새로운 전자 현미경으로 아미노산에서 동위 원소 추적 가능

.매혹적인 우주의 한 조각

(대전=연합뉴스) 지난해 한국천문연구원 천체사진공모전 대상 수상작인 전영준 씨의 '우주 수채화'. 천문연구원은 3월 11일까지 심우주(Deep sky)·태양계·별자리 및 풍경 등 지구와 우주 분야 사진 공모를 한다고 31일 설명했다. 자세한 내용은 홈페이지(www.kasi.re.kr)를 참고하면 된다. 2019.1.31 [한국천문연구원 제공] walden@yna.co.kr

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나훈아 - 첫눈 The First Snow

.화성 탐사선 호기심으로 붉은 행성에서 첫 중력 측정 통과

2019 년 1 월 31 일, 아리조나 주립 대학 , 2019 년 1 월 중순에 찍은 셀카에서 화성 탐사선 호기심은 갈레 분화구의 샤프 산을 가로 질러 새로운 점토 광물이 풍부한 부대에 들어갈 준비를합니다. 선교 과학자들은 새로운 중력 측정 기술이 산과 게일 크레이터의 역사에 대해 무엇을 밝혀 낼지 궁금해합니다. 크레딧 : NASA / JPL-Caltech / MSSS

NASA의 화성 탐사선 호기심의 비 과학 공학 데이터를 영리하게 사용하면 애리조나 주립 대학 (Arizona State University) 대학원생을 비롯한 연구팀이 96 마일 폭의 Gale Crater에서 암석층의 밀도를 측정 할 수 있습니다. 2019 년 2 월 1 일자 Science 지에 발표 된 결과 는 과학자들이 의심했던 것보다 층이 더 다공성임을 보여준다. 발견은 또한 과학자에게 로버 가 분화구를 가로 질러 그 여행을 계속할 때 장래에 사용할 새로운 기술을 제공한다. 와 산 샤프, 그 중심에서 세 마일 높은 산까지합니다. "우리가 할 수 있었던 것은 Gale Crater에서 재료의 벌크 밀도를 측정하는 것입니다."라고 ASU의 지구 및 우주 탐사 학교의 대학원생 인 Travis Gabriel이 말했습니다. 그는 로버가 운전 해 온 암반과 고대 lakebed 퇴적물에 대한 곡물 밀도를 계산해야했습니다. "화학 및 광물학 장비에 의해 결정된 암석의 미네랄 풍부량에서 일하면서, 우리는 입방 미터 당 2810 킬로그램의 입자 밀도를 추정했습니다."라고 그는 말합니다. "그러나 우리 연구에서 나온 벌크 밀도는 1 제곱미터 당 1680 킬로그램보다 훨씬 적습니다." 훨씬 낮은 수치는 암석이 더 다공성이어서 대부분 밀도가 감소한 것을 보여줍니다. 이것은 암석이 과학자들이 생각한 것보다 덜 압축되었음을 의미합니다. 스마트 폰처럼 좋지만 연구에 사용 된 엔지니어링 센서는 모든 스마트 폰에서 볼 수있는 가속도계 및 자이로 스코프와 비슷합니다. 전화기에서는 방향과 동작을 결정합니다. 호기심의 센서는 똑같지 만 훨씬 더 정밀하게 엔지니어와 임무 컨트롤러가 화성 표면을 가로 질러 로버를 탐색하는 것을 돕습니다. 그러나 로버가 정지 해있는 동안 가속도계는 화성의 그 지점에서 국부적 인 중력을 측정합니다.

호기심의 엔지니어링 가속도계 (회색)를 사용하여 측정하면 로버가 샤프 산을 올라감에 따라 중력 강도가 감소합니다. 모델링 된 중력 신호의 감소율 (검정색)은 연구의 저자가 샤프 산을 구성하는 암석의 밀도를 측정 할 수있게 해주었습니다. 신용 : 케빈 루이스

