Велики свет у малом свету


У једном чланку који се бави информатиком се, између осталог каже, да се свет шокирао сазнањем да информације које можемо пронаћи на интернету заправо имају и некакву физичку масу! Можда је претерано рећи да се баш цео свет шокирао, али мене је та вест заиста заинтригирала. Уколико је и неког од вас, чланак можете пронаћи овде. У чланку се помиње и да су све информације укупно, а ко зна колико их милијарди има, тешке свега колико и једна јагода. Огроман свет информација заузима тако мало простора. За једног биолога, ипак, то баш и није шокантно.

Већина мојих ђака зна да се све информације које су нам неопходне да би наше тело и изгледало и функционисало (баш као и код свих других живих бића) записане у генима. Гене добијамо од родитеља, па их називамо основним јединицама наслеђивања. Они су сачињени од макромолекула дезоксирибонуклеинске киселине, скраћено ДНК (код нас, а за Енглезе DNA, јер киселину називају acid).

Молекул ДНК изгледа као мердевине које су спирално увијене. Овај молекул називамо макромолекулом, јер су у његовом саставу многи мањи молекули. Заправо, делови ДНК су тзв. нуклеотиди. Једро се иначе назива нуклеус, па отуда и назив нуклеотидима, па отуда и назив дезоксирибонуклеинској киселини.

Овако изгледа модел ДНК.

Нуклеотид би био половина пречке ових „мердевина“, уз деличак вертикалне летве и он се састоји од неких делова. Ако кренемо од краја ка унутра, прво ћемо налетети на шећер дезоксирибозу. Јасно вам је да њему дезоксирибонуклеинска киселина дугује почетак свог назива. До сада смо у биологији помињали само шећер глукозу. Дезоксирибоза је такође шећер, али скроз различит. Угљеникових атома у глукози је шест, па она припада групи хексоза (-оза је иначе увек суфикс за шећере, а хекса значи шест), а дезоксирибоза је пентоза, што значи да угљеникових атома има пет. Уосталом, пребројте:

Први шећер је дезоксирибоза, а други је рибоза. Ако их упоредимо, видећемо да дезоксирибоза има један кисеоников атом мање; зато је дез-окси (што би значило без-кисеоника). Дакле, дезоксирибоза је рибоза али без једног кисеоника, па отуда и назив.

Саме пречке ових „мердевина“ чине пуринске и пиримидинске базе. Половина пречке је једна од тих база и она је везана за другу базу, другу половину пречке. Цака је у томе да не може свака база да се веже за сваку. Пуринска база се везује за пиримидинску, али тако да се аденин (пуринска) везује за тимин (пиримидинска), а гуанин (пуринска) за цитозин (пиримидинска). То је иначе одређено бројем доступних веза; аденин и тимин се везују двоструком, а цитозин и гуанин троструком везом. Ове везе су тзв. водоничне и њих основци не уче; довољно је да знамо да су ове везе прилично слабашне у односу на друге хемијске везе, попут ковалентне и јонске. То је добро за молекул ДНК јер понекад он мора да се раскине попут рајсфершлуса, али није добро да се то дешава увек. Зато молекул ДНК не изгледа као обичне мердевине, већ спирално увијене; са свих (спољних) страна су шећери рибозе који штите слабе водоничне везе, које су унутра. То значи да се пречке практично не виде и на ове мердевине бисмо се тешко попели. 🙂

И ово се дешава нашој ДНК, али о томе другом приликом.

Да ли је могуће да се аденин веже за цитозин или гуанин за тимин? Свашта је могуће. То су грешке које се дешавају и оне могу да доведу до мутација, односно промена на генима. Додуше, то није једини начин како мутације настају.

Дезоксирибозе су међу собом везане фосфатним групама. Фосфатна група је заправо део фосфатне киселине, чија је формула H3PO4 (али без водоника с почетка формуле). И то је то што се тиче овог молекула, који шематски изгледа овако:

Наранџасти петоугаоници су дезоксирибозе, међусобно повезане жућкасто обојеним фосфатима, а унутра су базе, свака обојена другачијом бојом.

Најважније је да се парови база смењују један за другим и у зависности од њиховог редоследа испољиће се одређена особина. Дакле, ова четворка је заслужна за невероватно разноврстан изглед свих живих створења на Земљи. Јер, није исто да ли ће се ређати АТ, АТ, ЦГ, па опет АТ или АТ, АТ, АТ, па тек онда ЦГ (користио сам почетна слова назива појединих база). Комбинација је бескрајно много, а од њих зависи коју боју очију ћемо имати, да ли ћемо имати реп или да ли ће нам плућни мехурићи бити лоптасти. Уз то, осим редоследа, особину одређује и број парова, а он се раликује од особине до особине. За неке је потребно више, а за друге мање. Дакле, заиста бескрајан број комбинација.

