Sukurtas kompiuterinis fotosintezės modelis - naujos galimybės „tobulinti“ natūralią evoliuciją? (0)
Mokslininkams jau pavyko sukurti pirmąjį augalo kompiuterinį modelį, turintį žymiai daugiau lapų ir galinti užauginti didesnį kiekį vaisių lyginant su natūraliu giminaičiu be papildomų trešimo medžiagų. Visa tai tapo įmanoma naudojantis mokslininkų sukurtu fotosintezės modeliu, leidžiančiu įvertinti visus pagrindinius augalų gyvavimo procesus.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Kas tai yra fotosintezė žino arba bent jau girdėjo daugelis. Tai augalų ir kai kurių bakterijų gyvybinis procesas, kurio metu iš Saulės energija verčiama į cheminę ląstelių energiją. Didžioji šio proceso dalis vyksta augalų lapuose. Tai nėra paprasta reakcija – fotosintezės metu vyksta visa grandinė cheminių reakcijų, kuriose dalyvauja eilė baltymų fermentų ir kitų cheminių komponentų.
Kompiuterinis mokslininkų modelis imituoja visus fotosintezės etapus. Mokslininkai tokio modelio sukūrimui išnaudojo milžiniškus laiko ir energijos resursus, tačiau tokį rezultatą gauti yra žymiai paprasčiau nei tikrame augalo lape tyrinėti kiekvieno baltymo atliekamas funkcijas.
„Be to, kuomet fotosintezės procesas yra kompiuterinės programos pavidale, atsiranda galimybė tyrinėti atskiras jo variacijas pačiuose įvairiausiose gamtinėse aplinkose“, - pasakoja Steven Long, vienas iš programinio modelio kūrėjų, Ilinojaus universiteto (University of Illinois at Urbana-Champaign — UIUC) profesorius.
Norėdami atlikti visus reikalingus skaičiavimus mokslininkam nepakako paprasto kompiuterio, todėl jie pagalbos kreipėsi į Nacionalinį superkompiuterinių skaičiavimų ir inetnsyvių taikomųjų programų centrą (National Center for Supercomputing Applications — NCSA).
Kaip pasakojama UIUC universiteto pranešime spaudai, pradžioje mokslininkai suskaičiavo santykinį kiekį kiekvieno iš proteinų, dalyvaujančių fotosintezės procese, po to sudarė masyvą susijusių diferencialinių lygčių, kurių kiekviena gali aprašyti vieną iš fotosintezės žingsnelių.
Po to jie modelį pakoregavo taip, kad jis maksimaliai atitiktų realų fotosintezės procesą (tokį, kuris vyksta realiuose lapuose esant įvairiam išoriniam poveikiui).
Po to mokslininkai suprogramavo modelį, galintį atsitiktine tvarka maišyti vienus fotosintezėje dalyvaujančius fermentus su kitais išlaikant tam tikras pradines sąlygas – pavyzdžiui tarkime, jog azoto kiekis, patenkantis į augalą, yra pastovus. Po to beliko programą priversti apskaičiuoti kokias savybes turi turėti augalas, kad tokiomis sąlygomis jo derlingumas būtų maksimalus.
Jeigu evoliucijos procesą laikant natūralų geriausių savybių atrinkimo metodą, tai galima sakyti, jog mokslininkai „evoliucionavo“ augalą iki didžiausio įmanomo derlingumo. Tokia „dirbtinė evoliucija“ vyksta pažingsniui kompiuteriui atrenkant baltymus, kurių padidintas kiekis sukuria didesnį derlingumą.
Į ką tai panašu? Ogi į genetiškai modifikuotų organizmų (GMO) išvedimą – tik šiuo atveju modifikacijai reikalingi baltymai atrankami kompiuteryje. Vadinasi norėdami išvesti realybėje tokius augalus, juos tereikės genetiškai modifikuoti ir „teorinė evoliucija“ virs praktine. Tačiau tuo pačiu labai įdomu, ar toks kompiuterinis modelis nuspėja jau dabar išvestų GMO savybių rinkinį. Norėdami tuo įsitikinti mokslininkai sumodeliavo dabar esančių transgeninių augalų savybes. Ir ką jūs manote? Pasirodo modelyje pateiktų baltymų korekcijos rekomendacijos visiškai sutapo su augaluose modifikuotų baltymų struktūra.
Išsamiau apie šiuos tyrimus galite pasiskaityti žurnale Plant Physiology autorių publikuotame straipsnyje.
Plačiau: Researchers successfully simulate photosynthesis and design a better leaf