Генетический песок космический: Космический песок с формочками Классический 1 кг

Ответы на самые частые вопросы

В этом материале мы дадим ответы на наиболее частые вопросы, возникающие у родителей по поводу космического песка. Что это такое? Из чего он сделан? Как правильно с ним играть? И все-все-все, что вы хотели знать об этом удивительном веществе.

Космический песок (также его называют «живой» или «кинетический») – очень необычный и интересный материал для детского творчества. Из него можно слепить замок, динозавра, машину и еще много всего другого. Все маленькие дети обожают заниматься лепкой. Поэтому космический песок приобрел огромную популярность в нашей стране.

Из чего выполнен космический песок?

На 98% «живой» песок для лепки состоит из обычного кварцевого песка. Это натуральный и экологичный материал, безвредный для детей. Даже если малыш проглотит несколько песчинок – это не окажет на его организм никакого токсичного воздействия (Но при этом рекомендуется следить, чтобы песок не попал ребенку в глаза!).

Остальные 2% состава – как шутят разработчики – составляет «космическая магия». А если быть точнее, речь идет об особом связывающем гипоаллергенном полимере, который придает песку «волшебные» свойства. Благодаря полимеру материал становится невероятно пластичным, приобретает повышенную текучесть, легко лепится и никогда не засыхает.  

Остается сказать, что волшебный космический песок может быть, как естественного (светло-коричневого) цвета, так и с добавлением красителя. Последний придает материалу яркую экзотичную окраску: синюю, фиолетовую, зеленую, розовую и др. Невольно создается впечатление, что этот песок действительно прибыл к нам из других планет!

Чем космический песок отличается от обычного?

Выделим пять главных особенностей нашего «инопланетного гостя»: 

1. Космический песок гораздо более воздушный, мягкий и приятный на ощупь. С таким материалом хочется играть снова и снова 🙂
2. В отличие от обычного песка, космический не загрязняет руки малыша. Материал настолько текуч, что просто просачивается сквозь пальцы, будто вода. 
3. Комический песок максимально удобен для лепки. Песчинки плотно лепятся друг к другу, позволяя создавать самые причудливые фигуры, при этом их не нужно смачивать водой.
4. Слепленные из космического песка фигурки не засыхают с течением времени, всегда оставаясь «свежими» и «живыми».
5. Чтобы убрать рассыпанные по комнате «космические» песчинки достаточно провести по ним комком этого же материала. Комок, как магнит, притянет к себе все малейшие частицы – и пол станет полностью чистым.  

В чем польза космического песка?

Волшебный песок для лепки очень нравится детям. Малыши могут играть с ним целыми часами. И что самое замечательное, такие игры приносят ребенку много пользы:

• Помогают развить моторику, улучшают подвижность суставов рук.
• Укрепляют мускулы кистей.
• Развивают творческие способности и пространственное мышление.
• Воспитывают трудолюбие и усидчивость.
• Помогают отвлечь и успокоить ребенка в стрессовых ситуациях.

 

Можно ли смешивать песок разных цветов?

Выше уже упоминалось, что на выбор покупателя имеется множество цветовых решений. И тут закономерно возникает вопрос: к чему приводит смешивание песка двух разных цветов?

Отвечаем: если смешать два песка с разной окраской — то в результате получится новый красивый песок с другим цветом. Например, смешав желтый и синий песок, вы получите консистенцию зеленого цвета. Этот песок будет обладать всеми теми же свойствами, что присущи любому «космическому» песку. Из него также можно будет слепить любую красивую фигуру. НО! Обратно разъединить его на желтый и синий уже не получится (это следует помнить, прежде чем пускаться в смелые эксперименты).

Кстати, многие родители специально покупают несколько видов песка с различным окрасом, чтобы дети смешивали их, тем самым развивая фантазию и художественные способности. При этом, рекомендуется выбирать цвета, оптимально сочетающиеся друг с другом:

• желтый, красный и оранжевый;
• синий, желтый и зеленый;
• розовый и сиреневый и т.д.

Как правильно играть с песком?

«Живой» песок – нетоксичный и безопасный материал, не вызывающий аллергии, либо других осложнений. Для игры с песком практически нет никаких ограничений. Но есть несколько полезных советов, которые могут вам пригодиться.

Во-первых, подготовьте гладкую и чистую поверхность для творческого процесса.

Во-вторых, не советуется брать песок влажными руками. В этом случае материал начнет прилипать к коже. Это не влечет за собой никаких неприятных последствий, но может вызвать дискомфорт. В этом случае рекомендуется протереть ладони сухой салфеткой – и проблема будет полностью решена.

В-третьих, следите, чтобы на песок не попадала грязь или вода. Вода может временно нарушить свойства рыхлости и текучести песка. Намокший песок плохо держит форму и прилипает к ладоням.  Чтобы это исправить, достаточно просушить материал в духовке в течение 5 минут при температуре 120 градусов. И тогда наш космический гость снова станет как новенький!

Если в материал попала пыль или грязь, его следует тщательно промыть водой (лучше несколько раз) – а затем просушить указанным выше способом.

 

С какого возраста можно играть?

Начинать играть с песком советуется с 3-летнего возраста. Впрочем, к этому вопросу родители могут подходить индивидуально, ориентируясь на уровень развития ребенка. Часто мамы и папы покупают космический песок детям, еще не достигшим 3 лет. В этом случае желательно, чтобы ребенок занимался под присмотром взрослых.

 

Во что можно поиграть с космическим песком?

Если ребенку надоест лепить фигурки и захочется поиграть во что-нибудь новое (и не менее занимательное), рекомендуем попробовать игры из этого списка:

• Оставьте на песке следы от различных предметов. Ребенок должен угадать, какой отпечаток от какой вещи.
• Закопайте в песке клад (например, мелкие игрушки). Соответственно, малыш должен отыскать сокровище. Чтобы было интереснее, припасите побольше песка: не менее 3 кг.
• Порисуйте на песке зубочисткой или тонкой трубочкой.
• Поиграйте в «стройку» с игрушечными экскаваторами и самосвалами. 

 

Как правильно хранить космический песок?

Космический песок следует защитить от попадания грязи, пыли и различных мелких предметов. Для этого рекомендуется хранить материал в герметичном пластиковом контейнере (например, в той коробке, в которой вы его покупали). Поместить контейнер можно, как в затемненное, так и освещенное место.

Отметим, что срок эксплуатации песка НЕ ОГРАНИЧЕН. В нем просто нет хрупких или портящихся элементов. Поэтому космический песок можно хранить вечно, передавая по наследству внукам и правнукам.

Купить космический песок по доступной цене и с быстрой доставкой можно в нашем интернет-магазине электроники и умной техники Somebox. ru.

Кинетический песок

Кинетический песок. Живой песок. Космический песок. Kinetic Sand

 — это разные названия одного вида песка со свойством кинетики (в переводе с греческого «приводящий в движение«).

Данный песок по свойству напоминает рыхлое тесто, при этом не прилипает к рукам. Он необычный, нравится деткам.

Его легко собрать, если ребенок рассыплет, т.к в его состав входит силикон, который не дает рассыпаться, как обычному песку. 

На рынке представлены как зарубежные производители, так и наш отечественный производитель под маркой «Космический песок». Мы стали дистрибьютерами именно этой фирмы,потому что:

1. Качество песка не уступает зарубежным аналогам. Проверяли лично, тестировали и все оказалось так, как заявляет производитель (тянется, пластичный, экологичный, отлично лепится, никогда не засыхает, не оставляет пятен, в в составе кварцевый песок, воздушный и рассыпчатый).

2. Цена в 2 раза!!! меньше, чем у корейского и шведского производителей. 

3. Продукт сертифицирован. 

Сертификат космический сертификат косм песок.jpeg

4. Наши цены такие же как у фирмы-производителя! Мы не делаем наценок!

Это возможно благодаря заключенному между нами и производителем договору на большие закупочные партии.

5. Песок зарекомендовал себя среди наших клиентов!

С нами сотрудничают не только заботливые родители, но и детские центры и сады, а также арт-терапевты (мы состоим в Ассоциации песочных терапевтов «ПСАМАТА»). О данном песке получили только положительную обратную связь, поэтому от всей души предлагаем вам данный продукт!

 

Есть в этом песке что-то расслабляющее и завораживающее!

Его приятно держать в руках и смотреть как он стекает.

Кинетический песок — с какого возрасту дать ребенку?

В каком возрасте в игровую комнату малыша имеет смысл купить кинетический песок? По мнению детских психологов и, что самое важное, родителей, приступать к развивающим занятиям с использованием домашней песочницы, разнообразных формочек и синтетического песка можно уже на 9-10 месяце жизни ребенка.
Именно в этом возрасте малыш начинает фантазировать, различать формы и объем предметов, стремится воспроизвести увиденное.

Играть с детским песком-кинетиком можно в любое время года, не опасаясь за сохранность одежды, мебельной обивки, домашнего текстиля. Особенность кинетического песка для детей — он представляет собой не сыпучую, как обычный дворовый, а густую однородную массу, удобную в равной степени для лепки, сбора после игры, хранения в контейнере.

Красящие составы, использованные для изготовления наборов кинетического песка, — не токсичны, соответствуют характеристикам пищевых красителей.
Случайное попадание песка в глаза либо в рот малыша исключает нежелательные последствия.

Практика показывает, что кинетический песок с песочницей, представляющей собой домашний складной игровой стол, часто становится первой игрой, способной всерьез увлечь самого непоседливого малыша.

Кинетический или космический песок

Кинетический песок с формочками, приобретать которые можно отдельными наборами, представлен на отечественном рынке в широком ценовом диапазоне. Варианты изделия – космический и живой песок.

Космический песок лидирует в покупательском рейтинге: это продукт отечественного производства, его стоимость ниже, а прикладное преимущество – большая мягкость материала, которую обеспечивает использование мелких песчинок.

