Πως λειτουργούν τα ηλεκτρονικά μικροσκόπια πετυχαίνοντας τρομακτικές μεγεθύνσεις

 

Το πρόγραμμα AI AlphaFold3 της DeepMind μπορεί να προβλέψει τη δομή κάθε πρωτεΐνης στο σύμπαν — και να δείξει πώς λειτουργούν

 Το AlphaFold3 χρησιμοποιεί τεχνητή νοημοσύνη για να βοηθήσει τους επιστήμονες να προβλέψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς αλληλεπιδρούν οι πρωτεΐνες με άλλα βιολογικά μόρια.

Το λογισμικό δομικής βιολογίας AlphaFold που λειτουργεί με AI, μοντελοποιεί τον τρόπο με τον οποίο αναδιπλώνονται οι πρωτεΐνες. (Εικόνα: CHRISTOPH BURGSTEDT/SCIENCE PHOTO BIBRARY μέσω Getty Images)

Η DeepMind αποκάλυψε την τρίτη έκδοση του λογισμικού δομικής βιολογίας AlphaFold που υποστηρίζεται από τεχνητή νοημοσύνη (AI), το οποίο μοντελοποιεί τον τρόπο με τον οποίο αναδιπλώνονται οι πρωτεΐνες.

Η δομική βιολογία είναι η μελέτη μοριακής βάσης των βιολογικών υλικών - συμπεριλαμβανομένων των πρωτεϊνών και των νουκλεϊκών οξέων - και στοχεύει να αποκαλύψει πώς είναι δομημένα, λειτουργούν και αλληλεπιδρούν.

Το AlphaFold3 βοηθά τους επιστήμονες να προβλέψουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πώς οι πρωτεΐνες - μεγάλα μόρια που παίζουν κρίσιμο ρόλο σε όλες τις μορφές ζωής, από φυτά και ζώα έως ανθρώπινα κύτταρα - αλληλεπιδρούν με άλλα βιολογικά μόρια, συμπεριλαμβανομένου του DNA και του RNA. Κάτι τέτοιο θα επιτρέψει στους επιστήμονες να «καταλάβουν πραγματικά τις διαδικασίες της ζωής», έγραψαν οι εκπρόσωποι της DeepMind σε μια ανάρτηση ιστολογίου.

Συγκριτικά, οι προκάτοχοί του, οι AlphaFold και AlphaFold2, μπορούσαν να προβλέψουν μόνο τα σχήματα στα οποία αναδιπλώνονται οι πρωτεΐνες. Αυτό ήταν ακόμα μια σημαντική επιστημονική ανακάλυψη εκείνη την εποχή.

Οι προβλέψεις του AlphaFold3 θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να αναπτύξουν βιο-ανανεώσιμα υλικά, καλλιέργειες με μεγαλύτερη αντοχή, νέα φάρμακα και πολλά άλλα, έγραψε η ερευνητική ομάδα σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 8 Μαΐου στο περιοδικό Nature.

Δεδομένης μιας λίστας μορίων, το πρόγραμμα AI μπορεί να δείξει πώς ταιριάζουν μεταξύ τους. Αυτό το κάνει όχι μόνο για μεγάλα μόρια όπως πρωτεΐνες, DNA και RNA, αλλά και για μικρά μόρια γνωστά ως συνδέτες, τα οποία συνδέονται με υποδοχείς σε μεγάλες πρωτεΐνες όπως το κλειδί που ταιριάζει σε μια κλειδαριά.

Το AlphaFold3 μοντελοποιεί επίσης πώς ορισμένα από αυτά τα βιομόρια (οργανικά μόρια που παράγονται από ζωντανά πράγματα) τροποποιούνται χημικά. Οι διαταραχές σε αυτές τις χημικές τροποποιήσεις μπορούν να παίξουν ρόλο σε ασθένειες, σύμφωνα με την ανάρτηση του ιστολογίου.

Το AlphaFold3 μπορεί να εκτελέσει αυτούς τους υπολογισμούς επειδή η υποκείμενη αρχιτεκτονική μηχανικής μάθησης και τα δεδομένα εκπαίδευσης του περιλαμβάνουν κάθε τύπο βιομορίου.

Οι ερευνητές ισχυρίζονται ότι το AlphaFold3 είναι 50% πιο ακριβές από τις τρέχουσες μεθόδους που βασίζονται σε λογισμικό για την πρόβλεψη των πρωτεϊνικών δομών και των αλληλεπιδράσεών τους με άλλα μόρια.

