Софонты

Какой уровень ионизирующего излучения ( радиации ) они могли бы выдерживать без какого бы то ни было вреда для их здоровья и какой всё же оказался бы для них смертельным? Муравьи самоорганизуют своё общество. Их механизм разделения труда крайне интересен: каждый муровей имеет индетефикацонный маркер, в котором имеются сведения об его профессии. В случае катаклизма баланс рабочей силы меняется, поскольку большая часть муравьев гибнет. Но как им постоянно поддерживать нужную долю рабочих, фермеров, солдан на должном уровне? Муравьи постоянно пересекаются. Если муравей внезапно стал встречать меньше представителей конкретной профессии, он делает вывод о состоянии всего социума в целом и перепрофилируется в недостающий кадр. Клетки организма могли бы поступать точно таким же образом. Пусть каждая клетка организма выпускает в кровь свой личный индетефикатор. Если какой-то орган повредится, то любая клетка сумеет сделать вывод об общем состоянии организма. Иммунная система может регулярно содержать в крови некоторую долю клеток-строителей ( пусть это будут немного модифицированные стволовые клетки ), которые, в случае повреждения определенного органа, встроятся в него и обновят ткани. Так вы не избавитесь от повреждения хромосом радиацией, но на порядок сократите последствия для организма. Подобный механизм используют растения. Хвойные и лишайники - самые устойчивые к радиации растения. Дальше идут травы, кустарники, лиственные и хвойные. О радиорезестивности этих организмов вы осведомлены. Некоторые органы человека подвержены радиации сильнее остальных. К примеру, это щитовидная железа, которая поглощает радиоактивный йод. Поэтому в старых методичках перед ядерным заражением рекомендуется принять йодосодержащие лекарства — таким образом щитовидная железа будет перенасыщена йодом и не будет поглощать отраву. То же касается костного мозга — лучевая болезнь напрочь уничтожает весь иммунитет и кровь. Подумайте — даже при 99% повреждении генома каждой клетки, в организме присутствует полный неповреждённый геном в "распределённой форме". Если бы ткани могли обмениваться генной информацией, это позволило бы нам восстановить весь организм. Во-первых, ограничимся гистологическим уровнем. Иммунная система должна производить особые клетки-архитекторы. Они отличаются от стволовых тем, что не просто встраиваются в повреждённые ткани, а запускают механизм всеобщей мобилизации. Они свободно путешествуют по кровотоку, инспектируя долю тканей тех или иных органов, тем самым проверяя их целостность. Они сами активно обмениваются информацией друг с другом, дабы иметь более чёткую картину. Когда обнаруживается повреждённый орган, клетка-архитектор встраивается в ткань, тем самым обновляя её генофонд и оздоравливая. В данном случае клетки-архитекторы должны изредка пополнять свои ряды из клеток других тканей, ведь сама иммунная система так же может быть повреждена. Во-вторых, клеточный уровень. Когда обнаруживается повреждение органа, клетки-архитекторы побуждают другие ткани организма разархивировать указанные клетки эпигенома и скопировать их. Далее происходит отбор неповреждённых фрагментов РНК, их транскрипция в ДНК и редактирование в полноценный код. Бактерии используют механизм конъюгации — стыковку через белковый шлюз и обмен хромосомами для обеспечения генетиченского разнообразия, ремонта генома. Сами клетки-архитекторы активно обмениваются генетическими кодами до его полного восстановления, и интегрируют в повреждённые клетки. Это непосредственная починка тканей! Именно второй метод позволит не только избежать, но и вылечить лучевую болезнь. =================================== Во второй половине двадцатого века биологи установили структуру двойной спирали ДНК, не оставив никаких сомнений в огромной важности ДНК для наших клеток. Кроме того, оказалось, что ионизирующее излучение повреждает ДНК: буквально разрывает ее. Получилась логичная схема: радиация разрушает ДНК, а без «инструкций», хранящихся в «самой главной молекуле», клетка оказывается не способной функционировать и в конце концов погибает. Тем не менее смертоносному влиянию ионизирующего излучения на живые организмы попытались найти применение, так в 1950-е годы в США проводили эксперименты по стерилизации мясных консервов