معلومة

هل يمكنك اعتبار الإنسان على قيد الحياة ، أم أن خلايا الجسم على قيد الحياة؟


آسف إذا كان هذا السؤال يبدو غريباً ، لكن في الآونة الأخيرة كنت مهتمًا بمسألة ماهية الحياة وكيف يمكنك تعريف الحياة.

سؤالي: ما هي المدة التي يمكن أن تعيش فيها الخلايا الفردية على جسم الإنسان من النقطة التي يموت فيها الإنسان؟ عندما يموت الإنسان مات شرعاً ولكن كيف يتم التفسير الطبي؟ هل يمكن للإنسان أن يموت جزئياً ، وأن القلب والدماغ قد توقفان ، لكن الخلايا الموجودة في الجسم لا تزال على قيد الحياة؟

عندما تتحدث عن حياة بشرية ، هل هي كذلك حياة واحدة أو هل يمكنك اعتبار كل خلية في الجسم قطعة حية والجسم البشري بأكمله بما في ذلك الوعي هو مجرد وعاء للخلايا؟


تعريف الحياة هي القضية الرئيسية هنا. هذا هو أحد الأسئلة الفلسفية العظيمة في علم الأحياء (وليس فقط علم الأحياء) وهو بعيد جدًا عن شكل الأسئلة والأجوبة البسيط لهذا الموقع. ومع ذلك ، يمكن تلخيص معظم تعريفات الحياة1:

كيان ذاتي النسخ يتفاعل2 مع بيئتها.

أو ، بشكل أكثر بساطة [1]:

الحياة هي استنساخ ذاتي مع تغيرات

في كلتا الحالتين ، تعتمد إجابة سؤالك على المستوى الذي تركز عليه الدقة إذا تحب. إذا أخذت خلية بشرية وطبقت أيًا من التعريفين أعلاه ، فهي حية. الخلية قادرة على التكاثر الذاتي ، وتستقلب المواد المأخوذة من بيئتها. وينطبق الشيء نفسه على نظرتك إلى جسم الإنسان. ومع ذلك ، فإن التعريف لن ينطبق على جزء من جسم الإنسان ، على سبيل المثال ذراع أو كلية.

ضع في اعتبارك أيضًا أن الخلية البشرية قادرة على صنع المزيد من النسخ من نفسها ، والمزيد من الخلايا الفردية. إن الجسم البشري قادر أيضًا على صنع نسخ أكثر من نفسه ، المزيد من الأجسام البشرية. وبالتالي ، يمكن اعتبار كلاهما على قيد الحياة.

هناك أمثلة أكثر تعقيدًا مثل قرص ديكتيوستيليوم الأميبا التي يمكن أن توجد (وتكون على قيد الحياة) إما كخلية واحدة أو كمستعمرة بها أنواع مختلفة من الخلايا وتنظيم بدائي. ومع ذلك ، فإن الكائن الحي على قيد الحياة في كلتا المرحلتين. في إحدى الحالات ، قد تعتبر الخلية هي الوحدة الأساسية لـ D. discoideum الحياة ، وفي الآخر يمكنك التفكير في مستعمرة.

لذا ، للإجابة على سؤالك على حد سواء خلية بشرية (طالما أنها على قيد الحياة ، وقادرة على التمثيل الغذائي بنشاط وقادرة على التكاثر) ويمكن اعتبار جسم الإنسان بأكمله على قيد الحياة. كون خلاياي على قيد الحياة لا يقلل من حقيقة أنني أيضًا. إنها مجرد مسألة منظور.

مراجع

  1. Trifonov EN. ، تشير مفردات تعريفات الحياة إلى تعريف. J Biomol Struct Dyn. 2011 أكتوبر ؛ 29 (2):259-66.

1 نعم ، أعلم أن هذا تبسيط ، ولا أريد الانجذاب إلى مناقشة طويلة ومتعرجة حول ماهية تعريف الحياة. إجابتي تنطبق على أي منهم حقًا.
2 يمكن اعتبار التمثيل الغذائي شكلاً من أشكال التفاعل.


1.4: خصائص الحياة

  • بمساهمة CK-12: مفاهيم علم الأحياء
  • مصدره مؤسسة CK-12

ما هو القاسم المشترك بين البكتيريا والحوت؟

هل يشتركون معنا في الخصائص؟ تشترك جميع الكائنات الحية ، من أصغر بكتيريا إلى أكبر حوت ، في خصائص معينة للحياة. بدون هذه الخصائص ، لا يوجد الحياة.


كارل زيمر هو مؤلف Life’s Edge: البحث عما يعنيه أن تكون على قيد الحياة. هو & # 8217s أيضًا كاتب عمود علمي في New York Times. هو & # 8217s ومقره في نيويورك ، نيويورك.

IRA FLATOW: This is Science Friday، I & # 8217m Ira Flatow. لدي & # 8217 سؤال بسيط للغاية عليك التفكير فيه. ما هي الحياة؟ آه أجل. أنا متأكد من أنك & # 8217 لم تفكر في ذلك من قبل ، أليس كذلك؟ يبدو وكأنه شيء من فصل الفلسفة في كليتك.

لكن ما يجعل هذا السؤال مختلفًا في هذا الوقت هو أن تعريف الحياة قد ترك صفحات الفلسفة. لقد ذهب الأمر إلى ما بعد فرانكشتاين ، وأصبح مناقشة قانونية وبيولوجية مهمة. أعني ، نحن نبحث عن الحياة على الكواكب الأخرى في المجرات الأخرى.

كيف سنعرف عندما وجدناها؟ هل يجب أن تستوفي معايير فسيولوجية معينة؟ ماذا عن القدرة على الإنجاب أو الاكتفاء الذاتي؟ وما زال العلماء لم يتوصلوا إلى اتفاق حول ما هو حي وما ليس & # 8217t. إذا كنت تريد حقًا الالتفاف حول هذا الأمر ، فتحقق من كتاب جديد لمؤلف تعرفه جيدًا. ينضم إلي الآن. كارل زيمر ، كاتب عمود علمي في صحيفة نيويورك تايمز ومؤلف كتاب Life & # 8217s Edge & # 8211 The Search for What It Means to Be Alive. مرحبًا بك مرة أخرى في Science Friday، Carl.

كارل زيمر: من الرائع أن أكون هنا.

IRA FLATOW: موضوع صغير صغير اخترته لدغة هنا.

كارل زيمر: حسنًا ، كما تعلم. الحياة قصيرة ، اغفر التورية.

إيرا فلاتو: ها أنت ذا. شكرا لانضمامك إلينا. أنت تتمسك بشدة بتاريخ هذا المفهوم في العلوم لمعظم الكتاب. عليك أن تخبرنا ما الذي جذبك إلى هذا الموضوع من منظور علمي.

كارل زيمر: حسنًا ، أعتقد أن الكثير منا تساءل عن ماهية الحياة بمجرد أن بدأنا في استخدام الكلمة كأطفال. وربما سألنا والدينا ، وربما أعطانا آباؤنا إجابة لم تكن & # 8217t مرضية بشكل رهيب ، ثم اعتقدنا أنه ربما يكون للعلم الإجابة النهائية. وذهبت لأصبح كاتبة علمية وحصلت على الكتابة عن جميع أنواع الحياة المختلفة ، قناديل البحر والأشجار ، والبشر ، وجميع أنواع الأشياء الأخرى.