이 팀은 2012 년 착륙 한 호기심의 첫 5 년 동안의 엔지니어링 데이터를 가져 와서 로버 트랙을 따라 700 개 이상의 지점에서 화성의 중력 잡아 당김을 측정하는 데 사용했습니다. 호기심이 샤프 산에서 오름차순으로 올라감에 따라, 산은 과학자들이 기대했던 것만 큼 늘리지는 않았다. 존스 홉킨스 대 (Johns Hopkins University)의 수석 저자 인 케빈 루이스 (Kevin Lewis)는 "샤프 산 (Sharp Mount)의 낮은 수준은 놀라 울 정도로 다공성이다. "우리는 산의 바닥층이 시간이 지남에 묻혀 있다는 것을 안다. 그로 인해 밀도가 높아진다. 그러나이 발견은 우리가 생각한만큼 많은 물질에 묻히지 않았 음을 시사한다." 샤프 산 만들기 행성 과학자들은 오랫동안 샤프 산의 기원에 관해 논쟁 해왔다. 화성 분화구 게릴의 크기는 분화구가 만든 충격의 충격에 의해 중심 봉우리가 높아졌습니다. 이것은 마운드 높이의 일부를 차지합니다. 그러나 토루의 상층은 암석보다 더 쉽게 침식 된 바람에 깎인 퇴적물로 만들어진 것으로 보인다. 이 퇴적물들이 한번 Gale Crater 전체를 채웠습니까? 그렇다면 바닥에있는 재료에 무게가 많이 나가 압축 될 수 있습니다. 그러나 새로운 발견은 샤프 산의 하층이 반 마일에서 마일 (1 ~ 2 킬로미터) 정도의 재료로 압축되어 있음을 암시합니다. 분화구가 완전히 채워진 것보다 훨씬 작습니다. 캘리포니아 주 파사 데나에있는 NASA의 제트 추진 연구소 (NASA 's Jet Propulsion Laboratory)의 Curiosity 프로젝트 과학자 Ashwin Vasavada는 "샤프 산 (Sharp Mount)이 어떻게 개발 되었는가에 대해서는 여전히 많은 질문이 있지만이 논문은 퍼즐에 중요한 부분을 추가한다. "창조 과학자와 기술자가 탐사차와 함께 새로운 과학적 발견을하는 혁신적인 방법을 여전히 찾고 있다는 사실에 저는 매우 기쁩니다." Gabriel은 다음과 같이 덧붙입니다. "이것은 호기심 탐사선과 함께 다양한 기법을 사용하는 유용성에 대한 증거이며 Sharp Mount의 상층부가 무엇을 갖고 있는지 보게되어 기쁩니다." 더 자세히 살펴보기 : 이미지 : Mount Sharp 'photobombs'화성 호기심 탐사선 더 자세한 정보 : 존스 홉킨스 대학교 볼티모어 대학의 KW 루이스 (KW Lewis)는 "화성의 지표 중력 이동은 게일 분화구의 낮은 암반 밀도를 나타낸다"고 Science (2019)에 발표했다. science.sciencemag.org/lookup/ ... 1126 / science.aat0738 저널 참조 : 과학 :에 의해 제공 애리조나 주립 대학

https://phys.org/news/2019-01-mars-rover-curiosity-gravity-measuring-traverse.html#nRlv

.새로운 전자 현미경으로 아미노산에서 나노 스케일, 손상이없는 동위 원소 추적 가능

2019 년 1 월 31 일, 오크 리지 국립 연구소 새로운 전자 현미경으로 아미노산에서 나노 스케일, 손상이없는 동위 원소 추적 가능 Electrifying Neutrons : 주사 전자 현미경의 단색 전자 에너지 손실 분광법은 단일 원자에서 단일 중성자 만 다른 분자를 구별하는 데 사용됩니다. 전자 빔은 샘플을 손상시키지 않고 전례없는 공간 해상도로 여분의 중성자에 의해 야기 된 아미노산의 미세한 분자 진동에 대한 변화를 포착 할 수 있습니다. 크레디트 : Andy Sproles / 미국 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)

