكون تأثير هذا العامل محدودًا (وربما يعتمد على التسلسل) ".

– – هذا العامل ممكن ، لكنه بالتأكيد سيحد من تنوع تسلسل كروموسومات RNA هذه.

رد المؤلفين

نعم ، المنطق هو: (1) كان من المتوقع أن يكون كروموسوم RNA (حتى لو كان خطيًا) مع "مجالات الريبوزيم" المرتبطة نموذجًا أفضل بسبب تداخل المجالات مع بعضها البعض (فيما يتعلق بالاقتران الأساسي) ، مما يمنع تشكيل هياكل ضيقة كما هو الحال في الريبوزيمات الحرة (2) ومع ذلك ، قد يكون التداخل محدودًا ، اعتمادًا على تسلسل الحمض النووي الريبي للأزمات الريبوزيمات (3) من المتوقع أن يعيق الهيكل الدائري (يعيق بشكل جسيمي) طي نطاقات الريبوزيم المتميزة في الكروموسوم ، مما يجعل الكروموسوم أكثر ملاءمة للعمل كقالب في النسخ المتماثل.

تعليقات المراجعين

ثالثًا ، لن تكون هناك مشكلة تتعلق بنقطة البداية للنسخ من قالب دائري كبير لكروموسوم الحمض النووي الريبي.

– – صحيح أن القالب الدائري سيسمح بنسخ تسلسله بالكامل بشكل مستقل عن نقطة البداية من خلال تضخيم الدائرة المتدحرجة (RCA). إنها نقطة صحيحة وجيدة.

رد المؤلفين

نعم ، شكرًا ولكن لاحظ أن آلية النسخ المتماثل المفترضة في النموذج الحالي ليست آلية RCA.

تعليقات المراجعين

"رابعًا ... إذا كان" خيط الإحساس "للكروموسوم يميل إلى الانكسار في المواقع بين الجينات ، فيمكن إنتاج الريبوزيمات المقابلة بهذه الطريقة. قد يكون هناك ريبوزيم رأس المطرقة يحفز الانقسام الذاتي في هذه المواقع ".

– – Hammerhead هو عبارة عن ريبوزيم فعال للغاية وله احتمال كبير من شأنه أن يضر بالدائرية لكروموسومات RNA عن طريق شقها. من الأرجح أنه يمكن اعتبار الريبوزيمات الأصغر والأقل فاعلية فقط جزءًا من الكروموسومات الدائرية. علاوة على ذلك ، فإن التسلسل الإجماعي لريبوزيم رأس المطرقة في رابطة الدول المستقلة يبلغ طوله حوالي 30 نانومترًا ، ونمذجة الكمبيوتر الخاصة بالمؤلف تحدد طول الكروموسوم بأكمله إلى هذا الحجم. يوضح هذا الأخير مشكلة خطيرة في نهج المؤلف ، حيث أن النموذج لا يتضمن كروموسومات أطول ، والتي قد تتصرف بشكل مختلف عن الصغيرة.

رد المؤلفين

أولاً ، ربما يوجد سوء فهم هنا. نعم ، رأس المطرقة عبارة عن ريبوزيم فعال للغاية ، لكنها لن تعمل إلا عندما تنكسر الدائرة ، كما هو مذكور في الفقرة الثانية من قسم النتائج: "تجدر الإشارة إلى أن تأثير الشق الذاتي لن يحدث في الكروموسوم الدائري ... يتوافق هذا مع النتائج في أشباه الفيروسات ، حيث يكون ريبوزيم رأس المطرقة المدمج ، في الواقع ، غير نشط في كروموسوم RNA الدائري ، ولكنه سيعمل أثناء تكرار الدائرة المتدحرجة ، عندما يتواجد في الحمض النووي الريبي الخطي الطويل ، بين نسخ الجينوم [ 11 ، 12]. " تم ذكر فكرة مماثلة أيضًا في أسطورة الشكل 1.

ثانيًا ، في الواقع ، أطوال ريبوزيم الشق الذاتي وكروموسوم الحمض النووي الريبي المفترض في المحاكاة أقصر بكثير من تلك التي كانت ممكنة في الواقع. ومع ذلك ، فإن مثل هذه الحالة شائعة إلى حد ما لمحاكاة الكمبيوتر. في محاكاة الكمبيوتر ، في بعض الأحيان يجب تبني التبسيط أو الافتراضات غير الواقعية من أجل إظهار الآليات الأساسية في وضع واضح أو حتى ، كما في هذه الحالة ، فقط لتجنب الحساب المرهق. القضية الرئيسية هي إلى أي مدى قد تؤثر التبسيطات أو الافتراضات على النتائج ، مما يؤثر على صلة المحاكاة بالوضع الواقعي. يجب أيضًا الاعتراف بأنه لا يمكننا أن نقول على وجه اليقين أن اختلاف السلوك الذي ذكره المراجع لن يكون موجودًا. ومع ذلك ، يجب أن نتعامل بعقل متفتح في مثل هذه الحالات ، ونقدر الرسالة القيمة التي تنقلها المحاكاة. على سبيل المثال ، في نماذج "المكرر" التقليدية والمستخدمة بشكل شائع في مجال أصل الحياة (على سبيل المثال تلك التي تم تلخيصها في [6] وتلك المستخدمة في [9]) ، تكون التبسيط والافتراضات غير الواقعية أكثر وضوحًا ، ولكن يمكننا التعلم الكثير منهم.

سيتم العثور أدناه على مزيد من المناقشة حول طول ريبوزيم الشق الذاتي وطول كروموسوم الحمض النووي الريبي ، حيث يعلق عليهم المراجع في نواحٍ أخرى.

تعليقات المراجعين

يصف المؤلفون ريبوزيم رأس المطرقة بأنه "أصغر ريبوزيم موجود في الطبيعة".

– – هذا ليس صحيحًا ، لأن أصغر شكل ريبوزيم يبلغ طوله 7 نترات فقط ([31] ، والمراجع الواردة فيه). في الواقع ، فإن الإنزيمات ذات الحجم الأصغر ستناسب بشكل أفضل فرضية المؤلفين "كروموسوم RNA الدائري".

رد المؤلفين

نعم ، إن ريبوزيم رأس المطرقة ليس أصغر ريبوزيم نعرفه. كما ذكر المراجع ، فإن الحافز النشط لأصغر ريبوزيم نعرفه يبلغ طوله 7 نانو طن فقط [31]. ومع ذلك ، فهو نسخة مصطنعة مختصرة من الحمض النووي الريبي بطول 31 nt ، والذي يتم استئصاله بنفسه من نهاية 5 من إنترون rRNA لـ رباعية الغشاء. لجعل معنانا أكثر وضوحًا ، قمنا بتغيير كلمة "طبيعة" إلى "كائنات حية".

الحمض النووي الريبي 31-nt هو أيضًا RNA ذاتي الشق ، ويشبه حجم ريبوزيم رأس المطرقة. ومن المثير للاهتمام ، أن نسخته المختصرة - الشكل 7-nt لا يزال بإمكانه أداء تفاعل الشق الذاتي [32]. لذلك ، من الممكن بالفعل ، كما قال المراجع ، أن الريبوزيمات الأصغر والأقل فاعلية ربما لعبت دور ريبوزيم رأس المطرقة المفترض في فرضيتنا ، لا سيما بالنظر إلى أن كروموسوم الحمض النووي الريبي الأولي لا يمكن أن يكون طويلًا جدًا. شكرا للمراجع على هذا التعليق. نظرًا لأن التعليق وردنا سيظهران مع المخطوطة ، فقد تركنا بياننا في النص حول ريبوزيم رأس المطرقة دون تغيير باعتباره أكثر المرشحين قبولًا لعنصر الحمض النووي الريبي ذاتي الانقسام في فرضيتنا.

تعليقات المراجعين

من أجل تحديد معقولية فرضيتهم ، أجرى المؤلفون محاكاة حاسوبية باستخدام طريقة مونت كارلو.

– – كما ذكر أعلاه ، أشعر بالقلق من أن المؤلفين يستخدمون بعض المعلمات / العوامل الخاطئة لمدخلات المحاكاة. علاوة على ذلك ، فإن أخذ الكروموسومات القصيرة في الاعتبار فقط لا يكفي لاختبار الفرضية الأصلية للمؤلف التي تصف الحمض النووي الريبي "كروموسوم [الذي] سيكون أطول بكثير من جينات [الريبوزيم] الفردية".

قد تمثل كروموسومات RNA الأكبر تحديًا ليس فقط للنمذجة. قد يعتبر المؤلفون أن الحجج الأخرى قد تجادل ضد وجود كروموسومات RNA أكبر. على سبيل المثال ، قد يتم إعاقة الفصل بين خيوط الإحساس / القالب وخيوط الحمض النووي الريبي المضادة المعنى / النسخ بسبب الثبات الحراري العالي لمزدوجات RNA-RNA. بدون تفكك الخيط ، لا يمكن أن تنثني جينات الريبوزيم ووحدات الانقسام الذاتي في شكلها النشط. في الواقع ، ربما تكون هذه أقوى حجة ضد الوجود المحتمل لكروموسومات RNA كبيرة. من المحتمل أن يكون الحد الأقصى لطول الحمض النووي الريبي الدائري حوالي 150 nt. يمكن تضخيم دوائر الحمض النووي الريبي من هذا الحجم أو الأحجام الأقصر عبر RCA دون الحاجة إلى نشاط إزاحة حبلا منفصل من ريبوزيمات بوليميريز الحمض النووي الريبي. سيتم فصل الطرف 5 من الشريط المضاد للتعبير / النص تلقائيًا لأن الدوبلكس المكون من قالب دائري صغير صلب ولا يسمح بتشكيل مزدوج أطول من نصف طول الدائرة ([33] ، والمراجع فيه ).

رد المؤلفين

أولاً ، فيما يتعلق بالمعلمات / العوامل لمدخلات المحاكاة ، لا يمكننا القول أنها صحيحة بالتأكيد. في الواقع ، لا يمكن لمحاكاة الكمبيوتر في مجال أصل الحياة أن تأخذ معاملات / عوامل "صحيحة" ، أو حتى نموذجًا "صحيحًا" ، لأننا نعرف القليل جدًا عن العملية. ومع ذلك ، فإن المحاكاة الحاسوبية مفيدة جدًا في هذا المجال. ربما يكون السبب بشكل غريب إلى حد ما هو أننا نعرف القليل جدًا عن هذه العملية. من المتوقع أن توفر لنا المحاكاة أدلة لفهم العملية ، وفي الممارسة العملية ، لتوجيه استكشافاتنا في المختبر. أولاً ، عند تعيين المعلمات / العوامل ، نأخذ في الاعتبار تلك المنطق الظاهر ومعرفتنا السابقة والمحدودة (في هذا العمل ، راجع الوصف في قسم الطريقة ، لا سيما في "الإعداد المنطقي للاحتمالات وفقًا لعلاقتها" و " بعض الافتراضات التفصيلية التي تأخذ بعين الاعتبار المواقف الحقيقية "). بعد ذلك ، عندما نجد أن ظهور ظاهرة حساسة لإعداد بعض المعلمات / العوامل ، فإننا نحكم على أن هذه المعلمات / العوامل قد تكون مهمة لآلية الظاهرة (تمامًا مثل تلك الموضحة في الشكل 4). أخيرًا ، على النقيض من ذلك ، من المتوقع أن تكون النتيجة قوية نسبيًا مقابل تباين المعلمات / العوامل الأخرى (مثل تلك التي تم عرضها في الملف الإضافي 1: الشكل S2-S5). مزيد من المناقشة حول المعلمات ستظهر أدناه في ردنا على تعليق من المحكم 3.

ثانيًا ، يجب فهم معنى "الكروموسوم [الذي] سيكون أطول بكثير من الجينات الفردية [الريبوزيم]" فيما يتعلق بالطول النسبي ، على سبيل المثال ، في النموذج هنا ، يكون الكروموسوم أربعة أضعاف طول الريبوزيمات الفردية. ومن ثم ، فإن الحكم "مع الأخذ في الاعتبار فقط الكروموسومات القصيرة لا يكفي لاختبار الفرضية الأصلية للمؤلف" يجب أن يكون قد نشأ عن سوء فهم.

ثالثًا ، في هذا العمل لا ننوي المجادلة ضد إمكانية وجود كروموسوم RNA دائري طويل. إن سبب عدم إدخال كروموسوم طويل من الحمض النووي الريبي مرتبط فقط بالنظر في العبء الحسابي. ومع ذلك ، فإن حجة المراجع في هذا الصدد ، لا سيما فيما يتعلق بمشكلة تفكك الجديلة ، مثيرة للاهتمام وتبدو معقولة. في الواقع ، سنجد أدناه حجة أخرى منطقية من المراجعة 2: "يفترض المؤلفون أن التعميم يزعزع استقرار طي جزيئات الحمض النووي الريبي وبالتالي يجعلها أكثر ملاءمة كقوالب. ومع ذلك ، قد يتصرف الرنا الدائري تقريبًا كجزيء خطي (محليًا على الأقل) إذا كان طوله طويلًا بدرجة كافية ". في كلا الرأيين ، يبدو أنه إذا ظهر كروموسوم RNA دائري أولي في عالم RNA ، فقد يكون قصيرًا جدًا ، ولا يمكن أن يتطور إلى كروموسوم أطول. إذا كان الأمر كذلك ، فقد يكون الحمض النووي قد نشأ في وقت مبكر جدًا في عالم الحمض النووي الريبي ، حيث يعمل كحامل للمعلومات الجينية - لظهور المزيد من الجينات الأكبر حجمًا. ومع ذلك ، قد لا تزال هناك قضايا أخرى. على سبيل المثال ، قد يكون الحمض النووي أكثر ملاءمة للعمل كقالب ، لكن كروموسومات الحمض النووي الأطول لا يمكنها الهروب بعد من مشكلة تفكك الخيط ، وربما يكون أكثر خطورة لأن الحمض النووي أحادي السلسلة ، على عكس الحمض النووي الريبي ، بالكاد يمكن أن يطوي ذاتيًا لمنع التلدين بمكملاته. إذا كان من الصعب تخيل الريبوزيم الذي يعمل كهيليكس ، فربما - ظهرت البروتينات في وقت سابق (قبل الحمض النووي) ، مما يساعد في تفكك الشريط؟ ولكن كيف أمكن ظهور البروتينات قبل ظهور جينوم كبير ، خاصة بالنظر إلى تعقيد آلية الترجمة؟ بالتأكيد ، هذا بالفعل خارج نطاق موضوعنا هنا.