Για παράδειγμα, στην ανακάλυψη φαρμάκων, το Nature ανέφερε ότι το AlphaFold3 ξεπέρασε τα δύο προγράμματα σύνδεσης - τα οποία χρησιμοποιούν οι ερευνητές για να μοντελοποιήσουν τη συγγένεια μικρών μορίων και πρωτεϊνών όταν συνδέονται μεταξύ τους - και το RoseTTAFold All-Atom, ένα νευρωνικό δίκτυο για την πρόβλεψη βιομοριακών δομών.

Ο Frank Uhlmann, βιοχημικός στο Ινστιτούτο Francis Crick στο Λονδίνο, είπε στο Nature ότι χρησιμοποιεί το εργαλείο για την πρόβλεψη της δομής των πρωτεϊνών που αλληλεπιδρούν με το DNA όταν αντιγράφουν γονιδιώματα και τα πειράματα δείχνουν ότι οι προβλέψεις είναι ως επί το πλείστον ακριβείς.

Ωστόσο, σε αντίθεση με τους προκατόχους του, το AlphaFold 3 δεν είναι πλέον ανοιχτού κώδικα. Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν προσαρμοσμένες εκδόσεις του μοντέλου τεχνητής νοημοσύνης ή να έχουν δημόσια πρόσβαση στον κώδικά του ή στα δεδομένα εκπαίδευσης για την ερευνητική τους εργασία.

Οι επιστήμονες που θέλουν να χρησιμοποιήσουν το AlphaFold3 για μη εμπορική έρευνα μπορούν να έχουν δωρεάν πρόσβαση σε αυτό μέσω του διακομιστή AlphaFold που κυκλοφόρησε πρόσφατα. Μπορούν να εισαγάγουν τις επιθυμητές μοριακές αλληλουχίες τους και να αποκτήσουν προβλέψεις μέσα σε λίγα λεπτά. Αλλά μπορούν να εκτελούν μόνο 20 εργασίες την ημέρα.

Επεξεργασία από το Live Science

Οι επιστήμονες ανακαλύπτουν την πιθανή προέλευση του μαγνητικού πεδίου του ήλιου και δεν είναι εκεί που νόμιζαν ότι ήταν

 

Νέες προσομοιώσεις υποδηλώνουν ότι η προέλευση των εκρηκτικών καταιγίδων του ήλιου θα μπορούσε να βρίσκεται πολύ πιο κοντά στην επιφάνειά του από ό,τι πιστεύαμε αρχικά.

Οι επιστήμονες έχουν βρει την πιθανή προέλευση του μαγνητικού πεδίου του ήλιου και δεν είναι εκεί που νόμιζαν ότι ήταν.

Η ανακάλυψη, που έγινε χρησιμοποιώντας πολύπλοκες προσομοιώσεις υπολογιστή, υποδηλώνει ότι το μαγνητικό πεδίο του ήλιου προκύπτει από αστάθειες στο πλάσμα στα εξωτερικά στρώματα της ηλιακής επιφάνειας και όχι από βαθιά μέσα στο αστέρι, όπως πίστευαν προηγουμένως οι ερευνητές.

Εάν τα ευρήματα είναι σωστά, η ανακάλυψή τους θα μπορούσε να δώσει στους επιστήμονες περισσότερες πιθανότητες να προβλέψουν ηλιακές εκλάμψεις και καταιγίδες που μπορούν να προκαλέσουν διακοπές ρεύματος, να ακρωτηριάσουν το Διαδίκτυο και ακόμη και να ρίξουν δορυφόρους στη Γη. Οι ερευνητές αποκάλυψαν τα ευρήματά τους σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 22 Μαΐου στο περιοδικό Nature.

«Πιστεύω ότι αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να είναι αμφιλεγόμενο», δήλωσε σε μια δήλωση ο Keaton Burns, ερευνητής στο MIT. "Το μεγαλύτερο μέρος της κοινότητας έχει επικεντρωθεί στην εύρεση δράσης δυναμό βαθιά στον ήλιο. Τώρα δείχνουμε ότι υπάρχει ένας διαφορετικός μηχανισμός που φαίνεται να ταιριάζει καλύτερα με τις παρατηρήσεις."