샘플을 손상시키지 않으면 서 나노 스케일에서 단백질 무게의 미묘한 변화를 감지하는 새로운 전자 현미경 검사 기술은 삶의 기본 구성 요소에 대한보다 깊고 포괄적 인 연구를위한 새로운 통로를 열 수 있습니다. 미 에너지 부 (Department of Energy)의 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)의 과학자들은 샘플을 손상시키지 않으면 서 나노 크기의 아미노산 에서 동위 원소를 직접 확인하기 위해 전자 현미경을 처음으로 사용한 과학 저널 ( Science)에 설명했다 . 동위 원소는 일반적으로 분자와 단백질을 표지하는 데 사용됩니다. 분자의 진동 특성 변화를 측정함으로써 전자 현미경은 전례없는 스펙트럼 정밀도와 공간 분해능으로 동위 원소를 추적 할 수 있습니다. 이 기술 은 아미노산을 파괴하지 않으며, 동적 화학의 실제 공간 관찰을 가능하게하고 생명 과학 전반에 걸친 단순한 생물학적 구조에서 복잡한 생물학적 구조로의 과학적 발견의 토대를 마련합니다 . ORNL의 박사후 연구원이자 수석 저자 인 Jordan Hachtel은 "질병, 사람의 신진 대사 및 기타 복잡한 생물학적 현상의 진행을 이해하는 방법은 단백질 간의 상호 작용을 기반으로합니다. "우리는 특정 단백질을 동위 원소로 표시하고 화학 반응을 통해 특정 단백질을 표시하고 이것이 어디로 갔는지, 그리고 무엇을했는지 확인함으로써 이러한 상호 작용을 연구합니다." 새로운 전자 현미경으로 아미노산에서 나노 스케일, 손상이없는 동위 원소 추적 가능

Oak Ridge 국립 연구소의 과학자들은 시료를 손상시키지 않으면 서 나노 크기의 단백질 무게의 미묘한 변화를 감지하는 단색, 수차 보정 주사 전자 현미경 또는 MAC-STEM 기술을 사용했습니다. 거시 질량 분광학 실험. 크레디트 : Carlos Jones / 미국 오크 리지 국립 연구소 (Oak Ridge National Laboratory)

"이제 우리는 전자 현미경으로 동위 원소 표지를 직접 추적 할 수 있습니다. 즉, 단백질의 실제 크기와 비슷한 공간 분해능으로 할 수 있습니다."라고 Hachtel은 덧붙였다. ORNL의 Nanophase Materials Sciences 센터에서 진행된이 소설 실험은 스캔 투과형 전자 현미경 또는 STEM에서 단색 전자 에너지 손실 분광법 (EELS)을 사용했습니다. 과학자들이 사용하는 기술은 하나의 원자에서 하나의 중성자가 다른 분자를 구별하기에 충분히 민감합니다. EELS는 아미노산의 분자 구조에서 미세 진동을 포착하는 데 사용되었습니다. "동위 원소 표지는 질량 분석법을 사용하여 거시적 인 수준에서 전형적으로 보이는데, 이는 시료 의 원자 무게와 동위 원소 조성을 나타내는 과학적 도구 "라고 ORNL 직원 과학자이자 해당 저자 인 Juan Carlos Idrobo는 말했다. "질량 분석법은 놀라운 질량 분해능을 가지고 있지만, 일반적으로 나노 미터 공간 분해능을 갖지는 않습니다. 이것은 파괴적인 기술입니다." 질량 분광계는 그들의 전하 대 질량비 특징 청구 조각으로 분리하는 분자를 분해하기 위해 전자 빔을 사용한다. 거시적으로 샘플을 관찰하면, 과학자들은 샘플에 화학 결합이 존재할 확률을 통계적으로 추론 할 수 있습니다. 실험 도중 샘플이 파괴되어 귀중한 정보가 발견되지 않습니다. ORNL 팀에 의해 적용된 새로운 전자 현미경 기법은보다 부드러운 접근법을 제공합니다. 전자빔을 샘플에 매우 가깝게 위치시킴으로써 직접 접촉하지 않고도 전자는 샘플을 파괴하지 않고 진동을 여기시키고 검출 할 수있어 오랜 기간 동안 실온에서 생물학적 샘플을 관찰 할 수 있습니다.

전자 현미경으로 나노 스케일의 무손실 동위 원소 표지를 가져온 학제 간 ORNL 연구팀은 Jacek Jakowski, Santa Jansone-Popova, Juan Carlos Idrobo, Jingsong Huang, Jong Keum, Jordan Hachtel 및 Ilja Popovs 등이있다. ORNL. 사진 없음, Nancy Co.의 Cartier Jones / Oak Ridge 국립 연구소의 Tracy C. Lovejoy, Niklas Dellby 및 Ondrej L. Krivanek

