معلومة

لماذا النباتات لا تلألأ بيولوجيا؟

لماذا النباتات لا تلألأ بيولوجيا؟


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.

هناك مخلوقات ذات إضاءة حيوية وبعض الفطريات أيضًا. بقدر ما أستطيع أن أرى ، لا توجد نباتات ضيائية حيوية. لماذا هذا؟

أتخيل أنه سيكون عامل جذب جيد للملقحات الليلية ، أو حتى للنباتات آكلة اللحوم لذلك يجب أن يكون هناك سبب لعدم تطور هذا في مكان ما على كوكبنا. أعتقد أن التفاعل الكيميائي يتطلب الكثير من الطاقة ولا يستحق الدفع ولكن هذا مجرد تخمين.


بشكل عام ، نشأ التلألؤ البيولوجي أكثر من أربعين مرة في التاريخ التطوري.

هناك الفطريات الحيوية والبكتيريا.

الفوسفور هو ثاني أهم عنصر غذائي للنباتات ، لذلك ربما يكون مكلفًا للغاية لاستخدامه في التلألؤ البيولوجي ، فمعظم النباتات لا تعيش في بيئات غنية بالفوسفور.

يستخدم التلألؤ البيولوجي أيضًا الكثير من النيتروجين ، ولا تستطيع معظم النباتات إصلاح النيتروجين.

هناك 71 نوعًا من الفطريات المتوهجة ، ربما لتوزيع الأبواغ ، لذلك كان من الممكن أن تتبع النباتات ذات الأبواغ نفس الإستراتيجية.

إذا كان نوعان من النباتات يستخدمان الضوء للحشرات الليلية ، فقد يؤدي ذلك إلى إرباك الحشرات إذا كانت خاصة بالنباتات ، فالضوء أكثر إرباكًا من الروائح.

من المحتمل أن تنتج الشجرة الكثير من الضوء ، وقد تتحول إلى عمود إنارة في الغابة يجذب الكثير من الحشرات. يمكن أن تكون خطرة من الناحية البيئية. ربما يمكن أن تستفيد منه نبتة لاحمة.

يبدو أن النباتات والطحالب قد طورا تلألؤًا بيولوجيًا بسهولة ، إذا كانت البكتيريا والطلائعيات قد تطورت ، وأن ذلك لم يكن مفيدًا للنباتات.

فشل مشروع تموله جماعي لإنجاز البعض لأنه كان من الصعب جدًا وضع 6 جينات حيوانية في النبات.

تستخدم الحيوانات البرية الضوء كمؤشر على لياقتها ، ولا تحتاج النباتات إلى الإشارة إلى لياقتها الفردية للآخرين ، ومعظم الحيوانات ذات الإضاءة الحيوية لديها خيار تشغيل وإيقاف الأشياء بشكل فعال للغاية ، وهو أمر صعب على الأشجار.


نفس السبب في عدم وجود ثدييات أو طيور مضيئة بيولوجيًا ، فإن الفوائد قليلة جدًا لتعويض التكلفة في السعرات الحرارية ، وقد يكون لها تكلفة أكبر في النباتات لأنها قد تتداخل مع بعض أجزاء عملية التمثيل الضوئي.


ماذا حدث للنبات المتوهج كيك ستارتر؟

استحوذ المشروع على واحدة من أكثر التخيلات رومانسية للبيولوجيا التركيبية.

جاء التحديث الأخير بهدوء ليلة الثلاثاء. كتب أنتوني إيفانز ، مبتكر مشروع Glowing Plant ، "يؤسفنا أن نقول إننا وصلنا إلى نقطة تحول مهمة". كانت "نقطة الانتقال" هذه بمثابة نقطة نهاية: نفد أموال المشروع. لم يعد السعي إلى هندسة نبات يتوهج في الظلام وراثيًا.

قبل أربع سنوات ، جمع مشروع Glowing Plant ما يقرب من نصف مليون دولار على Kickstarter ، متجاوزًا طلبه الأولي البالغ 65000 دولار. بالطبع فعلت. كانت الرؤية التي قدمتها مثل هذا الخيال القوي. "ماذا لو" ، تساءل إيفانز عن الموسيقى المنتفخة في مقطع الفيديو ، "نستخدم الأشجار لإضاءة شوارعنا بدلاً من مصابيح الشوارع؟" ماذا لو استطعت الحصول على إضاءة بدون كهرباء؟ ماذا لو توهج العالم الطبيعي الصورة الرمزية?

هذه الرؤية الرومانسية تلخص تمامًا وعود البيولوجيا التركيبية ، وهو مجال يتعامل مع العالم الطبيعي كنظام آخر يتم تصميمه وهندسته. في هذه الحالة ، أصبحت البيولوجيا التركيبية حلاً ممكنًا لواحدة من أكثر مشاكل الطاقة إلحاحًا في العالم: توليد الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك ، بدا الأمر رائعًا حقًا.

لقد وعدت حملة Kickstarter مؤيديها فقط بزراعة نبات متوهج صغير محفوظ بوعاء ، وأشك في أن العديد من المؤيدين لديهم في الواقع أوهام حول الأشجار التي تضيء سماء الليل قريبًا. لكن دعم المشروع كان وسيلة صغيرة للانخراط في رؤية أكبر بكثير.

"تفشل الكثير من الشركات الناشئة في مجال التكنولوجيا الحيوية. أعتقد أن هذا ربما يكون مخيبًا للآمال أكثر بالنسبة لي وللآخرين لما يمثله على ما يبدو "، كما يقول تود كويكن ، الباحث في الهندسة الوراثية ومركز المجتمع في جامعة ولاية كارولينا الشمالية ، والذي شارك أيضًا في حملة Kickstarter للمشروع. كانت النباتات المتوهجة واحدة من أولى مشاريع البيولوجيا التركيبية التي استحوذت حقًا على خيال الجمهور.

في الوقت الذي تكون فيه عبارة "الكائن المعدل وراثيًا" أو الكائنات المعدلة وراثيًا عبارة مسمومة ، بدا أن نجاح التمويل الجماعي للمشروع يشير إلى أن عدم الثقة المنتشر ، وإن كان غامضًا ، في التعديل الوراثي يمكن مواجهته من خلال الشعور بالتساؤل عن نبات متوهج. (مع نمو حملة Kickstarter ، أثارت الجماعات البيئية أسئلة ، وحظر موقع التمويل الجماعي في وقت لاحق التخلي عن الكائنات المعدلة وراثيًا).

