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Organismos complexos: De onde vem ?

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1 Organismos complexos: De onde vem ? em Seg Mar 14, 2016 7:49 pm

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Organismos complexos: De onde vêm?

http://reasonandscience.heavenforum.org/t2316-where-do-complex-organisms-come-from#4782

De:

(a) metas e padrões da membrana
(b) de matrizes de citoesqueleto,
(C) canais iônicos, e
(D) moléculas de açúcar no exterior de células (o código de açúcar)
(e) A rede de transcrição

Sistemas de regulação na biologia

http://reasonandscience.heavenforum.org/t2318-gene-regulatory-networks-controlling-body-plan-development#4804

Nunca na história moderna da biociência evolutiva houve tantas idéias essencialmente diferentes sobre como entender a evolução de estruturas físicas dos animais,  simultaneamente. O primeiro é o conceito clássico neo-darwinista de que a evolução da morfologia dos animais ocorre por meio de pequenas mudanças contínuas na sequência das proteínas primárias que em geral, requerem homozigose para efetuar fenótipo. O segundo paradigma sustenta que a evolução a todos os níveis pode ser iluminado por uma análise detalhada das mudanças cis-regulação em genes que são alvos diretos de seleção de nível sequêncial, em que eles controlam a variação adaptativa imediata genética. Uma forma totalmente diferente de pensar é que a evolução dos planos corporais dos animais é uma propriedade a nível do sistema de rede de transcrição de desenvolvimento (dGRNs) que controlam a ontogenia do plano do corpo.

ACIMA E ALÉM: INFORMAÇÃO epigenética 

Em 2003, MIT Press publicou uma coleção inovadora de ensaios científicos intitulados Originação de forma Organismal: Além do gene na biologia  evolutiva e desenvolvimento e, editado por dois biólogos distintos de desenvolvimento e evolução , Gerd Müller, da Universidade de Viena, e Stuart Newman, de New York Medical College. No respectivo volume, Müller e Newman incluiram um número de artigos científicos que descrevem as recentes descobertas em genética e biologia; descobertas de desenvolvimento que sugerem que os genes sozinhos não determinam a forma tridimensional e estrutura de um animal. Em vez disso, muitos dos cientistas no seu volume relatam que a chamada informação epigenética-informações armazenadas em estruturas celulares, mas não em sequências de DNA-desempenham um papel crucial. O prefixo grego  epi significa ou "além", "acima" de modo a epigenética refere-se a uma fonte de informação que se encontra além dos genes. Como Müller e Newman explicaram em sua introdução, "informação detalhada ao nível do gene não serve para explicar forma e estrutura física." Em vez disso, como Newman explica, "epigenética" ou "informação contextual" desempenha um papel crucial na formação do animal: " montagens de corpos "durante o desenvolvimento embrionário. Müller e Newman não só destacaram a importância da informação epigenética à formação de planos corporais durante o desenvolvimento; Eles também argumentaram que ela deve ter desempenhado um papel igualmente importante na origem e evolução dos planos corporais dos animais em primeiro lugar. Eles concluíram que as recentes descobertas sobre o papel da informação epigenética no desenvolvimento dos animais representam um desafio formidável para o conto neo-darwinista padrão da origem desses planos corporais, talvez  o mais formidáveis ​​de todos. No ensaio introdutório ao seu volume, Müller e Newman listam uma série de "questões em aberto" na biologia evolutiva, incluindo a questão da origem dos planos corporais dos animais da era do Cambriano  e a origem da forma de organismos em geral, sendo este último o tema central de seu livro. 

Eles observam que embora "o paradigma neo-darwinista ainda representa o quadro explicativo central da evolução", que tem "nenhuma teoria do que os gerou." Na sua opinião, o neodarwinismo "evita completamente [a questão da] a origem dos traços fenotípicos e da forma do organismo. "Como eles e outros em seu volume mencionam, neo-darwinismo carece de uma explicação para a origem da forma do organismo, precisamente porque não pode explicar a origem da informação epigenética. Eu aprendi primeiramente sobre o problema da informação epigenética e o experimento Spemann e Mangold durante a condução de uma reunião privada de  cientistas que duvidam das teorias de Darwin na costa central da Califórnia, em 1993. No carro comigo estava Jonathan Wells, que estava então terminando um Ph .D. em biologia do desenvolvimento na Universidade da Califórnia em Berkeley. Como alguns outros em seu campo, Wells tinha vindo a rejeitar o ponto de vista (exclusivamente) "gene-centrico" de desenvolvimento do animal e reconheceu a importância das fontes não genéticas de informação. Por esse tempo, eu tinha estudado muitas perguntas e desafios para as teorias evolutivas normais decorrentes da biologia molecular. Mas epigenética era novo para mim. No nosso carro, perguntei Wells porque biologia do desenvolvimento era tão importante para a teoria da evolução e a avaliação do neo-darwinismo. Eu nunca vou esquecer a sua resposta. "Porque", disse ele, " é onde toda a teoria vai ser desvendada."