Постройки и фигуры из космического песка более прочные, их контуры — выразительнее. В отличие от живого песка, произведенного из ракушечника, космический песок не растворяется под воздействием воды.

Оптимальный объем контейнера — 3 кг. Такой массы достаточно даже для возведения большого замка усилиями компании малышей.

Набор ПРОФИ: Кинетический «Космический песок» с деревянной песочницей, цвета в ассортименте

Для детских учреждений мы специально подготовили наборы Космического песка. Благодаря входящей в комплект деревянной песочнице, в которую прекрасно помещается 6 кг песка, этот набор позволит играть и развиваться группе детей.

Комплектация:
— Деревянная песочница с крышкой размером 40 х 40 см
— Космический пластичный песок — 6 кг. Расцветки на выбор

Расцветки: Классический (песочный), Желтый, Розовый, Голубой, Зеленый, Сиреневый.

Что такое детский Космический песок?

Он же — кинетический песок, живой песок, волшебный песок. Вариантов названий может быть много, но состав и свойства у всех практически не отличаются. Основное отличие лишь в том, что Космический песок, в отличие от других марок, выпускается в шести разных расцветках на выбор. И да, Космический песок производится в России, в г. Санкт-Петербурге.

По своей сути, Космический песок — это масса для лепки, которая позволяет детям открыть совершенно новые возможности для игр. С помощью Космического песка ваш ребёнок сможет лепить разнообразные фигурки, использовать формочки, при помощи которых можно строить крепости, создавать животных и т.д.

Чем хорош космический песок? Как для детей так и для родителей

Космический песок для детей	Космический песок для родителей
Песок пластичный — с ним очень просто играть и дети это очень любят Можно построить замок для своих игрушек Весело играть одному и с друзьями Песочница дома круглый год Ребенок может выразить свой внутренний мир Развивает мелкую моторику, тактильные ощущения Используется в методике песочной терапии Развивает творческие и когнитивные навыки, детское воображение	Легко собирается, благодаря особому составу Дает возможность “Отдохнуть” родителям, так как ребенок возится с этой ненадоедающей игрушкой часами Не требует особых условий хранений и занимает мало места Совсем не пачкается Вы уверены что с песком играет только ваш ребенок Прекрасный способ снять стресс и напряжение в середине рабочей недели

Космический песок

Лепка – одно из любимых занятий детей разного возраста. Если творить из теста или глины доводилось не всем, то пластилин держал в руках каждый ребенок. А сколько удовольствия приносит малышне возня в песочнице. Но это развлечение жестко ограничено погодными условиями.

Переместить любимые занятие по лепке куличей и пасочек в домашние условия поможет космический песок. Сравнительно новое изобретение поражает своими характеристиками даже взрослых. Ознакомление со свойствами космического песка будет интересно всем, в чьем окружении имеются дети, не достигшие подросткового возраста.

Характеристика космического песка

Развивающие занятия с детьми – основное предназначение космического песка, состав которого разработан российскими учеными.

Помимо обучающего эффекта, когда при помощи песка дети знакомятся с буквами и цифрами, формами и размерами, существует множество игр с приятным на ощупь материалом. В отдельных случаях продукт даже используют в лечебных целях.

Занятия детей с космическим песком приносят много пользы:

• укрепляют мускулатуру кистей и активизируют подвижность суставов рук;
• способствуют развитию пространственного мышления и мелкой моторики;
• вырабатывают усидчивость и вместе с тем развивают творческий потенциал;
• успешно борются с гиперактивным поведением, снимают стресс и делают ребенка спокойнее;
• развивают воображение и стремление к новым экспериментам.

Достоинства

Космический песок обладает массой положительных характеристик:

Упаковка продукта, помимо самого материала, содержит формочки и книжку с предложениями по организации игрового и обучающего процесса, а также контейнер для хранения.

Негативные моменты

Приобретая «космический» материал, следует быть готовым к следующим отрицательным моментам:

• Если ребенок берет продукт мокрыми руками, песчинки прилипают к коже.
• Высокая плотность материала является причиной малого количества в упаковке на 1 кг.
• Иногда родители замечают присутствие неприятного химического запаха.
• При игре ребенка на полу без защитных подставок поверхность станет скользящей.
• Слепить из космического песка высокую фигуру не получится, со временем она начнет оседать и рассыпаться.

Состав

Кварцевый песок – основной компонент инновационного материала. Полимерные вещества, выполняющие функцию связующего элемента, занимают около 2% всего состава. Именно они отвечают за пластичность и другие уникальные свойства продукта.

У заботливых родителей возникает закономерный вопрос о безвредности материала. Производители заверяют о полной безопасности применения космического песка при играх с детьми. Даже если ребенок проглотит незначительную часть продукта, он не окажет на организм токсического действия и выйдет естественным путем.

Убедиться в уникальных свойствах продукта поможет видео материал:

Игровые моменты: о чем полезно знать

Производители рекомендуют начинать занятия с детьми, достигшими трехлетнего возраста. Однако развитие ребенка – процесс индивидуальный, поэтому специалисты допускают и более раннее применение продукта в качестве игр и занятий. Но проходить процесс должен под строгим родительским контролем.

Какое количество песка необходимо для полноценной игры? Все зависит от возраста ребенка. Но для первоначального ознакомления лучше приобрести килограммовую упаковку в качестве пробы. Когда материал заинтересует ребенка, всегда можно дополнить уже существующий арсенал. Малышу будет достаточно и одного килограмма. При планировании коллективных игр, космический продукт приобретают из расчета 1 кг материала на 1 ребенка.

Существует много интересных занятий и игр с применением космического песка:

• Лепка разнообразных фигурок. Предлагаемые в комплекте формы заодно помогут создать забавную коллекцию.
• Из материала интересно лепить колбаски и тортики, которые потом удобно режутся пластмассовым ножиком.
• При наличии игрушечного самосвала организовать строительный процесс.
• Искать в космическом песке мелкие игрушки, предварительно спрятанные взрослым или другом по игре.
• Рисовать на уплотненном материале забавные картинки с помощью зубочистки.
• Провести «графический диктант», когда по заданным точкам ребенок будет рисовать определенную фигуру.

Более подробная информация о развивающих занятиях для детей с помощью космического песка изложена в прилагаемой книге.

В классическом варианте материал обладает светло-коричневым оттенком. Но в продаже имеются и другие цвета:

• желтый;
• ярко-розовый;
• зеленый;
• голубой;
• фиолетовый.

В процессе игры продукт разных цветов можно соединять между собой, получая новые оригинальные оттенки. Результат будет идентичен смешиванию красок.

Особенности эксплуатации

Чтобы продлить период использования космического песка, необходимо соблюдать несколько простых условий:

• Хранят материал в специальном контейнере или пластиковой коробке. Подобная защитная мера предотвратит загрязнение продукта.
• При попадании в космический песок влаги, его необходимо подсушить. Для этого достаточно рассыпать материал тонким слоем.
• До начала игры ребенку рекомендуется вымыть и высушить руки. После окончания занятие процедуру повторяют.
• Организуйте творческий процесс на гладкой и чистой поверхности, чтобы после игры была возможность собрать рассыпавшийся материал. Это убережет космический песок от потерь и уменьшения объема.

Боязнь сложной уборки после занятий напрасна. Для сбора просыпавшегося материала достаточно взять плотную горсть песка и комком собрать песчинки, которые прилипнут к основной массе по принципу магнита.

Найти новинку в детских магазинах получится не всегда. На выручку придут интернет-магазины, где космический песок представлен в подходящих упаковках и разной цветовой гаммы.

Важно! Не забудьте удостовериться у продавцов консультантов в наличии сертификата качества.

По отзывам родителей, которые используют «космический» продукт в играх с детьми, он является прекрасным материалом для развивающих занятий и просто развлечений. Взрослые сами с удовольствием занимаются лепкой.

Аналогичный продукт

На рынке детских товаров существуют аналоги российскому космическому песку. Это шведский кинетический материал для занятий лепкой и «живой» южнокорейский.

Принцип действия у них примерно одинаковый, но существуют и значимые отличия:

• «Живой» песок предлагают лишь белого цвета, космический продукт выпускается в шести оттенках.
• Основой корейского материала является ракушечник, поэтому при попадании влаги продукт растворяется. Космический и кинетический аналог изготавливается из кварцевого песка, поэтому песок устойчив к действию влаги.
• Продукция российских и шведских производителей имеет много общего, но ценится отечественный продукт за счет более низкой цены при сохранении всех важных характеристик.

Умельцам, которым недоступна покупка инновационного материала, можно посоветовать создать собственный продукт, сходный по свойствам с оригиналом.

Космический песок станет отличным дополнением к арсеналу развивающих игрушек собственного ребенка и оригинальным подарком знакомым молодым родителям. Видео обзор поможет ближе ознакомиться с оригинальной новинкой.

Генетическая дифференциация песчанки Lutzomyia vexator (Diptera: Psychodidae) в небольшом пространственном масштабе | Паразиты и переносчики

1.

Mead DG, Cupp EW. Появление Lutzomyia anthrophora (Diptera: Psychodidae) в Аризоне. J Med Entomol. 1995; 32: 747–8.

CAS Статья PubMed Google Scholar

2.

Гомес Э., Хиротомо К., Хасигучи Ю. Виды песчаных мух, кусающих человека, и естественное заражение промастиготом Leishmania в эндемичных по лейшманиозу районах Эквадора.Acta Trop. 2014; 140: 41–9.

Артикул PubMed Google Scholar

3.

de Queiroz Balbino V, Coutinho-Abreu IV, Sonoda IV, Melo MA, de Andrade PP, de Castro JA, et al. Генетическая структура природных популяций песчаной мухи Lutzomyia longipalpis (Diptera: Psychodidae) из северо-восточного региона Бразилии. Acta Trop. 2006; 98: 15–24.

Артикул PubMed Google Scholar

4.

