Prawda

Środa, 12 sierpnia 2020 - 14:55

« Poprzedni Następny »


Mikrobiom

Zoo w gębie


Carl Zimmer 2014-07-10


W twoich ustach kłębi się filozoficzny dylemat.


Od czasów Arystotelesa filozofowie i naukowcy szukali właściwego sposobu klasyfikacji żyjących stworzeń. Żywe stworzenia z piórami nazywamy „ptakami”, ale możemy także podzielić ptaki na mniejsze grupy, takie jak gołębie i bociany. Możemy pójść jeszcze dalej, do różnych gatunków gołębi. Nie wydaje się jednak słuszne klasyfikowanie ptaków aż do każdego, poszczególnego upierzonego stworzenia na Ziemi. Podstawową jednostką bioróżnorodności życia od dawna jest gatunek. Charles Darwin miał powód opatrzenia  swojej książki tytułem: O powstawaniu gatunków.



Pawik. Zdjęcie Jim Gifford via Flickr/Creative Commons http://flic.kr/p/4pkQSb
Pawik. Zdjęcie Jim Gifford via Flickr/Creative Commons http://flic.kr/p/4pkQSb

Darwin poddał w wątpliwość starsze koncepcje gatunku, kwestionując myśl, że są one ustalone od momentu stworzenia lub tylko zdolne do nieznacznych zmian z upływem czasu. W rzeczywistości stare gatunki dawały początek nowym, jak pędy drzewa. Darwin uznał, że to, gdzie zechcemy przeprowadzić linię rozgraniczającą gatunki, jest kwestią wygody.


Choć Darwin stworzył swoją teorią nowoczesne podstawy biologii, biolodzy nie zarzucili słowa gatunek. Jest to nadal pomocny termin do opisania, jak ewoluuje życie – nawet jeśli naukowcy nadal spierają się o to, jaka definicja najlepiej ostoi się kotłującej się złożoności ewolucji.


W 1940 r. biolog Ernst Mayr oznajmił, że “gatunek jest grupą rozmnażających się naturalnych populacji, które są reprodukcyjnie oddzielone od innych takich grup”. Innymi słowy, wszystko obraca się wokół seksu.


Innym naukowcom nie podobała się definicja Mayra, ponieważ izolacja reprodukcyjna jest takim gąbczastym określeniem. Zostaw wiewiórkę na odległej wyspie, a nie będzie mogła rozmnażać się z wiewiórkami na stałym lądzie. Czy stworzyłeś nowy gatunek? Biolodzy wiedzą, że populacje stają się coraz bardziej izolowane reprodukcyjnie przez tysiące lub miliony lat. Czy musimy czekać, aż będą całkowicie izolowane, zanim powiemy, że te dwie populacje to nowe gatunki?


Niektórzy naukowcy proponowali, byśmy myśleli o gatunku jako o gałęzi na drzewie życia – jako o najmniejszej grupie organizmów, które wszystkie pochodzą od wspólnego przodka, i które możemy odróżnić od innych grup. (Kilka lat temu napisałem artykuł o debatach wokół gatunku dla „Scientific American”, który można przeczytać tutaj.)


Te definicje działają w miarę dobrze dla zwierząt i roślin. Ale okazały się całkiem do niczego wobec mikrobów. A to powoduje dylemat dla naukowców, ponieważ obecnie jest jasne, że olbrzymia większość zróżnicowania genetycznego na Ziemi należy do bakterii, wirusów i innych form życia niewidocznych dla gołego oka.


Jane Hurd/National Geographic
Jane Hurd/National Geographic

Kiedy mikrobiolodzy zaczęli badać mikroby w XIX wieku, zajmowali się tym tak jak zoolodzy lub botanicy. Opisywali mikroba według jego wyglądu, tego, czym się odżywiał i innych cech, jakie mogli badać w laboratorium. Jeśli wydawał się różnić od innych mikrobów, które opisano poprzednio, dawali mu oficjalną nazwę gatunkową, jak Escherichia coli. Kiedy mikrobiolodzy natykali się później na mikroba – na przykład we krwi chorego pacjenta – identyfikowali gatunek przez systematyczne badanie jego cech, w ten sam sposób jak ornitolog amator patrzyłby na upierzenie ptaka i słuchał jego śpiewu.