с помощью радиации. Для этого их подвергали сильному облучению, а затем смотрели, испортится ли со временем мясо. Ожидалось, что все грибы и бактерии в консервах погибнут, и продукт останется нетронутым. Каково же было удивление исследователей, когда мясо всё таки испортилось! Присмотревшись, учёные обнаружили на нём ярко-розовые бактериальные колонии. Оказалось, что образуют эти колонии грамположительные бактерии шарообразной формы, которые поначалу были названы Micrococcus radiodurans. Впоследствии учёные решили выделить отдельный род Deinococcus, в который поместили эту бактерию и другие близкие к ней виды. При более же детальном изучении выяснилось, что D. radiodurans способен выдержать дозу 10 000 Гр, что делает его в 30 раз устойчивее к радиации, чем модельный объект молекулярной биологии E. coli, и в 1000 раз устойчивее человеческих клеток. Естественно, сразу же возник вопрос, какие особенности этой бактерии позволяют ей выживать в таких экстремальных условиях. Учитывая что главной проблемой при взаимодействии с радиацией является повреждение ДНК, то, следовательно, для развития радиоустойчивости необходимо прежде всего защитить свою ДНК. Тут же обнаружилось, что клеточная стенка D. radiodurans очень толстая, а её генетическая информация плотно упакована в необычную, в сравнении с тем что мы видели ранее у других живых существ, структуру тороидальной формы ( бублик или кольцо ), что по идее и должно было бы защищать генетический материал, но как выяснилось в опыте по прямому подсчёту количества разрывов ДНК после облучения оказалось, что D. radiodurans защищает свою ДНК от радиации нисколько не лучше, чем E. coli. На основе этого можно задаться логичным вопросом: если нельзя защитить свою ДНК от повреждений, то, наверное, можно научиться быстро и эффективно их устранять? Да, исправлением повреждений в ДНК занимаются специальные системы репарации, но прежде чем понять, как они работают, нужно сперва разобраться какие типы разрывов возникают в ДНК под действием радиации. Так как ДНК состоит из двух нитей, каждая из которых может порваться под действием ионизирующего излучения соответсвенно существует и два видов разрывов, так если повреждается только одна — такой разрыв называют однонитевым и его очень легко починить: в наших клетках и так есть фермент ДНК-лигаза ( необходимый любой клетке для репликации ДНК ), который зашивает однонитевые разрывы. Если же две цепи ДНК порвались друг напротив друга это оказывается двунитевым разрывом и его восстановление происходит уже заметно сложнее. У нас, например, для этого существует специальная система «негомологичного соединения концов», работа которой заключается в сшивании между собой любых концов двойных спиралей ДНК. Однако этот метод не совсем надежен, так если у вас возникает только один двунитевой разрыв в ДНК, то эта система его быстро починит, потому что если говорить простыми словами в такой ситуации понятно, что с чем сшивать, но при облучении в ДНК возникают десятки и даже сотни двунитевых разрывов. Очевидно, что вероятность случайным образом правильно собрать геном по кусочкам в такой ситуации окажется крайне низка, что благополучно и не используется этой бактерией. К счастью, есть другой, более точный способ репарации двунитевых разрывов основанный на гомологичной рекомбинации — сложном молекулярно-генетическом процессе, суть которого сводится к обмену нуклеотидными последовательностями между двумя гомологичными молекулами ( например, хромосомами ). Другими словами, если одна хромосома повреждена, а другая нет, то неповрежденную можно использовать как образец при ремонте. Тут впору задуматься, откуда же у D. radiodurans найдется гомологичная хромосома, ведь всем известно, что бактерии являются гаплоидными организмами. Оказалось, что и у них иногда бывает несколько копий генома. Клетки E. coli в условиях избытка питательных веществ обычно содержат от двух до четырёх копий хромосомы из-за того, что ДНК постоянно удваивается, несколько опережая деление клеток, что открывает поистине широкие возможности для репарации путем гомологичной рекомбинации. Однако такой сложный процесс требует времени, а за это время ДНК может окончательно деградировать под действием своих же ферментов нуклеаз, которые целую ДНК не трогают, но