Maingon RDC, Ward RD, Hamilton JGC, Bauzer LGSR, Peixoto AA. Комплекс видов Lutzomyia longipalpis : имеет ли значение субструктура популяции для передачи Leishmania ? Trends Parasitol. 2008; 24: 12–7.

Артикул PubMed Google Scholar

5.

Thompson JN. Географическая мозаика коэволюции. Чикаго: Издательство Чикагского университета; 2005.

Google Scholar

6.

Santos MFC, Ribolla PEM, Alonso DP, Andrade-Filho JD, Casaril AE, Ferreira AMT и др. Генетическая структура популяций Lutzomyia longipalpis в Мату-Гросу-ду-Сул, Бразилия, на основе микросателлитных маркеров. PLoS ONE. 2013; 8 (9): e74268.

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

7.

Ямамото К., Касерес А.Г., Гомес Е.А., Мимори Т., Ивата Х., Коренага М. и др. Генетическое разнообразие митохондриального гена цитохрома b у Lutzomyia spp., со специальной ссылкой на Lutzomyia peruensis , главный переносчик Leishmania ( Viannia ) peruviana в перуанских Андах. Acta Trop. 2013; 126 (2): 156–63.

CAS Статья PubMed Google Scholar

8.

Като Х., Касерес А.Г., Гомес Э.А., Мимори Т., Уэзато Х., Хасигучи Ю. Генетическая дивергенция в популяциях Lutzomyia ayacuchensis , переносчика кожного лейшманиоза Андского типа, в Эквадоре и Перу.Acta Trop. 2015; 141: 79–87.

Артикул PubMed Google Scholar

9.

Флорин Д.А., Дэвис С.Дж., Олсен К., юрист П., Липник Р., Шульц Г. и др. Морфометрический и молекулярный анализ видов песчаных мух Lutzomyia shannoni (Diptera: Psychodidae: Phlebotominae), собранных в семи различных географических районах на юго-востоке США. J Med Entomol. 2011. 48 (2): 154–66.

Артикул PubMed Google Scholar

10.

Schall JJ. Вирулентность малярийного паразита, Plasmodium mexicanum , для его переносчиков-песчанок, Lutzomyia vexator и L. stewarti (Diptera: Psychodidae). J Med Entomol. 2011; 48: 1183–8.

Артикул PubMed Google Scholar

11.

Martinsen EMS, Perkins SL, Schall JJ. Трехгеномная филогения малярийных паразитов ( Plasmodium и близкородственные роды): эволюция жизненных особенностей и смены хозяев.Mol Phylogenet Evol. 2008; 47: 261–73.

CAS Статья PubMed Google Scholar

12.

Schall JJ, Denis St KM. Микросателлитные локусы малярийного паразита ( Plasmodium mexicanum ) за тридцать три года: узкие места в эффективном размере популяции и влияние на частоты аллелей. Паразитол. 2013; 140: 21–8.

13.

Schall JJ, Marghoob AB. Распространенность малярийного паразита во времени и пространстве: Plasmodium mexicanum у его позвоночного хозяина, ящерицы западного забора, Sceloporus occidentaliis .J Anim Ecol. 1995. 64: 177–85.

Артикул Google Scholar

14.

Fricke JM, Vardo-Zalik AM, Schall JJ. Географическая генетическая дифференциация малярийного паразита Plasmodium mexicanum и его хозяина-ящерицы Sceloporus occidentalis . J Parasit. 2010; 96: 308–13.

Артикул PubMed Google Scholar

15.

Vardo-Zalik AM, Schall JJ.Клональное разнообразие инфекций и вирулентность малярийного паразита, Plasmodium mexicanum . Паразитол. 2008; 135: 1363–72.

CAS Статья Google Scholar

16.

Минтер Л., Ковачич Б., Клаборн Д. М., Лоулер П., Флорин Д., Браун Г.К. Новые государственные рекорды для Lutzomyia shannoni и Lutzomyia vexator . J Med Entomol. 2009. 46: 965–8.

Артикул PubMed Google Scholar

17.

Аяла СС. Сообщество москитов-простейших паразитов флеботомин лугопастбищных угодий центральной Калифорнии. Am Midl Nat. 1973; 89 (2): 266–80.

Артикул Google Scholar

18.

Остфилд Р.С., Рой П., Хомайер В., Кантер Л., Кизинг Ф., Роутон Э.Д. Популяции песчаной мухи ( Lutzomyia vexator ) (Diptera: Psychodidae) в северной части штата Нью-Йорк: численность, микрогрохота и фенология. J Med Entomol. 2004. 41: 774–8.

Артикул Google Scholar

19.

Schall JJ. Малярийные паразиты ящериц: разнообразие и экология. Adv Parasitol. 1996. 37: 255–333.

CAS Статья PubMed Google Scholar

20.

Fialho RF, Schall JJ. Термическая экология малярийного паразита и его насекомых-переносчиков: последствия для успеха передачи паразита. J Anim Ecol. 1995; 64: 553–62.

Артикул Google Scholar

21.

Янг Д.Г., Перкинс П.В. Мухи-флеботомины Северной Америки (Diptera: Psychodidae). Новости Mosq. 1984; 44: 263.

Google Scholar

22.

Day JC, Ready RD. Относительная численность, обособленность и строение микросателлитов флеботоминов. Насекомое Mol Biol. 1999. 8 (4): 575–80.

CAS Статья PubMed Google Scholar

23.

Ватт ПК, Boyland E, Noyes HA, Maingon R, Kemp SJ.Полиморфные динуклеотидные микросателлитные локусы москиты Lutzomyia longipalpis (Diptera: Phlebotominae). Примечания Мол Экол. 2002; 2: 62–4.

CAS Статья Google Scholar

24.

Гамильтон М.Б., Пинкус Е.Л., Ди Фиоре А. Универсальный линкер и процедуры лигирования для создания библиотек геномной ДНК, обогащенных микросателлитами. Биотехнологии. 1999. 27: 500–7.

CAS PubMed Google Scholar

25.

Имвонг М., Судимак Д., Пукриттаяками С., Осорио Л., Карлтон Дж. М., Дэй NPJ и др. Вариации микросателлитов, длина повторяющегося массива и история популяции Plasmodium vivax . Mol Biol Evol. 2006; 23: 1016–8.

CAS Статья PubMed Google Scholar

26.

Van Oosterhout C, Hutchinson WF, Wills DPM, Shipley P. MICRO-CHECKER: программа для выявления и исправления ошибок генотипирования в микросателлитных данных.Примечания Мол Экол. 2004; 4: 535–8.

Артикул Google Scholar

27.

Пиколл Р., Смаус ЧП. GenAlEx 6.5: генетический анализ в Excel. Популяционно-генетическое программное обеспечение для обучения и исследований — обновление. Биоинформатика. 2012; 28: 2537–9.

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

28.

Raymond M, Rousset F. GENEPOP (версия 1.2): программа популяционной генетики для точных тестов и экуменизма.J. Наследственность. 1995; 86: 248–9.

Google Scholar

29.

Руссет Ф. Genepop’007: полная переработка программного обеспечения Genepop для Windows и Linux. Мол Экол Ресур. 2008. 8: 103–6.

Артикул PubMed Google Scholar

30.

Escovar J, Ferro C, Cárdenas E, Bello F. Кариотипическое сравнение пяти видов Lutzomyia (diptera: psychodidae) из серии townsendi и группы verrucarum в Колумбии.Биомедика. 2002; 22: 499–509.

Артикул PubMed Google Scholar

31.

Chapuis MP, Estoup A. Нулевые аллели микросателлитов и оценка дифференциации населения. Mol Biol Evol. 2007. 24 (3): 621–31.

CAS Статья PubMed Google Scholar

32.

Кавалли-Сфорца LL, Эдвардс AWF. Филогенетический анализ. Модели и оценка. Am J Hum Gen.1967; 19: 233–57.

CAS Google Scholar

33.

Притчард Дж. К., Стивенс М., Доннелли П. Вывод структуры популяции с использованием данных мультилокусного генотипа. Генетика. 2000; 155: 945–59.

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

34.

Ван Дж. Оценка эффективных размеров популяции по данным о генетических маркерах. P Phys Soc Lond B. 2005; 360: 1395–409.

CAS Google Scholar

35.

Фриланд Дж. Р., Кирк Х., Петерсен С. Д.. Молекулярная экология. Оксфорд: Уайли-Блэквелл; 2011.

Книга Google Scholar

36.

Garza JC, Williamson EG. Обнаружение уменьшения численности популяции по данным микросателлитных локусов. Molec Ecol. 2001; 10: 305–18.

CAS Статья Google Scholar

37.

Schug MD, Mackay TFC, Aquadro CF. Низкая частота мутаций микросателлитных локусов в Drosophila melanogaster . Нат Жене. 1997; 15: 99–102.

CAS Статья PubMed Google Scholar

38.

Арансай AM, Rewady PD, Morillas-Marquez F. Дифференциация популяций Phlebotomus perniciosus в Испании после послеледникового расселения. Наследственность. 2003; 90: 316–25.

CAS Статья PubMed Google Scholar

39.

Maingon RDC, Ward RD, Hamilton JGC, Noyes HA, Souza N, Kemp SJ, Watts PC. Генетическая идентификация двух видов-братьев Lutzomyia longipalpis (Diptera: Psychodidae), которые продуцируют различные мужские половые феромоны в Собрале, штат Сеара, Бразилия. Mol Ecol. 2003. 12 (7): 1879–94.

CAS Статья PubMed Google Scholar

40.

Hamarsheh O, Presber W., Yaghoobi-Ershadi MR, Amro A, Al-Jawabreh A., Sawalha S, et al.Популяционная структура и географическое подразделение Leishmania major vector Phlebotomus papatasi по данным микросателлитной изменчивости. Med Vet Entomol. 2009; 23: 69–77.

CAS Статья PubMed Google Scholar

41.

Халид Н.М., Абуд М.А., Альрабба FM, Элнаем Д.Е., Трипет Ф. Доказательства генетической дифференциации в микрогеографическом масштабе в популяциях Phlebotomus papatasi из Судана.Векторы паразитов. 2012; 5 (1): 1–13.

Артикул Google Scholar

42.

Morrison AC, Ferro C, Morales A, Tesh RB, Wilson ML. Распространение песчаной мухи Lutzomyia longipalpis (Diptera: Psychodidae) в эндемическом очаге висцерального лейшманиоза в Колумбии. J Med Entomol. 1993. 30: 427–35.

CAS Статья PubMed Google Scholar

43.

Вен Дж. Л., Янг С. Л., Гордон Д. М., Клаборн Д., Петерсен К., Рамальо-Ортигао М.Первое сообщение о песчаных мухах Phlebotomine (Diptera: Psychodidae) в Канзасе и Миссури и о методе ПЦР для отличия Lutzomyia shannoni от Lutzomyia vexator . J Med Entomol. 2012; 49 (6): 1460.

Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

44.

Hashiguchi K, Velez NL, Kato H, Criollo FH, Romero AD, Gomez LE, et al. Фауна песчаных мух (Diptera, Pcychodidae, Phlebotominae) в различных эндемичных по лейшманиозу районах Эквадора, обследованная с помощью недавно названной мини-ловушки Шеннона.Троп Мед Здоровье. 2014; 42 (4): 163.

Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

45.

Vivero RJ, Torres-Gutierrez C, Bejarano EE, Peña HC, Estrada LG, Florez F, et al. Изучение естественных мест размножения москитов (Diptera: Phlebotominae) в районах передачи Leishmania в Колумбии. Векторы паразитов. 2015; 8 (1): 116.

Артикул PubMed PubMed Central Google Scholar

46.

Джой Д.А., Гонсалес-Серон Л., Карлтон Дж. М., Гуйе А., Фэй М., Маккатчан Т.Ф., Су XZ. Местная адаптация и опосредованная переносчиками популяционная структура малярии Plasmodium vivax . Mol Biol Evol. 2008. 25 (6): 1245–52.

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

47.

Харрис С., Морлэйс I, Черчер Т.С., Авоно-Амбене П., Гуанья Л.К., Дабире Р.К. и др. Plasmodium falciparum вызывает более низкую интенсивность заражения в местных популяциях по сравнению с иностранными популяциями Anopheles gambiae .PLoS One. 2012; 7 (1): e30849.

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

Границы | Горизонтальный перенос генов, облегчаемый минералами: новый принцип эволюции жизни?

Введение

Традиционно мы думаем об эволюции как о следовании филогенетическому древу жизни, где организмы в основном развиваются посредством вертикальных модификаций генетической информации посредством полового размножения (рис. 1, синие линии).Однако гены также перемещаются между ветвями, где ДНК одного организма встраивается в другой вид посредством горизонтального переноса генетического материала. Введение чужеродной ДНК в организм посредством горизонтального переноса генов (HGT) может эффективно изменить экологический характер вида-реципиента (Ochman et al., 2000; Johnson and Grossman, 2015) и запутать традиционные эволюционные филогенетические отношения (Рисунок 1, голубые линии). За последние годы появляется все больше доказательств того, что ГПГ важен для эволюции прокариотических клеток (Takeuchi et al., 2014) и сыграли большую роль в эволюции эукариот (Keeling, Palmer, 2008). Для прокариот ГПГ в настоящее время признан ключевым источником инноваций и адаптации к новой среде и образу жизни (Doolittle, 1999; Koonin et al., 2001; Gogarten et al., 2002; Gogarten and Townsend, 2005; O’Malley and Boucher). , 2005) и Puigbò et al. (2014) обнаружили, что около двух третей учтенных эволюционных событий произошли от ГПГ. Кроме того, недавние данные показали, что основными процессами, управляющими эволюцией прокариот и быстро меняющимися микробными геномами, являются HGT и потеря генов (Puigbò et al., 2014).

РИСУНОК 1. Схематическое изображение ветвей филогенетического дерева (синие линии), пересекаемых горизонтальным переносом гена (ярко-синие линии). По материалам Puigbò et al., 2013.

В целом, эволюция организма связана с его постоянно меняющейся средой обитания и успешными процессами инноваций и адаптации, в которых геологическая среда играет косвенную роль, обеспечивая физическую среду. Мы предполагаем, что распространению и доступности ДНК для ГПГ могут способствовать осадочные процессы и геологические события, и мы отводим гораздо более прямую роль геологической среде в эволюции жизни.Таким образом, определенные геологические процессы и события могут объяснить драматические всплески прокариотических инноваций, вызванные HGT (Puigbò et al., 2013).

«Свободная» или «внеклеточная» ДНК обычно высвобождается во время роста клеток (Lorenz and Wackernagel, 1994; Lotareva and Prozorov, 2000) из биопленки или остатков клеток (Lorenz and Wackernagel, 1994; Cai et al. , 2009) или путем лизиса мертвых клеток (Lorenz and Wackernagel, 1994; Nelson et al., 1999). Однако ДНК, попадающая в водную среду или почву, подвергается деградации под действием динамических биологических, физических и химических факторов (Levy-Booth et al., 2007), которые уменьшают сохранение свободной ДНК и, следовательно, вероятность успешного HGT. В морской и пресноводной среде свободная ДНК может выживать только в течение нескольких недель (Dejean et al., 2011; Thomsen et al., 2012a, b), но экспериментальная работа, связанная с минералами, показывает, что долговечность ДНК может быть значительно продлена. (Аардема и др., 1983). Например, было обнаружено, что ДНК, адсорбированная на осадке, была значительно более устойчивой к ферментативному расщеплению, чем водная ДНК (Lorenz et al., 1981).По сравнению с деградацией экзогенной ДНК, ДНК, адсорбированная на глинистые минералы, оказалась в 10 раз более устойчивой (Khanna and Stotzky, 1992), а ДНК, адсорбированная на песчинках, требовала в 100 раз больше ДНКазы для разложения (Romanowski et al. , 1991). Кроме того, ДНК возрастом ~ 14–550 тысяч лет, извлеченная из отложений, подтверждает, что минералы могут защищать адсорбированную ДНК в естественных условиях и сохранять ее в геологически значимых временных масштабах (Haile et al., 2007; Slon et al., 2017).

В глобальном масштабе свободная ДНК (не часть мертвой биомассы), обнаруженная в самых верхних 10 см современных морских отложений, соответствует примерно 0.30–0,45 Гт ДНК и может представлять собой крупнейший резервуар ДНК в океанах (Dell’Anno and Danovaro, 2005). Свободная ДНК обнаруживается в большинстве экосистем поверхности Земли, таких как водная среда, почвы и отложения (Danovaro et al., 2005; Dell’Anno and Danovaro, 2005; Levy-Booth et al., 2007). По оценкам, до 95% этой ДНК связано с минералами (Gogarten et al., 2002), и длительная продолжительность жизни, обеспечиваемая этой ассоциацией, вносит значительный вклад в доступный пул эволюционных черт в водной среде.Когда геологические процессы и события начинают воздействовать на этот минеральный архив генов, перемещенные минералы действуют как челноки во времени и в разных средах, способствуют передаче ДНК и связанных с ней эволюционных черт и могут напрямую влиять на эволюцию жизни. ГПГ ДНК может происходить посредством механизма трансформации, при котором ДНК, адсорбированная минералами, включается в геном организма-реципиента (Lorenz and Wackernagel, 1988; Demanèche et al., 2001; Cai et al., 2007; Pietramellara et al., 2009; Yu et al., 2013) и даже фрагментированная и поврежденная ДНК способны передавать генетическую информацию (Overballe-Petersen et al., 2013; Takeuchi et al., 2014).

Существует три механизма, с помощью которых гены могут передаваться от одного организма к другому: (а) конъюгация, при которой происходит обмен ДНК между бактериями при физическом контакте, (б) трансдукция, когда ДНК передается между организмами через бактериофаг и (в) трансформация, при которой организм-хозяин поглощает свободную экзогенную ДНК.Для конъюгации требуется живая донорская бактерия, а для трансдукции требуется промежуточный «посланник». Ни один из них, скорее всего, не выжил бы в различных средах. Перемещение микробов в пространстве ограничено высокой неоднородностью питательных веществ в океанической (микро) среде (Stocker, 2012), а высокая вероятность столкновения с неблагоприятными условиями ставит под угрозу целостность клеток (Thomas and Nielsen, 2005) и приводит к лизису клеток и последующей деградации ДНК. или адсорбция и стабилизация на поверхности минерала.Кроме того, биомасса архейских океанов, вероятно, была ниже по сравнению с недавним временем (Kipp and Stüeken, 2017), подчеркивая, что контакт между микробами из разных экологических ниш был более ограниченным, чем сегодня (Martiny et al., 2006). Это говорит о том, что конъюгация и трансдукция наиболее эффективны для локального ГПГ, но они возможны на больших расстояниях. Напротив, минералы могут способствовать распространению ДНК в различных средах, делая механизм переноса доминирующим во времени и пространстве.Механизм микробной трансформации — сложный процесс, который зависит от свойств ДНК и компетентности организма-реципиента (Thomas and Nielsen, 2005). Насколько нам известно, неизвестно, должна ли ДНК десорбироваться из минерала, прежде чем она будет поглощена клеткой, или клетка активно берет ДНК непосредственно с поверхности минерала. Khanna et al. (1998) предположили, что один конец ДНК прикреплен к минералу, а другой свободен в области интерфейса и готов к взаимодействию с компетентным организмом. Однако механизм захвата, а также ориентация и конформация ДНК на различных минеральных поверхностях все еще в значительной степени неизвестны. Далее мы отстаиваем гипотезу ГПГ с участием минералов и ее влияние на эволюцию жизни, сочетая данные исследований адсорбции ДНК-минералов с метагеномными данными и отчетами о ранних этапах жизни и связанных с ними условиях окружающей среды. Мы суммируем основные факторы, которые приводят к нашей гипотезе, и проиллюстрируем потенциальное влияние ГПГ с минеральными добавками на эволюцию жизни.Мы описываем сценарий, который объясняет обнаруженные вспышки HGT (Puigbò et al., 2014), которые вызвали драматические эволюционные изменения у прокариот (David and Alm, 2011; Puigbò et al., 2014), и связываем процессы HGT с минеральным участием распределению микробных метаболических признаков 3,1–2,85 миллиарда лет назад и сопутствующему накоплению O ₂ в атмосфере.

