Maklumat

Langkah-langkah apa yang biasa digunakan untuk kerumitan organisma?


Saya mengetahui langkah-langkah seperti bilangan jenis sel yang berbeza yang digunakan sebagai ukuran kerumitan dalam biologi, misalnya dalam paradoks nilai-G. Tetapi ini tidak membantu organisma uniselular. Adakah mungkin untuk menentukan unit kerumitan untuk membuat perbandingan antara organisma yang berbeza?


Ini adalah soalan yang sangat menarik. Tidak pasti jika ada cara untuk menjawab tanpa menyatakan definisi untuk kerumitan.

Jelas bahawa semuanya dibuat hanya dengan beberapa elemen yang sama, jadi kerumitan mesti melibatkan lebih dari itu. Adakah bilangan dan kedudukan molekul yang sama penting? Sekiranya demikian, ukurannya penting dan kami akan melabelkan ikan jeli besar sebagai lebih kompleks daripada kucing dan udara di dalam balon udara panas yang lebih besar daripada organisma hidup tunggal (dengan anggapan ia lebih besar).

Saya fikir jelas bahawa ini tidak apa yang dimaksudkan dengan kerumitan biologi. Molekul yang bertindak sama tidak boleh dikira berkali-kali; bilangan molekul yang berbeza lebih penting daripada bilangan molekul sahaja. Tetapi adakah sel-sel imun benar-benar lebih kompleks hanya kerana perbezaan yang agak kecil yang memungkinkannya menghasilkan pelbagai variasi genetik?

Bagaimana dengan warna kot kucing calico yang berubah-ubah. Adakah corak yang kompleks dan tidak dapat diulang (walaupun dengan pengklonan) bermaksud kompleks, atau adakah kenyataan bahawa proses genetik yang sederhana mendasari ia bermaksud sederhana.

Perbezaan kerumitan representasi yang berbeza dari perkara yang sama adalah masalah klasik dalam teori maklumat (lihat kerumitan Kolmogorov). Nisbah lilitan bulatan dengan diameternya memerlukan bilangan digit perpuluhan yang tidak terhingga untuk dijelaskan, tetapi hanya satu konsep geometri dan dapat diwakili dengan satu atau dua watak, seperti pi atau π. Ini berlaku untuk masalah penggunaan fenotip untuk mengukur kerumitan - bahasa dan definisi yang kita gunakan untuk menggambarkan atau membezakan fenotip menentukan apa yang kompleks dan apa yang sederhana.

Melangkaui kes snapshot statik yang sederhana, kerumitan biologi melibatkan evolusi yang bergantung pada masa. "Permainan hidup" menunjukkan bagaimana peraturan sederhana + keadaan awal menghasilkan tingkah laku kompleks yang jelas, dan keindahan fraktal muncul dengan cara yang sama. Banyak organisma yang kelihatan kompleks tumbuh dari biji kecil ditambah dengan pendedahan yang berkembang dari masa ke perkara sederhana seperti air dan cahaya dan CO2. Adakah pokok hanya kompleks seperti benih dari mana mereka tumbuh?

Akhirnya, bagaimana dengan kerumitan pesanan yang lebih tinggi? Satu otak manusia sangat serupa dengan susunan umum dengan yang lain, tetapi konsep dan ingatan yang disimpan nampaknya kompleks dan sangat berbeza. Membandingkan kerumitan maklumat yang tersimpan antara dua orang adalah keseluruhan masalah kerumitan berulang kali.

Bagi saya, kerumitan hanya dapat diukur dengan bersih dalam konteks tertentu, dan kemudian hanya relatif. Seseorang boleh mengukur kerumitan genom relatif dua organisma sebagai jarak pengeditan antara urutan abjad yang mewakili genomnya. The kerumitan peraturan relatif boleh diukur seperti yang disebutkan di atas oleh @ user1682. Masing-masing mengatakan sesuatu mengenai kerumitan organisma. Tetapi bagaimana jika organisma A mempunyai kerumitan genomik yang lebih tinggi dan organisma B mempunyai kerumitan pengawalseliaan yang lebih tinggi? Ada kemungkinan untuk memperoleh sesuatu seperti komponen asas "set dasar" dari beberapa jenis pengukuran ini menggunakan set latihan dan senarai organisma dengan nilai kerumitan yang telah ditentukan. Menerapkan metrik pemarkahan "standard" ini ke organisma lain akan memungkinkan peringkatnya pada skala "standard", tetapi akan sukar untuk menghasilkan dan memperoleh konsensus mengenai skala organisma peringkat "pakar" awal. Piawaian semacam itu mungkin mempunyai nilai, tetapi secara teori tidak memuaskan kerana menggambarkan kerumitan organisma dengan cara yang sama seperti rata-rata sampel kecil menggambarkan taburan populasi yang besar.