ومع ذلك ، إذا توقفت وسألت شخصًا يدرس ، فلنقل الثعابين ، ما هي الحياة؟ يجب أن يكون محرجًا بعض الشيء. قد لا يكون لديهم تعريف جاهز ، أو قد يقولون ، كما تعلمون ، هذا ليس شيئًا حقًا. أنا & # 8217m شخص ثعبان. وبعد ذلك ، إذا تعمقت ، تكتشف أن هناك المئات من تعريفات الحياة هناك ولا تتقارب مع تعريف واحد. يبدو أن هناك المزيد والمزيد من التعريفات الجديدة التي تظهر كل عام.

لذلك أنا فقط أجد ذلك رائعًا. أعني ، ما الذي يمكن أن يكون سؤالًا أكبر في علم الأحياء ، ومع ذلك السؤال الذي لا يمتلك إجابة حتى الآن؟

إيرا فلاتو: وهناك الكثير من النظريات التاريخية حول ماهية الحياة ، ومتى تبدأ ، وما إلى ذلك ، والتي تحدثت عنها في كتابك والتي نعلم الآن أنها غير صحيحة. على سبيل المثال ، كيف كان يُنظر إلى التخمير على أنه عمل من أعمال الحياة ، أو كيف كانت طهوًا من الراديوم ولحم البقر & # 8211 قصة مثيرة للاهتمام إلى حد ما تحدثت عنها & # 8211 كان يُعتقد أنها تخلق الشكل البدائي للحياة. هل لديك أي نظريات مفضلة صادفتها أثناء بحثك لم تكن صحيحة تمامًا؟ بعض تلك التي كنت تعتقد أنها رائعة حقًا.

كارل زيمر: حسنًا ، بطريقة ما ، أجد العثرات والأخطاء في العلم مثيرة للاهتمام مثل النجاحات العظيمة. نميل إلى التعرف على الانتصارات الكبيرة وننسى أنها جزء من عملية أكبر بكثير.

إذن أحد الأمثلة هو أنه كان هناك عالم أحياء عظيم في القرن التاسع عشر ، توماس هكسلي ، الذي أقنع نفسه بأن قاع المحيط بأكمله كان مغطى بما يسميه بعض الناس عجينة حية ، أكثر أشكال الحياة بدائية. لم تكن & # 8217t حتى خلية ، كانت مجرد كتلة من البروتوبلازم. بل إنه أطلق عليها اسمًا ، واسمًا للأنواع ، وأطلق عليها اسم باثيبيوس ، وأصدر كل أنواع التصريحات الكبرى حول كيف أن هذا هو منبع كل أشكال الحياة على الأرض.

واتضح أنه كان مخطئًا تمامًا. أعني ، Bathybius & # 8211 وفي السبعينيات ، يمكنك فتح كتاب مدرسي عن علم الأحياء وفي الصفحة الأولى ، كان هناك Bathybius ، هذا الشيء الغريب الشبيه بالنقطة ولم يكن موجودًا. كان مجرد نتيجة حظ كيميائي. وإلى رصيد Huxley & # 8217s ، عندما أشار إليه علماء آخرون أن باثيبيوس لم يكن حقيقيًا ، قال ، مهلاً ، إذا ارتكب أي شخص خطأً ، فهذا يعني أنني ، وقد تعامل مع الأمر تمامًا. لذلك أعتقد أنه يوضح لك فقط مدى صعوبة معرفة الخط الفاصل بين الأحياء وغير الأحياء.

إيرا فلاتو: نعم. وكما قلت من قبل ، وسأقتبس من كتابك ، فإن سؤال علماء الأحياء عما يعنيه وجود شيء ما على قيد الحياة يجعل محادثة محرجة. إنهم رزين ، يتلعثمون ، يقدمون فكرة واهية تنهار تحت التمحيص. هل هذا شيء لا يريدون التحدث عنه فقط أم أنه شيء يشعرون بالحرج ولا نعرفه؟

كارل زيمر: أعتقد بصراحة أنه شيء لم يتم تدريب علماء الأحياء على التفكير فيه كثيرًا. بصفتك عالم أحياء ، فقد تدربت على الحصول على إجابات عن الحياة. ولذا قد تكون مهتمًا جدًا بأشجار القيقب ، ولذا فأنت تريد أن تفهم كيف تتكاثر أشجار القيقب ، وتقوم بالتنقيب لأسفل ولأسفل ولأسفل في التفاصيل الجزيئية لذلك ، وتنشر ورقة بعد ورقة بعد ورقة.

هناك حافز أقل بكثير في علم الأحياء للرجوع إلى الوراء والتعبير ، حسنًا ، ما هو الشيء المشترك بين كل هذا؟ ماذا يعني كل هذه الأشياء التي نسميها على قيد الحياة لتكون على قيد الحياة؟ لذلك هناك أشخاص يجرؤون على السير في تلك المنطقة الخطرة للغاية ، لكن ليس كثيرًا.

IRA FLATOW: جنبًا إلى جنب مع التاريخ الذي تمر به ، يتتبع هذا الكتاب مغامراتك من خلال الكثير من المعامل المختلفة ، والبيئات التي تنظر فيها إلى المخلوقات ، والتجارب التي تعقد فهمنا لما هو حي وما هو & # 8217t. وقد أدهشني أنه في جميع أنحاء الكتاب ، يمكنك أن تمارس العلوم بنفسك. كنت أقرأ بعضًا من هذه الأشياء قائلًا ، أتمنى أن أتمكن من فعل هذه الأشياء ، وأجمع التجارب والمختبر مع الباحثين ، وجعل يديك متسخة بعشب البحر على الشاطئ. هل لديك تجربة مفضلة لأي من تلك التي كتبت عنها في الكتاب؟

كارل زيمر: لقد كانت تجربة رائعة حقًا أن تكون قادرًا على زيارة العلماء والسفر مع العلماء لاستكشاف منطقة الحياة. وكانت هناك سمات مختلفة للحياة يتفق عليها الجميع بشكل عام ، وأردت التعرف حقًا على تلك السمات من خلال النظر إلى أنواع معينة كانت مجرد نماذج لها. على سبيل المثال ، الحياة لديها نوع معين من الذكاء.

قد يجادل الكثير من العلماء ، بعبارة أخرى ، تتخذ الكائنات الحية قرارات بشأن ما يجب فعله بناءً على بيئتها. لذلك أعني ، نحن نتخذ قرارات كل يوم. ماذا سوف نتناول على الغداء؟ لكنني كنت مفتونًا حقًا بالعلماء الذين يدرسون هذه الأشياء المسماة قوالب الوحل ، وهي مخلوقات غريبة تشبه الخيال العلمي تعيش على أرض الغابة. هم & # 8217re في كل مكان. اخرج في الصيف وأنت & # 8217 ستراهم إذا كنت تعرف ما الذي تبحث عنه.

ويرسلون مخالبهم عبر أرضية الغابة بحثًا عن بكتيريا تأكلها ، وعليهم أن يقرروا إلى أين يذهبون وكيف يخططون أساسًا لشبكتهم. ومن المدهش أنهم يشبهون علماء الرياضيات الصغار الذين يقومون بالحسابات بالطريقة الأكثر فاعلية لتغطية منطقة معينة ، وللعثور على أنواع معينة من الطعام. يمكنهم حل المتاهات. لذلك يجب أن أقول إنها كانت تجربة ممتعة بشكل خاص.