تعليق آخر من هذا المراجع بعد ردنا

ردًا على أحد تعليقاتي ، كتب المؤلفون "... لاحظ أن آلية النسخ المتماثل المفترضة في النموذج الحالي ليست تلك الخاصة بـ RCA." ومع ذلك ، فإن RCA هي الآلية الوحيدة (في حالة عدم وجود الهليكازات) لتوليد أمبليكونات RNA أحادية الشريطة والتي يمكن بعد ذلك شقها بواسطة الريبوزيمات المشفرة. كما وصفت في تعليق آخر: "على سبيل المثال ، الفصل بين المعنى / القالب وخيوط الحمض النووي الريبي المضاد المعنى / النسخ سوف يتم إعاقته بسبب الثبات الحراري العالي لدواعي RNA-RNA المزدوجة. بدون تفكك الخيط ، لا يمكن أن تنثني جينات الريبوزيم ووحدات الانقسام الذاتي في شكلها النشط ". لذلك بدون تضمين RCA أو آلية بديلة لفصل حبلا نسخ القالب في النموذج ، ستبقى وحدات الريبوزيم في شكل dsRNA ولا يمكن طيها لتشكيل نشط.

ردنا على هذا التعليق

في الواقع ، كما قال المراجع: "RCA هي الآلية الوحيدة (في حالة عدم وجود الهليكازات) لتوليد أمبليكون RNA أحادي الجديلة والذي يمكن بعد ذلك شق بواسطة الريبوزيمات المشفرة". ومع ذلك ، يبدو أن هذه الآلية تعتمد بشكل كبير على وجود بوليميراز RNA فعال (على سبيل المثال ، بالنسبة لتلك الفيروسات ، فهو إنزيم بروتيني في الخلايا المضيفة). نشك في إمكانية وجود ريبوزيم بوليميريز RNA فعال في هذه المرحلة المبكرة من عالم الحمض النووي الريبي - بدلاً من ذلك ، فإن ريبوزيم RNA المتماثل في النموذج الحالي عبارة عن ligase يعتمد على القالب بكفاءة منخفضة نسبيًا (يرجى الرجوع إلى أحد أوراقنا السابقة [ 18]). ربما تكون RCA آلية تطورت لاحقًا ، بعد ظهور بوليميراز RNA فعال (كونه إنزيم بروتيني أو ريبوزيم) ، ومن المحتمل أنها استراتيجية للطفيليات. بالتأكيد ، ستكون النتيجة مثيرة للاهتمام أيضًا إذا أمكن إدخال ريبوزيم بوليميريز RNA فعال وآلية RCA في نموذجنا - ومع ذلك ، فإن هذه التغييرات ليست سهلة ، وقد تشكل موضوع دراسة أخرى في المستقبل.

فيما يتعلق بتفكك خيوط RNA ، لن تكون هناك مشاكل خطيرة إذا كان كروموسوم RNA الدائري قصيرًا. كما ذكر المراجع: "... تكون الطباعة المزدوجة التي تتكون من قالب دائري صغير صلبة ولا تسمح بتشكيل مزدوج أطول من نصف طول الدائرة [33]". هذه النقطة معقولة ويجب أن تكون صالحة لتكرار كروموسوم RNA الدائري حتى لو كانت آلية النسخ ليست RCA. بالتأكيد ، عندما يصبح الكروموسوم أطول ، قد تصبح المشكلة أكثر تعقيدًا - ربما تكون ذات صلة بظهور الحمض النووي والهليكس (البروتين) ، كما ذكرنا سابقًا.

المراجع 2: الدكتور نوبوتو تاكيوتشي ، المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، المعاهد الوطنية للصحة ، الولايات المتحدة الأمريكية (رشحه الدكتور أنتوني بول ، جامعة ستوكهولم ، السويد)

تعليقات المراجعين

في ورقتهم ، Ma et al. التحقيق في أصل الجزيئات الشبيهة بالكروموسوم في أنظمة الخلايا الأولية القائمة على الحمض النووي الريبي باستخدام المحاكاة الحاسوبية. اعتبر المؤلفون عاملين رئيسيين يبدوان مرتبطين بأصل هذه الجزيئات: RNA الدائري و ribozymes ذاتية الانقسام (مثل التي تظهر في viroids). يفترض المؤلفون أن الدوران يكشف جزيء RNA وبالتالي يجعله أكثر ملاءمة كقالب بالإضافة إلى أنه يزيل نهايات السلسلة وبالتالي يزيد من مقاومة جزيء RNA ضد التحلل المائي (exo-). علاوة على ذلك ، يقترح المؤلفون أنه يمكن استخدام ريبوزيمات الشق الذاتي لتنفيذ شكل بدائي من "النسخ" بمعنى واسع (أي إنتاج المحفزات من القوالب) إذا كانت هذه الريبوزيمات تتدخل في عدة ريبوزيمات أخرى متسلسلة مع بعضها البعض. باستخدام عمليات المحاكاة الحاسوبية ، أظهر المؤلفون أن الخلايا الأولية التي تحتوي على مثل هذه الكروموسومات البدائية يمكنها البقاء على قيد الحياة إذا افترضنا أن كلا من الدوران ونشاط الانقسام الذاتي العالي بدرجة كافية.

تعتبر كل من أفكار التعميم والنسخ البدائي المستندة إلى الانقسام الذاتي جديدة وتستحق الدراسة في استكشاف إمكانات الأنظمة القابلة للتطور القائمة على الحمض النووي الريبي. ومما يثير الاهتمام بشكل خاص إمكانية اختبار هذه الأفكار بشكل مباشر عن طريق التجارب (على الأقل من حيث مقدماتها الأساسية).

رد المؤلفين

نعم ملخص المراجع لعملنا صحيح ودقيق شكرا.

تعليقات المراجعين

ومع ذلك ، فإن تحليل المؤلفين لنموذجهم يركز فقط على مسألة ما إذا كانت الكروموسومات البدائية يمكنها البقاء على قيد الحياة عند إدخالها في نظام نموذجي. من وجهة النظر النظرية ، يترك هذا سؤالين حاسمين بدون إجابة فيما يتعلق بتطور الكروموسومات البدائية. أولاً ، ما هي الميزة الانتقائية التي تمكّن الخلايا الأولية التي تحتوي على الكروموسومات من التنافس بشكل أفضل مع تلك التي تفتقر إلى الكروموسومات؟ ثانيًا ، هل يمكن أن تظهر الكروموسومات البدائية من خلال التطور في نظام الخلية الأولية حيث تكون الكروموسومات في الأصل غائبة؟

فيما يتعلق بالسؤال الأول ، من المهم ملاحظة أن الكروموسومات البدائية لها عيب جوهري في اللياقة على ريبوزيمات الوحدة على مستوى الخلية الأولية ، كما هو موضح في قسم المقدمة من الورقة. في نموذج المؤلفين ، تكون الكروموسومات أطول بأربع مرات من ريبوزيمات الوحدة ، مما يؤدي إلى ضعف أربعة أضعاف للكروموسومات على ريبوزيمات الوحدة من حيث كل من التكاثر والانحلال ، مما يؤدي إلى عيب لياقة بمقدار 16 ضعفًا.في دراسة سابقة ، أظهر Maynard Smith و Szathmary [8] أنه في ظل بعض الافتراضات الرئيسية ، يمكن التغلب على مثل هذا العيب الجوهري للكروموسومات بميزة اللياقة للكروموسومات على المستوى بين الخلايا الأولية ، أي الاختزال بواسطة كروموسومات تحميل تشكيلة. على النقيض من ذلك ، يبدو أن الدراسة الحالية تشير إلى أن الكروموسومات يجب أن تتمتع بميزة إضافية كبيرة للغاية يوفرها الهيكل الدائري من أجل البقاء في نظام الخلية الأولية. على وجه التحديد ، يفترض نموذج المؤلفين أن الكروموسومات تتحلل تقريبًا بدرجة واحدة من حيث الحجم أبطأ من وحدة الريبوزيمات (ص BB & lt & lt ص تجربة الاقتراب من الموت) وتعمل كقوالب تقريبًا بترتيبين من حيث الحجم بشكل متكرر أكثر من وحدة الريبوزيمات (ص CRTT& GT & GT ص LRTT) على أساس هيكلها الدائري. إذا أخذناها معًا ، فإن التعميم يوفر ميزة 1000 ضعف للكروموسومات ، والتي يبدو أنها تفوق بكثير عيب 16 ضعفًا الموصوف أعلاه. ومن المثير للاهتمام أن النموذج يوضح أن هذه الميزة الزائدة ضرورية لبقاء الكروموسومات البدائية (الشكل 4). التفسير المحتمل لهذه النتيجة هو أن تقليل الحمل المتنوع الناجم عن الكروموسومات لا يوفر سوى ميزة ضئيلة. ومع ذلك ، فإن هذا التفسير يتعارض مع استنتاج ماينارد سميث وزاثماري علاوة على ذلك ، فهو لا يفسر حقيقة أن الميزة الناتجة عن التعميم يجب أن تتجاوز العيب بسبب الطول الأطول. التفسير البديل هو أن النسخ البدائي القائم على الانقسام الذاتي يتكبد تكلفة لياقة كبيرة للكروموسومات ، لذلك تحتاج الكروموسومات إلى ميزة لياقة إضافية للبقاء على قيد الحياة. هذا تفسير أكثر منطقية لأن الانقسام الذاتي يستلزم تدمير الذات. لتوضيح القضايا التي تم بحثها أعلاه ، من الضروري مقارنة مزايا وعيوب الكروموسومات البدائية وبالتالي تحديد بالضبط ما الذي يمكّن الكروموسومات البدائية من البقاء.

رد المؤلفين

لدهشتنا ، أظهر المراجع هنا رؤيته العميقة للمشكلة. ومع ذلك ، لدينا ما نقوله. هذا هو مجرد سحر سياسة نشر تعليقات المراجعين وردود المؤلفين جنبًا إلى جنب مع المخطوطة.

أولاً ، نشك في صحة اعتبار المراجعة في القياس الكمي ومقارنة المزايا والعيوب. هل يمكن الحكم على المزايا والعيوب من النواحي المختلفة من حيث الكمية ومقارنتها مع بعضها البعض بهذه الطريقة البسيطة؟ علاوة على ذلك ، حتى يمكن حسابها من حيث الكمية ، يبدو أن الطريقة الحسابية لا يمكن أن تكون بهذه البساطة. على سبيل المثال ، فيما يتعلق بالحكم "الكروموسومات أطول أربع مرات من وحدة الريبوزيمات ، مما يؤدي إلى ضعف أربعة أضعاف للكروموسومات على ريبوزيمات الوحدة من حيث ... الانحلال" (في الواقع ، فإن مثل هذه الأحكام "نشأت" في وقت مبكر جدًا [8] ) - إذا كان احتمال كسر رابطة الفوسفوديستر (ص BB) في خطوة زمنية هي 0.1 ، ثم بعد خطوة زمنية ، بالنسبة لرايبوزيم وحدة 8-nt ، فإن احتمال بقائها سليمًا هو (1–0.1) (8-1) ، أي حوالي 0.48 لكروموسوم 32-nt ، الاحتمال المقابل هو (1–0.1) (32-1) ، أي حوالي 0. ​​، 038. وبالتالي ، يبدو أن عيب الكروموسوم قد تجاوز بالفعل 12 ضعفًا. بينما نستمتع بهذه الطريقة الحسابية التي تبدو أكثر ذكاءً وصرامة ، وجدنا فجأة أنه بهذه الطريقة ، قد يتغير مقدار الضرر بشكل كبير مصاحبًا لتغيير قيمة ص BB. ما هي الطريقة الأنسب؟ يبدو من الصعب تصور واحدة في وقت واحد. سيكون حساب الميزة المتعلقة بالنسخ أكثر تعقيدًا ، إذا كان لا يزال ممكنًا.

إذا كان اعتبار المراجع لتقدير ومقارنة المزايا والعيوب إشكالية ، فإن اعتباراته اللاحقة لتفسير "الظاهرة" أن "الكروموسومات يجب أن تتمتع بميزة إضافية كبيرة للغاية يوفرها الهيكل الدائري من أجل البقاء في نظام الخلية الأولية" تفقد نقطة منشأها. ومع ذلك ، في الواقع ، وفقًا لاستنتاجنا في قسم الخلفية ونتيجة محاكاة الكمبيوتر ، فإن ميزة الكروموسوم فيما يتعلق بالحمل المتنوع (أي تجنب فقدان الجينات أثناء انقسام الخلية الأولية) [8] ليست كافية لموازنة تلك الظاهرة مساوئ لذلك. هذا فقط هو الشغل الشاغل للعمل الحالي. على الأقل ، في البداية هذا هو الحال - على المدى الطويل ، فإن ميزة الكروموسوم فيما يتعلق بتخفيض الحمل المتنوع ستصاحب بالتأكيد زيادة عدد الجينات ، والتي ستعزز بعد ذلك وجود الكروموسومات باعتبارها نتيجة التطور. من المسلم به أنه في هذه الدراسة لا يمكننا أن نميّز بالضبط إلى أي مدى تأخذ الميزة المتعلقة بتخفيض عبء المجموعة دورها ، وما نظهره هنا هو أن هذه الميزة يجب أن تكون غير كافية وقد تكون استراتيجية الدائرية والانقسام الذاتي مهمة.

بالمناسبة ، هناك نوعان من سوء الفهم هنا. أولا، ص BB سيعمل على كل رابطة فوسفوديستر ، بينما ص تجربة الاقتراب من الموت يعمل فقط على بقايا النوكليوتيدات الطرفية. لذلك ، لا يمكننا أن نقول "تتحلل الكروموسومات تقريبًا مرتبة واحدة من حيث الحجم أبطأ من وحدة الريبوزيمات (ص BB & lt & lt ص تجربة الاقتراب من الموت) ". ثانيًا ، لن يحدث تأثير الانشطار الذاتي في الشكل الدائري للكروموسوم ، كما هو مذكور في النص (الفقرة الثانية من قسم النتيجة ومفتاح الرسم التوضيحي انظر أيضًا استجابتنا للمراجع 1). لذلك ، فإن حكم المراجع بأن "النسخ البدائي المستند إلى الانقسام الذاتي يتكبد تكلفة لياقة كبيرة للكروموسومات ، ... لأن الانقسام الذاتي يستلزم تدميرًا ذاتيًا" لا ينبغي أن يكون هو الحال في نظامنا النموذجي. ربما ، يجب أن يكون عنواننا ، في شكل أكثر صرامة ، "كروموسوم يتبنى استراتيجية دائرية في حد ذاته وقد يكون الانقسام الذاتي في نسخه الخطية قد ظهر في الخلية الأولية القائمة على الحمض النووي الريبي" ، ومع ذلك ، قد يبدو هذا طويلًا ومعقدًا للحصول على عنوان.