واجه الفريق أيضًا الحقائق الصعبة للهندسة حتى لو كان مصنعًا صغيرًا يضيء. أخبرني إيفانز: "لم نتوقع بعض التحديات التقنية غير المعروفة التي سنواجهها". (كان الكثير من العلماء في ذلك الوقت متشككين في الجدول الزمني للمشروع ، على الرغم من ذلك). حصل إيفانز على ماجستير في إدارة الأعمال ولديه خلفية في تطبيقات الأجهزة المحمولة ، على الرغم من أن مؤسسيه الأصليين ، اللذان تركا المشروع منذ ذلك الحين ، لديهما خلفيات في علم الأحياء التركيبي.

لجعل النبات يتوهج جيدًا ، كان على فريق البحث إدخال ستة جينات. لكنهم لم يتمكنوا من الحصول على الستة دفعة واحدة. في أحسن الأحوال ، توهجت بعض النباتات بشكل خافت جدًا. (الصورة أعلاه للنبات المتوهج هي تعرض طويل ، مما يجعلها تبدو أكثر إشراقًا مما هي عليه في الواقع.) يقول إيفانز إنه يدرك الآن أنه يحاول إدخال ستة جينات في كائن حي معقد مثل النبات - بدلاً من البكتيريا أحادية الخلية أو الخميرة - كانت سابقة لأوانها.

هذا هو السبب في أن TAXA ، الشركة التي أنشأها إيفانز للعمل على النباتات المتوهجة ، تحولت في النهاية إلى إنشاء طحالب معدلة وراثيًا تنبعث منها رائحة مثل الباتشولي لدعم أبحاث النباتات المتوهجة المستمرة. الطحلب كائن أبسط. لقد حصلوا على الطحالب المعطرة ، لكن المجموعة الأخيرة كانت ملوثة ولا يمكن شحنها للعملاء. بدون الطحلب ، لم تكن هناك طريقة لمواصلة تمويل الشركة. وذلك عندما أدرك إيفانز أن النباتات المتوهجة لم تحدث.

يقول: "أنا خائف حقًا من أن يخيب آمال ذلك الفتى البالغ من العمر 16 عامًا الذي رأى ذلك وتخيل مستقبلًا رائعًا ومشرقًا ، من اليأس وإحباط الناس". على الرغم من عدد قليل من الداعمين الغاضبين الذين يطلبون استرداد الأموال ، إلا أن معظم التعليقات الواردة في تحديث Kickstarter كانت داعمة حتى الآن. كان المشروع يوفر تحديثات منتظمة ومفصلة حول صعوبة هندسة المحطات. كان آخر تحديث له رقم 67.

في السنوات الأربع التي تلت بدء Glowing Plant ، جذبت البيولوجيا التركيبية أنظار المستثمرين. يقول Ryan Bethencourt ، مدير البرنامج في IndieBio ، وهو معجل للشركات الناشئة في مجال البيولوجيا: "كان Glowing Plant مبدعًا". "كان هذا أحد الأشياء التي جعلتني أدرك أن هذا هو الوقت المناسب لبدء بناء علم الأحياء الاصطناعية." في غضون ذلك ، أصبحت تقنية تسلسل الحمض النووي وتوليفه أرخص.

في الآونة الأخيرة ، جمعت شركات ناشئة في مجال البيولوجيا التركيبية مثل Bolt Thread و Ginkgo Bioworks عشرات الملايين من الدولارات. تتمتع البيولوجيا التركيبية بإمكانية حقيقية لتعطيل الشبكات الواسعة لكيفية حصولنا على الأشياء - الملابس والغذاء والطاقة - لكن هاتين الشركتين تستفيدان أيضًا من رؤية رومانسية حول ماهية الطبيعة وما يمكن أن تكون عليه. تتداول خيوط الترباس في جاذبية حرير العنكبوت. وقد كشفت مؤخرًا عن ربطة عنق بقيمة 314 دولارًا مصنوعة من حرير العنكبوت ، يتم إنتاجها في أحواض ومغزولة آليًا. تصنع Ginkgo Bioworks النكهات والعطور التي تغازلها بفكرة صنع عطر من أزهار العصر الجليدي التي تم إحياؤها.

تعمل كلتا الشركتين أيضًا مع الخميرة المعدلة وراثيًا - وهي الكائنات البسيطة أحادية الخلية التي تجاوزها النبات المتوهج.


7 طرق أحدثت الإضاءة الحيوية ثورة في البحث الطبي

اللمعان البيولوجي هو مصباح كيميائي طبيعي للطبيعة - يضيء المجرى الداخلي المظلم للكهوف البعيدة ، والمياه العميقة ، وحتى سماء الليل غير المقمرة بتوهجها الأخضر الجميل المخيف. منذ عام 500 قبل الميلاد ، كتب البحارة القدامى عن بحار الليل المضيئة والمتألقة. يُطلق على البروتين الذي يسبب هذا الضوء الطبيعي اسم لوسيفيرين ، والذي يمكن العثور عليه في البكتيريا الخاصة ، والكائنات البحرية والعوالق ، وحتى بعض الطحالب والفطر. الضوء هو نتيجة تفاعل كيميائي بين شكل إنزيمه ، وسيفيراز ، وبعض أشكال الطاقة المضافة (أكسجين ، سكر ، إلخ).

في عام 2008 ، فاز ثلاثة علماء بجائزة نوبل في الكيمياء (بما في ذلك مارتن تشلفي أدناه) لتطوير بروتين الفلورسنت الأخضر (GFP) وتعديله وراثيًا بحيث يمكن هندسة الحيوانات لإنتاجها. منذ ذلك الحين ، أصبح يستخدم على نطاق واسع في البحث الطبي والعلمي. فيما يلي سبع طرق يستخدمها العلماء للجينات المتوهجة لقنديل البحر واليراعات في الأبحاث الطبية.

قناديل البحر

قد ينتابك خوف صحي من لسعة هلام المحيط ، لكن من المحتمل أن يكون قد ساعد على صحتك أكثر من ضرره. البروتين المتوهج المستخرج من هلام الكريستال (أكيوريا فيكتوريا كما هو موضح أعلاه), أصبح أداة لا غنى عنها في البحوث الخلوية والطب.