IRA FLATOW: دع & # 8217s ندخل في بعض النظريات الحديثة عن الحياة لأن هذه هي أنواع الأشياء التي نغطيها طوال الوقت ، ومن المذهل مدى سرعة تغير التعريفات. أعني ، لديك سطر في كتابك أحبه تمامًا. اسمحوا لي أن أقتبس ذلك. & # 8220 لا نعرف متى قد تصل نظرية الحياة ، ولكن يمكننا أن نأمل أن تستمر حياتنا لفترة كافية للسماح لنا برؤيتها. & # 8221 كصحفيين علميين لفترة طويلة ، شاهدنا بحثًا في علم الأحياء تسريع حقا. هل تعتقد أننا & # 8217 سنحصل على مزيد من التبصر في هذا الأمر في حياتنا؟

كارل زيمر: أفعل ذلك في الواقع. أعتقد أن هناك عددًا من العلماء ، ليس فقط علماء الأحياء ولكن الفيزيائيين ، على سبيل المثال ، يعملون بجد لتطوير نظرية للمادة التي يمكن أن تفسر الحياة. وسيكون هذا بنفس الطريقة التي طور بها الكيميائيون نظرية المادة التي فسرت الجزيئات والماء ثم كل تلك المواد غير الحية من حولنا.

ولذا فأنت بحاجة إلى النظريات للحصول على فهم عميق حقًا والقدرة على فهم المزيد. وهذه النظريات قيد العمل الآن. وهناك العديد من النظريات المختلفة التي يتم تطويرها ، وهي مثيرة للغاية. لا أعتقد أن أي شخص يتظاهر حقًا أنه & # 8217 قد حصل على النظرية النهائية كلها.

ولكن عندما تتحدث إلى الأشخاص في هذا المجال ، فإنهم يشعرون ، أعتقد أننا & # 8217 سنقوم بفرز ذلك. إنهم متفائلون جدًا ، وهذا شيء لطيف. لكن من المحبط بعض الشيء تخيل العيش قبل أن تبدأ نظرية الكيمياء في جعل الجزيئات والذرات والعناصر أكثر منطقية. هذا هو ما نحن فيه الآن.

إيرا فلاتو: تقصد أن نتفق جميعًا على ما هي الحياة؟

كارل زيمر: نعم ، للحصول عليه & # 8211

IRA FLATOW: إذن ، هل هي معايير؟ أعني ، نحن & # 8217re نبحث عنه؟ & # 8217 هل نذهب إلى كواكب أخرى؟ هل نحتاج إلى مجموعة من المواصفات لنفهم ، هذه هي الحياة؟

كارل زيمر: حسنًا ، من ناحية ، سيكون من الجيد أن يكون لديك نظرية واضحة جدًا عن الحياة قبل أن نبدأ في البحث عنها ، ولكن من ناحية أخرى ، لا نريد الانتظار إلى الأبد. لذا تستخدم ناسا تعريفات عملية للحياة للحصول على بعض القرائن. وبصراحة ، مثلهم مثل & # 8217re يبحثون على المريخ عن الصخور والأنماط الأخرى التي تبدو نوعًا ما كعلامات للحياة على الأرض.

أيهما جيد ، ولكن ماذا لو كانت الحياة على المريخ أو على القمر أو حول زحل أو في نظام شمسي آخر لا تعمل وفقًا لقواعدنا؟ أليس & # 8217t على أساس الحمض النووي؟ لا & # 8217t حتى استخدام الكربون؟ نحن بحاجة إلى فهم أعمق للحياة حتى نكون منفتحين حقًا على كل الاحتمالات.

IRA FLATOW: دعنا ننتقل للحديث عن أحدث الأبحاث حول الكائنات الاصطناعية لأنها تحركت بسرعة كبيرة جدًا. في الشهر الماضي فقط ، كانت هناك أخبار تفيد بأن العلماء أنشأوا خلية اصطناعية تنمو وتنقسم بشكل طبيعي. تم إنشاء خلايا أخرى باستخدام جينومات اصطناعية بالكامل. ما رأيك يا كارل؟ هل هذه المواد التركيبية تركب الحياة وحافة # 8217s؟

كارل زيمر: نعم ، أعتقد أنهم يفعلون ذلك. على الرغم من أنه في بعض الحالات ، ما ننظر إليه هو أمثلة حيث تأخذ الحياة كما نعرفها وتخرج منها وتكتشف ، ما هو الحد الأدنى الذي يمكنك الحصول عليه وما زال هذا الشيء يعمل بنفس الطريقة التي كان عليها في الأصل قبل أن تبدأ في سحب كل الجينات؟

لذلك هناك علماء آخرون يقولون ، مثل ، حسنًا ، انتظر دقيقة. لم تبدأ الحياة بخلية معقدة وتم سحب الأشياء منها. ما سيحدث على الأرجح هو أن هناك خلايا أولية لا تحتوي على حمض نووي بداخلها. ربما كان لديهم جزيء أبسط بكثير ، RNA ، ولدينا RNA في خلايانا. لكن في بعض الأحيان ، فكر فقط أنه داخل هذه الخلايا الأولية ، الخلايا الأولى على الأرض ، لديك فقط الحمض النووي الريبي الذي كان يحمل معلومات وراثية وينفذ تفاعلات كيميائية.

لذا فهم يحاولون بناء هذه الخلايا الأولية أيضًا. وهذا & # 8217s لا يزال أمامك طرق للذهاب قبل أن يكون لديك حقًا خلية أولية كاملة من الحمض النووي الريبي يمكنها حقًا أن تزدهر وتنمو وتقوم بكل الأشياء بمفردها ، لكنها تصل إلى هناك. ومرة أخرى ، لن أتفاجأ لو أنه في غضون 10 أو 20 عامًا حيث نظرنا إلى هذه الأشياء ، يمكن أن يكون نموذجًا جيدًا جدًا لكيفية بدء الحياة.

ولكن هناك أشخاص آخرون يقولون مثل ، حسنًا ، دعونا لا نركز على الحمض النووي الريبي. ماذا لو نظرنا فقط إلى مجموعات مختلفة من المواد الكيميائية البسيطة ورأينا ما إذا كانت تشكل قطيرات تُظهر سلوكًا نابضًا بالحياة؟ وهذا يبدو جنونيًا ، لكن جامعة غلاسكو ، قاموا في الواقع بصنع بعض القطرات الغريبة التي تتجول في أطباق بتري ، والتي تنقسم إلى & # 8211 تبدو وكأنها تتكاثر. هناك & # 8217s فقط بعض الأشياء الغريبة التي تحدث هناك وهم & # 8217re يستخدمون الروبوتات لمواصلة تغيير هذه الوصفات لمعرفة ما إذا كانوا قد يتعثرون عبر القطيرات التي قد نسميها حية.

IRA FLATOW: مجرد ملاحظة سريعة أني & # 8217m Ira Flatow وهذا هو Science Friday من WNYC Studios. نحن أيضًا نصنع ، كما أشرت في كتابك ، أعضاءً صغيرةً صغيرةً ، وأعضاءً بالجسم ، ليست أدمغة أو رئتين مكتملة التكوين ، لكنها كافية للعمل معها.

كارل زيمر: نعم ، عندما نفكر في الحياة ، غالبًا ما نفكر في متى تبدأ الحياة. نحن نفكر في هذه الحدود من حيث بداية الحياة ، وهذا أمر مثير للجدل للغاية عندما نفكر في حياة الإنسان على وجه الخصوص. ويعمل العلماء حقًا على تعقيد جهودنا لرسم هذا الخط من خلال القدرة على زراعة الأشياء من الخلايا.

على سبيل المثال ، ذهبت إلى مختبر حيث يمكنهم أخذ إحدى خلايا بشرتك ووضعها في طبق بها بعض المواد الكيميائية وتتحول أساسًا إلى خلية عصبية ، وهي خلية عصبية تشبه إلى حد كبير جنين بشري ، والتي ستبدأ بعد ذلك في تنمو وتتطور وتنمو وتنقسم إلى مئات الآلاف ، ملايين من الخلايا العصبية التي تنظم نفسها من تلقاء نفسها في بنية تشبه الدماغ.