تعليقات المراجعين

فيما يتعلق بالسؤال الثاني (أي الأصل التطوري للكروموسومات البدائية) ، يعتبر المؤلفون أن الكروموسومات البدائية تظهر أحيانًا من خلال الربط العشوائي وإعادة التركيب والتعميم للريبوزيمات بالصدفة (قسم المناقشة). قد لا يكون هذا الافتراض معقولًا لأنه يبدو أن هناك فجوة كبيرة من حيث التعقيد بين الكروموسومات المفترضة ووحدة الريبوزيمات. يمكن (ويجب) اختبار هذا الافتراض من خلال النموذج الحالي ، والذي يبدو أنه يتضمن جميع الخطوات الأولية اللازمة لظهور أول كروموسومات بدائية في نظام بدون كروموسوم (أي ، الربط ، التعميم ، وتطور التسلسل ). ماذا سيحدث إذا بدأت عمليات المحاكاة دون افتراض وجود كروموسومات بدائية في البداية؟

رد المؤلفين

في الواقع ، يعد الأصل التطوري للكروموسومات البدائية مشكلة. ومع ذلك ، فهي مشكلة أخرى. موضوعنا هنا هو "إذا ظهر الكروموسوم ، فهل يمكن أن يستمر في سياق تلك الصعوبات المذكورة؟ أظهرت نتائجنا أنه إذا اعتمد الكروموسوم استراتيجية دائرية وانقسام ذاتي ، فقد يتغلب على الصعوبات ، منتشرًا في النظام. من المسلم به أنه لكي تكون حالة كافية ، يجب توضيح مشكلة الأصل التطوري للكروموسوم.

في النموذج الحالي ، قدمنا ​​أربع وحدات ريبوزيمات من أجل "شكل أكثر تمثيلا للكروموسوم ذي الجينات المرتبطة" (مذكور في الفقرة الأولى من قسم النتائج). يبدو أن الأصل التطوري لمثل هذا الكروموسوم من نظام به أربعة ريبوزيمات غير مرتبطة هو بالفعل فجوة كبيرة. ومع ذلك ، في الواقع ، قد لا تحدث الأشياء بهذه الطريقة ، في خطوة واحدة. على سبيل المثال ، في نظام بدائي مع نوعين فقط من الريبوزيمات الوظيفية التي تفضل الخلية الأولية التي تحتوي عليها (على سبيل المثال ، انظر Rep و Nsr أحد تقاريرنا السابقة [7] لمثل هذا النظام) ، قد ينشأ الحمض النووي الريبي الخطي مع وحدتي الريبوزيمات بواسطة الربط العشوائي / إعادة التركيب ، ثم تشكل حلقة دائرية بواسطة التدوير. قد يبقى كروموسوم RNA الدائري الأبسط هذا في النظام لأنه يتبنى استراتيجية الدائرية والانقسام الذاتي ، كما أنه يفيد احتواء الخلية الأولية عليه فيما يتعلق بحمل المجموعة المتنوعة أثناء انقسام الخلية. بعد ذلك ، من خلال "تكرار الجينات" (على سبيل المثال عن طريق ربط عرضي لنسختين خطيتين من الكروموسوم ثنائي الجين والدوران اللاحق) ، قد يتشكل جزيء RNA أكبر به أربع وحدات ريبوزيمات (زوجان من الجينات الأصلية). ثم من خلال بعض الطفرات ، قد يظهر وينتشر كروموسوم RNA يحتوي على أربع وحدات ريبوزيمات مختلفة ، لأن الأنواع الجديدة من الجينات (مثل Npsr و Asr [20]) يمكن أن تفضل الخلايا الأولية التي تحتوي عليها.

في الواقع ، كما قال المراجع ، يمكن اختبار مثل هذه الافتراضات المتعلقة بالأصل التطوري للكروموسوم من خلال نموذجنا ، والذي قام بدمج جميع الأحداث الأولية اللازمة لظهور أول كروموسومات بدائية في نظام خالٍ من الكروموسوم. على الأقل ، عندما يكون هناك نوعان فقط من ريبوزيمات الوحدة في النظام ، فقد لا يكون الأمر صعبًا للغاية. في الواقع ، في دراساتنا السابقة باستخدام نهج مماثل ، تم إجراء مثل هذه المحاكاة حول ظهور أول تسلسل RNA وظيفي (على سبيل المثال Rep [18] و Nsr [19] و Asr [20]) داخل النظام. سيعتمد ظهور de novo الناجح (ظهور التسلسل الأول وتكاثره / انتشاره اللاحق) إلى حد كبير على عدد البذور العشوائية التي نرغب في اختبارها للمحاكاة والوقت الذي نرغب في انتظار الحساب. عندما يصبح هدف المحاكاة ونظام النموذج أكثر تعقيدًا ، فإن دراسة مظهر التسلسل الأول ستصبح مضيعة للوقت. بعد أن أدركنا هذا ، بالإضافة إلى التمييز بين مشكلة "الظهور الأول" ومشكلة "الانتشار / الانتشار اللاحق" ، في الدراسات اللاحقة المتعلقة بالمشكلات الأكثر تعقيدًا ، كما في [7] وهذا العمل ، ركزنا على مشكلة "التكاثر / الانتشار" ، التي تعتبر "الظهور الأول" إلى حد ما "لعبة الحظ والوقت".

بالنسبة للحالة الحالية ، إذا أصررت على طرح السؤال "ماذا سيحدث إذا بدأت عمليات المحاكاة دون افتراض وجود كروموسومات بدائية في البداية؟" وفقًا لتجربتنا ، من المحتمل ألا يحدث شيء - في صبرك. يوجد حلان: الأول هو "التحلي بالصبر" والآخر هو تخيل الفجوة الكبيرة على أنها فجوات وسيطة أصغر في عملية التطور المستمر (كما ذكر أعلاه) ، ثم اختبار الفجوات الأصغر باستخدام النماذج المعدلة.

إذا شرحنا هذه القضايا في النص الرئيسي ، على ما يبدو ، سيبدو مطولًا للغاية. لذلك ، نشكرك على التعليق الثاقب للمراجع حول هذه النقطة وبالتأكيد أيضًا الفرصة التي قدمتها المجلة لنا لإظهار ردنا على هذا التعليق.

تعليقات المراجعين

لدي المزيد من التعليقات. أولاً ، يفترض المؤلفون أن الدوران يزعزع استقرار جزيئات الحمض النووي الريبي القابلة للطي ، وبالتالي يجعلها أكثر ملاءمة كقوالب. ومع ذلك ، قد يعتمد عدم الاستقرار هذا على طول جزيئات الرنا: قد يتصرف الرنا الدائري تقريبًا كجزيء خطي (محليًا على الأقل) إذا كان طوله طويلًا بدرجة كافية. بالنظر إلى أن أشباه الفيروسات يبلغ طولها بضع مئات من النيوكليوتيدات ، وهو نفس طول ريبوزيم RNA بوليميريز الموجه بالقالب [34] ، يحتاج المرء إلى توخي الحذر بشأن تعميم تأثير الدوران على الجزيئات الشبيهة بالكروموسوم ، والتي من المتوقع أن تكون أطول من بضع مئات من النيوكليوتيدات.

رد المؤلفين

كما ذكرنا أعلاه في ردنا على المراجع 1 ، فإن هذا الرأي ، بالإضافة إلى الرأي الذي ظهر في التعليق الأخير للمراجع 1 ، يشير إلى أن كروموسوم RNA الدائري ربما كان قصيرًا. بالنسبة لطول ريبوزيم البوليميراز [34] ، علينا أن نقول إن الجهد لا يزال مستمرًا. ربما في المستقبل سوف نبني واحدة أقصر بكثير يمكن أن تكون بمثابة نسخة طبق الأصل حقيقية (قادرة على تكرار نفسها). حتى إذا اتضح أن أي ريبوزيم بوليميراز يجب أن يكون طويلًا جدًا ، فقد يكون الريبوزيم المتماثل الأولي عبارة عن ligase فقط - قصير بما يكفي ومرتبط بشكل غير محكم بمركب الركيزة النموذجية - كما هو موضح في عمل المحاكاة الحاسوبية الخاص بنا فيما يتعلق بالنسخة المتماثلة [18) ] (في الواقع مجرد مندوب في النموذج الحالي).

علاوة على ذلك ، نود أن نتحدث أكثر قليلاً عن دور الدائرية لتجنب طي جزيئات الحمض النووي الريبي. في الواقع ، قد يكون هذا الدور أقوى إلى حد ما مما تصوره المراجع. للحصول على ريبوزيم فعال ، يجب أن يكون الطي الصحيح مهمًا جدًا ، تمامًا مثل إنزيم البروتين. كما هو مذكور في النص ، قد تتداخل ريبوزيمات الوحدة المرتبطة في الكروموسوم مع بعضها البعض في الطي ، مما يجعل الكروموسوم قالبًا أفضل. ومع ذلك ، فإن وحدتي الريبوزيمتين عند طرفي الكروموسوم الخطي سيظل لهما "ذيل" حر لكل منهما ، والذي قد ينثني "إلى الداخل" إلى سلسلة الكروموسوم ويستلزم التكوين في الموقع للبنى "الصحيحة" (المدمجة) من هاتين الوحدتين الريبوزيمات. بالنظر إلى أن النسخ الموجه بالقالب من المرجح أن يبدأ من نهايات السلسلة ، فقد يكون هذا التأثير كبيرًا. وهذا يعني أن الاستدارة قد تكون مهمة أيضًا فيما يتعلق بتجنب هذا التأثير ، من خلال "إزالة الذيول الحرة". يبدو أن هذا التأثير ، ما وراء العائق الفراغي الصافي الناجم عن الدوران ، لا يتأثر بطول كروموسوم الحمض النووي الريبي.

تعليقات المراجعين

ثانيًا ، يجادل المؤلفون بأن روابط الفوسفوديستر الطرفية أكثر حساسية للتحلل المائي من روابط الفوسفودايستر الداخلية (أي داخل السلسلة) لأن تكديس القاعدة النهائية أقل استقرارًا من تكديس القاعدة الداخلية. يبدو أن هذه الحجة تشير إلى أن الجزيئات الدائرية أكثر عرضة للتحلل المائي من الجزيئات الخطية لأنه ، كما يفترض المؤلفون ، فإن الدوران يزعزع استقرار جزيئات الرنا. لكن هذا هو عكس التأثير المفترض للتعميم.

رد المؤلفين

هذه النقطة تنتمي إلى تلك القضايا التي يصعب توضيحها فقط عن طريق الاستنتاج. على سبيل المثال ، يمكن القول إنه على الرغم من أن الجزيئات الدائرية ، في شكل سلسلة واحدة ، قد تكون أكثر عرضة للتحلل المائي من الجزيئات الخطية ، فمن المرجح أن تظهر في شكل سلسلة مزدوجة لأنها قد تعمل كقوالب أفضل من تلك الخطية. . من الواضح أن التكديس الأساسي في سلسلة مزدوجة سيكون أكثر (وأقوى) من تلك الموجودة في سلسلة واحدة - بغض النظر عن مقدار ميلها إلى الطي الذاتي.

تعليقات المراجعين

ثالثًا ، يبدو أن النموذج يفترض أن وجود الريبوزيمات يغير ثوابت التوازن للتفاعلات الكيميائية مثل تفاعل التحويل بين سلائف النيوكليوتيدات والنيوكليوتيدات. هل هذا معقول؟

رد المؤلفين

لا ، لم نفترض أن وجود الريبوزيمات يغير ثوابت التوازن للتفاعلات الكيميائية. على سبيل المثال ، يتم تمثيل المعدل الذي تشكل به سلائف النوكليوتيدات النوكليوتيدات ص نف، في حين يتم تمثيل المعدل الذي يتحلل فيه النيوكليوتيد إلى سلائف نيوكليوتيد ص اختصار الثاني. عندما يوجد ريبوزيم مركب نيوكليوتيد (Nsr) ويعمل على سلائف نيوكليوتيد ، فإن المعدل الذي يتحول فيه هذا النوكليوتيد إلى نيوكليوتيد هو ص NFR (& GT & GT ص نف). في الواقع ، يبدو هنا أن ثابت التوازن قد تغير. ومع ذلك ، فإن التفاعل المحفز بواسطة Nsr ليس في الواقع هو التفاعل الأصلي غير الأنزيمي. تم تغيير المسار التفاعلي من خلال دمج بعض عوامل الطاقة العالية ، تمامًا كما هو الحال في الكائنات الحية الحديثة (مثل ATP كعامل مشترك عالي الطاقة). إذا كانت التفاعلات الأنزيمية هي نفسها التفاعلات الأصلية غير الأنزيمية ، أي ، يتم تسريع التحلل والتوليف ، فكيف يمكن لنظامنا "الحي" أن يستمر؟ السبب الذي يجعل ثوابت التوازن هنا تبدو وكأنها تغيرت بواسطة الريبوزيمات هو أن الأحداث المتعلقة بعامل الطاقة المرتفع المحتمل قد تم حذفها في نموذجنا - "تم تبسيط مشكلة الطاقة في المحاكاة ..." ، كما هو مذكور في أول ورقة لدينا المجموعة التي أبلغت عن استخدام هذا النوع من نظام نموذج مونت كارلو لمحاكاة التطور المبكر في عالم الحمض النووي الريبي [35].

المراجع 3: د. يوجين كونين ، المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، المعاهد الوطنية للصحة ، الولايات المتحدة الأمريكية

تعليقات المراجعين

هنا يواصل وينتاو ما وزملاؤه سلسلة دراسات النمذجة لجوانب مختلفة من عالم الرنا البدائي المفترض. تعتمد الدفعة الحالية على الفكرة القديمة لدينر القائلة بأن أشباه الفيروسات هي من بقايا عالم الحمض النووي الريبي. بالتأكيد ، هذه فكرة جذابة نظرًا لأن هذه هي بالفعل أبسط مكررات معروفة ، وهي عبارة عن رنا صغيرة مستقرة وهو أمر مهم لنماذج RNA World. الفكرة الجديدة التي قدمها Wentao Ma وزملاؤه هي الانقسام الذاتي لجزيء RNA دائري يشبه الفيروس إلى جزيئات أصغر مع أنشطة محتملة مختلفة ، من خلال عمل ريبوزيمات رأس المطرقة المدمجة. لا توجد سابقة لهذا بين الحمض النووي الريبي الحديث ولكن لا يوجد أي شيء غير قابل للتصديق بيولوجيًا أو كيميائيًا حول هذا النموذج. في الواقع ، لا شك في أنه يمكن إنتاج مثل هذا الجزيء تجريبيًا ، وستكون خصائصه ذات أهمية. بالتأكيد ، ميزة النموذج.

رد المؤلفين

شكرا للمراجع على الملاحظة. على وجه الخصوص ، في الواقع ، قد يتم إنتاج مثل هذا الجزيء تجريبيًا في المستقبل ، وستكون خصائصه مثيرة للاهتمام.

تعليقات المراجعين

ثم شرع Wentao Ma في تطوير نموذج من نوع Monte Carlo لنظام مكرر يتألف من جزيئات تشبه الفيروسات ويدعي أن النتيجة كشفت عن قوة هذا النوع من أنظمة النسخ المتماثل وقابليتها للتطبيق. موقف هذا المراجع من هذا النوع من النماذج متناقض. من ناحية أخرى ، من الواضح أن كل شيء (تقريبًا) يعتمد على المعايير ، ومع بعض مجموعات المعلمات ، فإن أي نتيجة تقريبًا ممكنة. من ناحية أخرى ، فإن النموذج ليس عديم الفائدة لأنه يوضح أن أنظمة النسخ المتماثل يمكن أن توجد في مجال كبير من مساحة المعلمة.

رد المؤلفين

نعم ، عدد المعلمات في النموذج رائع ، وقد يؤدي ذلك إلى انطباع بأن أي نتيجة من نتائج المحاكاة قد تكون ممكنة ، اعتمادًا على قيم المعلمات. نود الدفاع عن هذا الوضع من ثلاثة جوانب. أولاً ، كما ذكر المراجع ، "النموذج ليس عديم الفائدة لأنه يوضح أن أنظمة النسخ المتماثل يمكن أن توجد في مجال كبير من مساحة المعلمة" (انظر الملف الإضافي 1: الأشكال S2-S5) ، خاصة بالنظر إلى أن المجال متسق مع سلسلة من الاعتبارات المتعلقة بعلاقة المعلمات في المنطق وفي المواقف الحقيقية (انظر تلك الأوصاف في قسم الطريقة). ثانيًا ، كان إدخال العديد من المعلمات بسبب تعقيد النظام الذي نعتزم تصميمه.على سبيل المثال ، في دراساتنا المبكرة [18-20] ، حيث كانت المسألة المستهدفة أبسط بكثير ، كان عدد المعلمات أصغر بكثير. في الواقع ، في عمليات محاكاة الكمبيوتر الأخرى (باستخدام طرق مختلفة) في هذا المجال ، يمكن أن تكون المعلمات أقل بكثير ، ومع ذلك ، لا يمكن استخدام أي منها (على حد علمنا) لمعالجة نظام معقد مثل النظام الحالي. ثالثًا ، وفقًا لتجربتنا ، ليس الأمر في الواقع أن كل شيء يعتمد على المعايير. على سبيل المثال ، إذا لم يُفترض أن الدائرية أو الانقسام الذاتي هي سمة من سمات كروموسوم الحمض النووي الريبي ، فلا يمكنك توقع أي "نتيجة إيجابية" فيما يتعلق بانتشار كروموسوم الحمض النووي الريبي في نظام النموذج ، بغض النظر عن كيفية إدارتك للضبط ( أخرى) المعلمات. بمعنى آخر ، غالبًا ما يكون من الصعب تحقيق نتيجة إيجابية تتعلق بالمسألة المستهدفة ما لم تضع بعض الافتراضات الأساسية. قد يأتي مثال آخر من دراستنا السابقة فيما يتعلق بانتشار ريبوزيم RNA متماثل (فقط Rep في الدراسة الحالية المذكورة بالفعل في ردنا على تعليقات المراجع 2) [18] ، والذي كان من المفترض أن يكون أول مكرر في عالم RNA. وقد تبين في تلك الدراسة أن Rep لا يمكن أن ينتشر بصعوبة في تجمع عشوائي من الحمض النووي الريبي (في ظروف عارية ، وليس داخل الخلية الأولية) ، ما لم يكن ليجاز قصير غير محكم ملزم للقالب (ملاحظة: ليس بوليميراز). في الواقع ، كانت دراساتنا لهذه السلسلة تهدف فقط إلى الكشف عن تلك الافتراضات المهمة والمعايير الرئيسية التي قد تحقق نتيجة "إيجابية" ، والتي تشير عادةً إلى الانتشار / الانتشار الناجح لبعض مكررات الهدف في النظام النموذجي. في هذا السياق ، يجب أن تكون النتيجة "الإيجابية" "قوية" في مجال فضاء كبير للمعلمات الأخرى ، كما هو موضح بالفعل في كل من هذه الدراسات.

تعليقات المراجعين

بشكل عام ، هذه فرضية مثيرة للاهتمام. أنا مندهش من Wentao Ma وزملاؤه لم يذكروا فيروس Hepatitis Delta الذي يعد أكبر جزيء RNA دائري معروف مكرر ويشفر بروتينًا ، وبالتالي ربما يشبه الجينومات البدائية التي كانت تربط عالم RNA وعالم بروتين RNA الأكثر تقدمًا.

رد المؤلفين

هنا يثير المراجع نقطة مثيرة للاهتمام. في الواقع ، يحتوي كروموسوم الحمض النووي الريبي الدائري لفيروس التهاب الكبد الوبائي (HDV) على منطقة تشبه الفيروس ومنطقة ترميز البروتين [36 ، 37]. يشبه تكاثره تلك الخاصة بالفيروس ، حيث يلعب الريبوزيم الانقسام الذاتي (الموجود داخل المنطقة الشبيهة بالفيروس) دورًا رئيسيًا. هل HDV من بقايا عالم بروتين الحمض النووي الريبي ، مما يعني أن استراتيجية الدائرية والانقسام الذاتي يمكن أن تكون "مستدامة" لمثل هذا العالم المتقدم؟ ربما كان هذا هو الحال (يا لها من حالة مثيرة!) ، إذا كنا نرغب في تنحية الشكوك حول طول كروموسوم الحمض النووي الريبي الدائري (أي ربما كان قصيرًا ، انظر التعليقات المرتبطة من المراجعين الآخرين واستجابتنا) - قد يكون الكروموسوم الذي يشتمل على جميع الجينات لآلة الترجمة طويلًا جدًا. بالنظر إلى أن كروموسوم الحمض النووي الريبي الدائري الطويل "لا يزال ممكنًا" لأن الدائرية قد تمنع الطي الذاتي لكروموسوم الحمض النووي الريبي عن طريق "التخلص من" النهايات الحرة بدلاً من العائق الفراغي الخالص (انظر ردنا على المراجع الثاني حول هذه النقطة) ، ربما كان الأمر كذلك بالفعل. من يستطيع أن يقول بالتأكيد لا؟

تعليقات المراجعين

وبالتالي ، لا يوجد خطأ صريح في السيناريو الذي طرحه Wentao Ma وزملاؤه ، وعلاوة على ذلك ، أعتقد أنه أكثر إبداعًا من العديد من النماذج الأخرى التي يتم تداولها في أصل مجال الحياة. ربما باستثناء قضية أساسية واحدة: كل هذا يمكن أن يحدث كما هو موضح في النموذج ، فقط ليس هناك دليل على حدوثه بهذه الطريقة بالفعل. مشكلة عامة مع نماذج التطور البدائي ، لا ينبغي أن تعقد ضد المؤلفين.

رد المؤلفين

شكرا للمراجع على مدحه. بالنسبة للمسألة الأساسية المذكورة ، نتفق مع المراجع. لكن لدينا ملاحظة إضافية حول هذه المسألة. أصل الحياة مشكلة تاريخية. حدثت العملية في الماضي البعيد لدرجة أننا ربما لن نعرف أبدًا ما حدث بالضبط في الواقع. لكن ربما هذا لا يهم. تهدف دراساتنا العلمية حول هذا التاريخ إلى حد كبير (إن لم يكن بالكامل) إلى القواعد ذات الصلة. في الواقع ، القواعد وراء الظواهر هي الشغل الشاغل لجميع المجالات العلمية. بالمقارنة مع كيفية حدوث حدث في هذه العملية ، نحن ، إلى حد ما ، مهتمون أكثر بكيفية حدوثه. بالتأكيد ، إذا تمكنا من معرفة عدد غير قليل من الطرق المعقولة للحدث ، فسنكون أكثر اهتمامًا بما إذا كان قد حدث بهذه الطريقة أو بهذه الطريقة في الواقع. لسوء الحظ ، هذا ليس هو الحال عادة في مجال أصل الحياة. لذلك ، بشكل عام ، من ناحية أخرى ، يجب أن نحاول جمع الأدلة ذات الصلة بالعملية ، ولكن من ناحية أخرى ، يجب أن نقدر أن أي آليات معقولة نجدها فيما يتعلق بالأحداث المحتملة في هذه العملية ستكون ذات قيمة كبيرة.


كيف أصبحت أنشطة الخلايا الأولية قابلة للوراثة؟ - مادة الاحياء

معهد الطب الجزيئي (IMM) ، مختبر الدولة الرئيسي للجينات المسرطنة والجينات ذات الصلة ، مستشفى رينجي ، كلية الطب بجامعة شنغهاي جياو تونغ ، كلية الكيمياء والهندسة الكيميائية ، جامعة شنغهاي جياو تونغ ، شنغهاي 200240 ، الصين

(ب) مختبر العلوم الجزيئية والطب الحيوي ، ومختبر الولاية الرئيسي للعلاج الكيميائي / الاستشعار الحيوي والقياسات الكيميائية ، كلية الكيمياء والهندسة الكيميائية ، كلية البيولوجيا ، مركز هندسة أبتامير في مقاطعة هونان ، جامعة هونان ، تشانغشا ، هونان 410082 ، الصين

c مختبر رئيسي لوزارة التربية للعلوم التحليلية لسلامة الأغذية وعلم الأحياء ، مختبر مقاطعة فوجيان الرئيسي لتكنولوجيا التحليل والكشف لسلامة الأغذية ، مختبر الولاية الرئيسي للتحفيز الضوئي للطاقة والبيئة ، كلية الكيمياء ، جامعة فوتشو ، الصين

د معهد السرطان والطب الأساسي (IBMC) ، الأكاديمية الصينية للعلوم ، مستشفى السرطان التابع لجامعة الأكاديمية الصينية للعلوم ، هانغتشو ، تشجيانغ 310022 ، الصين
بريد الالكتروني: [email protected] ، [email protected]

الملخص

باعتبارها أصغر وحدة في الحياة ، تجذب الخلايا الاهتمام نظرًا لتعقيدها الهيكلي وموثوقيتها الوظيفية. يتم إنشاء الخلايا الأولية التي يتم تجميعها بواسطة مكونات غير حية ككيان اصطناعي لتقليد البنية وبعض الخصائص الأساسية للخلية الطبيعية ، ويتم استخدام شبكات التفاعل الاصطناعي لبرمجة وظائف الخلايا الأولية. على الرغم من أن البناء التصاعدي للخلية الأولية التي يمكن اعتبارها "حية" حقًا لا يزال هدفًا طموحًا ، إلا أن هذه التركيبات التي صنعها الإنسان بدرجة معينة من "الحيوية" يمكن أن توفر أدوات فعالة لفهم العمليات الأساسية للحياة الخلوية ، مهد الطريق الجديد للتطبيقات الإلكترونية. في هذه المراجعة ، نسلط الضوء على كل من المعالم والتقدم الأخير للخلايا الأولية المبرمجة بواسطة شبكات التفاعل الاصطناعي ، بما في ذلك الدوائر الجينية والدوائر غير الجينية المدعومة بالإنزيم وشبكات التفاعل التي تحاكي البريبايوتك والدوائر الديناميكية للحمض النووي. كما تمت مناقشة التحديات والفرص.


حلول RBSE للفئة 11 علم الأحياء الفصل 28 أصل الحياة والتطور العضوي

RBSE Class 11 Biology الفصل 28 أسئلة موضوعية للاختيار من متعدد

السؤال رقم 1.
علم الحيوان الفلسفي من تأليف
1. داروين
2. لامارك
3. وايزمان
4. والاك

السؤال 2.
الأعضاء المتجانسة هي
1. متشابهة في الأصل ، مختلفة في الوظيفة
2. مختلفة في الأصل ، مماثلة في الاحتكاك.
3. مماثلة في كل من الأصل ووظيفة أمبير.
4. مختلفة في كل من الأصل ووظيفة أمبير.

السؤال 3.
وهي ليست مجموعة من الأعضاء المتجانسة
1. اجنحة الخفافيش والطيور والفراشة
2. اجنحة طيور و يد انسان
3. جناح الخفاش والطرف الأمامي للإنسان
4. اجنحة الطيور وزعانف الحوت

/>

السؤال 4.
أي من الهياكل التالية ليس أثريًا في الإنسان
1. الغشاء الإيقاع
2. إليوم
3. عضلات بيناي
4. الزائدة الدودية

السؤال 5.
العالم المرتبط بجزيرة غالاباغوس
1. مالتوس
2. داروين
3. والاس
4. لامارك

السؤال 6.
أيهما رابط متصل
1. الأركيوبتركس
2. نيوسيراتودس
3. عصافير داروين
4. ذبابة الفاكهة

السؤال 7.
أفضل دليل على التطور
1. الجهاز الآثاري
2. دراسة مقارنة
3. علم الأجنة المقارن
4. الحفريات

السؤال 8.
المقال & # 8220 نظرية السكان & # 8221 كتبها
1. لامارك
2. وايزمان
3. مالتوس
4. H. دي فريس

السؤال 9.
الذي قدم نظرية عموم التكوين
1. داروين
2. أوبارين
3. لامارك
4. H de Vries

/>

السؤال 10.
العامل المسؤول عن أصل الأنواع
1. العزلة
2. طفرة
3. الهجين
4. الكل

السؤال 11.
أي نوع من الحيوانات تختاره الطبيعة في "الانتقاء الطبيعي"
1. الأكثر تكيفًا
2. ضعيف
3. الأنواع البرية
4. عادي

السؤال 12.
أي نوع من الاختلافات عديمة الفائدة من وجهة نظر التطور
1. جسدي
2. جرمينال
3. مستمر
4. متقطع

السؤال 13.
اسم آخر للاختلافات الإيجابية & # 8211 السلبية
1. الاختلافات الجسدية
2 تحديد الاختلافات
3. الاختلافات المستمرة
4. الاختلافات المتقطعة

السؤال 14.
نوع العزلة الناتجة عن الأنهار والصحراء الجبلية وما إلى ذلك
1. الجغرافية
2. الموئل
3. موسمي
4. الفسيولوجية

/>

السؤال 15.
تسمى أنواع المناطق الجغرافية المختلفة
1. نيوباتريك
2. متعاطف
3. Alopatric
4. الأخ

السؤال 16.
المصدر الأساسي للتغيرات الجينية
1. طفرة
2. إعادة التركيب
3. كلا الأرض
4. لا شيء

السؤال 17.
العملية التي تمنع التدفق الداخلي للجينات هي
1. الانتواع
2. التكيف
3. العزلة
4. لا شيء

السؤال 18.
وفقا لداروين ، فإن أصل الأنواع يرجع إلى
1. طفرة
2. الانتقاء الطبيعي
3. التهجين
4. وراثة الشخصيات المكتسبة

/>

السؤال 19.
في أي كتاب نشر داروين أفكاره
1. طبيعة النظام
2. علم الحفريات
3. فلسفة علم الحيوان
4. أصل الأنواع

السؤال 20.
العلماء الذين أيدوا لاماركية
1. سمنر
2. البرج
3. Macderegolus
4. الكل

/>

RBSE Class 11 Biology الفصل 28 أسئلة إجابة قصيرة جدًا

السؤال رقم 1.
أعط مثالا واحدا للأعضاء المتماثلة والمماثلة.
إجابة :
الأعضاء المتشابهة & # 8211 الأطراف الأمامية للإنسان والخيل والطيور.
أجهزة متشابهة & # 8211 أجنحة الطيور و الفراشة.