1. تصنيع GFP في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية

في عام 1994 ، أدخل عالم الأعصاب مارتن تشالفي الجين في خلايا بكتريا قولونية البكتيريا والدودة C. ايليجانس. تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، تنبعث من الخلايا وهج أخضر. ومنذ ذلك الحين تم إدخال الجين الخاص بـ GFP في الشفرة الجينية للعديد من الأنواع المختلفة ، والتي يمكن بعد ذلك صنعها لصنع GFP الخاص بها. تم استخدام GFP وبروتينات ابن عمه للحث على توهج البكتيريا ، والأوليات ، والنباتات ، والديدان الخيطية ، والطيور ، والثدييات ، والأسماك ، من بين أمور أخرى.

2. قرود الهندسة الحيوية لطب الأعصاب

قام العلماء اليابانيون بإدخال جينات مضيئة بيولوجيًا في الثدييات على أمل إنشاء نماذج حيوانية للأمراض العصبية ، مثل مرض باركنسون ، والتي لا تكفي نماذج القوارض لها.

قام الباحثون بحقن فيروسات تحمل جين GFP في 91 أجنة قرد قرد. من بين 80 من الأجنة المعدلة وراثيا التي تم زرعها لأمهات بديلات ، وُلد خمسة أطفال مضيء بيولوجيًا في الجولة الأولى وثلاثة أطفال آخرين بعد ذلك ، في عام 2009.

3. جعل القطط تتوهج من أجل FIV / HIV

نجح باحثون في Mayo Clinic وجامعة ياماغوتشي في اليابان في حقن فيروس بطيء معدل وراثيًا باستخدام جينات GFP مباشرة في بيض قطط غير مخصب في محاولة لتتبع انتشار FIV ، الذي ينتقل في ناقل مشابه لفيروس نقص المناعة البشرية البشري.

حرائق

يعتبر شكل "أكثر إشراقًا" من التلألؤ الحيوي ، وهو يضيء أكثر باللون الأصفر والأخضر من نظائره البحرية (التي تكون أكثر زرقاء وخضراء). غالبًا ما يتم استخدامه في التصوير الحيوي (BLI) ، والذي يسمح لأطباء الأعصاب برؤية الخلايا العصبية الفردية ، وفي نقل طاقة الرنين الحيوي (BRET) ، لمراقبة تفاعلات البروتين والبروتين في النباتات وخلايا الثدييات.

4. كشف بيولوجيا النبات

في منتصف الثمانينيات ، بتشجيع من التقدم في تكنولوجيا الإضاءة الحيوية ، ابتكر علماء الأحياء النباتية نبات تبغ متوهج مع تلألؤ بيولوجي يراعة لأغراض البحث. لم يتم استهلاك أي من هذا التبغ من قبل الناس ، لكنها كانت بداية طريقة جديدة لدراسة بيولوجيا الخلايا النباتية. لا يزال علماء الأحياء النباتية يستخدمون التكنولوجيا اليوم لدراسة كل شيء من أنظمة الجذر إلى أنظمة الساعة البيولوجية للنباتات.

5. تحسين الكشف عن جلطات الدم

في عام 2011 ، استخدم علماء من كلية كونيتيكت اليراع لوسيفيراز كعامل تصوير لمراقبة المرضى الذين عولجوا بالهيبارين ، وهو مخفف الدم الذي يُعطى لمنع أو علاج جلطات الدم. قام العلماء بخلط لوسيفيراز اليراع بصبغة فريدة تقنع البروتين بإصدار ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة. كان هذا العامل الحيوي الممزوج الجديد قادرًا على مساعدتهم على اكتشاف كميات صغيرة من بروتين الدم ، يسمى العامل Xa ، ومراقبة فعالية علاج الهيبارين بشكل أفضل.

6. تتبع مسار انتقال فيروس نقص المناعة البشرية

دراسة جديدة في المجلة مضيف الخلية وميكروب أمبير حاول تتبع انتقال فيروس نقص المناعة البشرية بين الذكور والإناث من جنسين مختلفين. باستخدام فيروس مشابه لفيروس نقص المناعة البشرية يسمى SIV (فيروس نقص المناعة القرد) الذي يؤثر على الرئيسيات ، أدخل الباحثون جينًا جين لوسيفيراز في خلايا SIV وأدخلوا ذلك في مهابل قرود المكاك غير المصابة. توهجت الخلايا المصابة حديثًا ، وكشفت أن SIV لا يدخل عنق الرحم ، كما كان يعتقد سابقًا. قد تؤدي هذه النتيجة إلى بحث يكشف عن مسار مماثل في فيروس نقص المناعة البشرية البشري.

7. إضاءة الاتصال بين المشيمة والجنين

دراسة حديثة في طبيعة سجية استخدم التصوير الحيوي باستخدام لوسيفيراز اليراع على الفئران الحوامل لفهم وظائف نقل حاجز الدم المشيمة (BPB) بشكل أفضل ، ومدى حماية الجنين من المواد التي تبتلعها الأم. قد تساعدنا أبحاثهم أيضًا على فهم الوظيفة نفسها للحاجز الدموي الدماغي ، والتي تمنع الجزيئات من الدخول بسهولة أو الخروج من نظام الأوعية الدموية في الدماغ. يأمل الباحثون أن يترجم هذا إلى دراسات بشرية في المستقبل القريب.