Ο ήλιος είναι μια γιγαντιαία σφαίρα πλάσματος της οποίας τα φορτισμένα ιόντα στροβιλίζονται για να δημιουργήσουν ισχυρά μαγνητικά πεδία. Αυτή η περιοχή κυλιόμενου, ρέοντος πλάσματος, γνωστή ως «ζώνη μεταφοράς», περιλαμβάνει το ανώτερο τρίτο της ακτίνας του ήλιου — που εκτείνεται από την επιφάνεια σε περίπου 124.000 μίλια (200.000 χιλιόμετρα) κάτω από την επιφάνειά του.

Οι γραμμές του μαγνητικού πεδίου δεν μπορούν να διασχίσουν το ένα το άλλο, έτσι μερικές φορές αυτά τα πεδία σχηματίζουν τσακίσεις πριν σπάσουν ξαφνικά - κάτι που με τη σειρά του εκτοξεύει εκρήξεις ακτινοβολίας που ονομάζονται ηλιακές εκλάμψεις ή τεράστιες ποσότητες ηλιακού υλικού που ονομάζονται στεφανιαίες εκτοξεύσεις μάζας (CMEs) στο διάστημα. Μόλις εκτοξευθούν, τα CME ταξιδεύουν με εκατομμύρια μίλια την ώρα, σαρώνοντας φορτισμένα σωματίδια από τον ηλιακό άνεμο για να σχηματίσουν ένα γιγάντιο, συνδυασμένο μέτωπο κύματος που, στραμμένο προς τη Γη, μπορεί να προκαλέσει γεωμαγνητικές καταιγίδες στον πλανήτη μας.

Αλλά οι ερευνητές δεν ήταν σίγουροι ακριβώς από πού προέρχεται το μεγαλύτερο μέρος του μαγνητισμού του ήλιου. Προηγουμένως, οι επιστήμονες προσπάθησαν να το επεξεργαστούν χρησιμοποιώντας τρισδιάστατες προσομοιώσεις υπολογιστή για να χαρτογραφήσουν τη ροή του πλάσματος, αλλά αυτά τα μοντέλα έτειναν να είναι πολύ απλά.

«Αυτές οι προσομοιώσεις απαιτούν εκατομμύρια ώρες σε εθνικές εγκαταστάσεις υπερυπολογιστών, αλλά αυτό που παράγουν δεν είναι ακόμα τόσο ταραχώδες όσο ο πραγματικός ήλιος», είπε ο Μπερνς.

Για τη νέα μελέτη, οι ερευνητές στράφηκαν σε δεδομένα που ελήφθησαν από ένα πεδίο γνωστό ως ηλιοσεισμολογία, το οποίο χρησιμοποιεί παρατηρήσεις δονήσεων που κυματίζουν στην εξωτερική επιφάνεια του ήλιου για να συμπεράνουν τη δομή στο εσωτερικό.

Οι ερευνητές δημιούργησαν το μοντέλο τους χρησιμοποιώντας αλγόριθμους αυτών των επιφανειακών δονήσεων και τα αποτελέσματα πρότειναν ότι οι αλλαγές στη ροή του πλάσματος στο κορυφαίο 5% έως 10% της επιφάνειας του ήλιου ταιριάζουν περισσότερο με τα μαγνητικά πεδία που φαίνονται από το εξωτερικό. Όταν πρόσθεσαν πιθανά εφέ που παράγονται από τα βαθύτερα στρώματα του ήλιου στην προσομοίωση, η εικόνα έγινε πιο λασπώδης - δεν συνδυάζεται πλέον με το παρατηρούμενο μαγνητικό πεδίο του ήλιου.

«Τα χαρακτηριστικά που βλέπουμε όταν κοιτάμε τον ήλιο, όπως το στέμμα που είδαν πολλοί άνθρωποι κατά την πρόσφατη ηλιακή έκλειψη, οι ηλιακές κηλίδες και οι ηλιακές εκλάμψεις, συνδέονται όλα με το μαγνητικό πεδίο του ήλιου», είπε ο Μπερνς. «Δείχνουμε ότι μεμονωμένες διαταραχές κοντά στην επιφάνεια του ήλιου, μακριά από τα βαθύτερα στρώματα, μπορούν να αυξηθούν με την πάροδο του χρόνου για να παράγουν δυνητικά τις μαγνητικές δομές που βλέπουμε».