Pod koniec XX wieku mikrobiolodzy porzucili tę metodę na korzyść nowej: identyfikowania gatunków przez ich DNA. Również zoolodzy i botanicy poszli tą drogą, ale to mikrobiologów czekał szczególny szok. Okazało się, że różnorodność mikrobów jest wybujała w sposób przyprawiający o zawrót głowy. Mikroby, które przed epoką DNA uważano za niemal identyczne, okazały się bardziej odległe genetycznie niż klony i pingwiny.


Jak opisałem w książce Microcosm, jeden gatunek - E. coli – okazał się zawierać tłumy, od korzystnych bakterii , które potrafią wyleczyć dysfunkcjonalne jelita niemowlęcia do wszelkiego rodzaju patogenów, które na przerażająco różne sposoby wywołują nasze choroby, od powodowania, że z naszych komórek wylewa się ich zawartość do wślizgiwania się w nie jak tasiemiec.


Sprawy zagmatwało jeszcze bardziej odkrycie, że mikroby nie przekazują po prostu swoich genów potomstwu, tak jak robimy to my. Nieustannie wymieniają się genami, nie okazując cienia szacunku dla żadnych tak zwanych barier międzygatunkowych. Naukowcy próbują czasami przedstawić ten ruch genów przez rysowanie pajęczyny życia zamiast drzewa życia.


Próba wpasowania mikrobów w definicję gatunku opartą na zwierzętach i roślinach, to trochę jak próba zapędzenia stada flamingów do autobusu szkolnego. Definicja Mayra niewiele tu pomaga, ponieważ mikroby nie uprawiają seksu, jak to robią zwierzęta. Zdecydowanie nie jest także pomocą „gałąź na drzewie życia”. Teoretycznie, każdy mikrob, który doznaje mutacji. jest odrębny od innych mikrobów i powinien być uważany za należący do własnego gatunku. A jeśli przekazuje tę mutację odlegle spokrewnionemu mikrobowi, załamuje się cała koncepcja drzewa.

Jest to taki bałagan, że niektórzy mikrobiolodzy w ogóle poddali się z tymi gatunkami. W 2012 r.  W. Ford Doolittle napisał fantastycznie zatytułowany komentarz: “How Bacterial Species Form and Why They Don’t Exist.” [Jak powstają gatunki bakterii i dlaczego nie istnieją].


Ten bałagan może bardzo utrudniać życie biologom, kiedy zgłaszają się do nich reporterzy. Podobnie jak wielu innych dziennikarzy dużo pisałem o nadzwyczajnych badaniach mikrobiomu – kolekcji mikrobów, które nazywają nas swoim domem.  


Wielokrotnie pytałem: “No więc, ile jest w nas gatunków?”


I za każdym razem mikrobiolodzy, z którymi rozmawiałem, wymigiwali się od odpowiedzi.


Choć mikrobiolodzy mogą się bardzo niedobrze czuć z całą koncepcją gatunków, nadal potrzebują jakiegoś sposobu mierzenia różnorodności na przykład mikrobiomu. Zamiast gatunków na ogół używają czegoś „gatunkopodobnego”.


Kiedy mikrobiolodzy przechodzili na używanie DNA, wybrali jeden gen jako sposób odróżniania od siebie różnych mikrobów. Ten gen, znajdujący się we wszystkim, co żywe, nazywa się 16S rRNA. Mikrobiolodzy porównywali różnice w genach 16S rRNA u indywidualnych mikrobów, które należały do jednego gatunku – to jest gatunku, tak jak tradycyjnie by go zidentyfikowali mikrobiolodzy.


Odkryli, że różnice dochodziły do trzech procent. Zdecydowali więc, że jeśli dwa mikroby są w  97% identyczne pod względem tego jednego genu, to należą do tej samej grupy. Zamiast „gatunek” nazwali taką grupę operacyjną jednostką taksonomiczną.