يسعى الباحثون إلى تفسير سبب وجود عدد قليل جدًا من أنواع الإضاءة الحيوية التي تعيش على الأرض

الصورة: Naturwissenschaften ، DOI: 10.1007 / s00114-012-0956-7

(Phys.org) - من المرجح أن يجد زوار محيطات العالم مجموعة متنوعة من الكائنات ذات الإضاءة الحيوية ، خاصة عندما تنحدر إلى أعماق لا يمكن أن يصل إليها ضوء الشمس. تطورت القدرة على التوهج في الكائنات الحية الموجودة تحت الماء لأسباب متنوعة ، من جذب الفريسة إلى المساعدة في العثور على رفيقة. لكن الأمور مختلفة تمامًا على الأرض. بخلاف 13 نوعًا معروفًا من الحشرات ، والتي تشمل بالطبع اليراع ، فإن عددًا قليلاً جدًا من الكائنات الأخرى قد طورت القدرة على التوهج والآن ، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن جميعها تقريبًا تطورت مؤخرًا أكثر من تلك التي تعيشها الكائنات البحرية. اكتشف Peter Vršanský وزملاؤه من الأكاديمية السلوفاكية للعلوم بعد دراسة التاريخ الجماعي لجميع الأنواع ذات الإضاءة الحيوية المعروفة أن سكان الأرض تطوروا على ما يبدو من مصدر واحد منذ حوالي 65 مليون سنة ، في حين أن نظرائهم البحريين اقتربوا من أربعمائة مليون سنة. سنين مضت. تم نشر ورقتهم التي تصف النتائج التي توصلوا إليها في المجلة Naturwissenschaften.

يأتي عمل Vršanský el al في أعقاب أنباء عن وجود نوع نادر من الصراصير ، Lucihormetica luckae، التي تم العثور على عينات منها على منحدر بركان قبل ثورانه اللاحق ، يبدو أنها تتوهج لتقليد خنفساء النقر التي تعيش في نفس المنطقة العامة. يعتقد الباحثون أن النقر تتوهج لتحذير الحيوانات المفترسة من طبيعتها السامة ، وبالتالي تحافظ على نفسها. من ناحية أخرى ، فإن الصرصور الذي يحاكيها ليس سامًا ، لكن علاماته متشابهة لدرجة أنه يبدو أنه طور قدراته على الإنارة لغرض صريح وهو خداع الحيوانات المفترسة للاعتقاد بأنها كانت خنفساء طقطقة وبالتالي فهي سامة.

يعتقد Vršanský وزملاؤه أنه من المحتمل أن الأنواع التي تعيش على الأرض في الإضاءة الحيوية لم تظهر إلا بعد أن تنوعت الحياة الليلية على الأرض إلى الحد الذي تكون فيه هذه القدرة مفيدة. كما وضعوا نظرية مفادها أنه من الممكن أن يستغرق التلألؤ البيولوجي وقتًا أطول للتطور في الكائنات البرية بسبب الطبيعة السامة للمواد الكيميائية المشاركة في نمو الأعضاء المتوهجة. تعيش الحيوانات البحرية في بيئة أكثر برودة وأنظف إلى حد ما ، فمن السهل التخلص من البقايا. من ناحية أخرى ، كان على الأنواع البرية أن تتطور بطريقة تتخلص من السموم بطريقة لا تضر بحاملها.

يلاحظ الفريق أيضًا أنه نظرًا لندرة الأنواع التي تعيش على الأرض في الإضاءة الحيوية ، فمن المحتمل أن تكون معرضة لخطر الاختفاء تمامًا. L. luckae قد يكون قد ذهب بالفعل ، حيث لم يتم العثور على أي عينات منذ اندلاع البركان الذي تعيش فيه. والمثال الأكثر وضوحا على كل منهم ، وجد أن أعداد اليراع تتضاءل خلال العقد الماضي أيضًا.

الملخص
يعد التلألؤ البيولوجي سمة مشتركة للاتصال والدفاع عن الكائنات البحرية ، ولكن هذه الظاهرة مقيدة للغاية في الكائنات الحية الأرضية. هنا ، نقدم توزيعًا جغرافيًا للترتيب الثالث فقط من الحشرات المضيئة - الصراصير المضيئة ، مع جميع الأنواع الحية الجديدة الثلاثة عشر المعروفة و / أو التي تم الإبلاغ عنها هنا (بناءً على العينات المودعة). لقد أظهرنا ، لأول مرة ، أن الخصائص الضوئية لثلاثة أنواع تم فحصها متطابقة تقريبًا مع خصائص الخنافس السامة المتوهجة ، والتي تحاكيها. هذه الملاحظات هي الدليل على التقليد بالضوء - نوع جديد من المحاكاة الدفاعية والباتسية وبين الأعراف. يكشف تحليلنا بشكل مفاجئ عن حداثة تطورية لجميع الحشرات الحية المضيئة ، بينما يوجد التألق في البحر (وربما في التربة) أيضًا من الناحية التطورية في الكائنات البدائية جدًا.


كيفية جعل توهج النبات

يقول أنتوني إيفانز ، الرئيس التنفيذي لشركة سان فرانسيسكو تدعى Glowing Plant: "تتمثل رؤيتنا في أن الناس سوف يقرصنون التطبيقات البيولوجية معًا بالطريقة نفسها التي يصنعون بها تطبيقات الهاتف المحمول اليوم". (هذا هو الاسم الفعلي للشركة: Glowing Plant.) المتوهجة أرابيدوبسيس ، نبات مزهر لطيف ينبعث منه ضوء يشبه اليراع ، ليس سوى جزء من خطط الشركة لتحويل البستنة من خلال التلاعب الجيني. يمكنك صنع نباتات تفوح منها رائحة طيبة أو ترشيح المواد الكيميائية السامة من الهواء. يقول إيفانز: "النباتات تفعل ذلك بالفعل ، لكن ربما يمكننا تحسينها في ذلك". نظرة على كيفية قيامه هو وفريقه بصنع أرابيدوبسيس يشع.

الخطوة 1: تصميم تسلسل الحمض النووي يستخدم Glowing Plant برنامجًا يسمى Genome Compiler لتصميم تسلسلات DNA بناءً على جين متوهج (lux operon) ، الموجود في بكتيريا بحرية ذات إضاءة حيوية. يتضمن التسلسل أيضًا محفزات ، مناطق معينة من الحمض النووي من النبات تجبره على قبول ، ثم "التعبير" عن الجين الأجنبي و mdashin بكلمات أخرى ، لإظهار التلألؤ الجديد.

الخطوة 2: طباعة الحمض النووي يقوم الفريق بتحميل تسلسل الحمض النووي عبر الإنترنت وإرساله إلى Cambrian Genomics ، التي تطبع بالليزر ملايين السلاسل من القطع الفردية من الحمض النووي الاصطناعي. والنتيجة هي مسحوق أبيض ، والذي يشحنه Cambrian Genomics في قوارير إلى Glowing Plant ، عبر FedEx.