Saya tidak tahu apakah ini berguna untuk masalah anda, tetapi saya mengukur kerumitan dalam rangkaian peraturan gen dengan menguraikannya ke dalam rangkaian boolean. Kemudian anda boleh memulakan semua node dengan nilai boolean rawak dan mengemas kini rangkaian sehingga mencapai daya tarikan. Untuk tangan yang penuh dengan keadaan awal, anda boleh menghitung rata-rata entropi dan maklumat bersama. Selain itu topologi (bebas skala, dunia kecil [Barabasi]) dan jumlah panjang dan panjang kitaran serta ketahanan (mencapai daya tarikan yang sama dengan membalikkan simpul yang dipilih secara rawak dalam lintasan) dapat memberi anda maklumat mengenai kerumitan. Untuk mengira semua penarik dengan semua kemungkinan keadaan awal rangkaian boolean dapat dilakukan dengan pemecah sat [Dubrova].

salam


Pendekatan biologi sistem untuk mengkaji Tai Chi, kerumitan fisiologi dan penuaan yang sihat: Reka bentuk dan alasan percubaan terkawal secara pragmatik

Penuaan biasanya dikaitkan dengan kemerosotan pelbagai sistem yang progresif yang menyebabkan penurunan fungsi fizikal dan kognitif dan penurunan kemampuan menyesuaikan diri dengan tekanan. Oleh kerana keupayaannya untuk mencirikan dinamika kompleks di dalam dan antara sistem fisiologi, bidang biologi sistem kompleks yang baru muncul dan pelbagai alat kuantitatif menunjukkan janji besar untuk meningkatkan pemahaman kita mengenai penuaan, memantau penuaan, dan menyediakan biomarker untuk menilai intervensi baru, termasuk menjanjikan latihan minda-badan, yang merawat penyakit yang berkaitan dengan usia dan mendorong penuaan yang sihat.

Bahan dan kaedah

Percubaan klinikal rawak dua lengan yang sedang berlangsung adalah menilai potensi latihan minda-badan Tai Chi untuk mengurangkan kehilangan kerumitan yang berkaitan dengan usia. Sebanyak 60 orang dewasa tua yang sihat Tai Chi-nave (berumur 50–79) secara rawak untuk menjalani latihan Tai Chi selama enam bulan (n = 30), atau ke kawalan senarai tunggu yang menerima rawatan perubatan biasa yang tidak berubah (n = 30). Hasil utama kami adalah pengukuran kadar jantung berdasarkan kerumitan, perubahan postur berdiri dan dinamik selang langkah yang dinilai pada 3 dan 6 bulan. Analisis entropi pelbagai skala dan analisis turun naik digunakan sebagai ukuran kerumitan berdasarkan entropi dan fraktal. Hasil sekunder merangkumi ukuran fungsi fizikal dan psikologi dan ujian kemampuan menyesuaikan fisiologi juga dinilai pada 3 dan 6 bulan.

Perbincangan

Hasil kajian ini dapat menghasilkan biomarker baru yang membantu kita memantau dan memahami proses fisiologi penuaan dan meneroka potensi faedah Tai Chi dan latihan minda-badan yang berkaitan untuk penuaan yang sihat.


  • Memahami kehidupan mikrobiologi bermaksud menghitungnya. Oleh kerana mikroba sangat kecil, ini adalah satu cabaran.
  • Ukuran mikroba biasanya diukur dalam mikrometer, atau sepersejuta meter.
  • Terdapat banyak aspek mikroba yang dapat diukur selain ukuran, termasuk metrik seperti ukuran genom dan kadar pertumbuhan.
  • sitometri aliran: Teknik yang digunakan untuk menyusun dan mengelaskan sel dengan menggunakan penanda pendarfluor di permukaannya.
  • genom: Maklumat genetik lengkap (sama ada DNA atau, dalam beberapa virus, RNA) organisma, biasanya dinyatakan dalam jumlah basepairs.

Mikroba secara luas ditakrifkan sebagai organisma yang bersifat mikroskopik. Akibatnya, mengukurnya sangat sukar. Unit yang digunakan untuk menerangkan objek pada skala panjang mikroskopik biasanya Mikrometer (oi) & ndash sepersepuluh 1 meter dan unit yang lebih kecil. Sebilangan besar mikrob berukuran sekitar 1 mikrometer. Virus biasanya berukuran 1/10. Sel haiwan biasanya berukuran sekitar 10 mikrometer. Walau bagaimanapun, panjang bukan satu-satunya ukuran yang berkaitan dengan mikrob. Mikroba mempunyai genom dan ini biasanya lebih kecil daripada genom organisma makroskopik seperti manusia. DNA diukur dalam pasangan asas DNA. Sebagai contoh, genom manusia adalah kira-kira 3.4 bilion pasangan asas sementara bakteria usus biasa Escherichia coli ialah 4.6 juta pasangan asas. Selain itu, mikroba biasanya tidak ditimbang secara individu, tetapi boleh menjadi agregat untuk pelbagai eksperimen. Anggaran berat mikroba individu boleh dibuat dengan menganggarkan bilangan mikroba. Ini sangat penting untuk kajian biojisim di mana unit pengukuran berada dalam unit seperti picog, 10 -12 kilogram (Kg), nanogram 10 -9 Kg, dan mikrogram, 10 -6 Kg (kilogram adalah sedikit lebih dari 2 paun).