фрагментированную тут же расщепляют до отдельных нуклеотидов. Чтобы этого не допустить, у D. radiodurans есть уникальные белки: DdrA, DdrB и DRA0282. Эти белки связываются с концевыми и однонитевыми участками ДНК и не подпускают к ним нуклеазы. Таким образом, D. radiodurans действительно неплохо заботится о своей ДНК. В случае повреждения она сначала защищается специальными белками, а потом восстанавливается с помощью крайне эффективной гомологичной рекомбинации. Так и получается, что для E. coli уже десяток двунитевых разрывов ДНК несовместим с жизнью, а D. radiodurans способен собрать геном заново из сотен фрагментов, ничего при этом не перепутав. Также хочется упомянуть о том, что одним из эффектов ионизирующего излучения является образование активных форм кислорода ( АФК ) из молекул воды, которые повреждают не только ДНК, но и белки, от работы которых зависит эффективность репарации ДНК. Для решения этой проблемы у D. radiodurans повышена активность каталазы и супероксиддисмутазы — основных ферментов, нейтрализующих АФК. Кроме того, в её клетках было зарегистрировано повышение концентрации ионов марганца (Mn2+) после облучения и к настоящему моменту учёные благополучно установили, как эти ионы помогают в борьбе с АФК: 1) замещают ионы железа (Fe2+) в активных центрах ферментов, а Fe2+опасны тем, что реагируют с перекисью водорода с образованием гидроксил-радикалов, разрушающих белки; 2) участвуют в регуляции активности многих белков: активируют супероксиддисмутазу, изменяют свойства ДНК- и РНК-полимераз, а также белков — регуляторов экспрессии генов; 3) и самое интересное — комплексы Mn2+ с нуклеотидами, фосфатами, аминокислотами и пептидами обладают антиоксидантной активностью. Получается, что ионы марганца участвуют не только в регуляции ответа на окислительный стресс, но и в непосредственной ликвидации АФК Также на мой взгляд следовало бы осуществить помощь вашим собственным Т-лимфоцитам в очистке организма от мёртвых клеток. Ведь это одно из худших последствий радиации — обилие мёртвых клеток, что по идее в полне позволило бы человеку выжить при уровне ионизирующего излучения в 10 зивертов, пускай и с серьезными повреждениями ( напомню что смертельная доза радиации для обычного человека составляет всего 6 зивертов ). Как, по вашему мнению, мог бы быть устроен их механизм регенерации ( заживления ран )? Главная проблема регенерации травм в том, что организм не знает, как их чинить. Если позволить клеткам восстанавливаться неограниченно, это приведёт к раковым опухолям, что, без сомнения, намного опаснее инвалидности. Но благодаря мощному иммунитету и механизму защиты генома, вероятность рака снижается. Пусть рубцовая ткань будет становиться матрицей, по которой ткани органов будут восстанавливать свою целостность. Скажем, это станет их арматурным каркасом, который со временем заливается бетоном. Это компромисс между защитой от рака и регенерацией, ведь вы можете полностью контролировать процесс, не допуская опухолей, а так же растянуть его во времени, ведь травма устранена. Важнее всего регенерация мышц и в том числе сердца. Ведь рубцы на жизненно важном органе несут не меньше опасности, нежели рак. Пусть рубцовые клетки сравнивают своё окружение и при одобрении от иммунной системы меняют свой эпигеном, постепенно встраиваясь в систему. Это даже обновит орган, что сделает его здоровее. Это чрезвычайно долгий процесс, но уверенный. За пару лет даже от большого шрама не останется и следа. Не могу ручаться за целые конечности, но софонты точно смогли бы отрастить пальцы или даже целую кисть. Ведь даже обычный человек может регенерировать травму первой фаланги пальца на ранних этапах своей жизни. Существует две крайности: клетка делится и клетка не делится. Первое – необходимость, вызванная самой природой жизни, но, в то время, делящаяся клетка опасна. Мы не знаем, правильно ли она будет делиться, или её геном повреждён и она станет опасной? А может быть он повреждён таким образом, что она станет бессмертной и начнёт угрожать существованию организма? Второе – безопасно, но глупо. Вы можете не беспокоиться о последствиях своих ошибок, если вовсе не будете ничего делать. Но клетка рано или поздно умрёт, и это неизбежно. Древний человек шёл на охоту тогда и только тогда, когда