Научные открытия по биологии 21 века. Открытия биологии в XX веке — начале XXI. Познание тайн живой природы
Строго говоря, ДНК было открыто еще в XIX веке Фридрихом Мишером. Однако в ту пору молодой швейцарский ученый не понял ценности своего открытия, того, что обнаруженная им структура несет полную информацию о живых объектах. В деталях разобрались уже позже. В 1953 году английским ученым Уотсону и Крику удалось разобраться в структуре молекулы ДНК и понять, что в ней зашифрована информация, которая может передаваться по наследству . Большой вклад в открытие внесла и Розалин Франклин, чьи работы и фотографии ДНК помогли Уотсону и Крику закончить свой труд. Открытие ДНК оказало огромное влияние на естественнонаучные дисциплины. Изучение вирусов и бактерий, выведение культур, с которых можно получить больший урожай , получение лекарств, лечение многих заболеваний, понимание ряда эволюционных процессов – после расшифровки ДНК перед учеными открылись новые горизонты.
Автоматизированные и слепые методы для точного сегментации, измерения и отслеживания биологических структур могут помочь уменьшить предвзятость, обеспечить более подробную и точную картину биологии и открыть дверь для новых открытий, которые возможны только путем отбора проб и измерения больших популяций, Системный анализ, включающий моделирование и моделирование, будет в решающей степени зависеть от качества измерений и хорошей информации о распределении.
Этот полимер, который получается только эффективно в непосредственной близости от источника синглетного кислорода, затем может быть визуализирован реакцией с электронно-плотным пятном осмий. Это продвижение представляет собой отличный пример того, как фундаментальные исследования в разрозненных организмах продвигают исследования по всем направлениям, включая биологию человека. Сканирующая электронная микроскопия представляет собой поверхностный метод, позволяющий выявить структуру вплоть до нанометрового разрешения.
Уотсон организовал проект «Геном человека», занимающийся определением последовательности нуклеотидов в человеческом геноме. Также Уотсон стал первым человеком, чью ДНК расшифровали.
Бессмертие
Вечная жизнь давно занимала умы людей, но лишь в XX веке в биологии были сделаны первые шаги по изучению того, чем же является смерть, и существуют ли способы отсрочить или и вовсе предотвратить это событие. Сидней Бреннер впервые высказал предположение о том, что клетки генетически запрограммированы на смерть . В ходе своей работы он выделил и первый ген, который запускает разрушение клеточной структуры. Позже другой ученый Роберт Горвиц сумел обнаружить еще два гена, приводящих к самоубийству клетки, а также ген, препятствующий этому. В XXI веке работа в этом направлении продолжается. Ученые надеются, что дальнейшая расшифровка генома окончательно прольет свет на механизмы старения и смерти и позволит управлять этими процессами.
Достижения в сканирующей электронной микроскопии включают инструменты, которые могут работать в условиях низкого вакуума, так называемые экологические инструменты, которые позволяют визуализировать свежую ткань без специальной подготовки. Сканирующие электронные микроскопы могут быть оснащены различными детекторами, некоторые из которых могут быть использованы для анализа молекулярного состава и кристалличности отсканированной поверхности. В биологии растений он обычно используется для получения прогнозируемых изображений морфологии органов и клеток, особенно в генетическом анализе.
В 2002 году за свои открытия Сидней Бреннер получил Нобелевскую премию.
Стволовые клетки
Хотя сам термин «стволовая клетка» родился в начале XX века, ученые обратили на них пристальное внимание лишь в девяностые годы. Стволовые клетки обладают важным свойством – они способны превращаться в любой другой вид клеток. При трансплантации главная проблема состоит в том, чтобы найти совместимый орган, который после пересадки все равно может быть отторгнут организмом. Использование стволовых клеток решит эту проблему, ведь новое сердце или почки могут быть выращены из клеток пациента. Приживется такой орган идеально.
Атомно-силовая микроскопия и многомодовая визуализация
Этот метод позволяет избежать сбора и обработки серийных разделов и позволяет полностью коррелировать объемную информацию. Подобно сканирующей электронной микроскопии, атомно-силовая микроскопия является методом поверхностной визуализации. Увлекательным применением этой способности в биологии растений является недавний анализ механики клеточной стенки на вершине побега.
Лазерные ловушки, также известные как оптические пинцеты, являются средством для механического манипулирования рефракционными объектами относительно размера бактерий. Функционируя эти объекты, можно выполнить сложные анализы на уровне одной молекулы. Усовершенствованная технология улавливания позволила разрешить даже одномолекулярные этапы, давая новое представление о функции молекулярных машин. Мы ожидаем, что приложения растительных клеток будут расти, особенно в связи с возобновлением интереса к биомеханике растительных клеток.
Для познания функциониро-вания организмов животных и человека огромное значение имели эксперименты И. П. Павлова в области физиологии высшей нерв-ной деятельности. Учёный изучал процесс взаимодействия живых организмов и внешней среды, реакция на влияние которой осу-ществляется через условные и безусловные рефлексы.