Αναπτύσσοντας περαιτέρω το μοντέλο τους, οι ερευνητές ελπίζουν να κατανοήσουν καλύτερα και τελικά να προβλέψουν τις ηλιακές καταιγίδες. Η ηλιακή δραστηριότητα αυξάνεται και μειώνεται σε έναν κύκλο περίπου 11 ετών, με έντονες ηλιακές εκλάμψεις και CME πολύ πιο πιθανό να συμβούν κατά την περίοδο αιχμής, γνωστή ως ηλιακό μέγιστο. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί ήδη να εισερχόμαστε στο ηλιακό μέγιστο του τρέχοντος κύκλου, και ότι αυτή η περίοδος θα μπορούσε να είναι πιο έντονη από ό,τι είχε αρχικά προβλεφθεί

Η αυξημένη δραστηριότητα έχει στείλει κύματα εκρήξεων πλάσματος υψηλής ενέργειας και ακτίνων Χ που χτυπούν τα μαγνητικά πεδία της Γης, καταρρίπτοντας τους δορυφόρους Starlink, προκαλώντας μπλακ άουτ στο ραδιόφωνο και προκαλώντας σέλας μέχρι την Πενσυλβάνια, την Αϊόβα και το Όρεγκον.

Επεξεργασία από το 

Live Science

Περισσότερο Νεάντερταλ παρά άνθρωπος: Πώς η υγεία σας μπορεί να εξαρτάται από το DNA των προ πολλού χαμένων προγόνων μας

Αν εκτιμήσετε το άρθρο ενδιαφέρον, γράψτε μου να παραθέσω και άλλα πάνω στο ίδιο θέμα

Μια αρχική διευκρίνση για το άρθρο, για την καλύτερη κατανόηση του. 

Εμείς ανήκουμε στο είδος Homo sapiens sapiens (το δεύτερο sapiens χαρακτηρίζει το υποείδος μας).

Στο ίδιο είδος ανήκουν και ο Homo sapiens neadertalensis και ο Homo sapiens cro magnon ως διαφορετικά υποείδη. Εμείς αποτελούμε τη συνέχεια του cro magnon έχοντας ακριβώς το ίδιο DNA, δηλαδή τα ίδια γονίδια αλλά και μεγέθη χρωμοσωμάτων. 

Η ομάδα είχε ταξιδέψει για χιλιάδες μίλια, διασχίζοντας την Αφρική και τη Μέση Ανατολή μέχρι να φτάσει τελικά στα αμυδρά δάση της νέας ηπείρου. Ήταν από καιρό εξαφανισμένα μέλη της σύγχρονης ανθρώπινης φυλής μας και από τους πρώτους Homo sapiens που εισήλθαν στην Ευρώπη.

Εκεί, αυτοί οι άνθρωποι πιθανότατα θα είχαν συναντήσει τα μακρινά ξαδέρφια τους: τους Νεάντερταλ.

Αυτές οι μικρές ομάδες συγγενών του σύγχρονου ανθρώπου είχαν φρύδια με κουκούλα, μεγάλα κεφάλια και σώματα οκλαδόν, και είχαν περάσει εποχές εγκλιματιζόμενοι στο ψυχρότερο κλίμα της Ευρώπης. Σε πολλά σημεία ανά χιλιετίες, αυτές οι δύο μορφές ανθρωπότητας θα συναντηθούν, θα αναμειγνύονταν και θα ζευγαρώσουν.

Δεκάδες χιλιάδες χρόνια αργότερα, αυτές οι αρχαίες συναντήσεις έχουν αφήσει ίχνη στον γενετικό κώδικα δισεκατομμυρίων ανθρώπων που ζουν σήμερα. Τα παρατεταμένα γονίδια μας επηρεάζουν με τρόπους μεγάλους και μικρούς, από την εμφάνισή μας μέχρι τον κίνδυνο ασθένειας.

«Σε ορισμένα σημεία στο γονιδίωμά μας, είμαστε περισσότερο Νεάντερταλ παρά άνθρωποι», δήλωσε στο Live Science ο Τζόσουα Άκεϊ, καθηγητής ολοκληρωμένης γονιδιωματικής στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον.

Αυτοί ήταν οι πιο στενοί συγγενείς μας, και αυτή είναι η κληρονομιά τους.