Z czasem okazało się, że ta granica 97% była błędna. Dobrym przykładem tego, jak może sprowadzić naukowców na manowce, jest sprawa dwóch gatunków bakterii, które żyją w naszych organizmach, Streptococcus pneumoniae i Streptococcus mitis. Dawniej, w barbarzyńskich czasach przed sekwencjonowaniem, mikrobiolodzy uznali, że są to dwa odrębne gatunki zasługujące na odrębne nazwy. Kiedy patrzysz, jak te dwa mikroby zarabiają na życie, ta decyzja ma wiele sensu. S. pneumoniae powoduje zapalenie płuc, podczas gdy S. mitis może żyć nieszkodliwie na zębach.


Niemniej sekwencje 16S rRNA u tych dwóch “gatunków” są w ponad 97% identyczne. W rzeczywistości są podobne w 99% . Choć ich geny 16S rRNA pozostały niemal identyczne, niektóre inne ich geny skręciły w innych kierunkach.


W obliczu całego tego rozkosznego zamieszania mikrobiologom potrzebny był lepszy sposób podzielenia mikrobów na grupy. Istnieje jednak granica tego, jak precyzyjnie mogą dokonywać tych rozróżnień. Nawet najlepsze sekwencery nie są doskonałe. Tu i ówdzie popełniają pomyłki w czytaniu genów mikroba. Kiedy mikrobiolodzy rozróżniają różne rodzaje bakterii z progiem 97%, te małe błędy nie mają znaczenia. Jeśli jednak chcą rozróżnić mikroby według maleńkich różnic, może to spowodować coś odpowiadające pomyleniu wilka z Chihuahua.


A. Murat Eren
, ekolog mikrobiologiczny w Marine Biological Laboratory w Woods Hole, Massachusetts, i jego koledzy przedstawili nowy sposób mapowania różnorodności mikrobów. Nazywają to oligotypowaniem.  Uszeregowują geny 16S rRNA z grupy mikrobów, a potem szukają miejsca na genie, które wykazuje najwięcej różnic między mikrobami. Naukowcy zawężają poszukiwania do najmniejszej liczby miejsc, jakie mogą odróżnić w największej liczbie grup, które nazywają oligotypami. Ta metoda pozwala im na uniknięcie małych, powodujących błędy różnic, które mogą być obecne w genie jednego tylko mikroba.


Zdjęcie Darwin Bell, via Creative Commons https://flic.kr/p/eHmGJ
Zdjęcie Darwin Bell, via Creative Commons https://flic.kr/p/eHmGJ

Niedawno Eren i jego koledzy przetestowali oligotypowanie na mikrobiomie. Przeszukali sekwencje DNA zebrane przez Human Microbiome Project, olbrzymie badanie genów mikrobowych od ponad 200 ludzi. Eren i jego koledzy ograniczyli poszukiwania tylko do mikrobów z ust ludzi. Nadal postawiło ich to przed zadaniem przeszukania ponad 10 milionów sekwencji.


Znaleźli co najmniej 362 oligotypów bakterii.* Większość tych oligotypów należy do konwencjonalnych gatunków, ale często naukowcy odkrywali, że jeden tak zwany gatunek zawiera kilka wyraźnie odrębnych oligotypoów.


Te oligotypy nie są tylko nieznacznymi wariacjami na ten sam temat. Prowadzą różne życie. Nasze usta są jak dżungla z wieloma niszami ekologicznymi. Środowisko zębów różni się niezmiernie od środowiska języka, które z kolei jest inne niż środowisko dziąseł. Eren i jego koledzy odkryli, że każdy oligotyp zamieszkiwał tylko jedną lub kilka części ust – i robił to konsekwentnie u różnych osób. Na przykład, niektóre oligotypy żyją tylko na zębach, podczas gdy inne żyją głównie na języku. Dowody na całą tę różnorodność istniały już w bazach danych Human Microbiome Project, ale jak dotąd widzieliśmy las nie rozróżniając drzew.