وإذا واصلت فقط إعطائها المواد الكيميائية المناسبة للطعام ، يمكنك إبقائها على قيد الحياة. أعتقد أننا & # 8217d نتفق عليه & # 8217s على قيد الحياة لسنوات. إذن هنا & # 8217s هذا الشيء الذي يبدو أنه ينتج موجات دماغية ، لكنه ليس داخل جسم الإنسان. لقد بدأت كخلية جلدية ، فهل هي حية؟ وكيف نتعامل أخلاقيا مع هذه الحياة؟ ليس لدينا أجوبة على هذه الأسئلة.

إيرا فلاتو: حسنًا ، ماذا عن السؤال عن الذكاء الاصطناعي؟ هل تعتقد أنه سيلبي المعايير إذا توصلنا إلى تعريف ما للحياة؟

كارل زيمر: حسنًا ، هناك ذكاء اصطناعي قادر على قول أن هذه الصورة تبدو مثل قطة بالنسبة لي ، ولكن هذا قد يحدد بعض المربعات التي لدينا لما يعنيه أن تكون على قيد الحياة ، لكنني أظن أنه لن & # 8217t وضع علامة على غيرها. لا يبدو الأمر كما لو أن Google لديها برامج ذكاء اصطناعي تعمل على إعادة إنتاج نفسها.

لذلك إذا كان هذا & # 8217s هو معيارك في الحياة ، فأنا لا أعتقد أنهم سيعتبرون ذلك على قيد الحياة. ولكن من المثير للاهتمام أننا قد نكون قادرين على تخطي كل ذلك وكل تلك المعايير وأن يكون لدينا شيء قد نتفق على أنه ذكي أو حتى واعٍ بدون كل الأشياء الأخرى التي تترافق مع كوننا على قيد الحياة.

IRA FLATOW: أشياء مثيرة للاهتمام. هناك الكثير مما يمكن الحديث عنه ، كارل ، في هذا الكتاب ، الكثير للتفكير فيه. شكرا لك على الوقت لتكون معنا اليوم.

كارل زيمر: شكرًا لك. لقد كان من دواعي سروري & # 8217s.

IRA FLATOW: كارل زيمر ، كاتب عمود علمي في صحيفة نيويورك تايمز ومؤلف كتاب Life & # 8217s Edge & # 8211 The Search for What It Means to Be Alive.


ما الذي تحتاجه الخلايا للبقاء على قيد الحياة؟

الأكسجين والماء والجلوكوز والدهون والمعادن والأحماض الأمينية ضرورية لبقاء الخلية المستمر. الأكسجين والجلوكوز ضروريان للتنفس الخلوي. يشارك الاثنان في تفاعل تحلل السكر ينتج ATP ، مصدر الطاقة التي تستخدمها جميع الخلايا.

مصدر الخلايا الحيوانية الجلوكوز اللازم لهذا التفاعل الأساسي من الجزيئات العضوية المعقدة ، مثل السكريات والبروتينات. تحتوي هذه المركبات العضوية على طاقة في الروابط بين ذراتها الفردية. عندما يتم تكسير الروابط ، يتم إطلاق الطاقة وحصدها بواسطة الخلية. تقوم الخلايا النباتية بتمثيل الجلوكوز ضوئيًا معًا من الماء وثاني أكسيد الكربون في وجود الإشعاع الشمسي.

الأحماض الأمينية الأساسية ضرورية للخلايا لتخليق مكوناتها وإصلاحها وإنتاج البروتينات وإفراز الهرمونات. هناك 20 من الأحماض الأمينية الأساسية في المجموع. مجتمعة بطرق مختلفة ، تشكل هذه الأحماض الأمينية العشرين الجزء الأكبر من كل المواد الحية. تحتاج الخلايا أيضًا إلى الماء كوسيط للتفاعلات البيوكيميائية الضرورية للحياة. يحتاجون إلى الدهون لإنتاج أغشية الخلايا الدهنية التي تحمي الخلية من الغزو الخارجي وتحدد حدود الخلية. هم أيضا بحاجة إلى المعادن لتكوين الإنزيمات. تحتوي جزيئات الإنزيم عادة على ذرة معدنية مركزية أو معقد من ذرات المعدن. بدون الإنزيمات ، لن تحدث العديد من التفاعلات البيولوجية.


كم من الوقت يمكننا إبقاء الخلايا البشرية حية خارج الجسم؟

كم من الوقت يمكننا إبقاء الخلايا البشرية حية خارج الجسم؟ ظهر في الأصل على Quora: شبكة مشاركة المعرفة حيث يجيب الأشخاص ذوو الرؤى الفريدة على الأسئلة المقنعة.

إجابة جينيفر هو ، طالبة دكتوراه في الهندسة الحيوية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي- UCSF ، على موقع Quora:

كم من الوقت يمكننا إبقاء الخلايا البشرية حية خارج الجسم؟ سنوات ، إذا تم تجميدها وتخزينها بشكل صحيح ، لكنها قد لا تبقى "حية وتنمو". ستتوقف الخلايا البشرية "الطبيعية" في النهاية عن التكاثر. هذا لأنه من الطبيعي أن تتوقف عن الانقسام عندما تتراكم أخطاء الحمض النووي ، أو تنفد التيلوميرات ، أو تتعرض للضغط بشكل عام من قبل الثقافة.

مع ظروف الاستنبات الأفضل التي تكرر الجسم بشكل أكثر دقة (مثل التغذية وعوامل النمو والهرمونات) سوف تنمو لفترة أطول في هذا المخطط ، يمكنك أن ترى أن تركيبات الوسائط (الألوان) تسمح بتكاثر وأطوال مختلفة من ثقافة الخلايا الظهارية للثدي البشري .

هذه هي الخلايا التي أعمل معها ، وهي من جراحات الثدي البشرية. يتم هضم الأنسجة جزئيًا وتزحف الخلايا الظهارية خارج أجزاء الغدة الثديية ("العضيات"). من هناك ، مع الرعاية المناسبة ، سوف تتكاثر لمدة 60 يومًا تقريبًا حتى تصل إلى كتلة النسخ المتماثل المرتبطة بالإجهاد والتي تسمى الركود.

ثقافة الخلية نفسها مرهقة للغاية. على سبيل المثال ، الإجهاد التأكسدي في زراعة الخلايا هو أحد الآثار الجانبية للأكسجين الضروري ولكن في بعض الخلايا يمكن أن يؤدي إلى تلف الحمض النووي * وتلف الغشاء. يمكن أن يحدث نوع آخر من الإجهاد بسبب ظروف الاستنبات غير المناسبة نظرًا لأن هذه الخلايا تحت رعايتنا غير الكاملة ، بدلاً من تغذيتها من قبل الجهاز الهضمي ومجرى الدم ، فهي لا تحتوي على التغذية المثالية وعوامل النمو والهرمونات وعناصر مهمة أخرى. يستجيب البروتين p16 لهذا النوع من الإجهاد عن طريق منع انقسام الخلايا. عندما تدخل الخلايا الظهارية الثديية في ركود ، فإنها تتحول بشكل واضح إلى خلايا كبيرة ، مسطحة ، على شكل بيض مقلي تحتوي على p16:

هذه الخلايا لا تنقسم ، لكنها لا تزال طبيعية وراثيا وحيوية ، على الأقل حتى تلتقط ما يكفي من الضرر لقتلها. (يقول دليلنا ، "انتظر حوالي 4 أسابيع ... قبل استدعاء الخلايا الشائخة والتخلص من الزرع ،" حتى يتمكنوا من العيش لفترة طويلة. يمكن أن تعيش الخلايا الليفية الجلدية 3 سنوات على الأقل! [1])

أنواع الخلايا الأخرى لها احتياجات مختلفة جدًا (بعضها لا نعرفه بعد). سوف تتكاثر العديد من الخلايا بشكل سيئ أو لا تتكاثر على الإطلاق في المزرعة. أنا قادر فقط على زراعة هذه الخلايا بسبب 30+ عامًا (!) من عمل مارثا ستامفير وجيمس غاربي [2]. لذا ، ضع في اعتبارك أن بعض التفاصيل الواردة في هذه الإجابة تنطبق على الخلايا الظهارية للثدي.