السؤال 2.
قم بتسمية الرابط الذي يربط بين الزواحف و "الطيور".
إجابة :
الأركيوبتركس

السؤال 3.
اسم الكتاب الذي كتبه تشارلز داروين.
إجابة :
أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي

السؤال 4.
تسمى عملية التغيرات المفاجئة في الجينات أو الكروموسومات؟
إجابة :
الطفرات

السؤال 5.
اسم النظرية التي قدمها لامارك.
إجابة :
لاماركية

السؤال 6.
قم بتسمية السفينة التي استخدمها داروين لبرنامج Voyage.
إجابة :
بيجل

السؤال 7.
ما هو النبات الذي استخدمه دي فريس للتجارب المتعلقة بنظرية الطفرات.
إجابة :
زهرة الربيع المسائية

السؤال 8.
ما هو الانجراف الجيني؟
إجابة :
التغيير في وتيرة الجينات في السكان

/>

السؤال 9.
أعط أسماء الوحدات الفرعية للأنواع.
إجابة :
ديميس والعرق والأشقاء

السؤال 10.
تم شرح دور العزلة في التطور لأول مرة من قبل أي عالم؟
إجابة :
فاغنر

السؤال 11.
الطيور المهاجرة من أي بلد تأتي إلى محمية الطيور في غانا في ولاية راجاستان.
إجابة :
سيبيريا

السؤال 12.
الانتقاء الطبيعي يسمى أيضا.
إجابة :
تقسيم التكاثر

السؤال 13.
تسمى الاختلافات التي يسببها تبادل الجينات؟
إجابة :
الاختلافات الجرثومية

السؤال 14.
أعط مثالا على atavism.
إجابة :
ذيل أثري في طفل بشري

السؤال 15.
تم العثور على الديناصورات في أي عصر؟
إجابة :
عصر الدهر الوسيط.

RBSE Class 11 Biology الفصل 28 أسئلة ذات إجابة قصيرة

السؤال رقم 1.
ما هي الاعضاء الاثرية؟ اكتب أربعة أسماء لأعضاء بشرية أثرية.
إجابة :
تسمى الأعضاء غير الوظيفية في الجسم بأعضاء أثرية. مثل الزائدة الدودية الشكل ، الغدد الثديية في الإنسان ، عضلات الأذن ، الغشاء المؤلم.

السؤال 2.
ما هي الحفرية؟ ما هو دورهم في التطور العضوي؟
إجابة :
تسمى بقايا الحيوانات والنباتات المحفوظة في طبقة قشرة الأرض بالحفريات. تسمى دراسة الحفريات بعلم الحفريات. تقدم الحفريات أدلة مباشرة لدعم التطور العضوي

السؤال 3.
قارن اللاماريكية والداروينية بأخذ الزرافة كمثال.
إجابة :
تطورت الزرافات طويلة العنق من أسلاف ذات ارتفاع قصير وعنق قصير وكانت تتغذى على العشب. نتيجة للتغيرات البيئية ، تضيع النباتات العشبية ويقل عدد الأشجار. تسبب التمدد المستمر لأطراف الرقبة والأمام من قبل أسلافهم لالتقاط (إطعام) الأوراق العالية من النباتات الصحراوية في استطالة الرقبة وأصبحت الأطراف الأمامية أطول من الأرجل الخلفية.

السؤال 4.
لماذا تسمى الاختلافات كمادة خام للتطور.
إجابة :
تسمى الاختلافات كمادة خام للتطور لأنها العوامل الرئيسية والتقدمية للتطور.

/>

السؤال 5.
ماذا تقصد بالداروينية الجديدة؟
إجابة :
كانت الداروينية الجديدة مدعومة بقوة من قبل والاس ، ودافنبورت ، ووالدين ، إلخ
تشمل الداروينية الجديدة ما يلي 5 سلاسل-

  • طفرة جينية
  • التغييرات في عدد بنية الكروموسومات
  • إعادة التركيب الجيني
  • الانتقاء الطبيعي و أمبير
  • العزلة الإنجابية

السؤال 6.
التفريق بين الأعضاء المتماثلة والمتشابهة.
إجابة :

الاختلافات بين الأعضاء المتماثلة والأمبير
أعضاء متجانسة أجهزة مماثلة
1. أعضاء الجسم متشابهة في الأصل ولكن قد يكون لها وظيفة مختلفة. 1. أعضاء الجسم المتشابهة في الوظيفة ولكن لها أصل مختلف.
2. هيكلها الأساسي مشابه 2. الهيكل الأساسي مختلف.
3. قد تكون وظيفتهم متشابهة أو مختلفة 3. وظيفتهم متشابهة.
4. أمثلة & # 8211 الطرف الأمامي للإنسان ، والخيول ، والحوت. 4. أمثلة & # 8211 أجنحة الطيور والخفافيش والحشرات وغيرها

السؤال 7.
ما هي الحقائق التي تم تضمينها في مفهوم التطور الحديث.
إجابة :
طرح تشارلز داروين (1809 & # 8211 1882) منظورات علمية ومنطقية تتعلق بالتطور العضوي في عام 1858 & # 8211 1859 ولكن في ذلك الوقت كانت معرفة علم الوراثة مخيفة. في وقت لاحق ، طبق العديد من العلماء علم الوراثة في دراساتهم وبمساعدة الاختلافات ، والطفرات ، وإعادة التركيب ، والهجرة ، والانتقاء الطبيعي ، إلخ ، وضعوا النظرة الحديثة للداروينية.

السؤال 8.
ما هي الطفرات؟ اكتب باختصار عن أنواع الطفرات.
إجابة :
تسمى التغييرات المفاجئة والموروثة في الحيوانات بالطفرة. تحدث بسبب التغيير في النمط الجيني للحيوان. يمكن إنتاجها بشكل مصطنع في المختبر.
هم من ثلاثة أنواع
1. الطفرات الجينية
2. الطفرات الصبغية
3. الطفرات الجينية أو تعدد الصبغيات

/>

السؤال 9.
اشرح مفهوم الأنواع.
إجابة :
وفقًا للمفهوم الحديث ، فإن الأنواع هي مجموعة من الحيوانات المتشابهة وراثيًا التي تتزاوج لإنتاج ذرية خصبة. إنها وحدة تصنيف أساسية وأصغر ، ولكن يمكن تقسيمها إلى ديميس ، وعرق ، وأخ ، وما إلى ذلك.

السؤال 10.
قدم وصفًا موجزًا ​​للعزلة.
إجابة :
يُطلق على فصل السكان من نوع ما إلى وحدات صغيرة أو سلالات أو سلالات فرعية بحيث تصبح غير قادرة على التزاوج على أنها عزلة. تصبح الوحدات الفرعية غير قادرة على التكاثر مع الأنواع الأسلاف وتؤدي إلى تكوين أنواع جديدة. هذه العزلة ناتجة عن بعض العوائق المادية أو الجغرافية أو غيرها.

السؤال 11.
اذكر العوامل المسؤولة عن الانتواع.
إجابة :
العوامل الرئيسية للانتواع هي كما يلي

  • طفره
  • الانحراف الجيني
  • الهجرة
  • الانتقاء الطبيعي
  • إعادة التركيب الجنسي
  • تهجين
  • عزل

السؤال 12.
ما هو تعدد الصبغيات؟ ما هي أهميتها؟
إجابة :
مجموعتان أحاديتان من الكروموسومات تسمى ثنائية الصبغيات (2N). يسمى وجود أكثر من رقم ثنائي الصيغة الصبغية
مثل تعدد الصبغيات مثل ثلاثي الصبغيات (3N) ، رباعي الصيغة الصبغية (4N) إلخ.

السؤال 13.
كيف تساعد الهجرة في التطور؟
إجابة :
إضافة وحذف الجينات من قبل المهاجرين والمهاجرين يسمى الانجراف الجيني. يتسبب الانجراف الجيني في حدوث تغييرات في تواتر الجينات في مجموعة ما ، وهو أمر مهم للسكان وهو عامل مهم في التطور العضوي.

/>

السؤال 14.
كيف يعمل الانتقاء الطبيعي في عملية التطور؟
إجابة :
يتم اختيار الأصلح تلقائيًا. لقد نجوا وتكيفوا مع البيئة الطبيعية. قد تؤدي تكيفات الناجين إلى تكوين هياكل جديدة تسمى الاختلافات. تم نقل الاختلافات المفيدة والمواتية من جيل إلى أجيال وأدت إلى تكوين أنواع جديدة.

السؤال 15.
اشرح قاعدة توازن هاردي-واينبرغ & # 8217s.
إجابة :
قانون هاردي-واينبرغ للتوازن الجيني:
ج. قدم هاردي (إنجلترا) و دبليو واينبرغ (ألمانيا) تعبيرًا رياضيًا عن علم الوراثة وطرحا قانون هاردي & # 8211 واينبرغ. وفقًا لذلك ، سيظل تواتر الجينات للتزاوج العشوائي لعدد كبير من السكان ثابتًا من جيل إلى جيل في غياب الطفرات ، أي أن هذا المجتمع سيبقى في حالة توازن وراثي.

ينص هذا القانون أيضًا على أن معدل التطور سيكون صفراً في حالة التوازن الجيني.
خمسة عوامل تؤثر على قانون هاردي واينبرغ

  • انسياب الجينات
  • الانحراف الجيني
  • طفره
  • إعادة التركيب الجيني
  • الانتقاء الطبيعي

RBSE Class 11 Biology الفصل 28 أسئلة نوع المقال

السؤال رقم 1.
ما هو التطور العضوي؟ قدم أربعة أدلة لدعم التطور.
إجابة :
شواهد التطور العضوي:
عملية التطور بطيئة للغاية ولا يمكن ملاحظة نتائجها في عمر الإنسان. تقدم دراسة الفروع المختلفة لعلم الحيوان العديد من الأدلة لصالح التطور العضوي.

أدلة من جغرافيا حديقة الحيوان:
يوفر التوزيع الجغرافي للحيوانات دليلًا على التطور. وقد لوحظ في بعض الأحيان أن المناطق ذات الظروف الجغرافية المختلفة تسكن حيوانات ونباتات متشابهة وأن المناطق ذات الظروف المناخية المماثلة تسكن حيوانات ونباتات مختلفة. يمكن تفسيره بمساعدة الأمثلة التالية

  • أسماك الرئة
    هناك ثلاثة أجناس من أسماك الرئة توجد في قارات مختلفة-
    (أ) بروتوبتروس - أفريقيا
    (ب) Lepidosiren - أمريكا الجنوبية
    (ج) Neocerartodus - أستراليا
    في العصور القديمة ، ارتبطت أستراليا وأفريقيا بآسيا عن طريق مضيق بيرينغ وبالمثل كانت إفريقيا مرتبطة بأمريكا الجنوبية. تم العثور على هذه الأسماك في وقت سابق في جميع هذه المناطق ولكن نتيجة للتغيرات الجغرافية فإنها تقتصر على مناطق معينة.
  • تم العثور على الأسد والفيل فقط في آسيا وأفريقيا ، وليس في أمريكا وأستراليا ، وتوجد الزرافة والنعام وفرس النهر في إفريقيا.
  • تم العثور على البروتوثيرين و metatherians في أستراليا فقط ، لأن قارة أستراليا معزولة عن بقية العالم. في أستراليا ، ظلت الجرابيات محمية وتطورت العديد من الأنواع الجديدة. في الأجزاء الباقية من العالم ، أدى تطور eutherians إلى انقراض الجرابيات.
  • داروين فينشز- درس داروين 20-22 نوعًا من الطيور في جزر غالاباغوس الواقعة في المحيط الهادئ.
    يطلق عليهم اسم عصافير داروين
  • تم العثور على أنواع الإبل في شكل الإبل في أمريكا الشمالية وآسيا وفي شكل اللاما في أمريكا الجنوبية.

أدلة من علم التشريح المقارن:
الحيوانات الفقارية لديها العديد من أوجه التشابه مثل العمود الفقري. النخاع الشوكي ، الخياشيم البلعومية الخ. إنه يشير إلى أن هذه الحيوانات قد تطورت من سلف مشترك. تقدم الأجهزة التالية دليلاً على هذه الحقيقة-

(أ) أعضاء متجانسة

  • تمتلك الحيوانات من الأنواع المختلفة العديد من الأعضاء المتشابهة في الأصل ولكنها تختلف في التركيب. مثل الطرف الأمامي للإنسان ، والساق الأمامية للحصان ، وأجنحة الخفافيش. أجنحة الطيور ومجاديف الحوت.
  • تسمى العلاقة بين الهياكل المتجانسة باسم التنادد الذي يرجع إلى سلف مشترك.

    التنادد بين (أ) جناح الخفاش ، (ب) الرجل الأمامية للحصان ، (ج) الطرف الأمامي للإنسان ، (د) زعنفة الحوت

التنادد من ثلاثة أنواع-

  1. التنادد النشوء والتطور
    • يسمى التنادد الموجود في الحيوانات من الأنواع المختلفة باسم التماثل النسبي. مثال & # 8211 الأطراف الأمامية للإنسان. الحوت والحصان والخفاش.
  2. التنادد التسلسلي
    • التماثل في مختلف أعضاء الحيوانات من نفس النوع على أساس الأصل.
    مثال - الطرف الأمامي والطرف الخلفي للإنسان ملحقات مختلفة من الجمبري وما إلى ذلك.
  3. التنادد الجنسي
    • يسمى التنادد الموجود في الذكر والأنثى من نوع ما بالتماثل الجنسي.
    مثال- الخصيتين والمبيضين للذكور والأنثى.

(ب) الأجهزة المماثلة

  • في العديد من الحيوانات ، تؤدي الهياكل المختلفة وظائف متشابهة ويبدو أن الأمبير متشابه. مثل أجنحة الخفافيش والطيور وذبابة الزبدة
  • أجنحة الخفافيش ، الزاحف المجنح ، الطيور ، الفراشة تستخدم في الطيران لكن أصلها مختلف. يطلق عليه التناظر. تسمى هذه الأعضاء كأعضاء مماثلة.