Wiele jest poważnych, praktycznych powodów do wynalezienia lepszego sposobu mierzenia różnorodności mikrobów – także tych w naszych ustach. Niektóre mieszkające tam bakterie mogą potencjalnie wywołać chorobę – nie tylko przez tworzenie próchnicy, ale także wywoływanie chorób w innych częściach ciała, takich jak choroby serca. Staromodne definicje gatunków mogą spowodować, że naukowcy przeoczą te patogeny, łącząc je w jedną grupę z nieszkodliwymi mikrobami.


To badanie jest jednak ważne z bardziej fundamentalnego powodu – ponieważ pomaga nam zrozumieć osłupiającą różnorodność życia na Ziemi. Jednym ze sposobów, by zacząć doceniać jak olbrzymia jest ta różnorodność, jest po prostu otworzenie ust.


*Artykuł zostanie opublikowany w tym tygodniu. Odnośnik brzmi: Eren et al., “Oligotyping analysis of the human oral microbiome,” PNAS. www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1409644111


The zoo in the mouth

The Loom, 25 lipca 2014

Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska



Carl Zimmer

Wielokrotnie nagradzany amerykański dziennikarz naukowy publikujący często na łamach „New York Times” „National Geographic” i innych pism. Autor 13 książek, w tym „Parasite Rex” oraz „The Tanglend Bank: An introduction to Evolution”. Prowadzi blog The Loom publikowany przy „National Geographic”.


Skomentuj     Wyślij artykuł do znajomego:     Wydrukuj






Nauka

Znalezionych 1137 artykuły.