الخطوة 3: اختبار وإدخال الحمض النووي يستخدم الفريق البكتيريا الزراعية& mdasha بكتيريا خاصة يمكنها حقن الحمض النووي في النباتات و [مدش] لإدخال حمض نووي جديد في أوراق النبات. إنهم يختبرون مجموعات مختلفة ، وعندما يجدون واحدة ، فإنهم سعداء بـ & mdashthe أكثر إشراقًا ، كلما كان ذلك أفضل و mdashit إلى بندقية الجينات.

الخطوة 4: مسدس الجينات يطلق مسدس الجينات شظايا من المنتجات النانوية المغلفة بالحمض النووي (مصنوعة من التنجستن أو الذهب) في الخلايا الجذعية النباتية الحية. إنهم يحيون النبات من الخلايا الجذعية المعدلة وراثيًا ، ويحصدون البذور من هناك. قطعة من الكعك.

الخطوة 5: زرع البذور مصنعك القياسي - عملية التكاثر.

افعلها بنفسك: تطلق Glowing Plant مجموعة في خريف هذا العام تتيح لك صنع العديد من أنواع النباتات ، مثل التبغ والبطونية ، متوهجة. تستخدم عملية غمس الأزهار: حيث تقوم بغمس البذور في محلول يحتوي على المادة المحولة الأجرعية ، السماح للحمض النووي المخصص بدخول نواة خلية البذور. ثم فقط ازرع وانتظر. (أطقم ، 300 دولار بذور نبات ، 40 دولارًا للنبات المزروع ، 100 دولار)


داخل شركة Glowing-Plant الناشئة التي تخلت للتو عن مهمتها

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

لإعادة مراجعة هذه المقالة ، قم بزيارة ملفي الشخصي ، ثم اعرض القصص المحفوظة.

في قبو على طول شارع ثيرد ستريت الصاخب في منطقة SoMa الناشئة في سان فرانسيسكو ، قام أنتوني إيفانز بفك ضغط خيمة سوداء. قال لي إنه نفس نوع الخيام التي يستخدمها مزارعو الماريجوانا. لكن كان الباتشولي الثقيل ، الترابي ، وليس الظربان ، هو الذي أصابني عندما دخلت داخل المكعب المضاء بشكل ساطع. أطباق بتري مكدسة على طاولة تحتوي على مجموعات من الطحالب الخضراء.

دعاني إيفانز للتوقف عند مختبره في أواخر يناير. كان متحمسًا لمشاركة آخر أخباره. بعد أربع سنوات من البدايات الخاطئة والنباتات الفاشلة ، كان على شركته الناشئة Taxa Biotechnologies الآن شهرين من شحن منتجها الأول ، وهو طحلب برائحة الباتشولي. بحلول نهاية شهر مارس ، سيكون ما يصل إلى 1000 وحدة من الطحالب المعطرة جاهزة للشراء كحداثة في مرابي حيوانات صغيرة ، مما يكلف المشترين ما يقرب من 50 إلى 80 دولارًا أمريكيًا للبوب.

باستثناء ذلك ، كما أعلن إيفانز في مدونة الليلة الماضية ، تبين أن الطحلب ملوث. وكتب أنه لم يكن آمنًا للشحن ، ولن يكون بديله جاهزًا حتى يوليو. لكن كانت لديه أخبار أكبر ليشاركها. عندما أطلق مشروعه لأول مرة كحملة Kickstarter في عام 2013 ، كان هدفه هو بيع النباتات التي تتوهج في الظلام. كان مسعى الطحالب مجرد هدف أكثر قابلية للتحقيق من شأنه أن يساعد Taxa على تغطية نفقاتهم وتمويل الأبحاث حول النباتات الباعثة للضوء. الآن ، ومع ذلك ، فإن مشروع المصنع المتوهج قد مات رسميًا.

وكتب في رسالة بالأمس: "يؤسفنا أن نقول إننا وصلنا إلى نقطة تحول مهمة". نظرًا لأنه لم يكن قادرًا على شحن طحلب الباتشولي في الوقت المحدد ، كان على Taxa "تقليل حجم الفريق لضمان وجود مدرج مالي كافٍ لشحن الطحلب ، وهذا يعني إيقاف العمل الذي كنا نقوم به في المصانع العليا التركيز على الطحلب ".

مشروع المصنع المتوهج ليس مجرد حملة Kickstarter قديمة فاشلة. بعد البث المباشر على موقع التمويل الجماعي ، سرعان ما أصبح مشروع إيفانز الطفل الملصق للضجة والهستيريا غير المبررة حول هندسة الحمض النووي. لم يُظهر إيفانز وفريقه أنهم قادرون على إنتاج حتى مصنع واحد متوهج ، ومع ذلك فقد تمكنوا من جمع 484000 دولار في الطلبات ، وهو ما يتجاوز بكثير هدفهم البالغ 65000 دولار. وأثارت الحملة عاصفة من الانتقادات. كان الناس قلقين من أن القراصنة البيولوجيين مثل إيفانز يفتحون صندوق باندورا من النزوات الجينية ، مما قد يفسد العالم إلى الأبد. كانوا قلقين من أن النباتات قد تنتشر إلى العالم الخارجي وتصبح من الأنواع الغازية.

بعد أن هزته الدعاية السلبية ، حظرت Kickstarter أي مشاريع بيولوجية تركيبية مستقبلية. تفاجأ إيفانز برد الفعل ، لكنه لم يردعه. ما هي أفضل طريقة لتغيير رأي الجمهور من تركه يرى نباتًا متوهجًا بشكل مباشر؟

وبينما كان يتلاعب بنباتاته في السنوات التي تلت ذلك ، استمر الجدل حول البيولوجيا التركيبية في التصاعد. Anti ** - ** نشطاء الكائنات المعدلة وراثيًا أصبحوا أكثر صراحة. مع ظهور أداة تحرير الجينوم القوية CRISPR-Cas9 ، بدت أدوات الهندسة الحيوية DIY في متناول أي هاو قادر. أخيرًا ، يمكن إعادة ترتيب الجينومات وإعادة كتابتها تمامًا مثل البرامج. كان العالم البيولوجي يسلم نفسه للقراصنة.