 

Η πρώτη συνάντηση

Πριν από 75.000 χρόνια, αλλά πιθανώς έως και 250.000 χρόνια πριν, οι πρόγονοι των περισσότερων σύγχρονων Ευρασιατών βγήκαν για πρώτη φορά από την Αφρική και στην Ευρασία. Εδώ, οι σύγχρονοι άνθρωποι ήρθαν πρόσωπο με πρόσωπο με τους Νεάντερταλ, οι οποίοι είχαν για τελευταία φορά κοινό πρόγονο με τους σύγχρονους ανθρώπους εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια νωρίτερα και από τότε ζούσαν σε αυτές τις ηπείρους. Σε πολλές περιπτώσεις κατά τη διάρκεια των χιλιετιών, οι ομάδες διασταυρώθηκαν.

Στην αρχή, οι σύγχρονοι άνθρωποι κληρονόμησαν ολόκληρα χρωμοσώματα από τους Νεάντερταλ, δήλωσε ο Sriram Sankararaman, καθηγητής επιστήμης υπολογιστών, ανθρώπινης γενετικής και υπολογιστικής ιατρικής στο UCLA. Ωστόσο, από γενιά σε γενιά, μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως γενετικού ανασυνδυασμού, αυτά τα τμήματα του DNA διασπάστηκαν και ανακατεύτηκαν.

Το DNA του Νεάντερταλ ήταν γενικά «επιβλαβές» για τους σύγχρονους ανθρώπους, που σημαίνει ότι εξαφανίστηκε γρήγορα από το DNA του σύγχρονου ανθρώπου μέσω της εξέλιξης. Αυτό είχε ως αποτέλεσμα «ερήμους DNA του Νεάντερταλ», ή μεγάλες περιοχές του σύγχρονου ανθρώπινου γονιδιώματος χωρίς αυτό, είπε ο Sankararaman. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες πιστεύουν ότι το χρωμόσωμα Υ στους άνδρες δεν περιέχει γονίδια του Νεάντερταλ. Μπορεί τα γονίδια στο Y του Νεάντερταλ να ήταν ασύμβατα με άλλα ανθρώπινα γονίδια ή μπορεί να είχαν χαθεί τυχαία μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως γενετική μετατόπιση.

Σε άτομα που κληρονόμησαν το DNA του Νεάντερταλ, το χρωμόσωμα Χ περιέχει επίσης πολύ λιγότερη καταγωγή από τον Νεάντερταλ από ό,τι άλλα χρωμοσώματα αυτοσωμικά. Αυτό οφείλεται πιθανώς στο ότι οποιεσδήποτε επιβλαβείς ή μη λειτουργικές μεταλλάξεις στο χρωμόσωμα Χ θα εκφραστούν στα αρσενικά, επειδή δεν έχουν ένα αντίστοιχο, λειτουργικό αντίγραφο του γονιδίου για αντιστάθμιση. Αυτό πιθανότατα δημιούργησε ισχυρή εξελικτική πίεση για την αφαίρεση τέτοιων επιβλαβών γονιδίων του Νεάντερταλ από το σύγχρονο ανθρώπινο Χ, δήλωσε η Emilia Huerta-Sanchez, αναπληρώτρια καθηγήτρια οικολογίας, εξέλιξης και οργανικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Brown.

Αλλά κάποιο DNA του Νεάντερταλ βοήθησε τους σύγχρονους ανθρώπους να επιβιώσουν και να αναπαραχθούν, και έτσι έχει παραμείνει στο γονιδίωμά μας. Σήμερα, το DNA του Νεάντερταλ καταλαμβάνει, κατά μέσο όρο, το 2% του γονιδιώματος των ανθρώπων εκτός Αφρικής. Ωστόσο, η συχνότητα του DNA του Νεάντερταλ που κωδικοποιεί τα ευεργετικά χαρακτηριστικά μπορεί να είναι τόσο υψηλή όσο 80% σε ορισμένες περιοχές του γονιδιώματος, είπε ο Akey.

Η φυσική μας εμφάνιση

Για πολλούς ανθρώπους, η κληρονομιά των Νεάντερταλ είναι εμφανής σε ένα ιδιαίτερα ορατό χαρακτηριστικό: το χρώμα του δέρματος.