يمكنك تجاوز هذا الخط إذا كنت على استعداد لجعل خلاياك "غير طبيعية".

يمكن إجبارهم على الاستمرار في الانقسام عن طريق العبث ببروتين (بروتينات) نقطة التفتيش. في الرسم البياني الأول ، تمكنت الخلايا الأرجوانية من تنظيم p16 تلقائيًا ومواصلة التكاثر للعديد من التضاعفات السكانية.

ومع ذلك ، تقصر الخلايا تيلوميراتها (مناطق الكروموسومات التي تحمي الأطراف) مع كل انقسام. مع عدم كفاية التيلوميرات ، تكون الكروموسومات غير مستقرة للغاية ، مما يؤدي إلى تلف كبير في الحمض النووي (خاصة في النهايات) والموت. بدلا من الاستمرار في الانقسام ، تدخل الخلايا في الشيخوخة التكاثرية. قد تكون على قيد الحياة ، لكنها لم تعد طبيعية وراثيًا ، كما ترون في هذا النمط النووي من خلية ثديية [3]. تلميح: يجب أن تكون هناك نسختان متماثلتان من كل كروموسوم.

اعتاد الناس على الاعتقاد بأن الخلايا ستستمر في التكاثر إلى الأبد في ظروف زراعة مثالية [4]. من المعروف الآن أن التيلوميرات تشكل حدًا صعبًا لانقسام الخلايا. تعد كتلة النسخ المتماثل هذه أداة آمنة من الفشل في الوقاية من السرطان. لا مزيد من التقسيم ، حقيقي هذه المرة. ما لم يبدأوا في التعبير عن الإنزيم تيلوميراز ، الذي يحافظ على التيلوميرات. هذه الخلايا خالدة ، وهي في طريقها إلى أن تصبح سرطانية. غالبًا ما يتم إنشاء خطوط خلوية خالدة في المزرعة عن طريق إجبار التعبير عن الإنزيم تيلوميراز بفيروس [5]. من النادر جدًا العثور على خلية بها تيلوميراز منتظم تلقائيًا ، والتي تشبه إلى حد كبير تطور السرطان.

في الأساس ، يمكنك الاستمرار في تكاثر الخلايا إذا كنت تريدها حقًا. لكن كل تدخل يجعل الخلايا أقل طبيعية وأقل فائدة وأقل وأقل فائدة في نمذجة الأنسجة البشرية الطبيعية ، وهو هدفنا غالبًا. وبالطبع السرطان هو خلل في النمو في نهاية المطاف! بينما لا يمكن لكل سرطان أن يصنع خطًا خلويًا ، فإن خلايا هيلا من سرطان عنق الرحم تنمو بشكل خيالي! لكنهم بعيدون كل البعد عن تمثيل أي شيء له صلة بجسم الإنسان.

* بروتين آخر يمكنه منع انقسام الخلايا هو p53 ، والذي يستجيب لتلف الحمض النووي. ولكن في حالة الركود ، تعاني الخلايا الظهارية للثدي البشري عادةً من إجهاد بيئي أكثر من تلف الحمض النووي ، إلا إذا كنت تستخدم الإشعاع. لذلك ، تتوقف معظم الخلايا الظهارية البشرية عن الانقسام بسبب الإجهاد البيئي و p16. في الجسم ، يرتبط نفس بروتين نقطة التفتيش ، p16 ، أيضًا بالشيخوخة.

لا تظهر الخلايا الثديية التي نستخدمها دليلًا على وجود ضرر جيني (p53 يعتمد على p21) في حالة الركود. ومع ذلك ، فإن العديد من أنواع الخلايا الظهارية البشرية الأخرى ، مثل الخلايا الكيراتينية ، والخلايا الليفية تظهر بالفعل p21 عند الركود وقد يكون لها بعض تلف الحمض النووي. تتصرف أنواع الخلايا بشكل مختلف ، حتى داخل نفس الكائن الحي!

ظهر هذا السؤال في الأصل على موقع Quora. اطرح سؤالاً واحصل على إجابة رائعة. تعلم من الخبراء والوصول إلى المعرفة الداخلية. يمكنك متابعة Quora على Twitter و Facebook و Google+. المزيد من الأسئلة:


3.5 كيف يمكننا معرفة ما إذا كان هناك شيء ما على قيد الحياة أم لا؟

عندما ننظر حول فصل دراسي ، أو منازلنا ، أو في غابة ، أو في أي مكان نذهب إليه ، يمكننا أن نقول الأشياء الحية من الأشياء التي ليست على قيد الحياة. أنت على قيد الحياة ، وكذلك حشرة وسمكة ومعلمك. لكن أشياء مثل مكتب أو صخرة أو قلم رصاص أو مبنى ليست حية. الأشياء الحية تفعل أشياء معينة ، مثل الحركة والنمو ، وأحيانًا تتغير. إذا جلست وشاهدت قلم رصاص لفترة طويلة دون استخدامه ، فلن يتغير أو ينمو على الإطلاق. سيظل مجرد قلم رصاص.

الأفكار الأساسية التأديبية

LS1.A: الهيكل والوظيفة: جميع الكائنات الحية لها أجزاء خارجية. تستخدم الحيوانات المختلفة أجزاء أجسامها بطرق مختلفة لرؤية الأشياء ، وسماعها ، والإمساك بها ، وحماية نفسها ، والانتقال من مكان إلى آخر ، والبحث ، والعثور ، والتقاط الطعام والماء والهواء. تحتوي النباتات أيضًا على أجزاء مختلفة (جذور وسيقان وأوراق وأزهار وفاكهة) تساعدها على البقاء والنمو. (1-LS1-1)

LS1.C: تنظيم المادة وتدفق الطاقة في الكائنات الحية: تحتاج جميع الحيوانات إلى الغذاء لكي تعيش وتنمو. يحصلون على طعامهم من النباتات أو من الحيوانات الأخرى. تحتاج النباتات إلى الماء والضوء لتعيش وتنمو. (K-LS1-1)

LS1.D: معالجة المعلومات: تحتوي الحيوانات على أجزاء من الجسم تلتقط وتنقل أنواعًا مختلفة من المعلومات اللازمة للنمو والبقاء. تستجيب الحيوانات لهذه المدخلات بسلوكيات تساعدها على البقاء على قيد الحياة. تستجيب النباتات أيضًا لبعض المدخلات الخارجية. (1-LS1-1)

ESS3.A: الموارد الطبيعية: تحتاج الكائنات الحية إلى الماء والهواء والموارد من الأرض ، وهي تعيش في أماكن بها الأشياء التي تحتاجها. يستخدم البشر الموارد الطبيعية في كل ما يفعلونه. (K-ESS3-1)

ESS2.E: الجيولوجيا الحيوية: يمكن للنباتات والحيوانات تغيير بيئتها. (K-ESS2-2)

مفاهيم متقاطعة

أنماط - رسم: يمكن ملاحظة الأنماط في العالم الطبيعي واستخدامها لوصف الظواهر واستخدامها كدليل. (1-LS1-2 ، 1-LS3-1) ▪ التركيب والوظيفة: يرتبط شكل واستقرار هياكل الكائنات الطبيعية والمصممة بوظائفها (وظائفها). (1-LS1-1)

أفكار كبيرة: قد تبدو الكائنات الحية مختلفة جدًا ، لكن لديهم جميعًا أشياء معينة مشتركة. على سبيل المثال ، لديهم القدرة على النمو والحركة.