    تشبيه في (أ) جناح الحشرة ، (ب) جناح الطائر و (ج) جناح الخفاش

(ج) الأعضاء الآثارية

  • تمتلك العديد من الحيوانات أعضاء مختلفة غير وظيفية تسمى أعضاء أثري. كانت هذه الأعضاء وظيفية ولكنها خلال التطور تقلصت تدريجياً وأصبحت أثرية.
  • وجود مثل هذه الأعضاء هو دليل مباشر على التطور.
  • هناك العديد من الأعضاء الأثرية في جسم الإنسان مثل-
  1. الزائدة الدودية
    إنه مثال معروف للعضو الأثري. في الثدييات الأخرى ، يكون التذييل الدودي وظيفيًا ويساعد في هضم السليلوز. الزائدة الدودية للإنسان هي أثر من الزائدة الدودية الوظيفية للأسلاف.
  2. عضلات الأذن في الرجل هي مثال آخر على الأعضاء الأثرية. في كثير من الثدييات ، تكون هذه العضلات وظيفية وتستخدم الأمبير في تحريك الصيوان لاستقبال الموجات الصوتية. في الإنسان ، لا فائدة منها ، وبالتالي أصبحت أثرية.
  3. وجود 3 إلى 5 فقرات ذيلية أثرية وهي بقايا ذيل متطور جيدًا للثدييات الأخرى.
  4. جلد أحمر اللون يطوى في العينين. إنها بقايا غشاء ضفدع وأرنب وقط.
  5. وجود الأنياب المدببة والضرس الثالث والشعر على الجسم
  6. الغدد الثديية في الرجل والبظر عند المرأة.
    • لدى الحيوانات الأخرى أيضًا أعضاء أثرية. مثل المشدات الحوضية شديدة الانخفاض في الثعابين والحيتان التي تنخفض الأجنحة في الطيور التي لا تطير والعظام المنحدرة في الأرجل الخلفية للحصان والغزلان وما إلى ذلك والتي هي بقايا الشظية.


أجهزة العمود الفقري البشرية

الاختلافات بين الأعضاء المتماثلة والأمبير
أعضاء متجانسة أجهزة مماثلة
1. أعضاء الجسم متشابهة في الأصل ولكن قد يكون لها وظيفة مختلفة. 1. أعضاء الجسم المتشابهة في الوظيفة ولكن لها أصل مختلف.
2. هيكلها الأساسي مشابه 2. الهيكل الأساسي مختلف.
3. قد تكون وظيفتهم متشابهة أو مختلفة 3. وظيفتهم متشابهة.
4. أمثلة & # 8211 الطرف الأمامي للإنسان ، والخيول ، والحوت. 4. أمثلة & # 8211 أجنحة الطيور والخفافيش والحشرات وغيرها

(د) Atavism أو الارتداد
إنه الميل للعودة إلى نوع الأسلاف. في علم الأحياء ، يعتبر الأتافيزم ارتدادًا تطوريًا ، أي عودة ظهور السمات (الشخصيات) التي اختفت جيلًا من قبل.

  1. وجود شعر طويل وكثيف على جسم بعض البشر (مثل القرود)
  2. في بعض الوقت ، يظهر الذيل الصغير في جسم الإنسان.
  3. وجود أنياب طويلة ومدببة في نفس الإنسان
    أطفال.
    يعد رجوع الناس في عصر المودم إلى طرق التفكير والتصرف التي كانت في السابق مثالاً على التأتف الثقافي

أدلة من علم الحفريات:

تسمى بقايا الحيوانات والنباتات المحفوظة في طبقة قشرة الأرض بالحفريات. تسمى دراسة الحفريات بعلم الحفريات. يتم حفظ الأجزاء الصلبة من الحيوانات مثل العظام والأسنان والأصداف في شكل أحافير.

في بعض الأحيان يتم دفن الحيوانات الميتة قبل التحلل في التربة ونتيجة للتفاعلات الكيميائية تتحول إلى حجر تدريجيًا. تشكل التربة القريبة أيضًا طبقات عن طريق التعرية وترسب الرواسب في البحر والضغط والاضطرابات اللاحقة وغمر الأرض تحت الماء. تسمى هذه العملية بالتحجر.

كان ليونارد دا فينشي (1452-1519) أول من أدرك أن الحفريات تقدم دليلاً على الحياة في الماضي. أظهر داروين أن الحفريات هي دليل مباشر يدعم التطور العضوي.

كشفت دراسة الأحافير أن الديناصورات كانت من الزواحف العملاقة وأنها حكمت الأرض خلال حقبة الدهر الوسيط. في وقت لاحق ، ينقرضون.

تم الحصول على أحافير الأركيوبتركس من صخور العصر الجوراسي والتي هي حلقة الوصل بين الزواحف والطيور الأمبير. كان لها بعض سمات الزواحف مثل الأسنان والمخالب في الأطراف الأمامية والمقاييس على الجسم وبعض ملامح الطيور مثل المنقار والريش على الجسم والأجنحة. يظهر أن الطيور تطورت من سلف يشبه الزواحف.

درس العلماء الأصل الكامل وتاريخ تطور الحصان والفيل والإنسان بمساعدة الحفريات.

ومن ثم ، فإن الحفريات توفر أدلة مباشرة لدعم التطور العضوي

الأركيوبتركس

دليل من علم الأجنة المقارن:
يقدم قانون الجينات الحيوية ونظرية التلخيص التي قدمها هيكل دليلاً مباشراً على التطور العضوي. وفقا لذلك. المراحل الجنينية للحيوانات تشبه أسلافهم البالغين. في وقت صياغة نظرية التلخيص. اعتبر هيجل أن المبدأ التالي لعلم الدم الذي قدمه فون باير-

  • أثناء التطور الجنيني ، تظهر الشخصيات العامة في وقت أبكر من شخصيات معينة تموت.
  • أثناء التطور ، تظهر الاختلافات في الحيوانات المختلفة ببطء.
  • تظهر السمات المحددة في نهاية التطور الجنيني.
  • المراحل الأولى من التطور الجنيني متشابهة في الحيوانات المختلفة.

وفقًا لقانون مولر-هيكل. "تطور الجنين يكرر نسالة" أي أن التطور الجنيني للحيوان يكرر تاريخه التطوري.

على سبيل المثال ، أثناء التطور الجنيني ، يتشابه الجنين البشري مع الأسماك في البداية ، ولاحقًا مع البرمائيات والزواحف. في الشهر السابع ، يشبه الجنين البشري القرد.

الضفدع البالغ يفرز اليوريا ولكن الشرغوف يفرز NH3 مثل الأسماك. يطلق عليه اسم التلخيص الكيميائي الحيوي. تحتوي يرقة الشرغوف على خياشيم مثل الأسماك والجنين البشري له فتحات خيشومية مثل الأسماك. يطلق عليه التلخيص الهيكلي

تتشابه المراحل الجنينية مثل الزيجوت ، والانقسام ، والأريمة ، والمعدة ، والعصب الأمبير في الأساس في جميع الحيوانات.

المراحل الجنينية للفقاريات المختلفة

دليل من الترابط بين الكائنات الحية:
هناك الملايين من أنواع الكائنات الحية على الأرض. المورفولوجية ، يبدو أنها مختلفة ولكن عندما ندرس علم وظائف الأعضاء والتركيب الكيميائي ، يُلاحظ وجود علاقة متبادلة متميزة بين الأنواع. تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا وتقوم كل خلية بجميع الأنشطة الحيوية. الهياكل الأساسية لخلايا جميع الأنواع متشابهة.

الأنشطة الحيوية مثل التنفس والإفراز والتكاثر والهضم متشابهة من الناحية الفسيولوجية. جميع الكائنات الحية تستخدم O2 في التنفس وإطلاق أمبير2.

في جميع الكائنات الحية متعددة الخلايا ، من هيدرا إلى الحوت ، تبدأ الحياة من الزيجوت أحادي الخلية.

تكشف الأدلة المذكورة أعلاه عن سلف مشترك لجميع الكائنات الحية.

/>

السؤال 2.
تفسير اللاماركية والداروينية.
إجابة :
لاماركيزم:

(أ) عام

  • كان جان بابتيست لامارك عالمًا طبيعيًا في فرنسا.
    كان أستاذًا في علم النبات في باريس. في عام 1801 و 1802. نشر ورقتين بخصوص التطور-
  1. نظام الرسوم المتحركة بلا فقرات
  2. أبحاث منظمة ريفية des corps vivans.
  • في عام 1809 وصف لأول مرة مبادئ التطور في كتاب "علم الحيوان الفلسفي".
  • لقد صاغ مصطلح & # 8216 "علم الأحياء".
  • استخدم لأول مرة مصطلحات اللافقاريات والفقاريات.
  • يُطلق على Lamaskism أيضًا "وراثة الشخصيات المكتسبة".

(ب) افتراض اللاماركية

  • طرح لامارك أربع فرضيات تسمى مجتمعة Lamarkism & # 8211
  1. تأثير البيئة
    وفقًا لامارك ، تؤثر البيئة على شكل الحيوانات مما يؤدي إلى تغيرات في سلوك الحيوانات. ونتيجة لذلك ، تصبح بعض أعضاء أو هياكل الحيوانات نشطة بشكل غير طبيعي.
  2. تأثير الاحتياجات
    وفقًا لذلك ، نتيجة للتغير في المتطلبات ، يتطور بعض الأعضاء الجديد في جسم الحيوانات أو يتم تعديل بنية العضو الحالي.
  3. تأثير استخدام الأعضاء وإهمالها
    وفقا لذلك. إذا تم استخدام الأعضاء بشكل متكرر ومستمر ، يتم تقويتها وتطويرها وتوسيعها. من ناحية أخرى ، إذا لم يتم استخدامها ، فإنها تضعف وتختفي في النهاية.
  4. وراثة الشخصيات المكتسبة وفقًا لذلك ، فإن الشخصيات المواتية التي يتم اكتسابها أو اكتسابها خلال فترة حياة الفرد تنتقل إلى الأبناء. أدى التأثير التراكمي لهذه الصفات المكتسبة إلى نشوء أنواع جديدة.

(ج) أمثلة على اللاماركية

  1. أسلاف الحصان الحديث كانوا نباتات نباتية ، وآكلات نباتية ، وكانوا يعيشون في تربة رطبة. تسببت التغييرات في البيئة وموائل الأمبير في حدوث تغييرات في عاداتهم. الآن ، كان عليهم إطعام العشب الصلب والجاف وكان عليهم الركض بسرعة للحماية على الأراضي الجافة والصلبة. لذلك ، في الوقت المناسب ، تصبح أرجلهم طويلة ، وتتغير أسنان خدودهم ، ويقل عدد الأصابع وتصبح غير رخوة.
  2. تطورت الزرافات طويلة العنق من أسلاف ذات ارتفاع قصير وعنق قصير وكانت تتغذى على العشب. نتيجة للتغيرات البيئية ، تضيع النباتات العشبية ويقل عدد الأشجار. تسبب التمدد المستمر لأطراف الرقبة والأمام من قبل أسلافهم لالتقاط (إطعام) الأوراق العالية من النباتات الصحراوية في استطالة الرقبة وأصبحت الأطراف الأمامية أطول من الأرجل الخلفية.
  3. اكتسب البط والطيور الأخرى التي تسبح أقدامًا مكشوفة ، لأن الجلد بين أصابع القدم يتعرض للتمدد بسبب السباحة المستمرة.
  4. اكتسبت طيور الحشو رقبة طويلة وأرجلًا من التمدد.
  5. في الثعابين ، يؤدي شد أجساد أسلافهم ، وهم يشقون طريقهم عبر ممرات ضيقة في الغطاء النباتي الكثيف ، إلى استطالة. تسبب عدم استخدام الأطراف في مثل هذه البيئة في تصغيرها التدريجي واختفاءها نهائيًا.

(د) نقد اللاماركية
انتقد العديد من العلماء اللاماركية. كان كوفييه وايزمان المعارضين الرئيسيين لللاماركية.

اقترح وايزمان (1885) نظرية الأصول الوراثية وأكد أن الصفات المكتسبة جسدية ولا يمكن نقل الأمبير. أجرى وايزمان تجربة واحدة على الفئران البيضاء بقص ذيولها. لم يستطع أن يجد تصغيرًا في حجم الذيل حتى بعد الجيل الثاني والعشرين.
Lamarkism غير قادر على شرح النقاط التالية-

  1. الإناث الصينيات يرتدين أحذية حديدية وذلك لتقليل حجم القدمين. لكن الأطفال يولدون بأقدام طبيعية حتى بعد عدة عقود.
  2. لا يتم توريث عضلات الرياضيين أبدًا إلى نسلهم.
  3. كان ثقب الأذنين والأنف في الهند تقليدًا منذ عقود ولكن لم يولد طفل مطلقًا بأنف وأذنين مثقوبة.
  4. لا تنتقل قشور كف الحدادة والمزارعين والعمال وما إلى ذلك أبدًا إلى نسلهم.

(هـ) اللاماركية الجديدة
تم مؤخرًا إحياء الإيمان باللاماركية. قام العديد من العلماء مثل سمنر ، مي دوجال ، توفر ، بافلوف ، ليندسي كاميرر ، بتعديل اللاماركية وتسميتها على أنها غير لاماركية. أثبت هؤلاء العلماء من خلال التجارب أن بعض الشخصيات المكتسبة قابلة للوراثة. مثل-

  1. ف. لاحظ سمنر في تجربة أجريت على الفئران البيضاء أنه عندما تربى الفئران عند 20 إلى 30 درجة مئوية ، يصبح الجسم والذيل والصيوان والساق الخلفية أطول. تم العثور على هذه الشخصيات لتكون قابلة للتوريث.
  2. أجرى Me Dougall تجربة على الفئران. قام بتدريب الفئران على الهروب من خزان المياه عبر المسار المتعرج حتى 45 جيلًا. ولاحظ أن الفئران ارتكبت أخطاء أقل أثناء التدريب من جيل إلى جيل.
  3. أجرى توفر تجربة على خنافس البطاطس. ولاحظ أن الخنافس تحدث بعض التغيرات الجسدية عندما يتم الاحتفاظ بالمراحل الجنينية للمعركة في ظروف شديدة الحرارة والرطوبة. تم العثور على التغييرات لتكون قابلة للتوريث.
  4. قام بافلوف في تجربة بتدريب الكلاب على القدوم لتناول الطعام استجابةً لصوت الجرس. ولاحظ أن التدريب كان أقل من جيل إلى جيل.

الداروينية:

(أ) عام
كان تشارلز داروين (1809 إلى 1882) عالمًا طبيعيًا إنجليزيًا. قام بجولة حول العالم على متن سفينة مقاتلة بريطانية ، "بيغل". قام بجمع حيوانات مختلفة من جزر ودول مختلفة. درس طيور العصافير في جزيرة غالوباغوس في أمريكا الجنوبية. تسمى هذه الطيور الآن باسم Darwin، s Finches.

والاس (1823-1913) متزامن مع داروين ، لكن نُشر بشكل منفصل وجهات نظر مشابهة لداروين. في عام 1858 ، نُشرت آراء كل من داروين وأمبير والاس في ورقة مشتركة تستند إلى آراء مالتوس.

في عام 1859 ، نشر داروين كتابًا بعنوان "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي. تسمى الداروينية أيضًا بـ & # 8220 Theory of Natural الانتقاء ”.

(ب) ستة افتراضات أساسية للداروينية.

