Kompleks spesifisert informasjon i lavsvampen
Av David Coppedge; 3. august 2022 oversatt herfra.

Svamper er 'uteliggere' i biologiens Big Bang, den kambriske eksplosjonen. Embryoene deres vises i prekambriske lag, noe som fører til at noen anser dem som primitive. Det er en illusjon. Nye studier av hvordan de konstruerer skjelettene sine med silika-"tagger" har avslørt designprinsipper som er bemerkelsesverdige nok til å inspirere til biomimikk.
Overskriften først - her er hvordan en nyhet fra Current Biology konkluderer:
Svamp"Dette arbeidet kaster ikke bare nytt lys over skjelettdannelse av dyr, men kan også inspirere til tverrfaglige studier innen felt som teoretisk biologi, bioingeniørvitenskap, robotikk og arkitekturteknikk, ved å bruke mekanismer for selvbyggende arkitekturer som tilpasser seg selv til deres omgivelser, inkludert fjerntliggende miljøer som dyphavet eller verdensrommet», skriver forskerne.

Bilde 1. Svamper i havet


Du milde! Hva gjør disse enkle dyrene for å vekke slikt oppstyr? Bare se videoklippet i artikkelen om svampceller på jobb -lenke. Deretter kan du se på det grafiske sammendraget i kildeartikkelen og se trinnene i diagrammer i godt organiserte stadier: (1) tagger produseres i spesialiserte celler, og transporteres deretter til byggeplassen; (2) silika-taggene gjennomborer epitelvevet; (3) de blir deretter hevet opp i posisjon; (4) basene er sementert av kollagen levert av basale epitelceller.
Dette enkle dyret vet kort sagt hvordan man bygger et hus med stang-og-bjelke-arkitektur på en måte som selv tilpasser seg omgivelsene. (Oversetters tillegg: Klarer den enkelte av oss det?)

Det er ganske imponerende
Svampskjeletter, med sine unike tagger, har blitt studert i lang tid, men konstruksjonsmåten har vært et mysterium til nå. Det som er nytt, ifølge de japanske forskerne, er identifiseringen av spesialiserte "transportceller" som bærer og til slutt skyver spikulene gjennom epitelet, og sementceller som fester dem på plass som stolper. Prosessen avdekker arbeidsdeling og en overordnet plan.


-Her rapporterer vi om en nyoppdaget måte for strukturdannelse: sammenstilling av svampenes mineraliserte grunnstamme-elementer (tagger) på steder fjernt fra der de ble produsert. Selv om det var kjent at innvendige strukturer av svamper består av tagger, satt sammen til store stang-og-bjelkestrukturer med en rekke forskjellige morfologier, så forble taggings-prosessen (dvs. hvordan tagger blir holdt oppe og koblet i forskjøvet tandem) og hvilke typer celler som virker i denne prosessen, uutforsket. Her fant vi at modne tagger blir dynamisk transportert fra der de ble produsert og deretter stikker gjennom ytre epitel, og basalendene deres blir festet til underlaget eller forbundet med slike faste Biologisk-arkitekturtagger. Nyoppdagede "transportceller" formidler spiculusbevegelse og 'pierce'-trinnet, og kollagen-utskillende basalepitelceller fikserer tagger til underlaget, noe som antyder at prosessene med taggete skjelettkonstruksjon medieres separat av spesialiserte celler. Arbeidsdeling etter produsent-, transportør- og sementerceller, og iterasjon av de sekvensielle mekaniske reaksjonene "transport", "pierce", "reise opp" og "sementering", tillater konstruksjon av det taggede skjelettet tagg for tagg, som et selv -organisert biologisk struktur, med den store plastisiteten i størrelse og form som kreves for ubestemte vekster, og genererer det store morfologiske mangfoldet av individuelle svamper.

Bilde 2. Biologisk kompleksitet har sin arkitektur


Inspirerende arkitekter
Denne metoden for skjelettkonstruksjon skiller seg sterkt fra leddyr og virveldyr. Det ser ikke ut til å følge et sett med regler eller et forhåndsbestemt mønster, men det er veldig effektivt for svamper, "hvis vekst er plastisk (dvs. i stor grad avhenger av mikromiljøet deres) og ubestemt, med store morfologiske variasjoner mellom individer." Likevel er design og koordinering tydelig i arbeidsdelingen, spesialiseringen av celler, og sluttresultatet som er godt nok til å inspirere arkitekter. Hvis det var så enkelt, ville ikke forfatterne ha latt mange spørsmål stå ubesvart:
-Mange presise cellulære og molekylære mekanismer gjenstår fortsatt å bli belyst, for eksempel hvordan transportceller kan bære tagger, eller hvordan den ene enden av gjennomborede tagger heves. I tillegg er et av de ytterligere spørsmålene som må besvares hvordan svamper finjusterer skjelettkonstruksjonen i henhold til forholdene i mikromiljøet, som vannstrøm eller stivhet i underlaget, siden det er rapportert at vekstformen til marine svamper endres, i henhold til vannbevegelsen i miljøet.
Design er også tydelig i de selvorganisatoriske prinsippene kodet i svamp-DNA som gjør disse resultatene vellykkede. Menneskelige intelligente designere vil gjerne dra nytte av denne kunnskapen. Forfatterne konkluderer og gjentar 'punch line':