шанс умереть от клыков в лесу становился меньше шанса умереть от голода в пещере. Поэтому наши клетки делятся только при необходимости. Но у софонтов есть множественные механизмы безопасности и починки. Пусть у софонтов будут клетки, которые собирают генетическую информацию из множества клеток организма, сравнивают их и создают некую эталонную модель без ошибок. Пусть она будет свёрнута в кольцо, как у бактерий, дабы не иметь проблем с теломерами при постоянном копировании. В конечном итоге она никогда не будет участвовать в делении клетки, выступая лишь эталоном для его редактирования. Пусть будут и клетки, которые следят за целостностью организма. Если клетка функционирует, она посылает уникальный для своей ткани химический код, если повреждена – другой, уникальный. Соседние клетки, получая этот код бедствия, будут посылать код повреждения. Таким образом организм будет понимать, что сломано, где сломано и какие границы повреждений. Вторые клетки находят повреждение, а так же рубцовую ткань, успешно закрывшую травму самостоятельно. Они определяют, какая именно ткань и какое у неё строение в данной области, и передают эту информацию рубцовым клеткам, помечая их и соседние ткани особым маркером. Это подготавливает их к мероприятию регенерации. Первые клетки находят рубцовую и окружающую их ткань по меткам и передают всем требуемым клеткам мастер-модель и код эпигенома, который они вычислили по маркеру. Здесь есть два пути. Либо сама рубцовая ткань меняет свой эпигеном и просто сливается с окружением, либо окружающие ткани используют рубцы в качестве каркаса, который нужно заполнить. Последний случай нравится мне больше, ведь тогда орган может восстановить свою первоначальную структуру, не ссылаясь на оперативную первичную регенерацию для устранения травмы. Если геном клетки совпадает с мастер-моделью, то она получает разрешение на неограниченное деление и восстанавливает орган. Таким образом у софонта можно вырезать часть органа. Он быстро покроется рубцовой тканью, которая со временем будет заменяться функциональными клетками. Это позволит восстановить любой орган в теле, даже если он полностью вырезан. Ведь контактирующие с ним клетки будут помнить о недостатке конструктивного элемента. В этом же и сложность их регенерации – она проходит по площади, а не по объёму. Поэтому потерянная конечность может восстанавливаться на протяжении долгих десятилетий, а вот её структурное повреждение ( открытый перелом, к примеру ) на протяжении года-полтора. Иными словами, это ваша усовершенствованная модель предохранителя на деление. Вы говорили, что для деления клетке требуется совпадение её генома с соседним. Но это сильно замедлит деление клеток, что скажется негативно на организме. К тому же повреждение генома клеток станет фатальным — они попросту перестанут делиться. Если иммунная система будет собирать модели чистого генома без повреждений, она сможет передавать их всем клеткам, которым нужно делиться. И они не будут делиться, пока не восстановят свой геном и не сверят его с другой моделью. Таким образом вы на межклеточном уровне выполняете репарацию генома, а так же не позволяете развиваться раку. Клетке не нужно знать о состоянии организма - только о состоянии соседей, что производится уникальным химическим маркерои, обозначающим идентефикатор или "геопозицию" клетки в теле. Эта система, на самом деле, довольно проста - вам нужен лишь простой процессор, способный сравнивать пару сигналов. Скажем, такой процессор ищет совпадения участков кода маркера и генома, собирает белок-код, и по этому коду определяет, как ей делиться. ================================== Этот метод чем-то напоминает приводимую мною ранее концепцию деления клеток, которая также должна была бы позволить возникновение генетических мутаций и в перспективе сделать их бессмертными. Так точно также как и в приведенном вами варианте чтобы разделиться, две соседние клетки должны сначала слиться, после чего специальный фермент-репликатор проходится вдоль двух ДНК и делает с них копии ( в отличие от существующего ныне механизма репликации ). Если цепочка ДНК оказывается не идентичной ( содержащей ту или иную ошибку ) — её «заклинивает» и дальше она попросту ничего не копирует, а «удвоенная» клетка замораживает процесс