الحدود: في هذا النطاق التدريجي ، يتم ترتيب احتياجات الكائنات الحية في أنماط. يمكن أن تشمل الأمثلة على الأنماط أن الحيوانات تحتاج إلى تناول الطعام ، لكن النباتات لا تتطلب الأنواع المختلفة من الطعام التي تحتاجها أنواع مختلفة من الحيوانات إلى النباتات للحصول على الضوء وأن جميع الكائنات الحية تحتاج إلى الماء. (K-LS1-1)

لا يوجد محتوى مناسب لهذا المستوى الدراسي. الرجاء استخدام أسهم التنقل لتبديل المستويات.

الصفوف 3-5 أو الكبار المتعلم

في كل مكان تنظر إليه توجد أشياء على قيد الحياة وأشياء ليست على قيد الحياة. الأشياء التي تعيش على قيد الحياة لها خصائص مشتركة على الرغم من اختلافها الشديد عن بعضها البعض. على سبيل المثال ، الكائنات الحية تنمو وتتحرك وغالبًا لا تنمو الأشياء غير الحية أو تتحرك من تلقاء نفسها. يمكن أن تتأذى الكائنات الحية ويمكن أن تصلح نفسها ، مثل عندما تصاب بخدش. سوف تموت الكائنات الحية في مرحلة ما. تتكاثر الكائنات الحية أيضًا ويمكن أن تنجب أطفالًا أو تنتج بذورًا لصنع حياة جديدة. لا تستطيع الأشياء غير الحية أن تشفي نفسها أو تتكاثر. هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من الكائنات الحية وغير الحية على كوكبنا. أثناء استكشافنا لبقية النظام الشمسي وما بعده ، قد لا يمكننا دائمًا التمييز بسهولة بين الأشياء الحية وغير الحية في أماكن خارج الأرض.

الأفكار الأساسية التأديبية

LS1.A: الهيكل والوظيفة: تمتلك النباتات والحيوانات هياكل داخلية وخارجية تخدم وظائف مختلفة في النمو والبقاء والسلوك والتكاثر. (4-LS1-1)

LS1.C: تنظيم المادة وتدفق الطاقة في الكائنات الحية: يزود الطعام الحيوانات بالمواد التي يحتاجونها لإصلاح الجسم ونموه والطاقة التي يحتاجونها للحفاظ على دفء الجسم وللحركة. (5-LS1-1)

LS1.D: معالجة المعلومات: تتخصص مستقبلات الحواس المختلفة لأنواع معينة من المعلومات ، والتي يمكن معالجتها بعد ذلك بواسطة دماغ الحيوان. الحيوانات قادرة على استخدام تصوراتها وذكرياتها لتوجيه أفعالها. (4-LS1-2)

LS2.B: دورات نقل المواد والطاقة في النظم البيئية: دورات المسألة بين الهواء والتربة وبين النباتات والحيوانات والميكروبات حيث تعيش هذه الكائنات الحية وتموت. تحصل الكائنات الحية على الغازات والمياه من البيئة وتطلق النفايات (الغاز أو السائلة أو الصلبة) مرة أخرى في البيئة. (5-LS2-1)

LS1.B: نمو وتطور الكائنات الحية: التكاثر ضروري لاستمرار وجود كل نوع من الكائنات الحية. تتمتع النباتات والحيوانات بدورات حياة فريدة ومتنوعة. (3-LS1-1)

LS3.A: وراثة السمات: يتم توريث العديد من خصائص الكائنات الحية من والديهم. (3-LS3-1) تنجم الخصائص الأخرى عن تفاعلات الأفراد # 8217 مع البيئة ، والتي يمكن أن تتراوح من النظام الغذائي إلى التعلم. العديد من الخصائص تشمل كلا من الوراثة والبيئة. (3-LS3-2)

LS3.B: تنوع السمات: تختلف الكائنات الحية المختلفة في شكلها وعملها لأن لديها معلومات موروثة مختلفة. (3-LS3-1) تؤثر البيئة أيضًا على السمات التي يطورها الكائن الحي. (3-LS3-2)

مفاهيم متقاطعة

أنماط - رسم: يمكن استخدام أوجه التشابه والاختلاف في الأنماط لفرز وتصنيف الظواهر الطبيعية. (3-LS3-1) يمكن استخدام أنماط التغيير لعمل تنبؤات. (3-LS1-1)

أفكار كبيرة: يصعب أحيانًا تحديد الفرق بين الكائنات الحية وغير الحية بمجرد النظر إليها. هناك خصائص أساسية تساعد على فصل الكائنات الحية عن الأشياء غير الحية. تمتلك جميع الكائنات الحية القدرة على الحركة والنمو وإصلاح الذات والموت والتكاثر. يساعد فهم هذه الخصائص الأساسية في تصنيف التنوع الهائل للأشياء الحية وغير الحية على كوكبنا.

الحدود: في هذه الفرقة الصفية ، يغطي الطلاب دورات الحياة الفريدة والمتنوعة التي تعرضها الكائنات الحية مع التركيز بشكل خاص على القواسم المشتركة للولادة والنمو والتكاثر والموت. لا يتضمن تفاصيل التكاثر البشري. (3-LS1-1)

3-12 أنشطة المريخ: البحث عن الحياة على المريخ. (الدرس 5 ، الصفحة 33) يبحث الطلاب عن خصائص الكائنات الحية ويطورون مخططًا يساعدهم على تحديد السمات المهمة للكائن الحي. They then use their definition to determine whether there is anything alive in three different soil samples, an experiment similar to the Mars Viking Lander in 1976 that looked for signs of life. This lesson is a part of a collection of lessons designed to engage students with a focus on hands-on active learning. These activities are not arranged in a unit and can be used to enhance many different current units on astronomy, biology, Earth science, and mathematics or could be collected into a unit aimed at Mars. ASU /JPL/NASA. https://mars.nasa.gov/classroom/pdfs/MSIP-MarsActivities.pdf

Grades 6-8 or Adult Building Learner

What defines something as living or nonliving? It turns out that it’s not as easy to define as you might think, but we can look at the characteristics living things have in common to better understand what life is. For instance, living things are made of cells, maintain homeostasis (a stable internal environment), grow and develop, reproduce, metabolize, respond to the environment, and over time, evolve. Although many nonliving things could have a few of these characteristics they do not have all of them. As we look out beyond Earth in order to find life we must consider what being alive means. On Earth, we do not have much trouble figuring out what is living and what is nonliving, however, when exploring beyond Earth we’ll need to design our spacecraft so that we can detect living from nonliving things.