Μια παραλλαγή γονιδίου του Νεάντερταλ στο χρωμόσωμα 9 που επηρεάζει το χρώμα του δέρματος ανήκει στο 70% των Ευρωπαίων σήμερα. Μια άλλη παραλλαγή γονιδίου του Νεάντερταλ, που βρίσκεται στους περισσότερους κατοίκους της Ανατολικής Ασίας, ρυθμίζει τα κερατινοκύτταρα, τα οποία προστατεύουν το δέρμα από την υπεριώδη ακτινοβολία μέσω μιας χρωστικής που ονομάζεται μελανίνη.

Οι παραλλαγές των γονιδίων του Νεάντερταλ συνδέονται επίσης με μεγαλύτερο κίνδυνο ηλιακού εγκαύματος στους σύγχρονους ανθρώπους. Ομοίως, περίπου το 66% των Ευρωπαίων φέρει ένα αλληλόμορφο Νεάντερταλ που συνδέεται με αυξημένο κίνδυνο ηλιακού εγκαύματος στην παιδική ηλικία και κακή ικανότητα μαυρίσματος. 

Οι Νεάντερταλ είχαν περάσει χιλιετίες σε μεγαλύτερα γεωγραφικά πλάτη με λιγότερη άμεση έκθεση στον ήλιο, η οποία είναι απαραίτητη για την παραγωγή βιταμίνης D. Ως εκ τούτου, οι αλλαγές στη βιολογία των μαλλιών και του δέρματος μπορεί να επέτρεψαν στους σύγχρονους ανθρώπους να αξιοποιήσουν γρήγορα τα χαμηλότερα επίπεδα ηλιακού φωτός, ενώ παράγουν αρκετή βιταμίνη D για να είναι υγιείς, δήλωσε ο John Capra, ένας εξελικτικός γενετιστής στο Πανεπιστήμιο Vanderbilt.

«Ένα από τα ωραία πράγματα σχετικά με τη διασταύρωση είναι ότι αντί να περιμένεις να προκύψουν νέες ευεργετικές μεταλλάξεις, που είναι μια πραγματικά αργή διαδικασία, εισάγεις έναν τόνο γενετικών παραλλαγών ταυτόχρονα», είπε ο Huerta-Sanchez.

Επιπλέον, οι πρόγονοί μας έπρεπε να προσαρμοστούν στον ψυχρότερο ευρασιατικό καιρό. Για να το κάνουν, μπορεί να έχουν αποκτήσει γονίδια του Νεάντερταλ που επηρέασαν το σχήμα του προσώπου. Σε μια μελέτη του 2023, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι οι σύγχρονοι άνθρωποι κληρονόμησαν γονίδια ψηλής μύτης από τους Νεάντερταλ. Μια ψηλότερη μύτη μπορεί να επέτρεψε να θερμανθεί περισσότερο κρύος αέρας στη θερμοκρασία του σώματος στη μύτη πριν φτάσει στους πνεύμονες, πρότεινε ο Kaustubh Adhikari, συνεργάτης συγγραφέας της μελέτης και στατιστικός γενετιστής στο University College του Λονδίνου.

Το ρολόι που κάνει τα κύτταρα μας να χτυπούν

Το DNA του Νεάντερταλ μπορεί επίσης να βοήθησε τον H. sapiens να προσαρμοστεί στις μεγαλύτερες διαφορές στη διάρκεια της ημέρας και της νύχτας στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη.

Τα διατηρημένα γονίδια του Νεάντερταλ επηρεάζουν το κιρκαδιανό ρολόι μας, το οποίο ρυθμίζει εσωτερικές διεργασίες όπως τη θερμοκρασία του σώματος και τον μεταβολισμό. Για παράδειγμα, ορισμένοι που ξυπνούν νωρίς μπορούν να ευχαριστήσουν τους Νεάντερταλ για τα γονίδια του κιρκαδιανού ρολογιού τους, βρήκαν ο Κάπρα και οι συνεργάτες του.

Αυτό μπορεί να βοήθησε τους προγόνους μας να προσαρμοστούν σε μικρότερες χειμερινές μέρες πιο μακριά από τον ισημερινό, είπε ο Κάπρα.

 «Φαίνεται ότι δεν είναι ότι το να είσαι πρωινός άνθρωπος είναι αυτό που έχει σημασία», είπε η Κάπρα. «Είναι ότι αυτό είναι ένα σήμα του πόσο ουσιαστικά ευέλικτο είναι το ρολόι σας και πόσο ικανό είναι να προσαρμοστεί στη διακύμανση των κύκλων φωτός-σκότους με τις εποχές», είπε.