Враћам се на почетак приче и зашто сам остао нешокиран вешћу да огроман број информација са интернета стаје у тежину једне јагоде. ДНК је тако густо пакована, такође и захваљујући спиралној увијености, да када би се овај молекул одвртео из само једне (микроскопски ситне) ћелије, добила би се нит дуга два метра! А то је веће од већине људи. 🙂 Пробајте један мини оглед; узмите кончић и уврћите га докле год можете. Пре увртања га измерите лењиром. Након увртања га поново измерите. И још један податак; када би се саставили кончићи (од по два метра) из свих наших ћелија (а све, осим црвених крвних зрнаца их имају), добила би се дужина равна двоструком пречнику нашег Сунчевог система! Питајте наставнике географије колико је то. (За нестрпљиве који баш сада немају час географије, линк је овај). 🙂

Невероватна вест је осванула негде у децембру 2010. када је већи број научника, радећи у тиму, довео у сумњу нешто у шта се до тада није сумњало; да ДНК не мора да буде грађена од истог материјала код свих становника наше планете. Могуће је да је неки ванземаљски (микро)организам развио потпуно другачији материјал за неке своје гене, али се то од домаћих микроорганизама није очекивало. Овај тим је одгајао неке врсте бактерија на подлози у којој се налазио, иначе отрован, арсеник. Бактерије су га усвајале и чак се некако кроз анализе показало да се везивао и за, можда, ДНК. Научници су чак сугерисали да је арсеник истиснуо фосфор и заузео његово место. Сећате се, фосфор је кључни елеменат фосфата, којима су међусобно повезане дезоксирибозе. По мом мишљењу тада, ово сазнање је сасвим било довољно да се добије Нобелова награда; то би било откриће сасвим новог живота у односу на онај који познајемо.

И јесу ли освојили престижну научну награду? Ипак не. Изостале су неке анализе које би и потврдиле да је арсеник постао део ДНК. По мишљењу других научника, те анализе и није тако тешко урадити. Очигледно је да их је тим и урадио, видео резултате и – заћутао, верујем, разочарано. Ако је за утеху том тиму научника, отпорност бактерија са којима су радили на арсеник јесте занимљиво научно откриће. 🙂

Или нам можда тај тим тек спрема нека изненађења? Осмаци су ме баш на неком од претходних часова питали шта ако постоји живот на другој планети, али који је потпуно различит. Чак толико да му уопште није потребна вода. У том случају, потрага за водом на другим планетама нема баш много смисла, ако успут тражимо и живот. Експеримент који сам описао би дао доказ да живот заиста може да се разликује и да њихово питање итекако има резона. Док то не утврдимо, изгледа да нам предстоји још много учења о животу и његовој божанствености. 🙂

Ово су те бактерије. Питање за крај: да ли су у питању коке, бацили или спирили?

Advertisements

Паметно питање


Пре неки дан ми је осмак поставио питање које је заиста паметно. Питање је заправо врло логично и ради се о врло практичној ствари за биљке: зашто хлорофил није црн? Да је црн, упијао би сву светлост, односно не би одбијао зелену боју као што то ради сада и био би ефикаснији. То би омогућило биљкама, па и алгама, да досегну веће дубине у мору, баш као што то сада могу црвене алге.

Оваква питања осмаци не би требало никако да постављају, јер су сувише мали и немају довољно знања из природних наука да би им се објаснило. 😀 Шалим се, наравно. Штавише, покушаћу да одговорим на ово питање колико год то могу за узраст основне школе, а да при томе не погрешим претерано.

Почнимо прво од атома. Да ли су атоми обојени? Рецимо, атом сумпора би могао да буде жут, угљеника црн, гвожђа сив, сребра бео, а злата златан. 🙂 То би свакако објаснило боју многих супстанци које нас окружују. Међутим, уколико бисмо мало више размишљали о овоме као о истинитој тврдњи, брзо бисмо наишли на проблеме. Један од њих је атом фосфора. Елементарни фосфор се јавља у две алотропске модификације; белој и црвеној. Тешко је поверовати да су атоми фосфора до пола бели, а до пола црвени, па нам стално приказују баш ону страну у зависности од тога која је алотропска модификација у питању. И поменути угљеник нам прави проблем. Графит кога чини угљеник јесте црн, али угљеник чини и дијамант, који је прилично безбојан.  Очигледно је да атоми нису обојени. Зашто? Па, за нас биологе је довољно да знамо да је то зато што су сувише мали. Међутим, када се атоми групишу и праве молекуле или кристалне решетке или шта већ да праве, тај њихов скуп је већ довољно велики да може да има боју. Црвена крвна зрнца садрже гвожђе, али нису зато црвена. Црвена су због хема, дела хемоглобина у чијем саставу се налази и атом гвожђа. Како ће нешто бити обојено зависи од тога који атоми га чине и како су међусобно повезани (бели и црвени фосфор имају исте атоме, али су другачије распоређени, односно међусобно повезани). Од тога колико у том нечем има укупно атома, боја очигледно не зависи; кап крви је црвена исто колико и свих око пет литара крви колико је има у телу здравог, одраслог мушкарца.