ولكن مع حلول أعوام 2014 و 2015 و 2016 ، واجه إيفانز واقعًا مختلفًا. بالكاد يستطيع جعل نباتاته تتوهج على الإطلاق. كانت التقنيات الحيوية في أصناف الأصناف تنفد من المال. استقال أحد المؤسسين. ما بدا واضحًا علميًا تحول إلى شاقة وحيدة متعددة السنوات.

لذلك قام بتغيير مساره ، ووضع النباتات المتوهجة جانبًا وإلقاء طاقاته خلف الطحالب المعطرة بدلاً من ذلك. بحلول منتصف عام 2016 ، كانت الشركة قد نمت طحلب الباتشولي الذي اعتبره إيفانز جاهزًا للمستهلكين. أخيرًا ، تمكن من البدء في التخطيط لإطلاق منتج ، واختار الأسبوع الذي يبدأ في 27 مارس 2017. استدعاني إيفانز إلى مختبره لمساعدته في سرد ​​قصة الخلاص الخاصة به. سيُظهر للعالم كيف يمكن أن تكون الهندسة الحيوية مذهلة.

باستثناء ... لم يفعل. وبدلاً من ذلك ، انتهى به الأمر إلى القضاء على الحلم البالغ من العمر أربع سنوات والذي شاركه ورعايته مع الآلاف من أنصاره.

قابلت إيفانز في مقر منزل Taxa ، مزيج فوضوي من المكاتب والمختبرات في مساحة عمل مشتركة تشاركها الشركة مع عدد قليل من الشركات الناشئة الأخرى. كان كل سطح مغطى بالكتب والمعدات العلمية. كان من الواضح أنه كان هناك منذ فترة. لقد كان رزقيًا ولكنه مباشر بإجاباته على أسئلتي حيث قادني إلى أسفل الدرج إلى خيمة النمو في الطابق السفلي.

حصل إيفانز على فكرة مشروع النبات المتوهج أثناء بحثه عن طريقة لقطع أسنانه في مجال البيولوجيا التركيبية. لم يكن لديه خبرة سابقة في علم الأحياء ، ولكن لديه الكثير من الرؤية. في عام 2011 ، انتقل إلى Silicon Valley وحضر برنامج الدراسات العليا في جامعة Singularity ، وهي مؤسسة فكرية تقنية في NASA Research Park ، على بعد حوالي 40 ميلاً جنوب شرق سان فرانسيسكو. تبشر جامعة Singularity بإمكانيات التقنيات الأسية: المجالات التي يتزايد فيها الأداء بسرعة جنبًا إلى جنب مع الانخفاضات الحادة في الأسعار. تعلم إيفانز عن مفهوم الاقتصاد الدائري - مجتمع يلبي جميع احتياجاته من مصادر مستدامة. لقد أصبح مدمنًا على فكرة الشمس كأساس للاقتصاد الدائري ، بحكم المادة الفيزيائية التي تسمح لك بالنمو.

يقول إيفانز: "بمجرد أن تدرك أن التكنولوجيا الوحيدة المستدامة حقًا هي علم الأحياء ، فمن الواضح أن البيولوجيا التركيبية ، وهي التكنولوجيا التي تسمح لنا بتسخير علم الأحياء لمصلحتنا ، هو شيء نحتاج إلى تبنيه".

في حدث خريجي Singularity ، التقى عالم الكيمياء الحيوية ورائد الأعمال Omri Amirav-Drory ، الذي أسس شركة برمجيات بيولوجيا تركيبية تسمى Genome Compiler. اقترح Amirav-Drory إنشاء Kickstarter لتمويل مصنع متوهج. في وقت مبكر من عام 1986 ، أظهر العلماء في جامعة كاليفورنيا - سان دييغو نبتة ينبعث منها الضوء - نبات تبغ مع إدخال جين اليراع. إذا كانت التكنولوجيا قد مضى عليها ثلاثة عقود بالفعل ، فمن المؤكد أن هناك طريقة لإنتاج وتسويق المصانع الباعثة للضوء. سارعت أفكار إيفانز إلى الأمام ، وتخيل استبدال الكهرباء بمحطات تم اختراقها. يمكن إضاءة الطرق بأشجار متوهجة بدلاً من مصابيح الشوارع. بدت النباتات الصغيرة التي يمكن أن تكون بمثابة أضواء ليلية داخلية وكأنها خطوة أولى حقيقية.

بدأ إيفانز التسكع في منطقة الاختراق الحيوي للفضاء الحيوي شرق متنزه ناسا للأبحاث ، حيث التقى وطرح الفكرة على كايل تايلور ، طالب دراسات عليا في قسم الأحياء في جامعة ستانفورد. بدأوا معًا في العبث بنبتة من عائلة الخردل المعروفة باسم Arabidopsis.

شجعتهم محاولاتهم الأولى لتصميم الحمض النووي التي اعتقدوا أنها ستجعل النبات يتوهج ، لجأوا إلى Kickstarter. مقابل 40 دولارًا ، سيحصل الداعمون على بذور نباتية متوهجة في العام المقبل. ولدهشة الفريق ، حصلت حملة التمويل الجماعي على 8433 طلبًا وجمعت ما يقرب من نصف مليون دولار. غطت وسائل الإعلام ذلك بشدة. "استبدل مصابيحك بهذه النباتات المتوهجة المعدلة وراثيًا" عام 2013 العلوم الشعبية قراءة العنوان.

يقول إيفانز: "بعد Kickstarter مباشرة ، كان هناك الكثير من التفاؤل والإثارة". "لقد استغرق الأمر عدة أشهر لواقع مدى صعوبة الاستقرار."

كانوا يحاولون إدخال ستة جينات موجودة في بكتيريا المحيط ذات الإضاءة الحيوية الطبيعية في جينوم نبات أرابيدوبسيس. تحتوي جميع الخلايا ، بما في ذلك نبات الأرابيدوبسيس ، بشكل طبيعي على جزيئات ، عند دمجها مع تلك الجينات الستة ، تؤدي إلى تفاعل كيميائي ينبعث منه الضوء.

بمجرد إنشاء تسلسل الجينات في برنامج برمجي ، قاموا بطلبه من مورد عبر الإنترنت. شبّه إيفانز الأمر بطلب قميص مخصص: تقوم بتحميل التسلسل الجيني كملف نصي وتدفع ثمن الطلب ببطاقتك الائتمانية.


لا فطر للتوهج

تم تطوير النباتات الباعثة للضوء عن طريق إدخال الحمض النووي الحيوي من عيش الغراب في نبات التبغ. تم استخدام نباتات التبغ بسبب جيناتها البسيطة ونموها السريع ، على الرغم من أنه يمكن استخدام نباتات أخرى في المستقبل. وقد تم بالفعل إثبات الجدوى مع النباتات بما في ذلك نكة البرنبة والبطونية والورد. تتوهج النباتات التي تحتوي على الحمض النووي للفطر باستمرار طوال حياتها (ليس فقط في الليل) ، بدءًا من الشتلات وحتى النبات الناضج.

تم تنفيذ المشروع من قبل باحثين في شركة بلانتا للتكنولوجيا الحيوية في موسكو ، والعمل مع معهد الكيمياء العضوية الحيوية التابع للأكاديمية الروسية للعلوم ، ومعهد MRC لندن للعلوم الطبية ، ومعهد العلوم والتكنولوجيا النمساوي ، وغيرهم. Light Bio هي الشركة التي نشأت لجلب هذه النباتات المضيئة إلى السوق في نباتات الزينة المنزلية ، بالشراكة مع Planta.

وأوضح وود أن "التلألؤ البيولوجي هو أحد أكثر الظواهر الرائعة والمتنوعة الموجودة في الطبيعة". يعمل العديد من العلماء في جميع أنحاء العالم من أجل فهم أفضل للأسس الكامنة وراء هذه الأضواء الحية. كما أنهم يدركون أن لها العديد من التطبيقات العملية والجمالية ".

قاد العمل الدكتور إيليا يامبولسكي ، الذي اكتشف الأساس الكيميائي الحيوي للإضاءة الحيوية في الفطر. لم تكن البصيرة الفريدة مجرد اكتشاف التلألؤ البيولوجي الطبيعي الموجود في بعض أنواع عيش الغراب ، ولكن أيضًا أنه كان متوافقًا بشكل غير متوقع مع التمثيل الغذائي الأساسي المشترك بين جميع النباتات. من خلال التعاون ، صاغ الباحثون فرضيتهم القائلة بأن النباتات المتوهجة قد تكون إمكانية حقيقية ممكنة.

ليست هذه هي المرة الأولى التي يستكشف فيها الباحثون التلألؤ الحيوي في النباتات. في عام 1985 ، كان وود مؤسس Light Bio & # 8217s يستغل الكيمياء الأساسية والبيولوجيا الجزيئية المسؤولة عن توهج اليراع لإنشاء نباتات متوهجة (مرة أخرى ، من مجموعة التبغ) عن طريق إدخال الحمض النووي ذي الصلة. منذ ذلك الحين ، واصل الباحثون استكشاف المفهوم كل بضع سنوات. في عام 2017 ، على سبيل المثال ، تمكن باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا من جعل نبات الجرجير العادي يصدر ضوءًا خافتًا لمدة 3.5 ساعات عن طريق تضمين جسيمات نانوية متخصصة في أوراقه.


ELI5: نحن نعلم بالفعل كيف يتم التمثيل الضوئي ، فلماذا لا يمكننا إنشاء "نباتات اصطناعية" تأخذ ثاني أكسيد الكربون وتعطي O2 والطاقة في المقابل؟

2

في الواقع ، يعتبر التمثيل الضوئي الاصطناعي مجالًا بحثيًا مدروسًا بعمق ، حيث تستخدم ضوء الشمس لتحفيز التفاعل الذي يطلق الأكسجين من الحلول المختلفة. تكمن المشكلة في أن المكونات المطلوبة في التفاعل غير فعالة ، أو تتحلل / تستنفد بسرعة ، أو تكون مكلفة في صنعها / صيانتها.

4 2 2 5

أعمل في مجال علمي ذي صلة. هناك نوعان من خطوط البحث الرئيسية التي تم العمل عليها لعقود.

تكرار التمثيل الضوئي بشكل مصطنع بدون نباتات. إنه نوع من العمل ، لكنه بعيد عن أن يكون مجديًا اقتصاديًا. لا تزال النباتات أفضل بكثير في التمثيل الضوئي من الكيميائيين. الخلايا الشمسية هي بديل أكثر قابلية للتطبيق في المستقبل المنظور.

تحسين النباتات حتى تصبح أكثر كفاءة في التمثيل الضوئي. تمت محاولة ذلك بشكل أساسي من خلال تحسين إنزيم RuBisCO ، المسؤول عن امتصاص ثاني أكسيد الكربون في النباتات. RuBisCo هو إنزيم بطيء بشكل غير عادي ، فهو لا يأخذ سوى كمية كبيرة من جزيئات ثاني أكسيد الكربون في الثانية. تم إنشاء RuBisCO أسرع من قبل العلماء ، لكن لم ينتهي به الأمر إلى تحسين نمو النبات في الممارسة العملية.
تحرير: أنا & # x27m غير مواكبة لهذا الأمر ، على ما يبدو تم حل بعض المشاكل الآن وهناك مصنع سريع النمو هناك. (https://science.sciencemag.org/content/363/6422/eaat9077)

لذا ، في الختام ، كانت فكرتك جيدة ولكن من الصعب أن تعمل بطريقة عملية ومجدية اقتصاديًا بشكل خاص.


يجب ألا يمول كيك ستارتر المتسللين البيولوجيين والنباتات المتوهجة في الظلام

من منا لا يريد زهرة تتوهج في الظلام؟ وماذا لو تم طرحها على أنها الموجة القادمة لمستقبل مستدام ، حيث تحل النباتات والأشجار المضيئة محل المصابيح الكهربائية ومصابيح الشوارع؟ قد تميل حتى إلى شراء واحدة ، أليس كذلك؟

للوهلة الأولى ، من الصعب ألا تنجذب إلى مشروع Kickstarter.com الممول من الجماهير لهندسة النباتات المتوهجة في الظلام وتعميمها. خاصة عندما تستدعي الشركة الأمريكية التي تقف وراءها إمكانية تحويل غرفة معيشتك إلى مشهد Pandora المتوهج لفيلم Avatar.