деления, после чего она рано или поздно погибает. Если же они оказываются идентичными их копии успешно снимаются и клетки снова разделяются ( уже на три или четыре, в зависимости от того как работает фермент ). За счёт этого процесса мы снимаем лимит на деление клеток, потому что учитывая более совершенную систему предохранения генетических мутаций риск возникновения у них тех или иных онкологических заболеваний практически сводится к нулю. Одна клетка-мутант разделиться не сможет, а соседние клетки, отличающиеся по ДНК, в процессе участвовать не смогут. «Вечную регенерацию» мы, конечно, не получим ( для «построения органа» служит совершенно свой механизм «белковой разметки» клеток эмбриона ), но вот практически нескончаемое и безопасное обновление клеток — запросто. Утраченный глаз или рука не вернутся, но небольшие повреждение, а как следственно и старение тканей будет практически полностью устранено. В противовес я поставлю свою модель, при которой иммунная система хранит, распространяет и исправляет геном, основываясь на данных миллиардов клеток. Для запрета деления можно использовать мастер модель — клетка не будет делиться до тех пор, пока не сравнит своё ДНК не с соседней клеткой, а со всем организмом в целом. Данный механизм позволит не только продолжать рост сколь угодно долго, но и защитить геном от ошибок. В данном случае вы не только бессмертны и можете вылечить лучевую болезнь, но и можете неограниченно регенерировать. ========================= По сути, никаких ограничений к регенерации в принципе нет — рак не может образоваться, поскольку делящиеся клетки гарантированно имеют тот же геном, что и весь организм. Вы можете регенерировать всё тело из фаланги пальца, и это не будет отличаться от вегетативного размножения, но подобного масштаба процесс будет длиться невероятно долго — многие десятилетия, поэтому это маловероятно. Софонты, с применением данного метода, в идеальных условиях будут жить не столетия. Они в действительности станут бессмертными существами. В таком случае им не нужны теломеры. Пусть их хромосомы будут завёрнуты в кольцо, как у бактерий. При делении будут задействоваться те же механизмы, что и при трансляции РНК, но из набора нуклеатидов ДНК. Так мы скопируем через главную цепочку ДНК вторичную, и уже по ней соберём главную для новой клетки. ============================== Как должен был быть устроен процесс заживления ран, в зависимости от их сложности? Ведь если рана поверхностная и ваш ростковый слой не повреждается то восстановление повреждённых тканей происходит как подобает, но вот если рана оказывается слишком глубокой, а ростковый слой задет, и требуется восстановить не только специализированные кожи но и вот этот слой со стволовыми клетками, то привычная нам система отключается, заменяясь более грубой и быстрой - рубцеванием, во время которой рана соединяется соединительной тканью, будто бы гелем стягивающим её, за счёт чего она так быстро и зарастает. Но проблема в том, что в такой коже не будет никаких желез, она будет плохо снабжаться кровью, при этом будучи сильнее подверженой ультрафиолетовому излучению. Примерно то же самое происходит и при инфарктке сердца, ткань не получает кислород и в скором времени отмирает, но после чего она не регенерирует, а превращается в рубец не способный размножаться или хорошо растягиваться из-за чего страдает работа сердца. Вы никак не избавитесь от рубцовой ткани. Впрочем, это весьма эффективный и зарекомендовавший себя механизм. Пусть рубцы появляются, и в них прокладываются сосуды. Со временем, от краёв раны, ткань органа будет регенерировать, замещая собой шрам. Это как арматурный каркас, который постепенно заливают бетоном. Данный процесс идёт дольше самого рубцевания, поскольку ткани должны расти в правильной конфигурации, но зато через время от шрама не останется и следа. Пусть то рваная рана или инфаркт — через год орган будет даже моложе, чем ранее. Регенерация делится на две стадии. Первая. Травма зарастает рубцом, как и у любого другого животного. Со временем сквозь рубец укладываются кровеносные сосуды, соединяясь с окружением. Вторая. Каждая клетка имеет свой уникальный индентефикатор и способна считывать индентефикаторы своего окружения. Как уже говорилось выше, клетки имеют