termitt-tue-Interessant nok avslørte vår studie at det spektakulære skjelettet av svamper er en selvorganisert biologisk struktur konstruert av kollektiv oppførsel av individuelle celler. En kjede av enkle og mekaniske reaksjoner, "transport-pierce (ved transportceller)-heving (ved ennå ukjente celler og/eller mekanismer)-sementering (ved bruk av kollagen matrise utskilt av basopinacocytter og muligens av spicul-beleggceller)," legger til en tagg til skjelettet, og som et resultat av iterasjonen av disse sekvensielle atferdene til celler, utvider det taggede skjelettet seg. Så vidt vi vet, er dette den første rapporten om kollektiv oppførsel av individuelle celler som bygger en selvorganisert biologisk struktur ved å bruke ikke-cellulære materialer, som den kollektive oppførselen til individuelle termitter som bygger tuer. Derfor kaster arbeidet vårt ikke bare nytt lys på skjelettdannelse hos dyr, men kan også inspirere til tverrfaglige studier innen felt som teoretisk biologi, bioingeniør, robotikk og arkitekturteknikk, ved å bruke mekanismer for selvbyggende arkitekturer som tilpasser seg selv til deres miljøer, inkludert fjerntliggende miljøer som dyphavet eller verdensrommet.

Bilde 3. 'Pustende' tue, bygd av termittmaur


Referansen til termitthauger er treffende. Tidsskriftet Science har beskrevet hvordan disse haugene, bygget av hundrevis av individuelle termitter, er i stand til å "puste" som en "ekstern lunge" -lenke
-Slik fungerer det: Inne i bakken er en stor sentral-skorstein koblet til et system av ledninger, plassert i haugens tynne, fløytelignende støtteben. På dagtid varmes luften i de tynne støttene raskere enn luften i den isolerte skorsteinen. Som et resultat stiger den varme luften, mens den kjøligere skorsteinsluften synker - og skaper en lukket konveksjonscelle som driver sirkulasjonen, ikke eksternt trykk fra vind som antatt. Om natten reverserer imidlertid ventilasjonssystemet, ettersom luften i støttene avkjøles raskt og faller til en temperatur under den sentrale skorsteinen. Reverseringen i luftstrømmen driver på sin side ut den karbondioksidrike luften - et resultat av termittenes metabolisme - som bygges opp i det underjordiske reiret i løpet av dagen, rapporterer forskerne denne uken, på nettet i Proceedings of the National Academy of Sciences -lenke .

Bilde 4. Intelligens bakom DNA-koden


Int-kildeVi vet at noen huler "puster" når temperaturen endres, men dette er annerledes. Termitter konstruerer haugene sine med et formål: å kontrollere temperaturen og fjerne karbondioksid for helsen deres. Det er litt som aktiv transport i celler som trekker inn det cellen trenger og fjerner det den ikke trenger, ved hjelp av maskiner som jobber mot naturlige konsentrasjons-gradienter.

Intelligent selvorganisering
Vi vet alle at noen vakre ting kan organisere seg selv uten programmering (snøfnugg er et godt eksempel). Det vi ser her er imidlertid systemer som arbeider fra genetiske programmer for et formål. Når det gjelder svamper, samarbeider spesialiserte celler i en plan for å bygge en struktur som tilpasser seg miljøet. Når det gjelder termitter, får hvert enkelt insekts genetiske program det til å oppføre seg i et samarbeidsbedrift for å bygge en luftkondisjonert haug. Slike ting oppstår ikke av ikke-styrte naturlige krefter.
Hvis funksjonell selvorganisering var enkel, hvorfor brukte fem europeiske land år på å "arbeide for å designe EUs første autonomt utplasserte rom og terrestriske habitat"? Innsatsen, kalt "Self-deployable Habitat for Extreme Environments" (SHEE)-prosjektet, har et mål om å programmere elementer for "autonom konstruksjon" av boliger for astronauter på Mars eller andre fiendtlige steder. Det tok år med arbeid innen design, prototyping, konstruksjon og optimalisering -lenke, for å få disse bygningene til å "utplassere seg selv" uten medvirkende mennesker.


Så når en svamp kan gjøre det, bør vi se intelligent design bak kulissene - ikke svampens intelligens, som riktignok er minimal, men intelligens som en årsak til den genetiske informasjonen som gjør at svampen kan kjøre et program som fører til et funksjonelt resultat .
De av oss som setter pris på de spektakulære genetiske programmene som bygde de kambriske dyrene, bør legge merke til nivået av kompleks spesifisert informasjon i lavsvampen. Vi kan også legge merke til at svampens konstruksjonsmåte ikke har noen evolusjonære forfedres forhold til de mangfoldige, komplekse kroppsplanene som eksploderte til eksistens i de kambriske lagene. Svamper gjorde det bra. De er fortsatt med oss.
Artikkelen ble opprinnelig presentert i 2015


David Coppedge
David CoppedgeDavid Coppedge er en frilans vitenskapsreporter i Sør-California. Han har vært styremedlem i Illustra Media siden grunnleggelsen og fungerer som deres vitenskapskonsulent. Han jobbet ved NASAs Jet Propulsion Laboratory (JPL) i 14 år, på Cassini-oppdraget til Saturn, til han ble kastet ut i 2011 for å ha delt materiale om intelligent design, en diskriminerende handling som førte til en nasjonalt publisert rettssak i 2012. Discovery Institute støttet saken hans, men en ensom dommer dømte mot ham uten forklaring. En naturfotograf, friluftsmann og musiker, David har B.S. grader i realfagsutdanning og i fysikk og holder presentasjoner om ID og andre vitenskapelige emner.

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund