211service.com
Promienie kosmiczne, neutrony i tempo mutacji w ewolucji
Kiedy promienie kosmiczne uderzają w górną warstwę atmosfery, wysyłają w dół na powierzchnię wysokoenergetyczne cząstki, takie jak neutrony. Tak więc interesujące pytanie brzmi, jak te neutrony wpływają na rzeczy na ziemi.
Naukowcy od dawna wiedzą, że neutrony o wysokiej energii mogą zderzać się z jądrami atomowymi, powodując wszelkiego rodzaju uszkodzenia struktury materiałów. To jedna z przyczyn błędów w pamięciach komputerowych.
Rzeczywiście, w 2004 roku grupa naukowców z IBM zmierzyła strumień neutronów w wyniku zderzeń promieniowania kosmicznego i wykorzystała ich wyniki do przewidywania poziomu błędów w pamięciach komputerowych innych elektronicznych urządzeniach logicznych. Ich przewidywania ściśle odpowiadały obserwowanemu wskaźnikowi błędu, co sugeruje, że neutrony są rzeczywiście ważnym źródłem problemów w informatyce.
To odkrycie pobudziło wyobraźnię Augusto Gonzáleza z Instytutu Cybernetyki, Matematyki i Fizyki w Hawanie na Kubie. Jeśli promieniowanie neutronowe w tle może powodować błędy w obwodach komputerowych, to powinno mieć podobnie destrukcyjny wpływ na inny, znacznie powszechniejszy system przetwarzania informacji – życie.
Biolodzy ewolucyjni od dawna wiedzą, że spontaniczne mutacje zachodzą w tempie, które ma decydujący wpływ na naturę ewolucji. Ale dokładnie, co powoduje spontaniczną mutację, nigdy nie zostało właściwie zrozumiane.
Teraz González mówi, że to samo podejście, które badacze IBM zastosowali do przewidywania błędów w pamięci komputera, wyjaśnia również tempo spontanicznych mutacji w organizmach żywych.
González opiera swoją pracę na fascynującym eksperymencie przeprowadzonym przez Richarda Lenskiego i jego zespół z Michigan State University, który trwa od 1988 roku. Od tego czasu ci faceci hodują bakterię E. coli i monitorują mutacje zachodzące między pokoleniami.
Każdego dnia z jednej kultury pobiera się niewielką ilość bakterii i umożliwia jej wzrost w nowej szalce z glukozą w ciągu następnego dnia. Bakterie rozmnażają się aż do wyczerpania glukozy, zwykle w ciągu około ośmiu godzin. Z tego naczynia pobiera się niewielką ilość bakterii i pozwala na rozwój nowej i tak dalej.
Od 1988 roku zespół obserwował ewolucję bakterii przez 60 000 pokoleń. Odkryli, że liczba mutacji punktowych w bakteriach po 20 000 pokoleń wynosi około 300 milionów. To szybkość około 1 na sekundę.
Pytanie, które zajmuje się González, brzmi, czy tę szybkość mutacji można wytłumaczyć promieniowaniem neutronowym tła. Robi to, tworząc matematyczny model środowiska, w którym rozwijają się bakterie, czyli zasadniczo wody.
Oblicza, że neutron o wysokiej energii wnikałby do wody na próbce bakterii mniej więcej raz na 125 sekund. Ten wysokoenergetyczny neutron przekazywałby następnie swoją energię cząsteczkom wody, tworząc stosunkowo krótką ścieżkę jonów. Mówi, że pojedynczy neutron wygeneruje około 300 jonów na długości ścieżki około 100 nanometrów i około 30 jonów w odległości 0,1 mm
Bakterie dotknięte tym deszczem jonów mogą zostać zniszczone lub doznać trwałego uszkodzenia, zwłaszcza w ich DNA, które mogą być później dziedziczone przez potomków.
Pytanie brzmi zatem, jak często to się dzieje. Oblicza, że wskaźnik ten jest zgodny z częstotliwością szkodliwych mutacji zmierzonych w eksperymentach Lenskiego. W ten sposób wskazujemy na prawdopodobne pochodzenie klasy spontanicznych mutacji, mówi.
Oczywiście González wskazuje na korelację między promieniowaniem neutronowym tła a obserwowaną częstością szkodliwych mutacji w E. coli. To tylko część tego, co jest wymagane do potwierdzenia naukowego.
Następnie potrzebna jest dobra, staromodna praca eksperymentalna, która potwierdza korelację. A González wyjaśnia, jak można to zrobić w eksperymencie, który jest prosty, przynajmniej w zasadzie. Po prostu powtórz długoterminowe eksperymenty ewolucji Lenskiego, ale z dwiema populacjami bakterii, z których jedna jest osłonięta przed promieniowaniem neutronowym tła. Twierdzi, że osłonięte kultury powinny wykazywać znacznie niższe wskaźniki szkodliwych mutacji.
Łatwiej powiedzieć niż zrobić. Praca Lenskiego zajęła dziesięciolecia, ale nie ma powodu, dla którego ktoś, kto ma trochę czasu, chciałby wypróbować pomysł Gonzáleza.
Innym wnioskiem z tej pracy jest to, że promieniowanie neutronowe w tle może być ważnym wyzwalaczem raka u zwierząt wyższych, takich jak ludzie. To ma sens, ale będzie wymagało pewnego zbadania, ponieważ istnieją inne źródła spontanicznych mutacji, które również mogą być odpowiedzialne, takie jak wdychanie pierwiastków radioaktywnych, takich jak radon i kto wie, jakie inne procesy chemiczne mogą zakłócać DNA i jego mechanizmy naprawcze.
Interesująca praca i kolejny mały krok na drodze do lepszego zrozumienia pochodzenia mutacji w ewolucji.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1406.6641 : Mutageneza i promieniowanie neutronowe w tle