Факторы, влияющие на HGT с минеральными добавками

ДНК, связанная с минералами, обнаруженная в окружающей среде, не просто отражает разнообразие текущей активной биоты, но представляет собой смесь ДНК из вышележащих вод, окружающих отложений, окружающей среды обитания, а также мертвой биомассы, которая накапливалась с течением времени. На ранних этапах эволюции жизни этот связанный с минералами архив генетической информации в толще воды и на морском дне был бы относительно бедным по сравнению с сегодняшним днем ​​просто из-за меньшей биомассы (Kipp and Stüeken, 2017). Несмотря на это, факторы, влияющие на ГПГ, способствующую минералу, включают (i) долговечность адсорбированной минералом ДНК, определяемую стабильностью связывания ДНК с минералом, (ii) динамику геологической среды с точки зрения событий и осадочных процессов и (iii) приповерхностная минералогия Земли, которая связана с изобилием минералов с высокой адсорбционной способностью ДНК.i, ii и iii тесно взаимосвязаны, но в отличие от i и ii, которые описывают более или менее однородные процессы в геологической истории, iii со временем значительно изменилась. В следующих разделах мы подробно рассмотрим каждый пункт.

Стабильность ДНК-минерального связывания

Долговечность ДНК, адсорбированной минералами, зависит от ряда факторов, в которых, в частности, находятся минеральные виды (Lorenz and Wackernagel, 1987; Cao et al. , 2011; Michalkova et al., 2011; Feuillie et al., 2013; Canhisares-Filho et al. al., 2015; Pedreira-Segade et al., 2016), фоновые ионы (Lorenz and Wackernagel, 1987; Nguyen, Chen, 2007; Lu et al., 2010), соленость и pH (Greaves, Wilson, 1969; Saeki et al., 2010). ; Michalkova et al., 2011; Feuillie et al., 2015; Maity et al., 2015) определяют адсорбционную способность минерала ДНК. В зависимости от кристаллической структуры и состава поверхностный заряд большинства минералов изменяется в зависимости от pH. Как правило, силикаты имеют низкую точку нулевого заряда, то есть они отрицательно заряжены в широком диапазоне pH, тогда как оксиды и гидроксиды имеют высокую точку нулевого заряда, т.е.е., они заряжены положительно в широком диапазоне pH (рис. 2). ДНК взаимодействует с минералами через свой фосфатный остов (рис. 3A, B), а азотистые основания (рис. 3C) вносят лишь ограниченный вклад в адсорбцию (Vuillemin et al., 2017). Фосфатные фрагменты ДНК имеют положительный заряд ниже ∼pH 2 и могут напрямую взаимодействовать с отрицательно заряженными силикатами и базисными плоскостями глинистых минералов при таких низких значениях pH. Выше ∼pH 2 депротонированные и, следовательно, отрицательно заряженные фосфатные фрагменты ДНК могут адсорбироваться на отрицательно заряженные минеральные поверхности через поливалентные катионы (Ca ²⁺ , Mg ²⁺ и Al ³⁺ ), которые создают « мост »между двумя отрицательными зарядами.Эти зарядовые отношения между ДНК и минералами в зависимости от pH делают адсорбцию и десорбцию ДНК очень чувствительной к геохимическим характеристикам окружающей среды (состав раствора, летучесть кислорода, температура и pH) (Cao et al., 2011; Michalkova et al. ., 2011; Feuillie et al., 2013; Pedreira-Segade et al., 2016; Biondi et al., 2017), а в условиях нейтрального pH глинистые края и оксиды можно рассматривать как более сильное электростатическое взаимодействие с отрицательно заряженной ДНК. фрагменты.Эти зарядовые отношения также могут влиять на деградацию под действием биологических факторов. Сильная адсорбция на минерале может предотвратить распаковку двойной спирали или изменить конформацию ДНК, чтобы ее нельзя было распознать разрушающими ферментами. Кроме того, первоначально предполагалось, что долговечность ДНК является наиболее эффективной в бескислородной среде осадконакопления (Coolen et al., 2002). Тем не менее, однозначное обнаружение древней ДНК в отложениях, отложенных в кислородных условиях (Willerslev et al., 2003; Corinaldesi et al., 2008) предполагают, что кислородная среда также обеспечивает сохранение. Экспериментальные цели и установки представленных исследований взаимодействия ДНК и минералов значительно различаются между исследованиями, что очень затрудняет количественное рассмотрение причинного воздействия на продолжительность жизни на основе имеющихся данных. Поэтому ниже мы обобщаем тенденции, в первую очередь, на основе размера зерен и установленных тенденций для адсорбционной способности ДНК.

РИСУНОК 2. Диаграмма Шиндлера, показывающая диапазон pH, в котором взаимодействие между минералами и фосфатными группами ДНК может быть чисто электростатическим.Для силикатов (глинистые минералы, кварц и полевой шпат) модовое значение точки нулевого заряда (черная вертикальная линия PZC) взято из Oelkers et al. (2009) и Kosmulski (2011), а для оксидов и карбонатов — Kosmulski (2011). Серая заштрихованная область в рамке PZC представляет ряд PZC для минералов силикатного, оксидного или карбонатного классов. За пределами чисто электростатического взаимодействия адсорбция ДНК будет зависеть от водных ионов и образования катионных мостиков.

РИСУНОК 3. (A) Двухцепочечная структура ДНК. (B) Основа ДНК состоит из фосфатных и сахарных групп. (C) ДНК содержит 4 различных азотистых основания, связанных с сахарным кольцом: аденин, тимин, цитозин и гуанин, которые попарно связаны водородными связями (H), образующими двойную спираль.

Динамика геологической среды

Динамика окружающей среды является результатом множества геологических событий, таких как трансгрессия и регрессия морской воды, скорость выветривания, а также действующие местные процессы седиментации.Последний включает расстояние до берега, климатическую зону, глубину, океанские течения, уровни энергии и т. Д. Эти динамические процессы могут способствовать переносу ассоциации ДНК-минерал во времени и пространстве. Кроме того, если ассоциация приостановлена, а не отложена на морском дне, она может быть распределена посредством процессов меньшего масштаба, таких как местные течения. Скорость осаждения в первую очередь определяется временем удерживания взвешенных частиц. Время удерживания зависит от размера и плотности частиц (и действующих уровней энергии).Частицы размером несколько микрометров или меньше, то есть фракция глины (менее 0,002 мм), имеют наибольшее время удерживания и, следовательно, более высокий потенциал для перемещения ДНК через окружающую среду. Адсорбционная способность ДНК зависит от площади поверхности, а также от сил между ДНК, минералом и составом раствора (как обсуждается в разделе 2а). Глинистая фракция обогащена глинистыми минералами и оксигидроксидами железа, которые, помимо большой площади поверхности, обладают самой высокой адсорбционной способностью к ДНК (десятки микрограммов ДНК на грамм минерала) (Lorenz and Wackernagel, 1994). Напротив, частицы ила (0,002–0,05 мм) или песка (более 0,05 мм) обычно имеют стократно меньшую емкость, в первую очередь из-за меньшей площади поверхности (Lorenz and Wackernagel, 1994) и электростатических эффектов (ДНК-минеральный раствор). взаимодействие). Дело в том, что минералы в глинистой фракции, такие как глинистые минералы, оксиды и гидроксиды железа, с большей вероятностью встретят взвешенную ДНК, адсорбируют ее и транспортируют в отдаленные осадочные среды, чем, например, минералы песчаной фракции. Учитывая количество ДНК, связанной с минералами на морском дне, их перераспределение увеличит вероятность ГПГ ниже по течению, поскольку челноки ДНК-минералы будут ресуспендированы и станут более доступными для микробов.

Приповерхностная минералогия

С точки зрения приповерхностной минералогии Земли, глинистые минералы, оксиды, гидроксиды и карбонаты составляют значительную часть минеральной поверхности взвешенных отложений в недавних водных столбах (Van Der Gaast, 1991). Однако на ранней Земле, до Великого окислительного события (GOE), минералогия была менее разнообразной, и в морских взвешенных частицах, вероятно, преобладали силикаты песчаной фракции, образовавшиеся в результате выветривания, которые имеют более короткое время удерживания по сравнению с глинистой фракцией.

До накопления атмосферного кислорода ∼2,4–2,3 млрд лет назад (Anbar et al., 2007; Luo et al., 2016) присутствие оксидов, гидроксидов и глинистых минералов в отложениях в основном ограничивалось средами, где физическая эрозия и действовало водное выветривание (ультра) основных и гранитных пород (Hazen et al., 2008). Задолго до GOE осадочные оксиды железа возникли в форме железных образований, которые представляют собой богатые оксидом железа породы, глобальное и широкое распространение которых является одним из признаков начала GOE.Железные образования формировались уже около 3,75 млрд лет назад (Rosing et al., 1996) как следствие событий прорыва мантийного плюма (Isley and Abbott, 1999) и значительно позже GOE [подробный обзор см. , Например, Bekker et al. . (2014)], но эти отложения редки и ограничены по объему по сравнению с их неоархейскими и палеопротерозойскими аналогами (Konhauser et al., 2017). Следовательно, их значение для HGT, скорее всего, было незначительным. Недавно появившиеся новые данные выявили особую наземную биосферу еще ~ 3 млрд лет назад (Rye and Holland, 2000; Stüeken et al., 2017; Homann et al., 2018; Stüeken and Buick, 2018), которые повлияли бы на выветривание континентальных масс и, как следствие, на образование вторичных минералов. Однако мы все еще мало знаем об этой биосфере и ее свойствах.