Gambar: Keluk Pertumbuhan Bakteria: Carta ini menunjukkan pertumbuhan bakteria logaritma. Perhatikan skala paksi-Y adalah logaritmik yang bermaksud bahawa bilangan itu mewakili dua kali ganda. Fasa pertumbuhan dilabel di atas.

Pertumbuhan mikroba adalah ukuran penting dalam memahami mikrob. Pertumbuhan mikroba adalah pembahagian satu mikroba menjadi dua sel anak dalam proses yang disebut pembelahan binari. Akibatnya, & penggandaan ldquolocal & rdquo populasi mikroba berlaku. Kedua-dua sel anak dari bahagian tidak semestinya bertahan. Namun, jika jumlah yang bertahan melebihi persatuan rata-rata, populasi mikroba mengalami pertumbuhan yang pesat. Pengukuran kurva pertumbuhan mikrob eksponensial dalam budaya kumpulan secara tradisional merupakan sebahagian daripada latihan semua ahli mikrobiologi. Kaedah asas memerlukan penghitungan bakteria (pengiraan sel) secara langsung dan individu (mikroskopik, sitometri aliran), langsung dan pukal (biomas), tidak langsung dan kaedah individu (pengiraan koloni), atau tidak langsung dan pukal (kemungkinan besar bilangan, kekeruhan, pengambilan nutrien). Oleh kerana terdapat had ruang, makanan, dan faktor lain, pertumbuhan sebenar tidak pernah sama dengan pertumbuhan sebenar yang diukur.


Langkah-langkah apa yang biasa digunakan untuk kerumitan organisma? - Biologi

Kerumitan dan kepelbagaian sistem selular

Biokimia adalah perlu untuk memahami organisma hidup: iaitu untuk menghargai kepelbagaian mereka, mengkaji persamaannya, dan memahami evolusi mereka. Berikut ini akan memberikan gambaran keseluruhan mengenai kerumitan dan kepelbagaian sistem selular dan akan menggariskan pentingnya memahami mekanisme biokimia untuk memahami mekanisme kehidupan pada peringkat sel.

Fizik dan kimia diperlukan untuk memahami biokimia yang merupakan sains pelbagai disiplin. Ia saling berkaitan dengan biofizik, Biologi molekul, biologi sel dan biologi struktur. Domain pusat biokimia adalah enzimologi yang merangkumi jalur metabolik, pemangkinan, dan hubungan struktur-fungsi enzim - protein yang menjadi pemangkin reaksi metabolik.

Bidang penyelidikan Aktiviti
___________________ ______________________________________________
Ahli biokimia mengenal pasti, mengasingkan, dan memurnikan enzim dan mencirikan fungsinya
Ahli biologi molekul mencirikan gen yang mengkod protein ini dan memetakan lokasi kromosom gen (organisasi kromosom)
Ahli biologi sel mengkaji penyetempatan protein sel dan interaksi mereka dengan komponen sel lain
Ahli biofisik dan ahli biologi struktur mengukur ciri fizikal dan struktur protein

Seorang saintis yang mempelajari protein mesti mempunyai kerangka yang merangkumi hipotesis kerja, teknik, dan teori. Sekiranya seseorang mengasingkan protein, seseorang harus ingat di mana dan kapan ia telah diasingkan dan apa yang sudah diketahui mengenai persekitaran selular, kimia komponen molekul dan fungsi atau struktur genetik organisme dari mana ia telah diasingkan. . Ringkasnya, protein, apa sahaja fungsi atau struktur yang dikaji, hanya dapat difahami dalam kerangka hierarki sistem yang sesuai dengannya. Memahami struktur hierarki fungsi dan struktur sistem biologi adalah kunci untuk memahami fisiologi, perkembangan, dan evolusi mereka (Voet & ampVoet, Gamb. 1-14).

Rajah. Organisasi hierarki bio-sains

Bahagian I kuliah menerangkan kimia fizikal persekitaran selular: larutan berair, kelarutan, interaksi elektrostatik, jenis asas monomer: asid amino, asid nukleik, gula dan lipid. Bahagian pertama ini memberikan gambaran umum mengenai asas struktur asas protein, asid nukleik, dan polisakarida. Bahagian II & amp III berikan contoh bagaimana struktur digunakan untuk menerangkan mekanisme fungsi protein: reaksi enzimatik, pemangkinan, kerjasama, interaksi protein-DNA, fungsi gula dan logam di antara muka protein. Sebilangan besar masa diperuntukkan untuk penerangan kelenturan konformasi protein, lipatannya secara in vitro dan semasa biosintesis, dan mekanisme pemasangan sendiri monomer yang membentuk struktur supra-molekul yang distabilkan melalui ikatan bukan kovalen ('kimia di luar molekul'). Akhirnya, kita akan membincangkan contoh fungsi sel. Ini akan menjadi jelas bahawa penjelasan struktur makromolekul dan pemahaman fungsinya berdasarkan struktur cukup untuk memahami proses-proses ini. Anda akan mendapat idea betapa kuatnya pendekatan reduksionis. Ia hanya membolehkan reka bentuk fungsi baru atau fungsi 'diperbaiki'. Aplikasi teknologi yang dilihat dalam terapi gen, bioteknologi, dan farmakologi menunjukkan seberapa baik kita memahami mekanisme selular ini pada tahap biokimia.


Biokimia hanya berkaitan dengan sedikit aspek kehidupan. Walau bagaimanapun, ia berkaitan dengan tahap makromolekul organik, blok bangunan sel, yang merupakan blok bangunan tisu, organ, dan organisma, yang merupakan blok bangunan populasi, masyarakat dan akhirnya ekosistem dunia kita. Makromolekul itu sendiri terbentuk dari polimer, yang timbul dari monomer, yang terbuat dari atom.

Sintesis dan degradasi monomer adalah topik biokimia metabolik, dan tidak akan dibahas dalam kursus ini. Walau bagaimanapun, struktur beberapa enzim yang terlibat dalam laluan metabolik akan dikaji. Oleh itu, perlu mengetahui asas monomer, kimia dan fiziknya dalam penyelesaian.

Jadual Makromolekul biologi utama dan komponennya

Polimer Monomer
______________________________
protein 20 asid amino
DNA 4 nukleotida
polisakarida > 8 gula
membran > 4 Lipid

Jadual merangkum kandungan Bahagian I kursus ini: bagaimana makromolekul atau polimer terbentuk dan bongkah bangunan (monomer) dari mana ia dibuat. Bagaimana, melalui kombinasi bebas, tahap kerumitan yang luar biasa dapat dicapai baik dari segi struktur dan fungsi polimer. Walaupun polimer terdiri daripada banyak subunit yang saling berkaitan antara satu sama lain, terdapat entiti molekul yang menunjukkan kompleks yang lebih besar melalui interaksi bukan kovalen. Struktur supra-molekul ini adalah pemasangan diri sistem yang menjadi asas bagi semua benda hidup.

Biosintesis polimer sangat penting dalam kehidupan. Ini bertanggungjawab untuk transformasi dan ketepatan struktur molekul dan fungsi yang disimpan dalam gen dan diturunkan dari generasi ke generasi organisma tertentu. Pewarisan struktur dan ketepatan proses sintesis polimer dalam sel sangat penting untuk penyebaran hidup dan proses ini adalah asas evolusi Darwin. Menjadi pusat semua bentuk kehidupan, komponen molekul transkripsi (sintesis DNA ke RNA) dan terjemahan (biosintesis protein menggunakan templat mRNA) adalah antara protein yang paling terpelihara di antara semua organisma.

Ini adalah tema utama Struktur Struktural Biokimia - untuk memahami melalui pengetahuan fakta dan kaedah bagaimana struktur makromolekul berkaitan dengan fungsinya, dan bagaimana fungsi makromolekul individu berkaitan dengan kerja organisma melalui banyak interaksi.

Kita boleh mengemukakan banyak persoalan mengenai apa itu organisma, apa yang membezakannya dengan organisma lain, apa yang menjadikannya hidup. Mari kita pertimbangkan komposisi organisma uni-selular, bakteria Escherichia coli.

Komponen % (berat)
_______________________________________
H20 70
Protein 15
Asid nukleik: DNA 1
Asid nukleik: RNA 6
Polisakarida dan prekursor 3
Lipid dan prekursor 2
Molekul organik kecil yang lain 1
Ion tak organik 1

Senarai ini adalah kompilasi berapa banyak bahan kimia jenis itu. Senarai serupa boleh dihasilkan untuk tumbuh-tumbuhan dan manusia, kulat dan serangga. Senarainya agak setanding dan perbezaan nisbah, jika ada, tidak dapat memberitahu kita banyak tentang perbezaan organisma yang dibandingkan, tetapi terdapat perbezaan yang jelas terhadap komposisi bahan bukan organik.

kerak bumi % Manusia % Labu %
_________________________________________________________________
Oksigen 46.6 Oksigen 65 Oksigen 85
Silikon 27.7 Karbon 18 Hidrogen 10.7
Aluminium 8.1 Hidrogen 10 Karbon 3.3
Besi 5.0 Nitrogen 3 Potasium 0.34
Kalsium 3.6 Kalsium 2 Nitrogen 0.16
Natrium 2.8 Fosforus 1.1 Fosforus 0.05
Potasium 2.6 Potasium 0.35 Kalsium 0.02
Magnesium 2.1 Sulfur 0.25 Magnesium 0.01
Yang lain 1.5 Natrium 0.15 Besi 0.008
- - Klorin 0.15 Natrium 0.001
- - Magnesium 0.05 Zink 0.0002
- - Besi 0.004 Tembaga 0.0001
- - Iodin 0.0004 Yang lain 0.00005
(Starr & ampTaggert, "Biologi", 6 / e, 1992)

Jelas, dan mungkin terdengar remeh, organisasi benda hidup dalam ruang dan masa (pengembangan organisma) adalah data biologi penting untuk dikaji. Dengan mempertimbangkan semua kebolehubahan dalam bentuk dan fungsi yang terdapat di alam, seseorang mungkin sebagai pereka bertanya, berapa sedikit yang diperlukan untuk membangun organisme yang layak. Dengan kata lain: Apakah maklumat genetik minimum yang diperlukan untuk menentukan komponen penting agar sel hidup? Mikroorganisma pertama yang genom lengkap telah dijelaskan, bakteria Haemophilus influenzae Rd., Mengandungi 1,743 gen [Fleischmann et al., 1995]. Haemophilus influenzae adalah bakteria Gram-negatif kecil dan tidak bergerak. Ia menyebabkan jangkitan telinga dan meningitis. Maklumat berikut dapat memberikan buku panduan kepada penyelidik untuk sebilangan minimum komponen selular yang diperlukan dan mencukupi untuk menampung kehidupan:

- 1,830,137 pasangan asas

- 1743 gen, atau bingkai bacaan terbuka, yang mana

- 736 bingkai bacaan terbuka belum diberikan kepada fungsi yang diketahui

- Kandungan G + C 38%, serupa dengan kandungan manusia


Selama bertahun-tahun terakhir urutan genom lengkap dari dua puluh satu mikroorganisma telah selesai dan 63 lagi sedang berjalan (April 1998, lihat halaman utama MAGPIE http://www-fp.mcs.anl.gov/

gaasterland / magpie.html untuk mencari senarai genom yang sedang berjalan sebagai laman web alternatif untuk maklumat mengenai organim eukariotik sahaja adalah jadual pemantauan genom di http://www.ebi.ac.uk/

sterk / genom-MOT / index.html). Enam organisma pertama merangkumi eubacteria Mycoplasma genitalium, archae Methanococcus jannaschii, ragi Saccharomyces cerevisiae, eubakteria Gram-negatif Escherichia coli K-12 dan Helicobacter pylori mewakili genom dari ketiga-tiga domain kehidupan: eubacteria, archaea, dan eukarya. Genom haiwan pertama, dari cacing C. elegans, dijangka siap tahun ini.

Bakteria M.genitalium adalah patogen parasit dan fakultatif saluran kemaluan dan pernafasan manusia dan bahkan lebih kecil daripada H. influenzae, kerana sangat bergantung pada metabolisme sel inang. Genom bulat mengandungi 580,010 pasangan asas. Dengan 12% kawasan bukan pengekodan merangkumi 470 kawasan pengekodan protein yang diramalkan [Fraser et. al., 1995].

Genom lengkap pertama sel eukariotik, ragi S.cerevisiae, mengandungi 16 kromosom dengan jumlah 12.06 juta pasangan asas [Williams, N., 1996].

Arkeon M.jannaschiigenom lengkap mengandungi kromosom bulat dengan 1,66 juta pasangan asas ditambah dua elemen kromosom ekstra 58kb dan 16kb, dengan sejumlah 1738 gen pengekodan protein yang diramalkan, yang hanya 38% dapat dikenal pasti sebagai enzim putatif dengan fungsi sel yang diketahui (lihat bahagian 3.9). M.jannaschii tinggal di dasar laut sekitar 2.6km di bawah permukaan di Pasifik timur dan mampu tumbuh pada tekanan 200atm, dan julat suhu 48-94 & deg C, dengan optimum pada suhu 85 & deg C. Sebagai anaerobe yang ketat, ia adalah organisma auxotrophic yang dapat mensintesis semua komponen sel dari prekursor anorganik (menghasilkan metana sebagai produk sampingan, maka namanya) [Buld, CJ, 1996].

Eubacteria Escherichia coli adalah organisma utama untuk penyelidikan biologi. Penyelesaian penjujukan genom 4.64Mbnya telah dicapai oleh dua kumpulan secara bebas (lihat C. O Brien, Nature (1997) 385: 472 untuk komen). Genom lengkap boleh didapati di University of Wisconsin (http://www.genetics.wisc.edu/) dan semua organisma yang disenaraikan di sini boleh didapati di pangkalan data genom Pusat Nasional Maklumat Bioteknologi (NCBI).

Patogen gastrik Helicobacter pylori mempunyai genom bulat 1,667,867 pasangan asas dan 1,590 urutan pengekodan yang diramalkan [Tomb et al., 1997]. H.pylori mungkin jangkitan bakteria kronik yang paling biasa pada manusia: gastritis atropik dan ulserasi peptik. Ia menjajah persekitaran dengan pH rendah (

2) dan bertahan mungkin kerana kemampuannya untuk membentuk potensi membran dalam yang positif (semua sel yang diketahui mempunyai negatif di dalam) dan mengandungi peratusan tinggi asid amino asas arginin dan lisin.

Selain itu, dan tahun-tahun sebelumnya (untuk memberi kredit yang sewajarnya), beberapa viral genom telah disusun mengikut urutan: bacteriophage f X174 (5,386bp), pada tahun 1977, bacteriophage l (48,502bp), sitomegalovirus CMV (229kb), dan Vaccinia (192kb). Perhatikan bahawa, walaupun virus merupakan entiti yang meniru dan kadang kala dapat bertahan untuk jangka masa yang panjang di luar sel inang, kitaran hidupnya sangat bergantung pada organisma tuan rumah yang menyediakan virus dengan komponen selular yang diperlukan untuk replikasi genomnya dan sintesis struktur lapisan: protein dan membran sel (lihat bahagian 3.8).

'Sebilangan besar penyelidikan biologi yang diamalkan sekarang didasarkan pada kimia yang berlaku dalam penyelesaian' (Penman). Dan banyak biokimia akan menangani kimia ini sebagai penyelesaian. Pelarut sangat penting dan struktur dan fungsi protein dan asid nukleik dalam larutan dapat difahami dengan baik. Ini adalah domain biokimia. Biokimia secara tradisional menangani keseimbangan kimia, tetapi sedikit atau tidak ada apa-apa dalam sel hidup yang berlaku pada keseimbangan kimia. Penyelesaian, sebagai tambahan, menyediakan campuran komponen sel yang homogen, tetapi komponen sel sangat tersusun di dalam sel.


Langkah-langkah apa yang biasa digunakan untuk kerumitan organisma? - Biologi

Kekayaan kerumitan sosial haiwan sememangnya mencabar untuk diukur.

Kami secara ringkas merangkum lima pendekatan untuk mengukur kerumitan sosial.

Kami mencadangkan penggunaan tiga konsep asas dari teori sistem kompleks.

Khususnya, skala organisasi, pemampatan dan kemunculan.

Kami membincangkan faedah konsep ini untuk konsep kerumitan sosial.

Menjelaskan bagaimana dan mengapa beberapa spesies berevolusi mempunyai struktur sosial yang lebih kompleks daripada yang lain telah menjadi tujuan jangka panjang bagi banyak penyelidik dalam tingkah laku haiwan kerana ia akan memberikan pandangan penting mengenai hubungan antara evolusi dan ekologi, sosial dan kognisi. Walau bagaimanapun, walaupun minat lama, evolusi kerumitan sosial masih kurang difahami. Ini mungkin disebabkan sebahagiannya oleh penyelidik yang memfokuskan pada kemungkinan mengukur aspek sosialitas, dan bukannya ciri apa yang menjadi ciri kompleks sosial haiwan sejak awal. Apa-apa pendekatan yang diberikan untuk mengkaji kerumitan dapat memberitahu kita beberapa perkara mengenai sosialiti haiwan, tetapi mungkin merindukan yang lain, jadi sangat penting untuk memutuskan terlebih dahulu bagaimana konsep kerumitan sebelum melompat untuk mengukurnya. Di sini, kami secara ringkas merangkum lima pendekatan yang ada untuk mengukur kerumitan sosial. Kemudian, kami mengetengahkan tiga konsep asas yang biasanya digunakan dalam bidang sistem kompleks: (1) skala organisasi, (2) pemampatan dan (3) kemunculan. Semua konsep ini berlaku untuk kajian sistem sosial haiwan, tetapi tidak sering ditangani secara eksplisit dalam langkah-langkah kerumitan sosial yang ada. Kami membincangkan bagaimana konsep-konsep ini dapat memberikan asas yang kuat untuk mengkonseptualisasikan kerumitan sosial, kemungkinan manfaat menggabungkannya dan bagaimana langkah-langkah yang ada merangkumi (atau tidak) memasukkannya. Pada akhirnya, penyelidik perlu menilai secara kritikal apa-apa ukuran kerumitan sosial haiwan untuk menyeimbangkan perkaitan biologi dari aspek sosialiti yang mereka ukur dengan kemungkinan memperoleh data yang mencukupi.


Pilihan akses

Dapatkan akses jurnal penuh selama 1 tahun

Semua harga adalah harga BERSIH.
PPN akan ditambahkan kemudian semasa pembayaran.
Pengiraan cukai akan diselesaikan semasa pembayaran.

Dapatkan akses artikel terhad atau masa penuh di ReadCube.

Semua harga adalah harga BERSIH.


Fungsi Tindak Balas Exergonik

Reaksi eksergonik digunakan oleh makhluk hidup untuk mengeluarkan tenaga dari "simpanan" dalam satu molekul, seperti gula atau lemak, dan ke dalam bentuk aktif seperti ATP. Ini dilakukan dengan memecahkan ikatan kimia dalam gula atau lemak, dan mengalirkan tenaganya dalam bentuk elektron atau mata wang lain ke molekul baru.

Proses pernafasan sel yang sangat berkesan menggunakan rantai pengangkutan elektron dan peralatan kimia lain yang sangat khusus untuk membuat 38 molekul ATP yang mengejutkan dari satu molekul glukosa (walaupun enam molekul ATP digunakan dalam proses tersebut, untuk keuntungan bersih 32).

Organisma yang kurang cekap mungkin hanya dapat memanfaatkan tenaga yang cukup dari pemutusan ikatan glukosa & # 8217 untuk menghasilkan beberapa molekul ATP - tetapi ini masih mencukupi untuk mengekalkan kehidupan!


Analisis pasangan gen

Kegiatan fungsional gen, seperti yang diukur oleh nilai ekspresi gen, mencerminkan interaksi gen dan produknya dalam rangkaian gen yang mendasari. Objektif analisis pasangan gen adalah untuk mengenal pasti sama ada gen yang saling bekerjasama atau berbeza yang dinyatakan bersama, dan bukannya gen individu. Sebab untuk mencari pasangan gen adalah bahawa perubahan gen yang bersamaan disebabkan oleh keanggotaan mereka yang sama dalam jalur biologi.

Idea prinsip untuk mengesan perubahan korelasi pada pasangan gen digambarkan dalam Rajah 3D. Data diambil dari taburan normal multivariate dengan vektor min tetap untuk kedua-dua keadaan, μ 1 = μ 2 = (0,1), tetapi korelasi yang berbeza dari ρ1 = 0.8 dan ρ1 = −0.2. Intinya adalah walaupun tidak ada perbedaan dalam ekspresi rata-rata pasangan gen, namun ada perbedaan dalam korelasi mereka.

Dalam [56] kaedah (CorScor) telah dicadangkan untuk mengenal pasti pasangan gen tersebut. Dalam Rajah 4 kami menunjukkan tiga kes penyebaran bersama nilai ekspresi dua gen, untuk dua keadaan. Dalam Rajah ini kami menunjukkan data simulasi untuk tiga kemungkinan perubahan dalam ekspresi bersama sepasang gen dalam dua keadaan. Sampel dalam Rajah 4A dan B diambil dari taburan normal multivariate dengan μ1 = <5,5> dan μ2 = <5,7>. Untuk Rajah A, hubungan antara pasangan gen adalah ρ1 = ρ2 = 0.9 dan untuk Rajah B adalah ρ1 = ρ2 = −0.9. Untuk Rajah 4C sampel dihasilkan dari taburan normal multivariate dengan μ1 = <5,5> dan μ2 = <5,5> dan korelasi purata antara pasangan gen adalah ρ1 = 0.9 dan ρ2 = −0.3.

Pembahagian bersama ungkapan dua gen. Dalam A dan B nilai ekspresi dari dua gen menunjukkan pergeseran dalam dua keadaan (merah dan hijau). Dalam C nilai ekspresi pasangan gen adalah anti-korelasi antara dua keadaan. Dalam A-C garis sesuai dengan regresi linier yang sesuai dengan nilai ekspresi berwarna dan titik warna yang mengelilingi angka memberikan unjuran satu dimensi bagi pengagihan dua dimensi.

Dalam dua kes pertama (Gambar 4A dan B) korelasi pasangan gen menunjukkan peralihan spesifik keadaan, di [56] dilambangkan sebagai jurang dan penggantian. Dalam kes ketiga (Gambar 4C), pasangan gen menunjukkan korelasi terbalik antara dua keadaan, yang dinyatakan sebagai kes hidup / mati. Untuk mengenal pasti pasangan gen dalam dua jenis keadaan ini, dua fungsi pemarkahan telah dicadangkan dalam [56] yang diberikan oleh:

Di sini masing-masing dari tiga pekali korelasi dianggarkan untuk pasangan gen antara gen i dan j, iaitu, ρ A = ρ A(i jdll. Nilai ρ sepadan dengan pekali korelasi global pasangan gen atas dua keadaan (A B) dan ρ A, ρ B adalah pekali korelasi pasangan gen untuk keadaan A dan keadaan B. Dalam Eqn. 8, α adalah parameter penalaan yang mengatur keseimbangan antara pemisahan dan penjajaran selari. Pada [56] dikatakan menggunakan nilai α = 1.5. Hipotesis nol dan alternatif yang diuji adalah:

Dalam [57] 'F-statistik bersyarat yang diharapkan' (ECF-statistik) telah diperkenalkan untuk mengukur ekspresi bersama perbezaan pasangan gen (X Y). Kaedah ini didasarkan pada F-statistik yang diubah, di mana varians dan parameter min statistik diperkirakan dari campuran dua taburan normal.

Pakej R R / EBcoexpress menyediakan pelaksanaan Bayes yang empirikal untuk mengenal pasti perbezaan ekspresi pasangan gen [58].

Kaedah lain dipanggil persatuan cecair (LA) telah diusulkan dalam [59] untuk mengenal pasti pasangan gen yang dinyatakan bersama. Berbeza dengan ukuran korelasi berpasangan, kaedah LA mempertimbangkan kehadiran gen mediator, Z, untuk memerhatikan ekspresi bersama antara dua gen pada keadaan sel tertentu. Biarkan X, Y dan Z menjadi profil ekspresi gen. Kami mengatakan bahawa X dan Y bentuk a pasangan persatuan cecair (LAP), jika keadaan selular X dan Y berkorelasi dengan Z. Skor LA sebanyak X dan Y berkenaan dengan Z dianggarkan dari profil ungkapan berubah peringkat dari X, Y, Z diberikan oleh

Di sini m sepadan dengan bilangan sampel. Kaedah LA menggunakan ujian permutasi untuk mengenal pasti nilai pasangan gen LA yang signifikan. Oleh kerana kaedah pengiraan yang tinggi memerlukan kaedah pengiraan N 3 (N adalah jumlah gen) penilaian Eqn 11 ditambah permutasi tambahan data, yang hanya untuk N = 10 3 gen tidak dapat diselesaikan kerana memerlukan lebih daripada 10 9 penilaian. Atas sebab ini kaedah hanya digunakan untuk (A) mencari gen Z untuk sepasang gen tertentu atau (B) cari LAP, X dan Y, untuk gen yang diberikan Z.


Memikirkan semula sistem pragmatik biologi dan sistem-biologi teoritis membahagi: Menuju epistemologi yang diilhamkan oleh kerumitan sistem bioperubatan

Makalah ini meneliti beberapa permasalahan metodologi dan epistemologi yang mendasari jurang “buatan” yang berterusan antara biologi sistem pragmatik dan biologi teori-sistem. Pandangan sistem pragmatik terhadap biologi telah menghadapi masalah dan kekangan pada kekuatan penjelasannya kerana ahli biologi sistem pragmatik masih cenderung melihat sistem sebagai sekumpulan bahagian sahaja, bukan sebagai "realiti muncul" yang dihasilkan oleh interaksi adaptif antara komponen-komponen yang membentuk. Oleh itu, mereka tidak dapat mencirikan fenomena biologi tahap tinggi dengan secukupnya. Percubaan ahli biologi sistem-teori untuk menjelaskan "realiti muncul" ini menggunakan matematik juga gagal menghasilkan hasil yang memuaskan.

Memandangkan peningkatan kepentingan strategi biologi sistem, baik dari perspektif teori dan penyelidikan, kami mencadangkan bahawa wawasan epistemologi dan metodologi tambahan mengenai kemungkinan integrasi lebih lanjut antara kajian eksperimen tradisional dan pemodelan kompleks diperlukan. Integrasi ini akan membantu meningkatkan biologi sistem pragmatik dan biologi teori sistem yang belum berkembang.

"Epistemologi kerumitan," saya berpendapat, bertindak sebagai perekat yang menghubungkan dan menyatukan sudut pandang, perspektif, aliran, dan praktik yang berbeza dan kadang-kadang bertentangan, sehingga dapat mengekalkan koheren intelektual dan penyelidikan sistem penyelidikan kehidupan. Ini membolehkan para saintis mengalihkan fokus dari penyelidikan eksperimental tradisional kepada amalan holistik berasaskan pemodelan yang bersepadu yang mampu memberikan pengetahuan yang menyeluruh mengenai prinsip-prinsip penyusunan sistem hidup. It also opens the possibility of the development of new practical and theoretical foundations of systems biology to build a better understanding of complex organismic functions.


Affiliations

Division of Interdisciplinary Medicine and Biotechnology, Department of Medicine, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

Yan Ma, Chung-Kang Peng & Brian Gow

National Taiwan Normal University, Department of Mechatronic Engineering, Taipei, Taiwan

Division of General Medicine and Primary Care, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

Department of Pulmonary, Critical Care, and Sleep Medicine, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

Division of Gerontology, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

Lewis A. Lipsitz & Brad Manor

Hinda and Arthur Marcus Institute for Aging Research, Hebrew SeniorLife, Roslindale, MA, United States

Lewis A. Lipsitz & Brad Manor

Department of Neurology, Beth Israel Deaconess Medical Center, Harvard Medical School, Boston, MA, United States

Center for the Study of Movement, Cognition, and Mobility, Neurological Institute, Tel Aviv Sourasky Medical Center, Tel Aviv, Israel

Department of Physical Therapy, Sackler Faculty of Medicine and Sagol School of Neuroscience, Tel Aviv University, Tel Aviv, Israel

Rush Alzheimer’s Disease Center and Department of Orthopaedic Surgery, Rush University Medical Center, Chicago, Illinois, United States

Osher Center for Integrative Medicine, Brigham and Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, MA, United States


Autopoiesis

The term autopoiesis (from Greek αὐτo- (auto-) 'self', and ποίησις (poiesis) 'creation, production') refers to a system capable of reproducing and maintaining itself by creating its own parts and eventually further components. The original definition can be found in the 1972 publication Autopoiesis and Cognition: The Realization of the Living by Chilean biologists Humberto Maturana and Francisco Varela to define the self-maintaining chemistry of living cells. [1] Since then the concept has been also applied to the fields of cognition, systems theory, architecture and sociology.