Disciplinary Core Ideas

LS1.A: Structure and Function: All living things are made up of cells, which is the smallest unit that can be said to be alive. An organism may consist of one single cell (unicellular) or many different numbers and types of cells (multicellular). (MS-LS1-1) ▪ Within cells, special structures are responsible for particular functions, and the cell membrane forms the boundary that controls what enters and leaves the cell. (MS-LS1-2) ▪ In multicellular organisms, the body is a system of multiple interacting subsystems. These subsystems are groups of cells that work together to form tissues and organs that are specialized for particular body functions. (MS-LS1-3)

LS1.C: Organization for Matter and Energy Flow in Organisms: Plants, algae (including phytoplankton), and many microorganisms use the energy from light to make sugars (food) from carbon dioxide from the atmosphere and water through the process of photosynthesis, which also releases oxygen. These sugars can be used immediately or stored for growth or later use. (MS-LS1-6) ▪ Within individual organisms, food moves through a series of chemical reactions in which it is broken down and rearranged to form new molecules, to support growth, or to release energy. (MS-LS1-7)

LS2.A: Interdependent Relationships in Ecosystems: Organisms, and populations of organisms, are dependent on their environmental interactions both with other living things and with nonliving factors. (MS-LS2-1)

LS2.C: Ecosystem Dynamics, Functioning, and Resilience: Biodiversity describes the variety of species found in Earth’s terrestrial and oceanic ecosystems. The completeness or integrity of an ecosystem’s biodiversity is often used as a measure of its health. (MS-LS2-5)

LS1.B: Growth and Development of Organisms: Organisms reproduce, either sexually or asexually, and transfer their genetic information to their offspring.

Crosscutting Concepts

Structure and Function: Complex and microscopic structures and systems can be visualized, modeled, and used to describe how their function depends on the relationships among its parts, therefore complex natural structures/systems can be analyzed to determine how they function. (MS-LS1-2)

Systems and System Models: Systems may interact with other systems they may have sub-systems and be a part of larger complex systems. (MS-LS1-3)

Big Ideas: Living things are made of cells, maintain homeostasis (a stable internal environment), grow and develop, reproduce, metabolize, respond to the environment, and over time, evolve. It is fairly easy to study life on Earth. To explore the possibility of life beyond Earth, it is important to accurately detect living from nonliving things.

Boundaries: Emphasis is on developing evidence that living things are made of cells, distinguishing between living and non-living things, and understanding that living things may be made of one cell or many and varied cells (MS-LS1-1)

3-12 Mars Activities: Searching for Life on Mars. (Lesson 5, page 33) Students research characteristics of living organisms and develop a chart that help them define important features of a living organism. They then use their definition to determine whether there is anything alive in three different soil samples, an experiment similar to the Mars Viking Lander in 1976 that looked for signs of life. This lesson is a part of a collection of lessons designed to engage students with a focus on hands-on active learning. These activities are not arranged in a unit and can be used to enhance many different current units on astronomy, biology, Earth science, and mathematics or could be collected into a unit aimed at Mars. ASU /JPL/NASA. https://mars.nasa.gov/classroom/pdfs/MSIP-MarsActivities.pdf

6-12 Astrobiology Math. This collection of math problems provides an authentic glimpse of modern astrobiology science and engineering issues, often involving actual research data. Students explore concepts in astrobiology through calculations. Relevant topics include DNA and the Genome (page 15) and Evolution of Nucleotides and Genes (page 19). NASA . https://www.nasa.gov/pdf/637832main_Astrobiology_Math.pdf

Grades 9-12 or Adult Sophisticated Learner

As we search for possible life beyond Earth, it’s important for us to consider what exactly life is. It turns out that it’s not as easy to define life as you might think, but we can at least look at the characteristics that living things have in common to better understand life. For instance, life is made of cells, maintains homeostasis, grows and develops, has the ability to reproduce, metabolizes, responds to the environment, and, over time, evolves. However, just having some of these characteristics doesn’t necessarily make something alive. There are examples of nonliving phenomena on Earth such as fire, crystals, computer algorithms, and even artificial intelligence that have many of the characteristics of life. Additionally, there are living things that also only hit most of the characteristics. For instance, mules are animals that come from a mix of a horse and a donkey and actually cannot reproduce.

Defining life has proven to be a difficult task, even though many of us can look at most things and tell if they’re alive or not. The most widely accepted scientific definition for life right now is this: “life is a self-sustaining chemical system capable of Darwinian evolution”. However, there are still problems with this definition. For instance, viruses further blur the distinction between life and non-life since they cannot live without a living host and yet they have their own genetic material, they act as biological machines, and they evolve. As we continue to consider how life works on Earth and how we might best be able to find extraterrestrial life if it exists, we’ll continue to improve our understanding of what life really is.

Disciplinary Core Ideas

LS1.A: Structure and Function: Systems of specialized cells within organisms help them perform the essential functions of life. (HS-LS1-1) All cells contain genetic information in the form of DNA molecules. Genes are regions in the DNA that contain the instructions that code for the formation of proteins, which carry out most of the work of cells. (HS-LS1-1)

LS1.B: Growth and Development of Organisms: In multicellular organisms individual cells grow and then divide via a process called mitosis, thereby allowing the organism to grow.

LS1.C: Organization for Matter and Energy Flow in Organisms: The process of photosynthesis converts light energy to stored chemical energy by converting carbon dioxide plus water into sugars plus released oxygen. (HS-LS1-5) The sugar molecules thus formed contain carbon, hydrogen, and oxygen: their hydrocarbon backbones are used to make amino acids and other carbon-based molecules that can be assembled into larger molecules (such as proteins or DNA ), used for example to form new cells. (HS-LS1-6) As matter and energy flow through different organizational levels of living systems, chemical elements are recombined in different ways to form different products. (HS-LS1-6),(HS-LS1-7)

LS3.A: Inheritance of Traits: Each chromosome consists of a single very long DNA molecule, and each gene on the chromosome is a particular segment of that DNA . The instructions for forming species’ characteristics are carried in DNA . All cells in an organism have the same genetic content, but the genes used (expressed) by the cell may be regulated in different ways. (HS-LS3-1)

LS2.B: Cycles of Matter and Energy Transfer in Ecosystems: Photosynthesis and cellular respiration (including anaerobic processes) provide most of the energy for life processes. (HS-LS2-3)

LS4.C: Adaptation: Changes in the physical environment, whether naturally occurring or human induced, have thus contributed to the expansion of some species, the emergence of new distinct species as populations diverge under different conditions, and the decline – and sometimes the extinction – of some species. (HS-LS4-6)

Crosscutting Concepts

Systems and System Models: Models (e.g., physical, mathematical, computer models) can be used to simulate systems and interactions — including energy, matter, and information flows — within and between systems at different scales. (HS-LS2-5)

Big Ideas: Astrobiologists study life on Earth in their quest to look for life beyond Earth. Living things all have the potential for movement, cellular composition, homeostasis, growth and development, reproduction, metabolism, response to their environment, and evolution over time. There are non-living things on Earth (fire, artificial intelligence) that can seem life-like. Looking beyond Earth for life challenges Astrobiologists to carefully define what is living and what is not.

Boundaries: Students in this grade band construct an explanation based on evidence that the process of evolution primarily results from four factors: (1) the potential for a species to increase in number, (2) the heritable genetic variation of individuals in a species due to mutation and sexual reproduction, (3) competition for limited resources, and (4) the proliferation of those organisms that are better able to survive and reproduce in the environment. Does not include other mechanisms of evolution, such as genetic drift, gene flow through migration, and co-evolution. (HS-LS4-2)


Life After Death, According To Science: Cells Fight To Stay Alive Long After Body Dies In 'Twilight Of Death'

A recent study is providing new support for an old adage: "death is only the beginning." According to the research, some cells in the body fight to live long after the organism dies.

In some cases, cell activity actually increases following death. The research suggests that the death of a living organism is a multi-step process that continues long after the final heartbeat findings from this research could have implications for everything from cancer research to life extension.