Сада да се бацимо на хлорофил. Увек учим ђаке да биљкама даје зелену боју и то је тачно. Међутим, неупоредиво је важније да тај хлорофил омогућава биљкама да користећи енергију Сунца, а уз употребу воде и угљен-диоксида, стварају храну. Уколико бисмо га тако посматрали, хлорофил престаје да буде обична темпера коју користимо да бисмо направили уметничко дело и претвара се у праву једну микроскопски ситну „машину“. Да би било која машина имала смисла, потребно је да има делове који ће је покретати и омогућавати да ради то што ради. То значи и да хлорофил има такве делове и они су групе атома које су изградиле некакве молекуле. Баш такви, а не неки други молекули омогућавају хлорофилу такву улогу. И баш ти молекули имају такве атоме и тако међусобно повезане да им дају зелену боју. Ако бисмо овако посматрали хлорофил, онда зелена боја више не би била узрок, већ последица. Другим речима, хлорофил није могао да „бира“ какве ће боје бити; он је само „сакупио“ делове који су му потребни, а они су баш такве боје какве јесу.

О самом хлорофилу, можда неки други пут. За сада је довољно да вам кажем да га има више типова и да он, најједноставније речено, представља сложени етар дикарбонске киселине хлорофилина. 🙂

За оне које занима хемија у већој мери него што сте овде имали прилику да прочитате, препоручујем текст на сајту „Свет хемије“. Оно што сам потражио по инетрнету и стручним књигама, а у вези је са паметним питањем, јесте да ли биљке уопште могу да имају црне пигменте. Мислим, хлорофил није црн, али да ли други пигменти то могу да буду?

Из очигледних разлога, неки одгајивачи биља су желели да постигну да перијант цвета буде управо црн. Да ли су у томе и успели? Један од одгајивача (име му је у оригиналу Hans Kapiteyn) каже да је то апсолутно немогуће. Човек који има искуства у одгајању таквих зумбула, које је поетично назвао „поноћни мистик“ је изјавио да колико год изгледали црни, ови цветови ће увек имати и нијансу неке боје, попут љубичасте. Претпостављам да му је за веровати јер је том послу посветио готово две деценије. Ову тврдњу подржавају и неки научници, јер напросто не могу да се добију (а иначе се добијају гајењем, укрштањем и вештачком селекцијом јединки) пигменти који ће упијати сву светлост. Код за мало па црног цвећа, упијају већину. 🙂 Такође, боја се може постићи не само одговарајућим пигментима, већ и (не)киселошћу (што би рекли променом pH) и обликом ћелија које чине перијант цвета. Наиме, уколико се површина листића измени тако да буде „грубља“, мање ће одбијати светлост.

Верујем да су вам ове три слике необичне, а можда некоме и лепе. Међутим, мишљење научника је да такве биљке, па макар биле најлепше на сајмовима цвећа, немају ни близу такву прођу у природи. Наиме, биљке се труде да лепом бојом цветова привуку опрашиваче. Једној пчели ће се пре допасти црвени, плави, жути или бели цвет него овакав. Зато се и не очекује да црноцветне биљке буду честе у природи.

Уколико вас баш занима који су то пигменти који биљкама дају црнкаст изглед, рецимо могу да вам кажем да једној купини која се на енглеском језику назива blackberry (у буквалном преводу „црна бобица“), али и неком другим плодовима, обојеност даје група пигмената који се називају антоцијанинима. Занимљиво је да ови пигменти припадају једној већој групи пигмената које називамо флавоноидима и који своје име могу да захвале жутој боји! Наиме, „flavus“ на латинском значи жуто. Антоцијанини имају улогу да дају боју воћу које сазрева, а чак ни „црној бобици“ они не дају баш црну, већ љубичасту боју. 🙂

Уколико сте заговорник црног, па и на цвећу, немојте се обесхрабрити након овог мог текста. Јер има наде не само за црно цвеће, већ и за црно лишће! Додуше, не на нашој планети. 😀 Ово иначе има везе са питањем с почетка. За наше биљке, са овим нашим Сунцем, зелена боја хлорофила је сасвим пристојно решење. Међутим, за биљке које би се појавиле на планетама које круже око рецимо, црвеног патуљка, а да би искористиле што више светлости које сада и нема толико довољно, морале би да имају црни пигмент за фотосинтезу. Ово иначе тврде прави правцијати научници и то на основу модела које су правили (на компјутерима, не од пластелина :)). Да би то уопште одрадили, пошли су од претпоставке да би живот на тим планетама био сличан нашем и да би се фотосинтеза одвијала на исти начин. Биљке би морале да користе светлост која им је доступна, а зависила би од светлости оближњих звезда и наравно, њихове удаљености. Ако вас је цела ова вест заинтересовала, имате је овде, али на енглеском језику.

Оно што можете да урадите у часовима доколице је да нацртате или опишете живи свет неке наше комшијске планете; члана Сунчевог система. Пронађите какви услови владају на оној коју одаберете, па обликујте живи свет тако да буде њима прилагођен. При томе, водите рачуна о карактеристикама представника свих пет царстава на Земљи. Не могу да вам обећам да ће ваш рад бити научни, али ћете лепо провежбати прилагођености живих бића на дате (неземаљске) услове. 🙂