Tytuł   Autor   Opublikowany

Nowy raport: Bakteria po stu milionach lat nadal żywa!   Coyne   2020-08-08
Modlitwa to nie jest lekarstwo   Nowella   2020-08-07
Maleńki, 10-centymetrowy dinosaur, który zjadał owady   Coyne   2020-08-06
Piękny skoczek, który upodabnia się do mrówki   Coyne   2020-08-03
Urodziny Rosalind Franklin!   Cobb   2020-07-31
Kondor wielki: ptak, który rzadko kiedy macha skrzydłami   Coyne   2020-07-28
Czy ludzie byli w Nowym Świecie ponad 30 tysięcy lat temu?   Coyne   2020-07-26
Oszaleć na punkcie nietoperzy w czasach korony i politykierstwa   Collins   2020-07-25
Dwa gatunki dały zdolną do życia hybrydę, mimo że rozeszły się 150 milionów lat temu   Coyne   2020-07-23
Niccolo Tartaglia jego tajemnica   Jacoby   2020-07-20
Akcja afirmatywna w wieloetnicznym narodzie   Hyams   2020-07-17
Dekolonizacja ewolucji (i Darwina) była nieunikniona   Coyne   2020-07-15
Filtr mózgu (czyli czego nie widzimy)   Novella   2020-07-14
Homeopatia jest bezwartościowa a czasami szkodliwa   Novella   2020-07-10
Pięć błędnych wyobrażeń o ewolucji: jedno jest wątpliwe, jedno niesłuszne   Coyne   2020-07-08
Wiecznie kurczący się tranzystor i wynalezienie Google   Ridley   2020-07-06
Postmodernizm: filozofia, która stoi za naszymi wojnami kulturowymi i postępującym nihilizmem   Hill   2020-07-02
Bodźce do innowacji w końcu pokonają COVID-19   Ridley   2020-06-27
Maleńkie stworzenia morskie budują olbrzymie, fantastyczne domy, by chronić się i zdobywać pokarm   Coyne   2020-06-25
Rośliny uprawne z edytowanym genomem pomagają farmerom i środowisku   Ridley   2020-06-20
Czy klucz do COVID można znaleźć w rosyjskiej pandemii?   Ridley   2020-06-18
Skąd więc wziął się ten wirus?   Ridley   2020-06-16
Nowe dane o tym, jak działają grzyby „mrówek zombie”   Coyne   2020-06-15
Czy brytyjski naukowy establishment popełnił największy błąd w historii?   Ridley   2020-06-13
Błysk światła w mroku   Sheagren   2020-06-12
Poczucie pewności napędza efekt potwierdzenia   Novella   2020-06-08
Czy możemy zobaczyć osobowość?   Novella   2020-06-05
Rozwiązanie dla obecnego kryzysu   Ridley   2020-06-02
Lokalizacja funkcji wykonawczych   Novella   2020-05-30
Przestańcie wierzyć w naukę   Greenfield   2020-05-28
Ewolucyjne korzenie sztuki   Koraszewski   2020-05-27
Innowacji nie można wymusić, ale można je zdławić   Ridley   2020-05-26
Stymulowanie kory wzrokowej   Novella   2020-05-23
Pora na telemedycynę   Novella   2020-05-19
Czy mrożącą krew w żyłach prawdą jest, że decyzja o zamknięciu społeczeństwa opierała się na luźnych matematycznych spekulacjach?   Ridley   2020-05-15
MMR jest bezpieczna i skuteczna   Novella   2020-05-14
Odporność stada na fakty   Koraszewski   2020-05-13
O COVID wiemy wszystko – i nie wiemy niczego   Ridley   2020-05-12
Nanotechnologia zastosowana do leczenia choroby Alzheimera   Novella   2020-05-11
COVID-19 – To są szkody   Novella   2020-05-05
Nadmiar teorii wszystkiego   Koraszewski   2020-05-04
Zawodnicy – i trudności – w wyścigu do wyleczenia COVID   Ridley   2020-04-30
Psychologia sprzeciwu wobec szczepień   Novella   2020-04-25
Prowokator czy prowokowany?   Witkowski   2020-04-24
Nauka on-line jest skuteczna   Novella   2020-04-23
Mądrość w pułapce autorytetu   Witkowski   2020-04-18
Znaleziono najstarszego “bilaterian”: odkryto podobne do robaka stworzenie wraz z jego skamieniałymi śladami   Coyne   2020-04-16
Nietoperze i pandemia   Ridley   2020-04-14
Pandemia ludzkiej głupoty   Novella   2020-04-12
W miarę postępu badań natura naszego wroga staje się coraz wyraźniejsza   Ridley   2020-04-04
Wzmacnianie układu odpornościowego podczas pandemii   Novella   2020-04-02
Dlaczego ten wirus inaczej dotyka pokolenia?   Ridley   2020-03-30
Czaszka maleńkiego dinozaura/ptaka znaleziona w bursztynie   Coyne   2020-03-27
Szczepionka na koronawirusa nie przybędzie szybko   Ridley   2020-03-25
Niebawem dowiemy się jak solidna jest nasza cywilizacja   Ridley   2020-03-23
Żywotność wirusa Covid-19 na różnych powierzchniach (rada: używaj rękawiczek, kiedy odbierasz paczki i nie otwieraj ich przez 24 godziny)   Coyne   2020-03-21