باستثناء أن هذا المشروع ليس سوى خدعة علمية حميدة. تتم إعادة تصميم هذه المصانع باستخدام تقنية جديدة مثيرة للجدل إلى حد كبير من قبل شركة التكنولوجيا الحيوية التي يمكن أن تتخطى إمكانية التنظيم - وتبني قبولًا عامًا لسعي أوسع مدعومًا من الشركات للتلاعب بالطبيعة والربح منها.

If you think twice before buying GM foods, welcome to the risky world of synthetic biology. Instead of shifting existing genes from one species to another, this extreme form of genetic engineering allows practitioners to write entirely new genetic codes on computers and then insert them into living organisms – or to create new life-forms from nothing but a few bottles of chemicals. It's a field quickly moving from lab to commercial production. As of this moment it hasn't yet stepped into the great outdoors – but this Kickstarter project may be about to break that barrier.

Unless they're stopped, Kickstarter will hand over hundreds of thousands of dollars on Friday to Genome Compiler Corporation, a private biotech company that promises to send bioengineered plants and seeds to most of their US backers. That means more than 600,000 freak bioengineered seeds will be let loose across thousands of random locations in the USA – unregulated and uncontrolled.

In other words, this would be the first deliberate environmental release of an avowedly "synthetic biology" organism in the world.

Though this is the first environmental release, synthetic biology is an exploding and increasingly well-funded field. Corporations like Monsanto, BP, Shell, and Dow have been pouring billions into new technologies. But it is practically untouched by regulation. These corporations – hardly to be trusted to ensure health and environmental concerns take precedence over their profits – have been tacitly given the go-ahead by the Obama administration to proceed in a regulatory vacuum.

Though it has mostly evaded public attention, there is a big battle brewing over synthetic biology. The notion of releasing these extreme organisms flies in the face of a growing consensus among civil society and international experts alike. 116 organizations have called for a moratorium on any release of synthetic organisms. The UN convention on Biological Diversity has urged countries to exercise precaution in any release of synthetic organisms to the environment. Even the insurance industry is worried.

Making a glow-in-the-dark plant in the lab is not in itself something to cry foul about – so long as it's properly contained. What is causing thousands of concerned citizens to cry "no to glow" is that these biohackers plan to release their manipulated seeds all over America.

Little is known about the impacts of synthetic biology, or even how to assess its biosafety impacts. But what we do know is nature is complex and reacts in unexpected ways to fundamental interventions. From fossil fuels and dams to GM crops, we discover disastrous consequences only when it's too late. That's why almost every credible body that's evaluated the still immature field of synthetic biology has responded by urging grave caution.

But these biohackers have responded contemptuously, consciously designing their plant to evade regulations and avoid oversights and monitoring. "We are very cognizant of the precedent we are setting," says Antony Evans, the manager of the project. It's a strategy the biotech industry has used before to create a beachhead – establishing products on the ground and in the wild, before the international bodies can catch up and regulate them.

Kickstarter – who not incidentally stand to profit to the tune of about $22,000 from the project – is about to allow themselves to be hijacked by these biohackers. Many others will no doubt follow in their footsteps, now that Kickstarter has shown it will provide a profitable and regulation-free avenue to genetic pollution.

But it can still be stopped. Kickstarter refuses to fund guns, drugs, and porn – and even, bizarrely, the sale of sunglasses. Their ethical guidelines need an update to include bioengineered seeds as well. An Avaaz.org petition with over 8000 signatures is circulating demanding Kickstarter withhold the money until there is a serious public debate. The environmental watchdog ETC Group has even set up The KickStopper, a counter-project looking for funding.

A surge of popular opposition could ensure that Kickstarter puts a hold on this project or that the biohackers think twice. In the face of increasing media scrutiny, they have reportedly offered to hold a public dialogue before releasing their seeds – though without any details it comes across as shallow damage control.

Ultimately it's not just about gimmicky glowing plants. The public dialogue that is needed is about the brave new world of synthetic biology. For now, we must demand a moratorium on the release and commercial use of synthetic organisms – at least until proper regulations and safeguards have been established. Its risks are too great, the unanswered questions too many. Meanwhile keep these engineered plants in the laboratory – and leave their sci-fi effects to the movies.


ELI5: we already know how photosynthesis is done so why cant we creat “artificial plants” that take CO2 and gives O2 and energy in exchange?

2

Artificial photosynthesis actually is a deeply studied field of research, where you use sunlight to drive a reaction that releases oxygen from various solutions. The problem is, the components needed in the reaction are inefficient, degrade/deplete quickly, or are expensive to make/maintain.

4 2 2 5

I work within a related scientific field. There are two main lines of research that have been worked on for decades.

Replicating photosynthesis artificially without plants. It kind of works, but is far from being economically viable. Plants are still much better at photosynthesis than chemists are. Solar cells is a more viable alternative within the foreseeable future.https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_photosynthesis

Improving plants so they become more efficient at photosynthesis. This has been attempted mainly through improving the enzyme RuBisCO, which is responsible for CO2 uptake in plants. RuBisCo is an unusually slow enzyme, it only takes up a handfull of CO2 molecules per second. A faster RuBisCO has been created by scientists, but it did not end up improving plant growth in practice.https://en.wikipedia.org/wiki/RuBisCO#Genetic_engineering
Edit: I'm not super up to date with this, apparently some of the problems have now been worked out and there is a faster growing plant out there. (https://science.sciencemag.org/content/363/6422/eaat9077)

So, in conclusion, your idea was good but it is hard to get to work in a practical and especially economically viable way.


The role of bioluminescence in metabolism

The functional role of bioluminescence in lower organisms such as bacteria, dinoflagellates, and fungi is difficult to discern. Partly because the glow of luminous bacteria is extinguished when oxygen is removed, it has been suggested that the bioluminescent reaction was originally used to remove oxygen toxic to primitive types of bacteria that developed when oxygen was absent or very rare in Earth’s atmosphere. The metabolic reaction that combines the oxygen with a reducing substance ( luciferin) liberates sufficient energy to excite a molecule in the organism to emit visible radiation. Most of those luminous primitive organisms subsequently developed systems of using oxygen, but they have retained the luminescent capability as parts of related metabolic pathways or for some survival value that luminescence may confer on the organism.


شاهد الفيديو: كور ودروس بيولوجيا فيجيتال سنة اولى علوم الطبيعة والحياة النبات bio vigetal bv (قد 2022).