Единственные объемно важные количества глинистых минералов в океанах, скорее всего, образовались в результате серпентинизации океанической коры вокруг гидротермальных жерл (Hazen et al., 2013). Однако там было некоторое количество теригенных глинистых минералов, которые были перенесены в ранние океаны реками или ветрами.Они были бы взвешены в толще воды до осаждения и вполне могли действовать как носители ДНК. В глобальном масштабе приповерхностная минералогия Земли изменилась после GOE (Folinsbee, 1982; Hazen et al., 2008), когда появилось около 2500 новых минералов (Hazen et al., 2008). Оксигидроксиды железа, такие как ферригидрит и гематит, являются особенно важными продуктами GOE, поскольку они осаждались в значительных количествах из слегка насыщенных кислородом верхней части океана в результате более низкой растворимости Fe ³⁺ по сравнению с Fe ²⁺ .В дополнение к более высокому содержанию минералов глинистой фракции, доля глинистых минералов увеличилась из-за связанного с этим начала образования глинистых минералов, богатых Fe ³⁺ , на континентальном шельфе (Hazen et al., 2013) в сочетании с усилением выветривания. с континентов, которые начали менять состав с основного на кислый около 3 млрд лет назад (Tang et al., 2016) около 3 млрд лет назад. Мы предполагаем, что внезапное увеличение числа этих основных носителей ДНК незадолго до (Anbar et al., 2007; Frei et al. , 2009; Crowe et al., 2013), а после GOE добавили к успеху и размаху минералов, способствовавших ГПГ. Во время накопления свободного O ₂ появление новых экологических ниш было высоким и могло бы повысить спрос на новые эволюционные черты и инновации. Напротив, возникающие кислородные условия, скорее всего, уменьшили долговечность ДНК, как это наблюдалось в недавних отложениях бескислородных озер (Coolen et al., 2002). К сожалению, в современных знаниях о долговечности ДНК, связанной с минералами, имеются серьезные пробелы, и количественная оценка взаимодействия между этими факторами — все еще существующий рубеж, к которому необходимо приблизиться.

Геномная эволюция и O

₂ Наращивание на ранней Земле

Геномные исследования определили экспансию архей (AE) как период интенсивных генетических инноваций между 3,3–2,9 млрд лет назад, который совпадает с быстрой диверсификацией бактериальных линий (David and Alm, 2011). Дэвид и Алм (2011) создали подробную историю эволюции для ~ 4000 основных семейств генов, в которых они объясняют события, вызванные ГПГ. В частности, они сравнили филогению отдельных генов с филогенезом организмов («древо жизни»).Они показывают, что истории генов показывают заметные изменения в скорости рождения генов, удвоения генов, потери генов и ГПГ в геологических временных масштабах (рис. 4). Интересно, что во время снижения генетической экспансии происходит всплеск эволюции, обусловленной ГПГ (рис. 4 стрелка), которая стабилизируется на максимуме ~ 2,7 млрд лет назад и остается относительно постоянной до настоящего времени. Было обнаружено, что гены, рожденные во время AE, вероятно, связаны с расширением возможностей микробного дыхания и способности переноса электронов, с обогащением генов, использующих кислород, к концу расширения (David and Alm, 2011).Кроме того, гены, возникающие после экспансии, показывают увеличение использования свободного кислорода в метаболических процессах (David and Alm, 2011).

РИСУНОК 4. Скорость геномных макроэволюционных событий во времени. Экспансия архея знаменует собой быструю диверсификацию бактериальных линий. Во время экспансии метаболические сложности дыхательных путей эволюционировали, включая перенос электронов, а после экспансии возникающие гены показали увеличивающееся использование молекулярного кислорода. При снижении экспансии значительное количество генов вызвано HGT.Этот вклад достигает максимума и остается полупостоянным до настоящего времени. Адаптировано с разрешения Macmillan Publishers Ltd: Nature [Быстрые эволюционные инновации во время генетической экспансии архей, Дэвид и Альм (2011)].

Процесс фотосинтеза представляет собой мозаику различных подпроцессов (Hohmann-Marriott and Blankenship, 2011), и, согласно «модели слияния» (Blankenship, 1992; Леонова и др., 2011), эволюция фотосинтетических организмов осложняется: вставка генов, кодирующих эти реакции, через HGT.Модель слияния была недавно подтверждена открытием Oxyphotobacteria , которые приобрели фотосинтетические подпроцессы посредством ГПГ (Shih et al., 2017; Soo et al., 2017). Кислородный фотосинтез — единственный значительный источник свободного кислорода в гидросфере и атмосфере и основной путь метаболизма жизни на Земле. До изобретения фотосинтеза жизнь зависела исключительно от химических источников восстанавливающей энергии, таких как гидротермальная активность и выветривание (Lyons et al., 2014). Фотосинтез мог развиться до 3,8 млрд лет назад (Rosing and Frei, 2004), и данные свидетельствуют о появлении запахов атмосферного кислорода (Anbar et al., 2007), имевших место еще 3 млрд лет назад (Crowe et al., 2013). Это означает, что, по крайней мере локально, карманы O ₂ присутствовали в приповерхностной среде Земли как продукт редкой фотосинтетической жизни до накопления заметных количеств свободного атмосферного O ₂ . В то время несколько процессов конкурировали за свободный O ₂ , включая окисление сульфидов, снижение геотермального оттока и окисление органических веществ, а также ограниченное образование оксидов и гидроксидов.Мы предполагаем, что ГПГ с минеральными добавками оказали более сильное воздействие в субоксических условиях по сравнению с бескислородными условиями, то есть комбинацией (i) повышенного местного развития минералов глинистой фракции с соответствующей высокой адсорбционной способностью ДНК, (ii) общих бескислородных условий (увеличение продолжительности жизни) ) и (iii) местные запахи O ₂ могли бы предложить привлекательные места для архивирования ДНК на минеральных поверхностях и спрос на инновации. Несмотря на стабильные уровни свободного атмосферного O _{2, недавние данные} предполагают, что на протяжении большей части протерозойского эона (2.5–0,5 млрд лет назад), океаны Земли были умеренно ядовитыми на поверхности и все еще бескислородными на глубине (Canfield, 1998; Reinhard et al., 2013), что способствовало сохранению ДНК в верхних частях водной толщи, но приносило пользу в нижние части, где в конечном итоге окажется большая часть связанной с минералами ДНК.

Мы считаем правдоподобным, что изменение скорости макроэволюционных событий, вызванных HGT во время и после AE (Рисунок 4), связано с взаимозависимыми факторами увеличения уровней O ₂ , обилием минералов с высокой адсорбционной способностью ДНК, геологическими факторами. окружающей среды и новых подходящих ниш для инноваций и долговечности ДНК.Первоначальный рост событий переноса генов в AE определяется рождением генов, и возрастающая роль HGT вполне может быть вызвана развитием жизни, более высокой частотой переноса ДНК в сочетании с необходимостью эволюционных инноваций. Последующий рост и последующий застой вклада ГПГ в геномную эволюцию может представлять собой баланс между потребностью в инновациях, развитием кислородной среды (снижение потенциала сохранения свободной ДНК) и ускоренным образованием минералов, которые сохраняют ДНК (увеличение продолжительности жизни). ), а также обилие и более высокой адсорбционной способности, определяемой местной геологией и уровнями O ₂ .Хотя, учитывая современное количество ДНК в отложениях, мы не считаем, что бескислородные условия являются таким же важным условием для долголетия ДНК, как стабилизация ДНК на минеральных поверхностях, и мы предполагаем, что основным фактором, контролирующим долголетие, является благоприятный минерал. -Связывание ДНК.

Далее мы проиллюстрируем отстаиваемую основу для ГПГ с использованием минералов и его предполагаемое влияние на эволюцию в раннем возрасте. Относительное время событий и вероятный эволюционный порядок метаболических механизмов адаптированы из предложенных Дэвидом и Алмом (2011) и представлены на рисунке 4. Поскольку геномные данные из Дэвида и Алма (2011) плохо геологически ограничены и их трудно сравнивать с абсолютно датированными (до) событиями GOE, мы проиллюстрируем качественный и гипотетический сценарий, который предлагает простое решение для наблюдений относительно совпадающих событий увеличения ГПГ и изменения приповерхностной минералогии в мезоархее и неоархее. Гипотетический сценарий проиллюстрирован на рисунке 5 и показывает распределение метаболических признаков при помощи минералов и последующую эволюцию, которая поддерживается моделью слияния (Hohmann-Marriott and Blankenship, 2011).Цель рисунка 5 — проиллюстрировать вероятные процессы и предполагаемое значение ГПГ с минералами для эволюции жизни.

РИСУНОК 5. Упрощенная схема, иллюстрирующая минерал, способствующий HGT, и предполагаемое влияние на эволюцию в раннем возрасте. Минералы распределяют адсорбированные метаболические характеристики во времени и пространстве, облегчая эволюцию все более совершенных метаболических путей в морской среде, начиная с (A) среды белого курильщика до (B) среды обитания черного курильщика, к (C) субфотическая и, наконец, (D) фотическая зона.