В 1920—1930-х гг. были проведены исследования, позволившие выделить из человеческого организма в чистом виде ферменты и витамины , а затем воспроизвести их химическим путём. Благодаря этому удаётся спасать людей от ряда болезней. Были получены принципиально новые лекарства — антибиотики , которые обладают свойством разрушать опасные для человека микроорганизмы. В го-ды Второй мировой войны антибиотики (особенно выделенный из плесени пенициллин ) и синтезированные химические лекарства с аналогичными свойствами (стрептоцид и неорганические суль-фиды ) спасли жизни сотен тысяч людей. Быстро развивалось вак-цинирование от разных болезней: кори, полиомиелита, проказы и т. д.
Молекулярная композиционная визуализация
Используя спектроскопические методы в мелкомасштабном растровом изображении, можно получить изображения спектральной информации для зондирования распределения молекул в клетках и тканях. Например, изображения масс-спектрометрических данных могут быть созданы путем сканирования образца ионизирующим лучом, связанным с временемпролетной масс-спектрометрии. При визуализации вторичной ионной масс-спектрометрии ионный пучок используется для анализа распределения малых молекул, таких как ионы металлов и липиды.
В начале XX в. в США сложилась научная школа биологов-генетиков, возглавлявшаяся Т. Х. Морганом . Ей принадлежит заслуга создания хромосомной теории наследственности . Было доказано, что передача наследственных признаков и изменение наследствен-ных свойств (мутация) происходят на генно-хромосомном уровне. Российский учёный Н. К. Кольцов первым выдвинул подтверждённую позднее гипотезу молекулярного строения хромосом . Эти открытия легли в основу научно обоснованного выведения новых сортов растений и видов животных. Генетик Н. И. Вави-лов был одним из создателей совре-менного учения о биологических ос-новах селекции . Он организовывал экспедиции в разные страны и собрал крупнейшую в мире коллекцию се-мян культурных растений. Материал с сайта
При лазерной лазерной десорбционной визуализации с матричной обработкой лазерный луч используется для анализа больших молекул, таких как пептиды и белки. Этот метод очень чувствителен к незначительным изменениям состава, но создает сложные спектры, которые требуют сложного анализа данных для интерпретации. Рентгеновская флуоресцентная визуализация требует доступа к синхротронному излучению, но создает изображения элементарных спектров из ткани без необходимости специального приготовления, что позволяет визуализировать распределение металлов, избегая при этом артефактов из-за методов подготовки тканей, необходимых для других методов сканирования.
В 1940-х гг. учёные определили, что в генах находится дезоксири-бону-кле-иновая кислота (ДНК) , кото-рая является инфор-маци-онным но-сителем наследственных приз-наков. В 1950-х гг. англи-ча-нин Ф. Крик и американец Дж. Уотсон завершили создание модели ДНК , а вскоре уда-лось получить рентгенограммы молекулы ДНК и установить её структуру . В 1970-х гг. начала развиваться генная инженерия — целенаправленное конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. В конце XX в. английские учёные кло-нировали овцу (получившую имя Долли). В 2000 г. американские исследователи установили генетическую структуру вибриона холе-ры ; в лабораториях США и Англии расшифровали генетический код человека .
Технологии дистанционного зондирования обладают потенциалом не только для мониторинга обезлесения, но и для дистанционного обнаружения свойств растений в сельскохозяйственных областях. Огромная масса информации, генерируемой этими технологиями, требует не только больших баз данных, но и новых способов анализа данных. Широкий спектр веб-ресурсов стал ключевым для обработки молекулярных данных, предоставляя исследователям огромные возможности для интеллектуального анализа данных и генерации гипотез.
Обработка и доступ к данным на основе изображений также являются предметом интенсивного обсуждения среди биологов растений, в частности, о том, как растущие объемы данных на основе изображений могут быть лучше использованы сообществом. Этот вопрос применяется как к данным, которые уже были, по крайней мере, частично описаны и каталогизированы, такие как базы данных изображений экспрессии энхансеров-ловушек и локализация белка, а также к наборам данных необработанного изображения, которые поддерживают исследования, проверенные экспертами.
На протяжении столетия интенсивно развивалась психология . У истоков теории психоанализа , получившей широкое распростране-ние, стоял австрийский учёный З. Фрейд . Согласно его взглядам, ре-шающее значение в поведении людей имеют бессознательные моти-вации, которые возникают на основе накапливающихся переживаний и неисполнившихся желаний. Теория психоанализа используется как в культурологии и социальной психологии, так и в практической ме-дицине (лечение с помощью психоанализа). Если Фрейд и его после-дователи делали акцент на бессознательном, то российский учёный Л. С. Выготский основное внимание уделял изучению сознания . Им была основана крупная научная школа в психологии.
В первом случае существуют существенные проблемы в отношении безопасности и возможности поиска этих ценных ресурсов сообщества, и в последнем случае могут появиться новые идеи, ожидающие обнаружения в существующих наборах данных. Разумеется, использование таких объемных наборов данных зависит от экономичного хранения, адекватной аннотации и наличия хороших инструментов поиска. Как для молекулярных, так и для данных визуализации обработка огромных объемов данных будет оставаться проблемой, особенно в свете сокращения бюджетов и значительного прогресса в производстве данных.