음전하를 띠 는 전자선 은 일반적으로 중성자가 아닌 양성자에만 민감하기 때문에 그 결과는 전자 현미경 검사의 돌파구를 구성합니다 . 그러나 분자 진동의 빈도는 원자량에 달려 있으며 이러한 진동 주파수의 정확한 측정은 전자 현미경 에서 동위 원소를 측정하는 최초의 직접 채널을 열어 준다 "고 말했다. ORNL이 주도한 연구팀은 잠재적으로 게임을 변경하는 기술이 현재 동위 원소 표지를 탐지하는 데 사용되는 질량 분광법 및 기타 기존의 광학 및 중성자 기반 기술을 대체하지 않고 오히려 보완 할 것으로 기대합니다. "우리의 기술은 거시 질량 분광학 실험 의 완벽한 보완 물 입니다."라고 Hachtel은 말했습니다. " 질량 분석 의 사전 지식을 통해 실제 샘플에서 동위 원소 표지가 끝나는 곳으로 들어가서 공간적으로 해결할 수 있습니다." 생명 과학 저쪽에 기술은 중합체와 같은 다른 연약한 물질에 적용될 수 있고 동위 원소 치환이 초전도성 통제에 중요한 역할을 할 수있는 잠재적으로 양자 물자에서 적용될 수 있었다. 추가 정보 : 연구원은 나노 물질의 분광 온도계를 개발합니다 .

자세한 정보 : "전자 현미경의 진동 분광학에 의한 특정 위치 동위 원소 표지의 확인" Science (2019). science.sciencemag.org/lookup/ ... 1126 / science.aav5845 저널 참조 : 과학 :에 의해 제공 오크 리지 국립 연구소

https://phys.org/news/2019-01-electron-microscopy-nanoscale-damage-free-isotope.html

.초파리가 줄무늬를 가지고있는 방법 : 연구원은 배아 발달의 정밀도를 탐구한다

2019 년 1 월 31 일, Princeton University , Princeton 팀은 배아 발달 과정에서 올바른 배치를 찾기 위해 세포가 이용할 수있는 정보의 사용을 최적화한다는 것을 발견했다. 플라이 모 (fly mother)에 의해 배아에 기탁 된 정보는 유 전적으로 개발중인 파리 유충에 줄무늬를 정확하게 위치시키는 유전자 및 분자 지시로 번역된다. 크레딧 : Mariela Petkova

인생의 첫 순간은 엄청난 정밀도로 펼쳐집니다. 이제는 수학 도구와 과실 파리의 도움으로 프린스턴 대학의 연구원들이이 정밀도의 메커니즘에 대한 새로운 발견을 발표했습니다. Cell 저널에 실린 새로운 연구 에서 연구진은 세포 가 유전 코드에서 얻을 수있는 모든 정보의 사용을 최적화함으로써 그들이 필요로하는 곳과 신체 부위가 정확히 결정할 수 있음을 보여 주었다 . 이 최적화를 통해 각 셀은 나중에 수정되는 오류를 작성하는 대신 하나의 셀 너비 내에 있어야합니다. 이 연구는 또한 복잡한 생물학적 시스템 이 수학적으로 최적의 과정에 따라 작동 할 수 있음을 입증합니다 . 연구진은 태아의 길이에 따른 실제 위치의 1 % 이내로 세포의 위치를 예측할 수 있었으며, 이론적 원리를 통해 생물학적 거동을 계산하고 예측할 수 있음을 보여 주었다. "정확한 세포 위치를 지정하는 데 필요한 정보, 즉 신체 부위가 무엇인지 는 과일 파리 의 초기 개발 단계에서 존재하고 활용됩니다. "라고 루이스 - 시글러 통합 연구소의 Thomas Gregor 부교수는 말했습니다. 