исчерпывающее знание о состоянии организма и его структурной целостности. Поэтому те, что оказались ближе всего к травме, будут делиться целенаправленно, с нужным эпигеномом, восстанавливая структурную целостность. Представьте себе, что в комнате 100 человек. Каждый из них в лицо знает, кто должен стоять справа и слева от него. Никто не знает, как должна выглядеть вся шеренга, но все люди смогут оперативно (в течении пары минут) в неё построиться. Рубцовая ткань, в свою очередь, замедляет деление, позволяя заместить себя. Медленно, но верно, вы восстановите весь орган. ============================ На начальном этапе травмы выделяется цепкая фибросеть, которая собирается в единое нетканое полотно, а так же композитный клей, представляющий из себя упакованный белок. Травма освобождает отвердитель, заставляющий белок запутаться и свернуться, образуя расширяющийся в объеме прочный каркас. После того, как травма загерметизирована, ближайшие к ней клетки получают сигнал на рубцевание, создавая тонкую кожицу. Постепенно она разрастается и уплотняется. Живые ткани посылают химический сигнал, блокирующий возможность рубцовых тканей делиться, и начинается процесс регенерации. Клетка не знает структуры организма, но она знает, кто должен быть ее соседом. Она обменивается генетическим материалом с иммунной системой, и делится в соответствии со своим внутренним чертежем и окружающими условиями. Так, рубцовая ткань снизу превращается в регулярную ткань, которая ее постепенно замещает, но растёт дальше. Это происходит до тех пор, пока регулярные ткани не перестанут делится, тк они выполнили чертёж, и рубцовая ткань не отпадет, как мертвая чешуя змеи. ============================= Обычный клей застывает под воздействием кислорода, поэтому он не склеивает станки на заводе и тюбик изнутри, а перед склеиванием рекомендуется дать настояться клею в течении минуты. Вы же знаете, как работать с эпоксидной смолой? Есть два компонента: смола и отвердитель. Сами по себе они жидкие, и будут жидкими в независимости от ситуации. Но если их смешать, смола начнёт застывать с выделением тепла. Особо быстродействующие смолы могут начать застывать через тридцать секунд и пластиковый стакан, где они смешиваются, может поплавиться. А некоторые смолы не производят тепла вовсе, и застывают на протяжении трёх суток ( такие используют для заливки полов и столешниц ). Пусть тромбоциты несут в себе "смолу", сама по себе которая не опасна и через время просто утилизируется. В цитоплазме клеток содержится маркер, при контакте с которым тромбоциты нарушают свою оболочку, совершая самоубийство, а содержащаяся в их цитоплазме смола затвердевает. При самоубийстве тромбоцит вытягивает ложноножки, образуя "ежика", который очень цепко крепится с другими тромбоцитами. Таким образом кровотечение будет очень быстро останавливаться, и при том только в месте разрыва. Сами тромбоциты выделяют маркер-отвердитель, но только при самоубийстве и в малых количествах и слабоинтенсивную. Таким образом вы не способны вызвать цепную реакцию, малые повреждения моментально останавливаются, а в больших снижается давление разгерметизации, но кровь вытекает всё меньше и меньше, что одновременно промывает рану и даёт новый материал для каркаса-переборки. Этот каркас сохранится и послужит базой для регенерации клеток ткани. Какие вещества могли бы выступать в качестве подобной смолы и затвердителя? Это должен быть компактный кольцевой белок, который при взаимодействии с отвердителем разрывается, скрепляется с любой частью такого же белка и сильно сворачивается, увеличивая объем. Это выглядит так же, как если бы мы взяли моток проволоки, распустили и скомкали как попало. Насколько быстро могли бы затягиваться раны с учётом использования этого метода? Около минуты для случая, если вы стесали мягкие ткани, не задев магистрали. Полученный слой окажется беловатой желеобразной неплетеной субстанцией, покрывающей собой травму. Такому эффекту подвержены любые травмированные ткани за исключением нервных тканей. Размер травмы не важен, поскольку герметизация происходит по всей поверхности травмированной ткани, а не только кровотока. У софонтов нет синяков - только небольшое вздутие, которое рассасывается со временем, поэтому им не страшны внутренние кровотечения.