  1. الخصوبة الهائلة أو زيادة الإنتاج في الكائنات الحية. تميل جميع الحيوانات والنباتات إلى زيادة الإنتاج.
    أمثلة & # 8211
    يتكاثر الأرنب من 3 إلى 4 مرات في السنة وفي كل مرة تلد من 4 إلى 6 صغار. يضع المحار حوالي 6 كرور بيضة في السنة. وبالمثل ، تضع أسكاريس حوالي 2.5 كرور بيضة في حياتها. إذا نجت النسل بأكمله وتضاعف ، فسيكون حجمه ثمانية أضعاف حجم الأرض في السنة.
    الفيل هو أبطأ مربي ينضج في سن الثلاثين. عمرها هو 100 عام والأنثى العازبة تلد ستة صغار في حياتها. يُحسب أنه في 750 عامًا ، ينتج زوج واحد من الفيل 1.9 كرور روبية من الأفيال. وهكذا تتكاثر جميع الحيوانات بنسبة هندسية ولكن يظل عددها ثابتًا.
  2. النضال من أجل الوجود
    بغض النظر عن الإنتاج الزائد ، يتم الحفاظ على أعداد الحيوانات عند مستوى ثابت. لأن مساحة الطعام والأمبير محدودة مما يؤدي إلى صراع من أجل الوجود. النضال من أجل الوجود من ثلاثة أنواع:
    (أ) صراع داخلي محدد
    (ب) النضال بين محددة
    (ج) صراع محدد إضافي
    الحيوانات التي لم تنجح في النضال لا تنجو.
  3. الاختلاف والوراثة
    تحدث الاختلافات بشكل شائع في الكائنات الحية ولا يوجد شخصان متشابهان. الأصلح التي تبقى لها اختلافات مفيدة.
    الاختلافات تؤدي إلى ظهور شخصيات جديدة والوراثة تنقلها إلى الجيل التالي.
    هناك ثلاث مجموعات من الاختلافات المتناقضة-
    (أ) الاختلافات الجوهرية والموضوعية
    (ب) الاختلافات المستمرة والمتقطعة
    (ج) الاختلافات الجسدية والمولدة للانفجار
  4. البقاء للأصلح أو الانتقاء الطبيعي
    في النضال من أجل الوجود فقط من أجل الوجود فقط هؤلاء الأفراد الذين تم تكييفهم بيولوجيًا للظروف الجديدة ، لأنهم يمتلكون اختلافات مفيدة. الحيوانات غير الصالحة هلكت أطلق عليها داروين "الانتقاء الطبيعي" وأطلق عليها سبانسر "البقاء للأصلح".
  5. التكيف مع البيئة
    بيئة أي منطقة ليست ثابتة أبدًا. التغيرات البيئية هي في الإمدادات الغذائية ، والظروف المناخية (درجة الحرارة ، والبرق ، والجفاف ، والغذاء) والظروف الجغرافية. التنوعات الأنسب في معطى
    قد تكون البيئة غير مواتية في البيئة المتغيرة. لذلك ، من أجل البقاء على قيد الحياة ، يجب أن يكون الكائن الحي قادرًا على التغيير استجابةً للبيئة المتغيرة.
    على سبيل المثال في عصر الدهر الوسيط ، كانت البيئة مناسبة للديناصورات ، فقد حكموا الأرض واحتلت الأرض والماء والهواء. ولكن في وقت لاحق في الدهر الوسيط ، أدت التجمعات الجليدية إلى تغيرات في درجة الحرارة وأصبح الغطاء النباتي نادرًا. في ظل هذه الظروف ، لم تستطع الديناصورات التعامل مع البيئة وسرعان ما انقرضت.
  6. أصل الأنواع الجديدة
    في الوقت المناسب ، يتم اختيار الأصلح تلقائيًا. لقد نجوا وتكيفوا مع البيئة الطبيعية. قد تؤدي تكيفات الناجين إلى تكوين هياكل جديدة تسمى الاختلافات. تم نقل الاختلافات المفيدة والمواتية من جيل إلى أجيال وأدت إلى تكوين أنواع جديدة.


(ج) نقد الداروينية
في البداية ، تم قبول الداروينية بحماس ، ولكن لاحقًا أشار العلماء إلى عدة اعتراضات على النحو التالي:

  • يصف بقاء الأصلح ولكن ليس & # 8220origin من fittes & # 8221
  • إنه الاختيار الطبيعي لا يفسر وجود روابط الاتصال.
  • إنه الانتقاء الطبيعي الذي يفشل في تفسير التخصص الفائق لبعض الأعضاء ، ونتيجة لذلك تنقرض بعض الأنواع.
  • كان داروين يجهل الاختلافات الموروثة وغير المتوارثة. يطلق عليه فترة اللاأدرية من الداروينية.
  • وصف داروين الاختلافات الدقيقة في التطور ، لكنه فشل في شرح الأصل الأولي للعضو.
  • فشلت الداروينية في تفسير الاختلافات الموجودة في الخلايا الجرثومية الجسدية.
  • تفشل الداروينية في تفسير وجود أعضاء أثرية.
  • فشلت الداروينية في تفسير أنه في بعض الأحيان يكون الأشخاص غير لائقين ولكن الأكثر حظًا يتمتعون بالحماية والأصلح معاق.
    فشل في شرح أصل اصبع القدم للحيوانات البرية من الحيوانات المائية.
  • فشلت الداروينية في تفسير كيفية اكتساب الشخصيات وتعديلها.

(د) الداروينية الجديدة
في بداية القرن العشرين ، تم تعديل الداروينية على أساس الاكتشافات الحديثة التي تسمى الآن الداروينية الجديدة.

كانت الداروينية الجديدة مدعومة بقوة من قبل والاس ، ودافنبورت ، ووالدين ، إلخ
تشمل الداروينية الجديدة ما يلي 5 سلاسل-

  1. طفرة جينية
  2. التغييرات في عدد بنية الكروموسومات
  3. إعادة التوليفات الجينية
  4. الانتقاء الطبيعي و أمبير
  5. العزلة الإنجابية

(1) الطفرات الجينية
يسمى التغيير في عدد تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي للجين باسم الطفرة الجينية.
معظم الطفرات ضارة ولكن القليل منها قد يكون مفيدًا.

تحدث الطفرات الجينية بسبب التغييرات في البيئة. لا يوجد معدل محدد للطفرات عادةً ، نادرًا ما يتحور الجين ولكن العدد الكبير من الجينات والعدد الكبير من الكائنات يوفر فرصًا كافية للتغيرات.

(2) التغييرات في هيكل وعدد أمبير من الكروموسومات
أدت التغييرات في تكوين وعدد النوكليوتيدات وجينات الأمبير إلى تغييرات في بنية الكروموسوم. هذا التغيير ناتج عن التأخير ، والازدواجية ، والانتقال ، وانعكاس أمبير.

تؤدي التغييرات في بنية الكروموسومات إلى اختلافات في الحيوانات أدت في النهاية إلى أصل الأنواع.

(3) وراثي إعادة التركيب
تتضمن اللعبة إلى التكوين الانقسام الاختزالي الذي يؤدي فيه العبور إلى تطوير مجموعات إعادة جينية جديدة. نتيجة لذلك يتم إنشاء الاختلاف في الكائنات الحية.

(4) الانتقاء الطبيعي
يسهل الانتقاء الطبيعي إعادة التركيب الجيني المفيد للتدفق إلى الينابيع الخارجة.

(5) عزل التكاثر
عندما يتم عزل مجموعات مختلفة من الأنواع بسبب الحواجز ، بعد بعض الأوقات يفشلون في التزاوج. ويرجع ذلك إلى التغيرات المتأقلمة التي ظهرت في التركيب الجيني نتيجة الطفرات والانحرافات الصبغية وتعدد الصبغيات. هذه التغييرات تؤدي إلى الاختلافات ، نتيجة تطور السكان إلى نوع جديد.

تمنع الحواجز الجغرافية مثل الجبال والبحر والأنهار وغيرها والحواجز الفسيولوجية التكاثر بين الأنواع

تسمى الأنواع التي تم تطويرها نتيجة للحواجز الجغرافية باسم الأنواع التماثلية. تسمى الأنواع التي تم تطويرها نتيجة العزلة الإنجابية (الفسيولوجية) في نفس البيئة الجغرافية باسم الأنواع المتعاطفة.

/>

السؤال 3.
Interperte Darwininsm والداروينية الجديدة.
إجابة :
الداروينية:

(أ) عام
كان تشارلز داروين (1809 إلى 1882) عالمًا طبيعيًا إنجليزيًا. قام بجولة حول العالم على متن سفينة مقاتلة بريطانية ، "بيغل". قام بجمع حيوانات مختلفة من جزر ودول مختلفة. درس طيور العصافير في جزيرة غالوباغوس في أمريكا الجنوبية. تسمى هذه الطيور الآن باسم Darwin، s Finches.

والاس (1823-1913) متزامن مع داروين ، لكن نُشر بشكل منفصل وجهات نظر مشابهة لداروين. في عام 1858 ، نُشرت آراء كل من داروين وأمبير والاس في ورقة مشتركة تستند إلى آراء مالتوس.

في عام 1859 ، نشر داروين كتابًا بعنوان "أصل الأنواع عن طريق الانتقاء الطبيعي. تسمى الداروينية أيضًا بـ & # 8220 Theory of Natural الانتقاء ”.

(ب) ستة افتراضات أساسية للداروينية.

  1. الخصوبة الهائلة أو زيادة الإنتاج في الكائنات الحية. تميل جميع الحيوانات والنباتات إلى زيادة الإنتاج.
    أمثلة & # 8211
    يتكاثر الأرنب من 3 إلى 4 مرات في السنة وفي كل مرة تلد من 4 إلى 6 صغار. يضع المحار حوالي 6 كرور بيضة في السنة. وبالمثل ، تضع أسكاريس حوالي 2.5 كرور بيضة في حياتها. إذا نجت النسل بأكمله وتضاعف ، فسيكون حجمه ثمانية أضعاف حجم الأرض في السنة.
    الفيل هو أبطأ مربي ينضج في سن الثلاثين. عمرها هو 100 عام والأنثى العازبة تلد ستة صغار في حياتها. يُحسب أنه في 750 عامًا ، ينتج زوج واحد من الفيل 1.9 كرور روبية من الأفيال. وهكذا تتكاثر جميع الحيوانات بنسبة هندسية ولكن يظل عددها ثابتًا.
  2. النضال من أجل الوجود
    بغض النظر عن الإنتاج الزائد ، يتم الحفاظ على أعداد الحيوانات عند مستوى ثابت. لأن مساحة الطعام والأمبير محدودة مما يؤدي إلى صراع من أجل الوجود. النضال من أجل الوجود من ثلاثة أنواع:
    (أ) صراع داخلي محدد
    (ب) النضال بين محددة
    (ج) صراع محدد إضافي
    الحيوانات التي لم تنجح في النضال لا تنجو.
  3. الاختلاف والوراثة
    تحدث الاختلافات بشكل شائع في الكائنات الحية ولا يوجد شخصان متشابهان. الأصلح التي تبقى لها اختلافات مفيدة.
    الاختلافات تؤدي إلى ظهور شخصيات جديدة والوراثة تنقلها إلى الجيل التالي.
    هناك ثلاث مجموعات من الاختلافات المتناقضة-
    (أ) الاختلافات الجوهرية والموضوعية
    (ب) الاختلافات المستمرة والمتقطعة
    (ج) الاختلافات الجسدية والمولدة للانفجار
  4. البقاء للأصلح أو الانتقاء الطبيعي
    في النضال من أجل الوجود فقط من أجل الوجود فقط هؤلاء الأفراد الذين تم تكييفهم بيولوجيًا للظروف الجديدة ، لأنهم يمتلكون اختلافات مفيدة. الحيوانات غير الصالحة هلكت أطلق عليها داروين "الانتقاء الطبيعي" وأطلق عليها سبانسر "البقاء للأصلح".
  5. التكيف مع البيئة
    بيئة أي منطقة ليست ثابتة أبدًا. التغيرات البيئية هي في الإمدادات الغذائية ، والظروف المناخية (درجة الحرارة ، والبرق ، والجفاف ، والغذاء) والظروف الجغرافية. التنوعات الأنسب في معطى
    قد تكون البيئة غير مواتية في البيئة المتغيرة. لذلك ، من أجل البقاء على قيد الحياة ، يجب أن يكون الكائن الحي قادرًا على التغيير استجابةً للبيئة المتغيرة.
    على سبيل المثال في عصر الدهر الوسيط ، كانت البيئة مناسبة للديناصورات ، فقد حكموا الأرض واحتلت الأرض والماء والهواء. ولكن في وقت لاحق في الدهر الوسيط ، أدت التجمعات الجليدية إلى تغيرات في درجة الحرارة وأصبح الغطاء النباتي نادرًا. في ظل هذه الظروف ، لم تستطع الديناصورات التعامل مع البيئة وسرعان ما انقرضت.
  6. أصل الأنواع الجديدة
    في الوقت المناسب ، يتم اختيار الأصلح تلقائيًا. لقد نجوا وتكيفوا مع البيئة الطبيعية. قد تؤدي تكيفات الناجين إلى تكوين هياكل جديدة تسمى الاختلافات. تم نقل الاختلافات المفيدة والمواتية من جيل إلى أجيال وأدت إلى تكوين أنواع جديدة.


(ج) نقد الداروينية
في البداية ، تم قبول الداروينية بحماس ، ولكن لاحقًا أشار العلماء إلى عدة اعتراضات على النحو التالي:

  • يصف بقاء الأصلح ولكن ليس & # 8220origin من fittes & # 8221
  • إنه الاختيار الطبيعي لا يفسر وجود روابط الاتصال.
  • إنه الانتقاء الطبيعي الذي يفشل في تفسير التخصص الفائق لبعض الأعضاء ، ونتيجة لذلك تنقرض بعض الأنواع.
  • كان داروين يجهل الاختلافات الموروثة وغير المتوارثة. يطلق عليه فترة اللاأدرية من الداروينية.
  • وصف داروين الاختلافات الدقيقة في التطور ، لكنه فشل في شرح الأصل الأولي للعضو.
  • فشلت الداروينية في تفسير الاختلافات الموجودة في الخلايا الجرثومية الجسدية.
  • تفشل الداروينية في تفسير وجود أعضاء أثرية.
  • فشلت الداروينية في تفسير أنه في بعض الأحيان يكون الأشخاص غير لائقين ولكن الأكثر حظًا يتمتعون بالحماية والأصلح معاق.
    فشل في شرح أصل اصبع القدم للحيوانات البرية من الحيوانات المائية.
  • فشلت الداروينية في تفسير كيفية اكتساب الشخصيات وتعديلها.

(د) الداروينية الجديدة
في بداية القرن العشرين ، تم تعديل الداروينية على أساس الاكتشافات الحديثة التي تسمى الآن الداروينية الجديدة.

كانت الداروينية الجديدة مدعومة بقوة من قبل والاس ، ودافنبورت ، ووالدين ، إلخ
تشمل الداروينية الجديدة ما يلي 5 سلاسل-

  1. طفرة جينية
  2. التغييرات في عدد بنية الكروموسومات
  3. إعادة التوليفات الجينية
  4. الانتقاء الطبيعي و أمبير
  5. العزلة الإنجابية

(1) الطفرات الجينية
يسمى التغيير في عدد تسلسل النيوكليوتيدات في الحمض النووي للجين باسم الطفرة الجينية.
معظم الطفرات ضارة ولكن القليل منها قد يكون مفيدًا.