유전체학. "이것은 세포의 위치가 시간이 지남에 따라 서서히 정제된다는 일반적인 관점과 대조적이다." John Archibald Wheeler / Battelle 물리학 교수와 Lewis-Sigler Integrative Institute는 윌리엄 비알 켁 (William Bialek)은 "이론적 아이디어는 매우 간단합니다. 모든 세포가 관련 유전자에서 추출 할 수있는 모든 정보를 사용하고 있습니다. 유전체학. "우리가 잠시 동안 알고 있었지만 결코 놀란 것을 멈추지 않은 것은 전체 시스템이 엄청나게 정확하다는 것입니다.이 사실은 세포가 가능한 모든 정보를 사용하고 있다고 믿게 만들었습니다." 세포는 유전자 또는보다 구체적으로 유전자가 생산하는 단백질 분자로부터 신호를받습니다. 그러나 세포가 처음부터 모든 것을 올바르게 얻으려면 모든 정보를 사용합니까? 또는 치료가 불가능한 해를 배아에서하기 전에 수리 한 실수로 시스템이 지저분합니까? 문제는 정확하게 2000 년대 초반부터 함께 일해 온 생물 학자와 물리학 자 팀이 다루는 것을 좋아하는 큰 그림 문제 유형이었다. Squibb 분자 생물학 교수이자 분자 생물학 교수이자 Lewis-Sigler Integrative Genomics 연구소의 연구원 인 Eric Wieschaus의 연구 덕분에 과학자들은 배아에서 줄무늬를 만들어 세그먼트를 표시하는 유전자와 분자가 무엇인지 정확하게 알고 있습니다 비행 애벌레의. 무엇인가 잘못되면, 줄무늬가 잘못된 장소에 형성되거나 전혀 형성되지 않습니다. Howard Hughes Medical Institute의 연구원이며 1995 년 노벨 생리학 상을 수상한 Wieschaus는 "이 실험은 정보 세포가 중대한 발달 결정에 얼마나 많은 양의 정보를 사용할 수 있는지에 대한 최초의 진정한 양적 측정을 정의한다. 또는 의학을 사용하여 초기 배아 발달의 유전 적 조절을 연구합니다. "이것은 우리에게 생물학의 의사 결정이 실제로 어떻게 작동 하는지를 이해하는 놀라운 도구를 제공합니다. 단백질이 DNA에 결합하는 방식에서부터 새로운 생물학적 경로가 어떻게 발생하여 진화 중에 경쟁하는지에 이르는 수준에서 유용합니다." 이 연구의 공동 저자 인 Mariela Petkova는 그레고리 (Gregor)의 실험실에서 일하는 학부 과정이었는데, 세포가 어떻게 유전자와 분자 정보를 사용하여 위치와 운명을 찾는 지에 대한 질문을했을 때였습니다. "우리는 개발중인 배아 세포가 발달상의 올바른 결정을 내리기 위해 자신의 위치를"알아야 "한다는 생각을 진지하게 받아 들인다."2012 년 Classk Petkova는 말했다. "위성 신호 대신 위성을 GPS 장치로 상상할 수있다. , 분자 위치를 알아 내기 위해 분자를 수집한다. 우리는 그러한 분자 신호가 초기 파리 배아의 길이에 따른 위치를 어떻게 설명 하는지를 해독 할 수있다. " 과학자들은 오랫동안 줄무늬가 플라잉 어머니 (fly mother)로 시작하는 일련의 계단의 결과로 형성되어 있음을 알고 있습니다. 플라 이모는 3 개의 서로 다른 종류의 신호 분자로 만들어진 명령 세트를 각 알에 넣습니다.

개발중인 파리 배아에서, 4 개의 "갭 유전자"는 배아에 형성되는 줄무늬의 위치에 관한 정보를 암호화하는 단백질 분자를 만든다. 연구원은 4 개의 단백질의 조합이 "쌍 규칙"유전자 활동이 줄무늬의 창조로 이끌어내는 배아의 길이에 따라서 유일한 위치를 지정한다 찾아 냈다. 크레딧 : Mariela Petkova

이러한 신호 분자는 배아의 몸을 통해 퍼져서 4 개의 소위 "갭 (gap)"유전자를 활성화시키는 농도 구배를 형성합니다. 이 유전자들의 발현은 줄무늬 패턴을 생산하기 위해 "쌍 - 규칙 (pair-rule)"유전자를 유도하는 인핸서 (enhancers)로 알려진 DNA 분절에 작용 하는 단백질 분자 를 생산한다. Petkova는 갭 유전자 발현과 체세포의 긴 축을 따라 세포에서 생성 된 분자의 정확한 양을 자세히 측정했습니다. 그녀는 수석 논문의 일부로 연구를 시작한 후 프로젝트를 계속하기 위해 대학원에 1 년 간 연기했다. 그녀는 Harvard University Biophysics Graduate Program에서 공부하면서 휴식을 취하면서 작업을 마쳤습니다. 이러한 측정을 통해 팀의 이론 물리학 부분은 세포가 배아에서 자신의 자리를 찾기 위해 정보를 사용하는 방법을 모델링 할 수있었습니다. 이 팀에는 공동 저자 인 Gašper Tkačik이 있었는데, 그는 그의 박사 학위를 받았습니다. 2007 년 Princeton에서 물리학을 전공했으며 현재 Institute of Science and Technology 오스트리아의 교수입니다. 세포가 분자 내에 암호화 된 정보를 사용할 수있는 많은 방법이 있습니다. 그러나 연구자들은 배아가 분자에 암호화 된 모든 이용 가능한 정보를 이용한다고 가정하기로 결정했다. 그들은 이것을 "최적의 디코딩 방식"이라고 불렀습니다. 이 가정을 통해 Tkačik과 Bialek은 스트라이프가 어디에서 형성 될지 예측하기 위해 비교적 간단한 수학적 접근법을 사용했습니다. 그런 다음 팀은 갭 분자의 실제 측정치와 예측치를 비교하여 줄무늬의 위치를 정확하게 예측했다. 진짜 증거는 Petkova가 캐스케이드의 시작에있는 모성 신호 분자를 코딩하는 유전자에 돌연변이가있는 파리에 의해 놓인 알을 연구했을 때 나타납니다. 팀은 다양한 유전자 돌연변이가 스트라이프 패턴을 어떻게 바 꾸었는지 정확하게 예측했습니다. 예를 들어 줄무늬 중 일부가 사라지거나 잘못된 위치에 형성되는 경우입니다. "우리는 유전자 조작을 이용하여 간극 유전자 패턴을 뒤섞어 배아의 길이를 따라 다른 곳의 '생각'에 속이는 세포를 속인다"고 Petkova는 말했다. "우리는이 섞인 패턴을 우리의 디코더에 넣고 디코딩 맵을 만들었는데, 이는 세포가 어디에 있는지와 그들이 어디에 있다고 생각 하는지를 말해주었습니다.이 맵을 사용하여 배아가 줄무늬를 만드는 곳을 예측했습니다. 현미경으로이 돌연변이 배아를 관찰했을 때 우리는 실제로 예측 된 위치에서 스트라이프를 발견했습니다! 매우 만족 스러웠습니다. " 이 연구는 생물학적 시스템에 대한 강력한 예측을 이론적 인 원리에서 시작하는 것이 가능한지 여부에 대한 문제에 관해 연구자들에 따르면, "이 발견은 이론가들이 우리의 생물학에서의 직업이 데이터 모델을 모델에 맞추기 위해 영원히 추방되지는 않을 것이지만 진화가 특정 해법을 생각해 냈는지를 실제로 예측하고 정량적으로 이해할 수있게 해줄 것이라고 Tkačik은 말했다. "이것은 적어도 몇 가지 사례의 경우 생물학에 대한 예측 론적 이론 - 미래 연구에 대한 우수한 동기 부여 -가있을 수 있음을 약속한다." Bialek는 다음과 같이 덧붙였습니다. "현대 물리학의 특징은 일반적인 이론적 원리를 정교한 정량 분석을 통해 실험에 연결할 수 있다는 것입니다. "생물 시스템의 물리학에서의 실험적 상호 작용과 같은 이론이 너무 복잡하고 너무 지저분 해 보인다는 것을 상상하는 것은 오랫동안 어렵습니다.이 연구는 내가 본 실험 이론의 가장 강력한 사례 중 하나입니다. 항상 우리가이 수준에 도달하기를 희망 했었지만 그것이 언제 일어날 지 몰랐다. " Wieschaus는 다음과 같이 덧붙였습니다 : "대부분의 과학자들은 생물학적 과정이 본질적으로 엉성하다고 생각하는 경향이 있으며 세포가 여러 단계의 교정과 복잡한 상호 작용 네트워크를 통해 정밀도를 달성한다고 생각합니다. 발달의 한 단계에서, 그리고 그 정보가 존재하면 어떻게 진화와 자연 선택으로 세포가 정보를 최대한 효율적으로 사용할 수 있는지를 알 수 있습니다. " 초파리 ( Drosophila melanogaster )는 인간과 같은보다 복잡한 생물체에 적용될 수있는 생물학의 일반 원칙을 학습하는 데 자주 사용됩니다. 과실 파리 이외의 유기체가 최적의 정보 사용에 부합하는지 여부는 아직 밝혀지지 않았다. "이 연구는 유전자 네트워크가 어떻게 정보를 인코딩하는지, 네트워크가 어떻게 작동하는지, 어떻게 그들이 계산을 하는지를 보여줍니다"라고 Gregor는 말했습니다. "생물학에서는 모든 종류의 일을하는 유전자 네트워크가 있기 때문에 이것은 확실히 더 많은 탐구를위한 풍부한 영역이다."

더 자세히 살펴보기 : 셀은 수학적으로 최적의 전략을 사용하여 신원을 찾습니다 . 추가 정보 : 셀 (2019). DOI : 10.1016 / j.cell.2019.01.007 저널 참조 : 셀 :에 의해 제공 프린스턴 대학

https://phys.org/news/2019-01-fruit-stripes-explore-precision-embryonic.html#nRlv

.진화, 일러스트 : 연구는 척추 동물의 진화에 대한 가장 명확한 그림 중 하나를 캡처합니다. 하버드 대학교

2019 년 1 월 31 일 쥐 크레딧 : CC0 공개 도메인

몇 톤의 강판, 수백 마리의 쥐, 소수의 진화론자 및 분자 생물 학자와 사우스 다코타 국경 근처의 작은 네브래스카 마을을 합쳐 놓으면 무엇을 얻게 될까요? 당신은 척추 동물의 진화 과정 중 가장 완벽한 그림 중 하나를 믿을 수 있습니까? 국제적 연구자 팀은 호 스피 호크 스트라 (Hopi Hoekstra)의 유기체 및 진화 생물학 및 분자 생물학 교수가 이끄는 연구팀은 수백년 동안의 연구를 통해 방대한 양의 맞춤형 옥외용 인클로저에 수백 개의 마우스 가 방출되어 빛과 어둠의 생물 이 어떻게 변하는 지 추적했다. 색깔이 달린 쥐는 밝은 색과 어두운 색의 서식지에서 생존했다. 그 결과는 밝은 색의 쥐가 밝은 색의 생쥐에서 더 잘 생존한다는 직관을 확인했을뿐만 아니라 어두운 색의 쥐에서 생존 할 수있는 직관을 확인했을뿐만 아니라, 연구자들이 색소 침착에 영향을 미치는 생존과 관련된 돌연변이를 정확히 지적하고, 돌연변이는 새로운 코트 색을 낳았다. 이 연구는 2 월 1 일자 Science 지에 게재되었다 . "이 프로젝트는 수년간에 걸쳐 진행되어 왔으며 실험실에서 미생물을 사용하여 사람들이 수년간 해왔 던 실험 진화 연구에서 영감을 얻었습니다."라고 호크 스트라 교수는 말했습니다. "특정 인구로 시작하여 유전자형을 지정하고 환경 문제를 제기하고 세대가 세대에 따라 어떻게 변하는지를 지켜본 다음 그 유전자를 유전자형으로 지정하면 유전자 수준에서 어떤 변화가 일어나는지를 볼 수 있습니다 . "우리는 그 접근법을 복제하는 것에는 관심이 있었지만 척추 동물에서는 그것을하고 자연 환경에서하는 것이 좋습니다."라고 그녀는 계속했습니다. "중요한 것은 포식자에게, 적어도 시각적으로 사냥하는 조류 육식 동물에게 개방 된 서식지에서 진화 시키게합니다." 이를 위해 박사후 연구원 인 로완 배럿 (현재 맥길 대학의 교수)과 동료들은 중요한 자연 서식지 인 모래 언덕을 활용하기 위해 네브라스카의 발렌타인 (Valentine)이라는 작은 마을을 여행했습니다. Hoekstra는 1930 년대 초반 모래 언덕에 살고있는 쥐들 (모래 빛이 많은 토양이있는 인접한 모래 언덕의 넓은 지역)은 어두운 곳의 주변 지역에 사는 사람들보다 색이 가볍다는 것이 관찰되었다고 말했다. 양토 토양. Hoekstra와 Barrett는이 차이점의 근본 원인을 이해하기 위해 2,500m² 크기의 8 개의 인클로저 시리즈를 만들기위한 야심 찬 계획을 세우거나 밝은 색 모래 언덕과 어두운 토양에 4 마리. 그들은 각각의 인클로저에 100 마리의 생쥐를 "씨앗에 담았습니다. 절반은 모래 언덕에서 갇혀 있었고 주변의 어두운 토양에서는 절반이 갇혀있었습니다. 각각의 작은 RFID 태그를 표시하고 꼬리의 끝 부분을 유전자 시퀀싱에 사용했습니다. 3 개월 후, 연구자들은 어느 생쥐가 생존했는지 확인하기 위해 돌아왔다. Hoekstra는 "이 아이디어는 최대의 표현형 변이로 시작하는 것이 었습니다. 왜냐하면 그것이 우리에게 가장 큰 힘을 줄 것이기 때문입니다. "이 연구에서 우리는 우리가 시작한 마우스 중 3 개월 동안 자연 포식 이후 생존 한 마우스를 물었다. "그래서 우리가 한 첫 번째 일은 표현형을 관찰하는 것이 었습니다. 