Гипотетическая основа ГПГ с применением минералов и влияние на раннюю жизнь

Вероятными кандидатами на место первых обитаемых сред являются бескислородные подводные гидротермальные источники (Dodd et al., 2017), такие как места обитания белого курильщика и черного курильщика на рис. углекислый газ и сера поддерживали бы раннюю жизнь с примитивным метаболизмом. У белых и черных курильщиков PreGOE было одно из самых крупных месторождений, например.ж., карбонаты и глинистые минералы серпентиновой группы. ДНК микробов, обитающих в этих средах обитания, была способна адсорбироваться на карбонаты за счет электростатических взаимодействий и на серпантины за счет ионных мостиков (рис. 2), что могло бы защитить ДНК и облегчить ее транспортировку в отдаленные среды. На рисунке 5 гены, кодирующие примитивный метаболический путь, переносятся от белого курильщика (a) в более мелкую среду обитания черного курильщика (b), которая имеет более высокое содержание восстановленных Fe и S. «Новоприбывшая» ДНК обеспечивает эволюцию механизм переноса электронов (например,г., хемолитотрофы). Минералы с адсорбированной ДНК, которые возникли вокруг черного курильщика, впоследствии несут гены, которые кодируют метаболизм переноса электронов в локально насыщенный кислородом карман в субфотической зоне, где происходит ранний фотосинтез (рис. 5C). Субкислая среда и новые свойства приводят к развитию окислителей железа, таких как микроаэрофильные нитчатые бактерии типа Gallionella . Бактерии окисляют Fe ²⁺ , осаждая оксигидроксиды железа на их нитях, заставляя их опускаться в бескислородную зону и вызывать сокращение углерода (и ДНК), что, в свою очередь, увеличивает накопление свободного O ₂ (Lalonde et al., 2012). ДНК из Fe-окисляющих бактерий переносится в более мелкие условия в фотическую зону, где цианобактериальные маты, производящие строматолиты, производят накопление свободного O ₂ (рис. 5D). Здесь новая среда и присутствие как строматолитовых цианобактерий, так и ДНК, переносимой минералами, облегчают эволюцию новых фотосинтетических бактерий. В этот момент увеличивающееся количество свободного O ₂ в верхней части океана приводит к выпадению в осадок, e.g., полосчатые образования железа и увеличивающееся количество глинистых минералов, оксидов и гидроксидов, которые могут нести ДНК. Новые благоприятные условия для жизни и инноваций вызвали бы спрос на новые черты, которые могли бы распространяться во времени и пространстве с увеличением количества носителей ДНК. Следует отметить, что динамические геологические процессы, такие как морская регрессия или морские течения, могут способствовать описанному выше сценарию. Например, течения могут перенести связанную с минералами ДНК, хранящуюся в отложениях, в совершенно новые места обитания, или морская регрессия может перенести ранее глубоководные отложения на более мелкие среды.

Есть много вообразимых сценариев воздействия и определяющих процессов ГПГ, облегчаемых минералами, на эволюцию жизни. Из-за значительных пробелов в нашем понимании взаимодействия минералов и ДНК в настоящее время мы не можем ни количественно предсказать долговечность связанной с минералами ДНК в различных условиях окружающей среды, ни оценить влияние на эволюционные события действующих местных процессов седиментации или геологических событий (морских трансформаций). / регрессии, тектоника и др.). Следовательно, нам нужно больше информации, чтобы точно определить геохимические, филогенетические, седиментологические или минералогические признаки, которые могли бы идентифицировать событие ГПГ, вызванное минералами, в геологической летописи. Несмотря на это, высокие темпы HGT с течением времени, начиная с ~ 3 млрд лет назад, подчеркивают важность HGT для эволюционных инноваций, и мы считаем своевременным объединить геологические и геномные усилия для рассмотрения вклада минералов в эволюцию жизни. Мы выступаем за то, чтобы большое количество ДНК, связанной с минералами, могло функционировать в качестве архива для генов и эволюционных инноваций, которые могли бы быть распределены по окружающей среде и временным масштабам со скоростью, которая зависит от минеральных ассоциаций, осадочных процессов и геохимических условий.Последующий эффект с точки зрения эволюции видов будет зависеть от необходимости новаторских приспособлений и наличия организмов-реципиентов. В целом, мы поощряем будущие исследования для изучения корреляции между более крупными и более мелкими геологическими событиями и прокариотическими эволюционными вспышками. Мы обнаружили, что изменения в минералогии геологической обстановки могут повлиять на долговечность связанной с минералами ДНК и ее доступность для ГПГ. ГПГ с минеральными добавками обладает потенциалом для нового принципа эволюции жизни, который требует комплексных исследований минералогии, геологии и эволюционной биологии в междисциплинарных усилиях.

Авторские взносы

KS и SJ разработали гипотезу. К.С. написал рукопись. SJ участвовал в редактировании рукописи и одобрил ее отправку.

Финансирование

KS получил финансирование от исследовательской и инновационной программы Европейского Союза Horizon 2020 в рамках грантового соглашения Марии Склодовской-Кюри № 663830 и от правительства Уэльса и Совета по финансированию высшего образования Уэльса через Национальную исследовательскую сеть по низкоуглеродным, энергетическим и экологическим вопросам им. Сер Камру. .

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Мы искренне благодарим доктора Агнете Стинфельт и Анн Рат Нильсен за ценные комментарии к этой рукописи и иллюстрации, разработанные для 3D-моделей.

Список литературы

Aardema, B.W., Lorenz, M.G., and Krumbein, W.Э. (1983). Защита адсорбированной на осадке трансформирующей ДНК от ферментативной инактивации. заявл. Environ. Microbiol. 46, 417–420.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Анбар А. Д., Дуан Ю., Лайонс Т. В., Арнольд Г. Л., Кендалл Б., Кризер Р. А. и др. (2007). Запах кислорода перед великим окислительным событием? Наука 317, 1903–1906. DOI: 10.1126 / science.1140325

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Беккер, А. , Планавский, Н. Ю., Крапеж, Б., Расмуссен, Б., Хофманн, А., Слак, Дж. Ф. и др. (2014). «Железные образования: их происхождение и значение для химии древней морской воды», в Трактат по геохимии , 2-е изд., Ред. Х. Д. Холланд и К. К. Турекиан (Оксфорд: Elsevier), 561–628. DOI: 10.1016 / B978-0-08-095975-7.00719-1

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бионди, Э., Фурукава, Ю., Каваи, Дж., И Беннер, С. А. (2017). Адсорбция РНК на минеральных поверхностях и минеральных осадках. Beilstein J. Org. Chem. 13, 393–404. DOI: 10.3762 / bjoc.13.42

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цай П., Хуанг К., Лу Ю., Чен В., Цзян Д. и Лян В. (2007). Амплификация плазмидной ДНК, связанной с коллоидными частицами почвы и глинистыми минералами посредством полимеразной цепной реакции. J. Environ. Sci. Китай 19, 1326–1329. DOI: 10.1016 / S1001-0742 (07) 60216-2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цай, П. , Чжу, Дж., Хуан, К., Фанг, Л., Лян, В., и Чен, В. (2009). Роль бактерий в адсорбции и связывании ДНК на почвенных коллоидах и минералах. Colloids Surf. B Биоинтерфейсы 69, 26–30. DOI: 10.1016 / j.colsurfb.2008.10.008

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Канхисарес-Филью, Дж. Э., Карнейро, К. Э., де Сантана, Х., Урбано, А., да Коста, А. С., Заиа, К. Т. и др. (2015). Характеристика адсорбции оснований нуклеиновых кислот на ферригидрите с помощью инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, спектроскопии комбинационного рассеяния с усилением поверхности и рентгеновской дифрактометрии. Астробиология 15, 728–738. DOI: 10.1089 / ast.2015.1309

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Цао Ю., Вэй, X., Цай, П., Хуанг, К., Ронг, X., и Лян, В. (2011). Преимущественная адсорбция внеклеточных полимерных веществ бактерий на глинистые минералы и оксид железа. Colloids Surf. B Биоинтерфейсы 83, 122–127. DOI: 10.1016 / j.colsurfb.2010.11.018

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кулен, М.J. L., Cypionka, H., Sass, A. M., Sass, H., and Overmann, J. (2002). Продолжается модификация сапропелей средиземноморского плейстоцена, опосредованная прокариотами. Наука 296, 2407–2410. DOI: 10.1126 / science.1071893

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Коринальдези К., Беолчини Ф. и Делланно А. (2008). Скорость повреждения и деградации внеклеточной ДНК в морских отложениях: значение для сохранения последовательностей генов. Мол. Ecol. 17, 3939–3951. DOI: 10.1111 / j.1365-294X.2008.03880.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кроу, С. А., Дёссинг, Л. Н., Бёкес, Н. Дж., Бау, М., Крюгер, С. Дж., Фрей, Р. и др. (2013). Оксигенация атмосферы три миллиарда лет назад. Природа 501, 535–538. DOI: 10.1038 / nature12426

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дановаро, Р. , Коринальдези, К., Луна, Г. М., и Делль’Анно, А. (2005).«Молекулярные инструменты для анализа ДНК в морской среде», в «Морские органические вещества: биомаркеры, изотопы и ДНК» , изд. Й. К. Фолькман (Берлин: Springer), 105–126. DOI: 10.1007 / 698_2_004

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Dejean, T., Valentini, A., Duparc, A., Pellier-Cuit, S., Pompanon, F., Taberlet, P., et al. (2011). Устойчивость экологической ДНК в пресноводных экосистемах. PLoS One 6: e23398. DOI: 10.1371 / journal.pone.0023398

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Деманеш, С., Jocteur-Monrozier, L., Quiquampoix, H., and Simonet, P. (2001). Оценка биологической и физической защиты от нуклеазной деградации плазмидной ДНК, связанной с глиной. заявл. Environ. Microbiol. 67, 293–299. DOI: 10.1128 / AEM.67.1.293-299.2001

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Додд, М.С., Папино, Д., Гренн, Т. , Слэк, Дж. Ф., Риттнер, М., Пирайно, Ф. и др. (2017). Свидетельства ранней жизни в старейших гидротермальных источниках Земли — это осадки. Природа 543: Природа 21377. DOI: 10.1038 / природа21377

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Feuillie, C., Daniel, I., Michot, L.J., и Pedreira-Segade, U. (2013). Адсорбция нуклеотидов на набухающих глинах, богатых Fe – Mg – Al. Геохим. Космохим. Acta 120, 97–108. DOI: 10.1016 / j.gca.2013.06.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Feuillie, C., Sverjensky, D. A., and Hazen, R.M (2015). Присоединение рибонуклеотидов к α-оксиду алюминия в зависимости от pH, ионной силы и поверхностной нагрузки. LANGMUIR 31, 240–248. DOI: 10.1021 / la504034k