Οι εσωτερικές μας άμυνες

Πολλά από τα ισχυρά διατηρούμενα γονίδια του Νεάντερταλ συνδέονται με τη λειτουργία του ανοσοποιητικού.

Μέχρι τη στιγμή που ο H. sapiens έφτασε στην Ευρώπη, οι Νεάντερταλ είχαν ήδη περάσει εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια καταπολεμώντας λοιμώξεις ειδικά για την Ευρασία. Ζευγαρώνοντας με τους Νεάντερταλ, οι σύγχρονοι άνθρωποι έλαβαν μια στιγμιαία έγχυση αυτών των γονιδίων που καταπολεμούν τις λοιμώξεις.

"Αυτά τα κομμάτια DNA του Νεάντερταλ, ειδικά τα ανοσοποιητικά, που ήταν ήδη προσαρμοσμένα ενάντια σε παθογόνα με τα οποία ζούσαν οι Νεάντερταλ για μεγάλο χρονικό διάστημα, άρχισαν να αυξάνονται σε συχνότητα υπό τη φυσική επιλογή στους σύγχρονους ανθρώπινους πληθυσμούς", δήλωσε ο David Enard, επίκουρος καθηγητής οικολογίας. και εξελικτικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

Ενώ πολλά από τα προγονικά παθογόνα που αρρώσταιναν τους αρχαίους ανθρώπους χάνονται στο χρόνο, ορισμένα από τα γονίδια του Νεάντερταλ που βοήθησαν στην καταπολέμησή τους εξακολουθούν να λειτουργούν ενάντια στα σύγχρονα παθογόνα. Για παράδειγμα, μια μελέτη του 2018 από τον Enard και έναν συνάδελφό του αποκάλυψε ότι οι σύγχρονοι άνθρωποι κληρονόμησαν DNA του Νεάντερταλ που τους βοήθησε να καταπολεμήσουν τους ιούς RNA, μια ομάδα που σήμερα περιλαμβάνει τη γρίπη (γρίπη), τον HIV και την ηπατίτιδα C.

 

Η πιο σκοτεινή πλευρά του DNA του Νεάντερταλ

Μερικά από τα γονίδια του Νεάντερταλ που κάποτε βοήθησαν τους προγόνους μας μπορεί να είναι επιβλαβή στον σύγχρονο κόσμο.

Ως επί το πλείστον, τα γονίδια του Νεάντερταλ δεν εκφράζονται έντονα στον εγκέφαλο, γεγονός που υποδηλώνει ότι επιλέχθηκαν έντονα κατά τη διάρκεια της εξέλιξης. Τα γονίδια του Νεάντερταλ έχουν συνδεθεί με διαταραχές της διάθεσης όπως η κατάθλιψη και με μονοπάτια σηματοδότησης του εγκεφάλου που κάνουν τους ανθρώπους πιο πιθανό να εθιστούν στη νικοτίνη.

Και ακόμη και η ενίσχυση του ανοσοποιητικού από τους Νεάντερταλ μπορεί να έχει ένα μειονέκτημα. Το 2016, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι τα γονίδια του Νεάντερταλ που ενεργοποιούν το ανοσοποιητικό σύστημα για την καταπολέμηση των παθογόνων μπορεί επίσης να προδιαθέτουν τους ανθρώπους σε αλλεργικές ασθένειες. Επιπλέον, τα γονίδια του Νεάντερταλ έχουν συνδεθεί με υψηλότερο κίνδυνο ανάπτυξης αυτοάνοσων ασθενειών, όπως η νόσος του Graves, που προκαλείται από υπερδραστήριο θυρεοειδή. και η ρευματοειδής αρθρίτιδα, η οποία φλεγμονή των αρθρώσεων και ακόμη και η «νόσος του Βίκινγκ», κατά την οποία ένα ή περισσότερα δάχτυλα λυγίζουν ή παγώνουν.

Μια παραλλαγή γονιδίου του Νεάντερταλ μπορεί να μας έκανε πιο πιθανό να έχουμε σοβαρό κρούσμα COVID-19. Αυτή η παραλλαγή, που βρίσκεται στο χρωμόσωμα 3, βρίσκεται στους μισούς Νοτιοασιάτες και στο ένα έκτο των Ευρωπαίων. Αλλά ακόμη και εκεί, η εικόνα είναι περίπλοκη, καθώς άλλα γονίδια του Νεάντερταλ, που φέρουν έως και τους μισούς ανθρώπους στην Ευρασία και την Αμερική, σχετίζονται με μειωμένο κίνδυνο σοβαρού COVID-19.