Nos anos seguintes, Wells desenvolveu um poderoso argumento contra o mecanismo neo-darwinista como uma explicação adequada para a origem dos planos corporais dos animais. Seu argumento gira em torno da importância da informação epigenética ao desenvolvimento do animal. Para ver por que a informação epigenética coloca um desafio adicional ao neo-darwinismo e o que exatamente os biólogos querem dizer com informações "epigenéticas", vamos examinar a relação entre a forma biológica e informação biológica.

FORMA E INFORMAÇÕES
 
Biólogos geralmente definem "forma" como  formas e arranjos de partes do corpo distintas. Existem formas de organismos em três dimensões espaciais e surgem no tempo, no caso dos animais durante o desenvolvimento do embrião para um adulto. Forma animal  assim como componentes materiais são obrigados a estabelecer acordos específicos com uma forma tridimensional identificável ou -um "topografia" que reconheceríamos como o plano do corpo de um determinado tipo de animal. A "forma", em particular, portanto, representa um arranjo altamente específico de componentes de material entre um conjunto muito maior de arranjos possíveis. Forma compreendida desta maneira sugere uma conexão com a noção de informação no seu sentido mais teoricamente geral. Teoria matemática de Shannon de informação equiparado a quantidade de informação transmitida com a quantidade de incerteza reduzidos ou eliminados de uma série de símbolos ou caracteres. Informação, na teoria de Shannon, é assim transmitida como algumas opções, ou arranjos possíveis, estão excluídos e outros são realizados. Quanto maior for o número de arranjos excluídos, quanto maior a quantidade de informação transmitida. Restringindo um conjunto de arranjos possíveis materiais, por qualquer meio, envolve excluindo algumas opções e atualizar outros. Tal processo gera informação, no sentido mais geral da teoria de Shannon. Daqui resulta que as restrições que produzem forma biológica também transmitem informações, mesmo se esta informação é não codificada em formato digital.
 
DNA contém não só informação de Shannon, mas também informações funcionais ou especificada. Os arranjos de nucleotídeos no DNA ou de aminoácidos de uma proteína são altamente improváveis e, portanto, contêm grandes quantidades de informação de Shannon. Mas a função de DNA e proteínas depende de regimes extremamente específicas de bases e aminoácidos. Da mesma forma, planos corporais dos animais representam, não só arranjos da matéria altamente improvável, mas também altamente específicos. Forma e função do organismo dependem do arranjo preciso de vários constituintes que possam surgir durante ou contribuir para o desenvolvimento embrionário. Assim, o arranjo específico dos outros blocos de construção de células - forma biológica, aglomerados de tipos semelhantes de células, dGRNs, tecidos e órgãos, também representam um tipo de informação especificada ou funcional. Notei que a facilidade com que a teoria da informação de Shannon se aplica a biologia molecular tem, por vezes, levado a uma confusão sobre o tipo de informação contida no DNA e proteínas. Ele também pode ter criado confusão sobre os lugares em que  informações especificadas podem residir em organismos. Talvez porque a capacidade de transporte de informações do gene podem ser facilmente medido, os biólogos muitas vezes tratam DNA, RNA e proteínas como os únicos repositórios de biológica em formação. Neo-darwinistas têm assumido que os genes possuem todas as informações necessárias para especificar a forma de um animal. Eles também têm assumido que mutações em genes seriam suficientes para gerar a nova informação necessária para construir uma nova forma de vida animal. No entanto, se os biólogos compreender forma do organismo como resultante de restrições sobre os possíveis arranjos de matéria em muitos níveis na hierarquia-de biológica genes e proteínas, para a célula tipos e tecidos, para os órgãos e planos corporais -então organismos biológicos podem também apresentar vários níveis de -informação rica estrutura. Descobertas em biologia do desenvolvimento confirmaram esta possibilidade.