تحدث الطفرات الجينية بسبب التغييرات في البيئة. لا يوجد معدل محدد للطفرات عادةً ، نادرًا ما يتحور الجين ولكن العدد الكبير من الجينات والعدد الكبير من الكائنات يوفر فرصًا كافية للتغيرات.

(2) التغييرات في هيكل وعدد أمبير من الكروموسومات
أدت التغييرات في تكوين وعدد النوكليوتيدات وجينات الأمبير إلى تغييرات في بنية الكروموسوم. هذا التغيير ناتج عن التأخير ، والازدواجية ، والانتقال ، وانعكاس أمبير.

تؤدي التغييرات في بنية الكروموسومات إلى اختلافات في الحيوانات أدت في النهاية إلى أصل الأنواع.

(3) وراثي إعادة التركيب
تتضمن اللعبة إلى التكوين الانقسام الاختزالي الذي يؤدي فيه العبور إلى تطوير مجموعات إعادة جينية جديدة. نتيجة لذلك يتم إنشاء الاختلاف في الكائنات الحية.

(4) الانتقاء الطبيعي
يسهل الانتقاء الطبيعي إعادة التركيب الجيني المفيد للتدفق إلى الينابيع الخارجة.

(5) عزل التكاثر
عندما يتم عزل مجموعات مختلفة من الأنواع بسبب الحواجز ، بعد بعض الأوقات يفشلون في التزاوج. ويرجع ذلك إلى التغيرات المتأقلمة التي ظهرت في التركيب الجيني نتيجة الطفرات والانحرافات الصبغية وتعدد الصبغيات. هذه التغييرات تؤدي إلى الاختلافات ، نتيجة تطور السكان إلى نوع جديد.

تمنع الحواجز الجغرافية مثل الجبال والبحر والأنهار وغيرها والحواجز الفسيولوجية التكاثر بين الأنواع

تسمى الأنواع التي تم تطويرها نتيجة للحواجز الجغرافية باسم الأنواع التماثلية. الأنواع التي تم تطويرها نتيجة العزلة الإنجابية (الفسيولوجية) في نفس البيئة الجغرافية تسمى الأنواع المتعاطفة.

/>

السؤال 4.
اشرح نظرية الطفرة.
إجابة :
نظرية الطفرة (نظرية دي فريس)
لاحظ عالم النبات الهولندي هوغو دي فريس (1848 & # 8211 1935) أثناء عمله في زهرة الربيع المسائية (Oenothera lamackiana) أن بعض النباتات تطور فجأة شخصيات مختلفة. يتم توريث هذه الاختلافات في الجيل التالي وتؤدي إلى تكوين أنواع جديدة

قدم مصطلح الطفرة لهذه الاختلافات التي تظهر فجأة. افترض نظرية الطفرات التي نُشرت في مجلدين منشورين (1900-1903). وأوضح أن هذه الطفرات هي المسؤولة عن التطور ، وخاصة أصل الأنواع. الاختلافات في أعضاء النوع بسبب هذه الطفرات التي تحدث باستمرار
يمكن تفسير نظرية الطفرات في دي فريس على النحو التالي:

  • تطور أنواع التكاثر الطبيعي فجأة تغييرات تسمى الطفرة.
  • الطفرة وراثية وتشكل أنواعًا جديدة
  • تسمى الأعضاء التي تظهر عليها أعراض الطفرة بأنها متحولة.
  • جميع الأنواع لديها ميل للطفرات التي يمكن أن تكون أقل أو أكثر.
  • قد تكون الطفرات مفيدة أو ضارة.
  • تتأثر الطفرات بإعادة الانتخاب الطبيعية. تبقى الطفرات المفيدة على قيد الحياة في حين يتم رفض الضار عن طريق إعادة الانتخاب الطبيعي
  • لا تتشكل الأنواع الجديدة عن طريق الانتقاء الطبيعي البطيء ولكنها تحدث بشكل مفاجئ.


نقد نظرية الطفرة:

  • الطفرات في زهرة الربيع المسائية هي فرصة ويمكن أن تكون & # 8217t في الكائنات الحية الأخرى.
  • لم تكن الاختلافات في زهرة الربيع المسائية التي لاحظها دي فريس بسبب الطفرات ولكنها كانت بسبب العزلة والاقتران غير المنتظمين.
  • فشلت هذه النظرية في تفسير العزلة والانقطاع بين الكائن الحي.
  • إنه غير قادر على شرح التطور من خلال الروابط المتصلة.
  • الطفرة ليست أساس التطور

/>

السؤال 5.
ماذا تقصد بالاختلافات. اشرح أسبابهم ودورهم في التطور.
إجابة :
الاختلافات:
لا يوجد حيوانين على وجه الأرض متشابهان تمامًا. حتى أعضاء نوع واحد يظهرون اختلافات ويظهر جيل الأبوين المتشابهين أيضًا اختلافات. تسمى الاختلافات في شخصيات الحيوانات من نفس النوع بالاختلاف. الاختلافات هي العوامل الرئيسية والتقدمية للتطور.

أسباب الاختلافات:
هناك العديد من العوامل التي تسبب اختلافات في الحيوانات. العوامل الرئيسية هي كما يلي-

  1. بيئة
    إنه يؤثر على الكائنات الحية بشكل مباشر
  2. الميل المتأصل
    الكائنات الحية لديها ميل متأصل للتنوع. ومن ثم ، تحت أي ظرف من الظروف ، يمكن للكائنين أن يكونا متشابهين تمامًا.
  3. الغدد الصماء
    الإفرازات غير الطبيعية للهرمونات من الغدد الصماء قادرة على إحداث تغيرات جسدية وجرثومية
  4. الأبوة المزدوجة
    الأبوة من الوالدين هي السبب الحقيقي للاختلاف (وايزمان). يتلقى الكائن الحي "الأصول الوراثية" من والديه ، من الأجداد. 1/8 من الأجداد والأجداد وما إلى ذلك.

نوع الاختلافات:

(أ) الاختلافات الجسدية والجرثومية
تحدث الاختلافات الجسدية بسبب التأثيرات البيئية. فهي ليست وراثية وبالتالي تضيع بموت الكائن الحي. وتسمى أيضًا باسم الاختلافات المكتسبة.
أمثلة :

  • عضلات أكثر تطوراً لدى الرياضيين.
  • التطور العقلي من خلال التعليم.
  • فقدان عضو من الجسم في حادث.
  • أقدام صغيرة للسيدات الصينيات.
  • الجلد المحروق من الشمس في الأوروبيين الذين يعيشون في المناطق الاستوائية.

تحدث الاختلافات الجرثومية في البلازما الجرثومية للكائنات الحية. تُستخدم البلازما الجرثومية في تكوين الأمشاج ، وبالتالي تنتقل هذه الاختلافات من جيل إلى جيل.

في بعض الأحيان ، تؤدي الاختلافات الجسدية بعد الأجيال المتكررة إلى تأثير الاختلاف الجرثومي.

(ب) تحديد الاختلافات وعدم تحديدها
تسمى الاختلافات التي تحدث مضبوطة وأمبير في الاتجاه المحدد للتكيف بواسطة عامل غير معروف على أنها اختلافات محددة

الاختلافات التي تحكمها قوة غير معروفة والتي يتم فرضها في سطر واحد أو خطوط معينة ، عادة في اتجاه تكيفي ، أمثلة - قرون نمو نبات السوسن وأنياب الماموث جيفرسون.

الاختلافات التي لا يحكمها أي قانون ولكنها تحدث في بعض الاتجاهات التخيلية للتغيير تسمى اختلافات غير محددة. تستند نظرية الانتقاء الطبيعي لداروين على هذا الاختلاف.

(ج) المتغيرات المستمرة والمتقطعة.
وتسمى أيضًا باسم الاختلافات الإيجابية والسلبية. دعا داروين الاختلافات غير المستمرة على أنها تباين متقلب ، لأنها تتقلب على جانبي الحالة المتوسطة. يؤدي التراكم التدريجي لهذه التقلبات في اتجاه واحد إلى تكوين أنواع جديدة.

الاختلافات غير المستمرة مفاجئة وكبيرة وتظهر على أنها جديدة تمامًا. هم أيضا كطفرات. غالبًا ما تكون مستقرة وقابلة للتوريث.

بعض الأمثلة على الاختلافات غير المستمرة هي عدم وجود الذيل في القطط الصغيرة ، وغياب القرون في العجل ، و 6 أصابع في الرجل ، وغياب الأشواك في الوردة وما إلى ذلك.

(د) Meristic & amp ؛ الاختلافات الجوهرية
يُطلق على التكرار في عدد أجزاء الكائن الحي اسم اختلافات نوعية أو كمية.
أمثلة

  • وجود 6 أذرع بدلاً من 5 في Star Fish.
  • وجود ١٣ ضلع بدلاً من ١٢ عند الرجل.
  • وجود 6 أصابع بدلاً من 5 عند الرجل.
  • عدم وجود كلية واحدة أو رئة واحدة في الإنسان

يسمى التباين في الشكل والحجم والشكل ولون أي كائن أو أجزائه على أنه اختلافات جوهرية أو نوعية.
أمثلة

أهمية الاختلافات-

/>

السؤال 6.
ما هو أصل الأنواع؟ اشرح العوامل الرئيسية لأصل الأنواع.
إجابة :
يسمى تكوين أنواع جديدة من الأنواع الأسلاف بالانتواع. عندما يزداد عدد الحيوانات في الموائل ، فإنها تهاجر إلى موائل جديدة. ينقسمون إلى مجموعات صغيرة ويطورون العزلة التكاثرية. هذه الحيوانات إما فقدت أو تتكيف من خلال تطوير الاختلافات. تدريجيا ، يصبح تجمع الجينات مختلفًا عن الأنواع الموروثة من الأجداد ويؤدي إلى تكوين أنواع جديدة. الانتواع نوعان

(أ) الانتواع الخيفي:
يحدث عندما يتصرف أعضاء من نوع ما في بيئتهم الخاصة ويهاجرون إلى موائل جديدة بعيدة. تدريجيًا ، يتم تغيير تجمع الجينات بسبب الموطن الجديد ويتطورون

خصائص جديدة بشكل واضح وتؤدي إلى تكوين أنواع جديدة. ويسمى أيضًا بالانتواع الجغرافي. مثال: داروين فينشز.

(ب) الانتواع الودي:
عندما تطورت أنواع جديدة من نوع أسلاف واحد بينما تعيش في نفس المنطقة الجغرافية.

في بعض الأحيان قد يتزاوج حيوانان متغيران وراثيًا أو حيوانان من موطن مختلف لتشكيل نوع جديد. تحدث هذه العملية بين الحيوانات من الأنواع المختلفة. يطلق عليه التهجين ويسمى النسل الناتج
هجين. العوامل الرئيسية للانتواع هي كما يلي:

  • طفره
  • الانحراف الجيني
  • الهجرة
  • الانتقاء الطبيعي
  • إعادة التركيب الجنسي
  • تهجين
  • عزل

السؤال 7.
اشرح كيف تساعد العزلة في التطور؟
إجابة :
يُطلق على فصل السكان من نوع ما إلى وحدات صغيرة أو سلالات أو سلالات فرعية بحيث تصبح غير قادرة على التزاوج على أنها عزلة. تصبح الوحدات الفرعية غير قادرة على التكاثر مع الأنواع الأسلاف وتؤدي إلى تكوين أنواع جديدة. هذه العزلة ناتجة عن بعض العوائق المادية أو الجغرافية أو غيرها.

أوضح فاغنر أهمية العزلة. وذكر ميتكالف أن العوامل التي تمنع التزاوج والعزلة في مجموعات صغيرة تسمى عوامل العزل. وفقًا لـ Kellog ، فإن العزلة هي محفز بيولوجي يسهل التغييرات بين الحيوانات.

عصافير داروين الموجودة في جزيرة غالاباغوس هي نتيجة العزلة.

أنواع العزلة-

(أ) العزلة الجغرافية:
تلعب الحواجز الجغرافية دورًا مهمًا في عملية الانتواع. مثل المحيطات والبحر والصحراء والغابات الكثيفة والجبال والتلال وما إلى ذلك ، تصبح الحيوانات غير قادرة على عبور هذه الحواجز وتفشل في التزاوج. كل مجموعة تكيف نفسها من خلال تطوير التغييرات. مثال: عصافير داروين.

(ب) العزلة المكانية:
في هذا النوع من العزلة ، لا يوجد حاجز جغرافي بين مجموعات الحيوانات ولكن بسبب المسافات الطويلة تصبح المجموعات الحيوانية غير قادرة على التزاوج. على سبيل المثال ، تسكن نوع واحد من فقمة الفيل القطب الجنوبي والنوع الثاني يعيش في أمريكا الشمالية. المسافة الكبيرة بين الاثنين تبقيهما معزولين.

(ج) عزل التكاثر:
العديد من الحيوانات تعاني من نقص بيولوجي وغير قادرة على التكاثر. يطلق عليه العزلة الإنجابية أو البيولوجية. إنه من نوعين

(أ) عزل ما قبل اللاقحة
الحيوانات غير قادرة على تكوين ملقحات بسبب بعض التشوهات البيولوجية وهي من الأنواع التالية:

  • الموطن أو العزلة البيئية
    الحيوانات غير قادرة على التكاثر بسبب الموائل أو الظروف البيئية المختلفة.
  • العزلة الموسمية & # 8211 الحيوانات التي تعيش في نفس الموطن لا تستطيع التكاثر ولكن تختلف في موسم التكاثر.
  • العزلة المورفولوجية & # 8211 تصبح الحيوانات غير قادرة على التكاثر بسبب الاختلاف في الشكل.
  • العزلة الفسيولوجية & # 8211 الأعضاء التناسلية وعلم وظائف الأعضاء الخاصة بهم محددة الأنواع. ومن ثم ، فإن الحيوانات من الأنواع المختلفة غير قادرة على التكاثر على الرغم من أنها تعيش في نفس الموائل.

(ب) عزل ما بعد اللاقحة
في بعض الأحيان ، قد تتكاثر الحيوانات من الأنواع المختلفة ولكن لا تتطور البيضة الملقحة وتموت بشكل طبيعي. يطلق عليه الوفيات اللاقحة. في وقت ما ، تتطور مثل هذه البيضة الملقحة لتشكل هجينًا ولكن هذا الهجين إما يموت أو يصبح عقيمًا ، على سبيل المثال ، تزاوج الحصان والحمار لإنتاج بغل معقم.

أهمية العزلة:
على الأرض ، أصل الأنواع الجديدة هو نتيجة للتطور والعزلة تلعب دورًا عاجزًا في هذه العملية. العزلة تمنع التهجين وتساعد في الانتقاء الطبيعي. تمنع العزلة أيضًا انتقال الجينات غير المفيدة والضارة إلى الحيوانات.


شاهد الفيديو: خلايا و مساكن النحل (قد 2022).