«Δυστυχώς, δεν υπάρχουν ασθένειες που μπορούμε να πούμε πραγματικά, ή ακόμη και χαρακτηριστικά γενικά, μπορούμε να πούμε, «Ω, μπορείτε να κατηγορήσετε το DNA του Νεάντερταλ για αυτό», είπε ο Κάπρα.

Αυτό ισχύει ιδιαίτερα για μερικές από τις μεγαλύτερες ασθένειες υγείας, όπως οι καρδιακές παθήσεις και ο καρκίνος, όπου δεκάδες ή εκατοντάδες γονίδια, μαζί με μυριάδες περιβαλλοντικούς παράγοντες, επηρεάζουν τον κίνδυνο ασθένειας.

Τι είναι μπροστά

Πόσο καιρό λοιπόν θα παραμείνουν τα ίχνη αυτών των ανθρώπων που χάθηκαν εδώ και καιρό στο γονιδίωμά μας; Μέσα σε εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια, μερικά από αυτά τα θραύσματα του Νεάντερταλ θα εξαλειφθούν σταδιακά από το γονιδίωμά μας. Άλλοι θα ενσωματωθούν σταθερά, είπε ο Akey.

Εν τω μεταξύ, υπάρχουν ακόμη πολλά να μάθουμε για το πώς οι Νεάντερταλ άφησαν το σημάδι τους σε εμάς.

 «Η δυνατότητα αξιοποίησης της νέας γονιδιωματικής τεχνολογίας όπως το CRISPR και η γονιδιακή επεξεργασία θα παίξει σημαντικό ρόλο στην κατανόηση της πραγματικής υποκείμενης βιολογίας του τρόπου με τον οποίο οι αλληλουχίες του Νεάντερταλ συμβάλλουν στα ανθρώπινα χαρακτηριστικά και ασθένειες», είπε ο Akey.

Η αποκρυπτογράφηση του τι κάνουν αυτά τα γονίδια θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανάπτυξη θεραπειών για ορισμένες καταστάσεις, είπε.

Και η ροή των γονιδίων δεν ήταν μονόδρομη. Οι επιστήμονες προσπαθούν επίσης να προσδιορίσουν πώς το σύγχρονο ανθρώπινο DNA μπορεί να έχει επηρεάσει τους Νεάντερταλ και εφαρμόζουν μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης (AI) σε αρχαία γονιδιώματα για να δημιουργήσουν μια πιο λεπτομερή εικόνα του πώς ήταν τα χαμένα ξαδέρφια μας.

Η κατανόηση του ρόλου του DNA του Νεάντερταλ στο γονιδίωμά μας δεν μας βοηθά να κατανοήσουμε την υγεία μας. Αυτά τα κομμάτια DNA μπορούν να παρέχουν ενδείξεις για το τι μας κάνει μοναδικούς, είπε ο Sankararaman.

«Το DNA του Νεάντερταλ εισήλθε στο γονιδίωμά μας σε μια σημαντική στιγμή της ιστορίας μας», είπε ο Sankararaman, όταν οι πρόγονοί μας μετακινούνταν σε νέα περιβάλλοντα.

«Κοιτάζοντας την τύχη αυτών των κομματιών DNA», είπε, «μπορούμε να ελπίζουμε ότι θα καταλάβουμε ποιες ήταν οι λειτουργικά σημαντικές περιοχές στο γονιδίωμά μας κατά τη διάρκεια αυτής της χρονικής περιόδου».

Το άρθρο είναι μεταφρασμένο από το Live Science

Αυτός είναι ο K2-18b, ένας δυνητικά κατοικήσιμος πλανήτης

 Αυτός είναι ο K2-18b, ένας δυνητικά κατοικήσιμος πλανήτης καλυμμένος με ωκεανούς και περίπου 2,6 φορές το μέγεθος της Γης.

Το JWST μόλις ανίχνευσε διοξείδιο του άνθρακα και μεθάνιο στην ατμόσφαιρα του που μπορούν να παραχθούν μόνο από ζωντανά όντα.