The study, now published online in the journal Open Biology, revealed just how many cells remain alive and thriving after an organism’s death. For example, stem cells in particular were found to be most active after death, fighting to stay alive and attempting to repair themselves for days, and in some cases weeks, after death. In addition, a process known as gene transcription, that Seeker explained as a cellular behavior associated with stress, immunity, inflammation,and cancer, also increased following death. Although the research was conducted on zebrafish and mice, they believe the same cellular activity could be observed in all living creatures.

“Not all cells are 'dead' when an organism dies," senior author Peter Noble told Seeker. "Different cell types have different life spans, generation times and resilience to extreme stress."

In the "Twilight of Death," many cells continue to live and thrive once the body has technically died. Photo Courtesy of Pixabay

The fascinating discovery has been dubbed the “Twilight of Death,” and refers to the time period between death and decomposition where not all of the body’s cells are yet dead. The study researchers noted that their findings suggest death is more like a slow shutdown process and not the simple off-switch many imagine it to be. What’s more, better understanding of what happens when the body dies could lead to medical interventions aimed at delaying this process.

Not only does this research help us better understand how a body dies, (and perhaps how to delay this process), but it could also have real-life implications for organ transplant. Past research has suggested that patients have increased chances of developing cancer after they receive an organ transplant. For example, a 2011 study from the National Institutes of Health, found that U.S. organ transplant recipients had a high risk for develop 32 different types of cancer. The highest risks being non-Hodgkin lymphoma (14.1 percent of all cancers in transplant recipients), lung cancer (12.6 percent), liver cancer (8.7 percent), and kidney cancer (7.1 percent).

Although the reason for this remains unclear, the new study suggests it may be connected to the increased cellular activity observed in this “Twilight of Death.” What’s more, Noble suggested that there may even be something we can do about this, and proposed that prescreening transplant organs for increased cancer gene transcripts could help lower this risk.

Source: Pozhitkov AE, Neme R, Domazet-Lošo T, et al. Tracing the dynamics of gene transcripts after organismal death. Open Biology. 2017


The stages of foetal development

The stages of foetal development

Various points have been suggested as the point that the foetus gets the right to life. Here are some of those points and the arguments for and criticisms that have been made of choosing that point of development:

Conception

The 'Catechism of the Catholic Church' states that the embryo must be treated as a person from conception and so do many others who oppose abortion.

  • the moment of fertilisation is an entirely logical point to choose as the beginning of human life
  • it's one of the few points that isn't arbitrary or difficult to judge, as an egg is either fertilised or not
  • at this point the fertilised egg has begun to develop into a separate and unique human being
  • at this point the fertilised egg contains the full genetic code of a human being
    • not a very good argument, since so do all the cells of the body

    Implantation

    This is the moment when the fertilised egg is implanted in the womb. This happens about a week after conception.

    'Quickening'

    This is when the foetus first moves in the womb. This happens about 16 to 17 weeks after fertilisation.

    • the idea came from a now abandoned Christian theory that this was the moment that the foetus got its soul
      • for example St. Augustine made a distinction between embryo inanimatus, not yet endowed with a soul, and embryo animatus, endowed with a soul

      Aristotle's theory

      Aristotle suggested 40 days (males), 90 days (females) was the time.

      • these are purely arbitrary times - and there's certainly no reason for males and females to get the right to life at different stages of development
      • the idea itself came out of Aristotle's three-stage theory of life: vegetable, animal, rational. The vegetable stage was reached at conception, the animal at 'animation', and the rational soon after live birth.

      Tissue separation

      This is the time when tissues in the foetus separate into different types.

      • this covers a lengthy period of time
      • tissue type separation doesn't seem to have any obvious moral - so the choice of this as the key date is probably because the increasingly human appearance of the foetus causes us to feel increasingly protective of the foetus

      Brain activity

      Some people believe life begins at the first sign of brain activity.

      • this is a logical point, as it marks a necessary state for many of the characteristics that some people think a 'moral person' has to possess
      • but brain activity at this stage is no more than a precondition - it doesn't demonstrate that the foetus is actually 'conscious'

      Viability of the foetus

      Other people take the view that life begins at the stage when the foetus could survive outside the womb.

      • this is the most common criterion used in drafting laws regulating abortion
      • whether a foetus can survive outside the womb depends on:
        • the state of medical science
        • the medical facilities available at a particular location
        • the competence or willingness of the mother (or some other care-giver)
        • the gender of the foetus
        • the race of the foetus

        Birth

        • This appears to be a clear and unambiguous date, but there is disagreement on the point at when a baby is actually born. Is it:
          • when part of the baby is outside the mother's body?
          • when the whole baby is outside the mother's body?
          • or when the placenta separates from the womb and the foetus has to rely on its own resources to keep alive?
          • But they miss the essential point which is that at birth the baby begins to exist independently of the mother

          How to Improve the Health of Your Cells

          Now you have a little bit of an idea of how your cells are structured, you can start thinking about how to improve their health in order to prevent disease and improve performance.

          For instance, it’s worth considering that the cytoplasm is made mostly of water. This is the ‘stuff of cells’, and thus the entire cell is actually made of around 70% water. That’s why we are made of 70% water, and it’s why it’s so important that we drink plenty throughout the day in order to be healthy and operate optimally.

          Another way to improve cell health is to eat omega 3 fatty acid. This is because fats are used to form cell membranes, and omega 3’s structure provides a highly flexible form of fat that allows for other compounds to be transferred more easily in and out of the cells. In short, omega 3 can improve cell fluidity.

          Cells are also made of proteins and amino acids in varying quantities and ratios depending on the role of the cells. It is thus highly important to ensure that we get enough amino acids via proteins in our diet to ensure strong and healthy cells.


          A growing field

          Teams of researchers from around the world are demonstrating the power and potential of engineered living materials at many scales, including electrically conductive biofilms, single-cell living catalysts for polymerization reactions and living photovoltaics. Researchers have made living masks that sense and communicate exposure to toxic chemicals. Researchers are also trying to grow and assemble bulk materials from a genetically programmed single cell.

          While single cells are often smaller than a micron in size – one thousandth of a millimeter – advances in biotechnology and 3D printing enable commercial production of living materials at the human scale. Ecovative, for example, grows foam-like materials using fungal mycelium. Biomason produces biocemented blocks and ceramic tiles using microorganisms. Although these products are rendered lifeless at the end of the manufacturing process, researchers from Delft University of Technology have devised a way to encapsulate and 3D-print living bacteria into multilayer structures that could emit light when they encounter certain chemicals.

          The field of engineered living materials is in its infancy, and further research and development is needed to bridge the gap between laboratory research and commercial availability. Challenges include cost, testing, certification and scaling up production. Consumer acceptance is another issue. For example, the construction industry has a negative perception of living organisms. Think mold, mildew, spiders, ants and termites. We’re hoping to shift that perception. Researchers working on living materials also need to address concerns about safety and biocontamination.

          The National Science Foundation recently named engineered living materials one of the country’s key research priorities. Synthetic biology and engineered living materials will play a critical role in tackling the challenges humans will face in the 2020s and beyond: climate change, disaster resilience, aging and overburdened infrastructure, and space exploration.

          If humanity had a blank landscape, how would people build things? Knowing what scientists know now, I’m certain that we would not burn limestone to make cement, mine ore to make steel or melt sand to make glass. Instead, I believe we would turn to biology to help us build and blur the boundaries between our built environment and the living, natural world.

          تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.

          Left: Living building materials can be formed into many shapes, like this truss. Photo by: The University of Colorado Boulder College of Engineering and Applied Science, CC BY-ND via the Conversation.


          شاهد الفيديو: EK HET NIE ALLES VERLOOR NIE - 10 OKTOBER 2021 (شهر نوفمبر 2021).