Canais iônicos e campos electromagnéticos
padrões de membrana podem também fornecer informação epigenética por o arranjo preciso dos canais de iões de aberturas na parede celular através da qual as partículas carregadas eléctricas passam em ambas as direções. Por exemplo, um tipo de canal utiliza uma bomba accionada por a molécula de ATP rica em energia para o transporte de três iões de sódio para fora da célula, para cada dois iões de potássio que entram na célula. Uma vez que ambos os iões possuam uma taxa de uma adição (Na +, K +), a diferença líquida define- um campo electromagnético do outro lado da membrana celular.  Experiências demonstraram que os campos electromagnéticos tem efeitos  morfogenéticos; em outras palavras, os efeitos que influenciam a forma de um organismo em desenvolvimento. Em particular, algumas experiências mostraram que a perturbação alvo destes campos eléctricos interrompe o desenvolvimento normal de uma forma que sugere os campos são campos eléctricos que controlam a morfogênese.  Campos elétricos aplicados artificialmente podem induzir e orientar a migração celular. Existe também evidência de que a corrente contínua pode afetar a expressão do gene, o que significa que os campos eléctricos gerados internamente podem fornecer as coordenadas espaciais que orientam embriogênese. Embora os canais de iões que geram os campos consistem em proteínas que podem ser codificados por DNA (tal como microtúbulos consistem em subunidades codificada pelo DNA), o seu padrão na membrana não é. Assim, para além da informação no DNA que codifica as proteínas morfogenéticas, o arranjo espacial e a distribuição desses canais iónicos influencia o desenvolvimento do animal.


1) Do livro Darwin's doubt, página 199:



Última edição por Admin em Dom Set 11, 2016 11:36 am, editado 1 vez(es)

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A nova proposta da síntese evolutiva estendida (EES)

"O fato da evolução ser amplamente reconhecida  tem sido um pilar central da biologia moderna desde historiadores naturais proeminentes (ou seja, os paleontólogos, sistematas e teóricos evolucionários) e geneticistas mendelianos começaram a conciliar resultados de suas respectivas áreas, em meados da década de 1930 e forjaram o que veio a ser conhecido como a Síntese Evolutiva moderna pouco mais de uma década depois (Bowler, 2003 e Mayr, 1983; para uma perspectiva de síntese pré-moderna, ver Patten, 1920) No entanto, apesar de ampla aceitação deste quadro, o ritmo. e o modo de evolução (ver Simpson, 1984) permaneceram pontos persistentes de controvérsia e debate entre os biólogos contemporâneos (Gould e Eldredge, 1977, Gould e Lewontin, 1979, Coyne, 2008, Noble, 2015 e Shapiro, 2011). de fato, Laland et al. (2015) sugeriu recentemente que a teoria da evolução está agora em uma importante encruzilhada, devido em grande parte ao fato de que a Síntese evolucionaria moderna não  incorpora satisfatoriamente progressos em biologia do desenvolvimento, genômica e ecologia-descobertas que poderiam iluminar muito o ritmo , natureza, e mecanismos de mudança evolutiva. Eles propõem um novo quadro, a síntese evolutiva estendida (EES), que sublinha um papel proeminente para processos de desenvolvimento construtivo na evolução e traçaram uma imagem de causalidade recíproca de mudança do organismo, ou seja, a ideia de que "... forma de organismos  são moldados por, ambientes seletivos e de desenvolvimento "(Laland et al., 2015, p. 2).

Origem do plano corporal dos vertebrados através de conservação mecanicamente tendenciosa dos padrões geométricos regulares na estrutura do blastula

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079610716300542

Nós apresentamos uma explicação plausível da origem do "bauplan" ( projeto ) de vertebrados arquetípica. Nós oferecemos uma reconstrução teórica da estrutura geometricamente regular da blástula resultante da subdivisão sequencial do ovo, seguido por deformações mecânicas da blástula em fases subsequentes da gastrulação. Sugere-se que a formação do bauplan vertebrado durante o desenvolvimento, bem como a fixação das suas variantes ao longo da evolução, têm sido limitados e guiados por polarizações mecânicas globais. Indiscutivelmente, o papel de tais preconceitos em direção a morfologia, embora todos, mas negligenciado em contas anteriores de ambos desenvolvimento e macroevolução-é fundamental para qualquer explicação substantiva para a origem do bauplan dos vertebrados arquetípicos. Supomos que o blástula inerentemente preserva a geometria subjacente da matriz cubóide de oito células produzidas pelas primeiras três clivagens que acabam por definir o medial-lateral, dorso-ventral, e ântero-posterior eixos do futuro plano do corpo. Através de representações gráficas, que demonstram a formação de estruturas principais do corpo animal vertebrado por meio de deformação mecânica de padrões geométricos previsíveis durante a gastrulação. A rigor descritivo do nosso modelo é apoiada através de comparações com caracterizações anteriores do bauplan vertebrado embrionário e adulto. Embora especulativa, o modelo aborda a ausência pungente na literatura de qualquer explicação plausível da origem da morfologia vertebrado. Uma solução robusta para o problema de um influências só emergem da consideração de ambos de cima para baixo (por exemplo, as limitações mecânicas e propriedades geométricas aqui considerados) e bottom-up ( baixo para cima ) (por exemplo, molecular e mecano-química) morfogênese-atualmente evasivo influencia .

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