그리고 인클로저에서 마우스의 평균 색이 시간이 지남에 따라 변하는 지 묻습니다."라고 그녀는 계속했습니다. "빛의 울타리에서 평균 마우스가 가볍게되고 어두운 인클로저에서는 어두워 지므로 이미 표현형 변화가 있었다는 것을 알 수있었습니다." 그러나 그 표현형 정보는 이야기의 일부일뿐입니다. Hoekstra와 동료들은 살아남은 개체군에 유전 적 차이가 있는지를 알고 싶어했습니다. "우리는 겉옷의 색깔이 유익하다는 것을 알고 있었고 우리의 이전 연구를 토대로 네브래스카 주민들의 색 변이에 기여한 하나의 색소 유전자에 집중했습니다." "우리는 그 유전자의 200,000 염기 쌍 전체를 염기 서열로 분석했다 ... 우리 는 생존과 잘 연관되어 있는 소수의 돌연변이 를 발견했다 ." 팀은 결과 단백질에서 하나의 아미노산이 결실 된 단백질 코딩 변화에 초점을 맞추기로 결정했다. 이것은 가벼운 털색으로 변하는 것과 관련이있다. "이것은 돌연변이가 생존과 관련이 있다는 것을 우리에게 알려주지 만 돌연변이가 정확히 무엇을했는지 알고 싶다"고 Hoekstra 씨는 말했다. "우리는 하버드 의과 대학의 조나단 듀크 - 코핸 (Jonathan Duke-Cohan)과 협력하여이 돌연변이가이 단백질의 결합 특성에 영향을 주어 밝은 색을 띄게한다는 것을 보여주는 일련의 생화학 적 분석을 수행했습니다." Hoekstra 박사는 유전자 편집 기술을 이용한 추가 검사 결과 자체의 돌연변이가 눈에 띄게 밝은 색 마우스임을 확인했다. Hoekstra는 "이것은 만족스러운 결과였습니다. 마우스를 보면서 차이를 볼 수 있다는 사실입니다. "돌연변이가 색상의 변화를 일으키는 시나리오를 상상할 수 있지만 매우 정밀한 도구로 돌연변이를 측정하는 경우에만 볼 수 있습니다. 그러나 여기에서는 놀라 울 정도로 분명했습니다." 앞으로 Hoekstra 박사는 연구원들이 추구하는 두 가지 주요 경로가있다. 염색 유전자 나 다른 유전자에 다른 유전자의 차이가 있는지 여부를 조사하여 쥐가 모래 언덕 안팎에 존재할 수 있도록 돕고 다른 하나는 변화를 조사한다 여러 세대에 걸쳐 "그렇습니다. 모래 언덕 안팎에서의 토양 색상에는 큰 차이가 있습니다."라고 그녀는 말했습니다. "그러나 그들은 또한 식물과 다른 생태 학적 측면에서 다르다. 그래서 우리는 표현형 수준에서 색깔 외에 색다른 차이가있다.이 경우에는 게놈을보고 다른 영역이 있는지 물어 본다. 피트니스에 영향을 미치는 게놈은 세대를 뛰어 넘어 다음 단계로 나아갈 것입니다. " 궁극적으로 Hoekstra는이 연구가 포유 동물에서 진화가 어떻게 작용하는지에 대한 중요하고 중요한 그림을 제공한다고 말했다. "이 연구에 대해 내가 좋아하는 것은 그것이 유기체 수준에서 시작하여 돌연변이로 완전히 이동하고, 정확히 어떻게 돌연변이가 표현형의 변화를 가져오고 그 변화가 야생에서 생존의 차이로 이어지는지를 이해한다는 것이다. " 그녀가 말했다. 따라서 분자 수준의 변화에 따른 이러한 표현형 변화의 생태적 결과로부터 진화의 완전한 과정에 대한 매우 만족스러운 사례라고 생각한다 "고 말했다. 더 자세히 살펴보기 : 모래 언덕에 사는 쥐는 빠르게 가벼운 착색으로 진화했습니다.

자세한 정보 : "야생 쥐에서 돌연변이를 생존과 연결" Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi ... 1126 / science.aav3824 저널 참조 : 과학 제공 : 하버드 대학교

https://phys.org/news/2019-01-evolution-captures-clearest-pictures-vertebrates.html#nRlv