Dzień był krótszy 70 milionów lat temu   Novella   2020-03-20
Jak często powstają ptasie hybrydy?   Coyne   2020-03-18
Mózgi noworodków   Novella   2020-03-16
Twierdzenie o białku i DNA dinozaurów   Novella   2020-03-10
Porażka jest stałym elementem pracy naukowca   Konrad Bocian   2020-03-07
Jak myśleć o naszych problemach   Tupy   2020-03-03
Dlaczego tak wiele nowych wirusów pochodzi od nietoperzy?   Ridley   2020-02-29
Odkrycie antybiotyku przez AI   Novella   2020-02-27
Wizyta w Andach u łysek rogatych   Lyon   2020-02-26
Zioła nie pomagają na utratę wagi   Novella   2020-02-25
Dawkins pisze tweeta   Coyne   2020-02-24
W obronie binarności płci u ludzi   Coyne   2020-02-21
Nie palmy pieniędzy na ołtarzu zielonej manii   Lomborg   2020-02-20
Więcej dowodów ewolucji: końskie zarodki zaczynają tworzyć pięć palców, a cztery zawiązki znikają   Coyne   2020-02-18
Homeopatyczny rentgen   Novella   2020-02-14
Różnice płci w wyborze zabawek: chłopcy bawią się chłopięcymi zabawkami, dziewczynki dziewczęcymi zabawkami   Coyne   2020-02-13
Śmiertelność z powodu raka nadal spada wbrew twierdzeniom szarlatanów     2020-02-11
Odkrycie w immunologii, a leczenie nowotworów   Novella   2020-02-10
Ponowne psucie nauki przez ideologię: ”Slate” wypacza biologię ewolucyjną, by wyglądała na kapitalistyczną i antysocjalistyczną   Coyne   2020-02-07
Flamingi z braku łysek rogatych   Lyon   2020-02-06
Moja ostatnia praca badawcza. Część 3: Znaczenie   Coyne   2020-02-04
Moja ostatnia praca badawcza. Część 2: Wyniki   Coyne   2020-02-03
Moja ostatnia praca badawcza: Część 1: Cele i metody   Coyne   2020-02-01
Ewolucyjne wyjaśnienie nienaukowych przekonań   Bretl   2020-01-31
Zdumiewająca mimikra   Coyne   2020-01-27
Reality check: Pęd do szybkiej „zerowej” emisji to gwarancja przegranej   Lomborg   2020-01-27
Sfuszerowany artykuł o biologii w „Washington Post”   Coyne   2020-01-24
Punkty dla Ameryki w konflikcie między Iranem i USA   Destexhe   2020-01-24
Zbliżanie się do rozumienia pamięci   Novella   2020-01-22
Z perspektywy naszego kurnika   Witkowski   2020-01-16
Fałszywa pokora nie uratuje planety   Boudry   2020-01-09
Złoty ryż zatwierdzony na Filipinach   Novella   2020-01-07
Cudowna animacja DNA i komórek   Coyne   2020-01-06
Dychotomiczne myślenie, niepewność i zaprzeczanie nauce     2020-01-01
Mieliśmy najlepszą dekadę w historii. Naprawdę   Ridley   2019-12-31
Kreacjonista opowiada się za ”argumentem z niedowierzania”   Coyne   2019-12-26
Biologia męskiej agresji i dlaczego nie jest to tylko „socjalizacja”   Coyne   2019-12-24
Wydajność, wyzysk, wybory   Koraszewski   2019-12-23
Społecznościowe finansowanie szarlatanerii   Novella   2019-12-20
Wykład Dawkinsa o czerpaniu odwagi z darwinizmu   Coyne   2019-12-18
Uprawy GM, takie jak Złoty Ryż, uratują życie setek tysięcy dzieci   Ridey   2019-12-13
Darwin, lisy i inne ssaki na Falklandach   Mayer   2019-12-11
Wirtualna edukacja   Novella   2019-12-03
Teoria klasy próżniaczej Thorsteina Veblena – uaktualnienie statusu   Henderson   2019-12-02

« Poprzednia strona  Następna strona »
Polecane
artykuły

Wzmacnianie układu odpornościowego



Wykluczenie Tajwanu z WHO



Drzazgę źle się czyta



Sześć lat



Pochodzenie



Papież Franciszek



Schadenfreude



Pseudonaukowa histeria...


Panstwo etc



Biły się dwa bogi


 Forma przejściowa


Wstęga Möbiusa


Przemysł produkcji kłamstw


Jesteś tym, co czytasz,



Radykalne poglądy polityczne


Einstein



Socjologia



Allah stworzyl



Uprzednie doświadczenie



Żydowski exodus



PRL Chrystusem narodów



Odrastające głowy hydry nazizmu



Homeopatia, wibracje i oszustwo


Żołnierz IDF



Prawo powrotu



Mózg i kodowanie predyktywne



Nocna rozmowa



WSzyscy wiedza



Nieustający marsz



Oświecenie Pinker



Alternatywna medycyna zabija



Kobiety ofiarami



Prometeusz



modyfikowana pszenica


Listy z naszego sadu
Redaktor naczelny:   Hili
Webmaster:   Andrzej Koraszewski
Współpracownicy:   Jacek, , Malgorzata, Andrzej, Marcin, Henryk