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фолинсби, Р. Э. (1982). «Изменения в распределении месторождений полезных ископаемых со временем», в «Месторождения полезных ископаемых и эволюция биосферы», Отчет семинара Далема , ред. Х. Д. Холланд и М. Шидловски (Берлин: Springer), 219–236. DOI: 10.1007 / 978-3-642-68463-0_12

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фрей, Р., Гоше, К., Поултон, С. В., и Кэнфилд, Д. Э. (2009). Колебания оксигенации докембрийской атмосферы по изотопам хрома. Природа 461, 250–253. DOI: 10.1038 / nature08266

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гогартен Дж. П., Дулиттл У. Ф. и Лоуренс Дж. Г. (2002). Прокариотическая эволюция в свете переноса генов. Мол. Биол. Evol. 19, 2226–2238. DOI: 10.1093 / oxfordjournals.molbev.a004046

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Гривз, М.П., и Уилсон, М. Дж. (1969). Адсорбция нуклеиновых кислот монтмориллонитом. Soil Biol. Biochem. 1, 317–323. DOI: 10.1016 / 0038-0717 (69)

-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хайле, Дж., Холдэуэй, Р., Оливер, К., Банс, М., Гилберт, М. Т. П., Нильсен, Р. и др. (2007). Хронология древней ДНК в осадочных отложениях: возможны ли палеобиологические реконструкции и является ли выщелачивание ДНК фактором? Мол. Биол. Evol. 24, 982–989. DOI: 10.1093 / molbev / msm016

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хазен, Р.М., Папино, Д., Бликер, В., Даунс, Р. Т., Ферри, Дж. М., Маккой, Т. Дж. И др. (2008). Минеральная эволюция. г. Минеральная. 93, 1693–1720. DOI: 10.2138 / am.2008.2955

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Hazen, R.M., Sverjensky, D.A., Azzolini, D., Bish, D.L., Elmore, S.C., Hinnov, L., et al. (2013). Эволюция глинистых минералов. г. Минеральная. 98, 2007–2029. DOI: 10.2138 / am.2013.4425

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хоманн, М., Sansjofre, P., Zuilen, M. V., Heubeck, C., Gong, J., Killingsworth, B., et al. (2018). Микробная жизнь и биогеохимический круговорот на суше 3220 миллионов лет назад. Nat. Geosci. 11, 665–671. DOI: 10.1038 / s41561-018-0190-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Isley, A.E., и Abbott, D.H. (1999). Основной вулканизм, связанный с плюмовым шлейфом, и образование полосчатого железа. J. Geophys. Res. 104, 15461–15477. DOI: 10.1029 / 1999JB

6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джонсон, К.М., Гроссман А. Д. (2015). Интегративные и сопряженные элементы (ICE): что они делают и как работают. Annu. Преподобный Жене. 49, 577–601. DOI: 10.1146 / annurev-genet-112414-055018

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ханна, М., и Стоцки, Г. (1992). Трансформация Bacillus subtilis ДНК, связанной с монтмориллонитом, и влияние ДНКазы на трансформирующую способность связанной ДНК. заявл. Environ. Microbiol. 58, 1930–1939.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Ханна, М., Йодер, М., Каламай, Л., и Стоцки, Г. (1998). Рентгеновская дифрактометрия и электронная микроскопия ДНК из Bacillus subtilis , связанной на глинистых минералах. Sci. Почвы 3, 1–10. DOI: 10.1007 / s10112-998-0001-3

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Конхаузер, К. О., Планавский, Н. Дж., Хардисти, Д. С., Роббинс, Л. Дж., Варчола, Т. Дж., Хогаард, Р. и др. (2017). Железные образования: глобальная история окружающей среды от неоархея до палеопротерозоя. Науки о Земле. Ред. 172, 140–177. DOI: 10.1016 / j.earscirev.2017.06.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кунин, Е. В., Макарова, К. С., Аравинд, Л. (2001). Горизонтальный перенос генов у прокариот: количественная оценка и классификация. Annu. Rev. Microbiol. 55, 709–742. DOI: 10.1146 / annurev.micro.55.1.709

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леонова М.М., Фуфина Т.Ю., Васильева Л.Г., Шувалов В.А.(2011). Структурно-функциональные исследования бактериальных фотосинтетических реакционных центров. Biochem. Биохимия 76, 1465–1483. DOI: 10.1134 / S0006297

0074

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Леви-Бут, Д. Дж., Кэмпбелл, Р. Г., Гулден, Р. Х., Харт, М. М., Пауэлл, Дж. Р., Клирономос, Дж. Н. и др. (2007). Цикл внеклеточной ДНК в почвенной среде. Soil Biol. Biochem. 39, 2977–2991. DOI: 10.1016 / j.soilbio.2007.06.020

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоренц, М.Г., Аардема Б. В. и Крамбейн В. Э. (1981). Взаимодействие морского осадка с ДНК и доступность ДНК для нуклеаз. Mar. Biol. 64, 225–230. DOI: 10.1007 / BF00397113

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Lorenz, M. G., and Wackernagel, W. (1987). Адсорбция ДНК на песке и различные скорости разложения адсорбированной ДНК. заявл. Environ. Microbiol. 53, 2948–2952.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Лоренц, М.Г., и Вакернагель, В.(1988). «Влияние минеральных поверхностей на перенос генов путем трансформации в естественной бактериальной среде», в Оценка риска преднамеренных выбросов , изд. В. Клингмюллер (Берлин: Springer), 110–119. DOI: 10. 1007 / 978-3-642-73419-9_13

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лоренц, М. Г., и Вакернагель, В. (1994). Перенос бактериальных генов путем естественной генетической трансформации в окружающей среде. Microbiol. Ред. 58, 563–602.

Google Scholar

Лотарева, О.В., Прозоров А.А. (2000). Влияние глинистых минералов монтмориллонита и каолинита на генетическую трансформацию компетентных клеток Bacillus subtilis . Микробиология 69, 571–574. DOI: 10.1007 / BF02756810

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лу Н., Зиллес Дж. Л. и Нгуен Т. Х. (2010). Адсорбция внеклеточной хромосомной ДНК и ее влияние на естественную трансформацию Azotobacter vinelandii . заявл. Environ. Microbiol. 76, 4179–4184. DOI: 10.1128 / AEM.00193-10

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Луо, Г., Оно, С., Беукес, Н. Дж., Ван, Д. Т., Се, С., и Саммонс, Р. Э. (2016). Быстрая оксигенация атмосферы Земли 2,33 миллиарда лет назад. Sci. Adv. 2: e1600134. DOI: 10.1126 / sciadv.1600134

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Маити, С., Зануй, Д., Разваг, Ю., Дас, П., Алеман, К., и Речес, М. (2015).Выяснение механизма взаимодействия пептидов с неорганическими поверхностями. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 15305–15315. DOI: 10.1039 / C5CP00088B

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мартини, Дж. Б. Х., Боханнан, Б. Дж. М., Браун, Дж. Х., Колвелл, Р. К., Фурман, Дж. А., Грин, Дж. Л. и др. (2006). Микробная биогеография: нанесение микроорганизмов на карту. Nat. Rev. Microbiol. 4, 102–112. DOI: 10.1038 / nrmicro1341

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Михалкова, А., Робинсон, Т. Л., и Лещинский, Дж. (2011). Адсорбция тимина и урацила на поверхности глинистых минералов в соотношении 1: 1: всестороннее ab initio исследование влияния катиона натрия и воды. Phys. Chem. Chem. Phys. 13, 7862–7881. DOI: 10.1039 / C1CP00008J

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нельсон К. Э., Клейтон Р. А., Гилл С. Р., Гвинн М. Л., Додсон Р. Дж., Хафт Д. Х. и др. (1999). Доказательства латерального переноса генов между археями и бактериями из последовательности генома Thermotoga maritima . Природа 399, 323–329. DOI: 10.1038 / 20601

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Нгуен, Т. Х., и Чен, К. Л. (2007). Роль двухвалентных катионов в адсорбции плазмидной ДНК на поверхности диоксида кремния, покрытой природным органическим веществом. Environ. Sci. Technol. 41, 5370–5375. DOI: 10.1021 / es070425m

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Элькерс, Э. Х., Голубев, С. В., Чайрат, К., Покровский, О. С., Шотт, Дж.(2009). Химия поверхности многооксидных силикатов. Геохим. Космохим. Acta 73, 4617–4634. DOI: 10.1016 / j.gca.2009. 05.028

CrossRef Полный текст | Google Scholar

О’Мэлли, М.А., и Баучер, Ю. (2005). Смена парадигмы в эволюционной микробиологии. Шпилька. Hist. Филос. Sci. Часть C Стад. Hist. Филос. Биол. Биомед. Sci. 36, 183–208. DOI: 10.1016 / j.shpsc.2004.12.002

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Овербалле-Петерсен, С., Хармс, К., Орландо, Л. А., Майар, Дж. В. М., Расмуссен, С., Даль, Т. В. и др. (2013). Бактериальная естественная трансформация сильно фрагментированной и поврежденной ДНК. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, 19860–19865. DOI: 10.1073 / pnas.1315278110

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Педрейра-Сегаде, У., Фейли, К., Пеллетье, М., Мишо, Л. Дж., И Даниэль, И. (2016). Адсорбция нуклеотидов на ферромагнезиальных филлосиликатах: значение для происхождения жизни. Геохим. Космохим. Acta 176, 81–95. DOI: 10.1016 / j.gca.2015.12.025

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пьетрамеллара, Г. , Ашер, Дж., Боргони, Ф., Чекерини, М. Т., Герри, Г., и Наннипьери, П. (2009). Внеклеточная ДНК в почве и отложениях: судьба и экологическая значимость. Biol. Fertil. Почвы 45, 219–235. DOI: 10.1007 / s00374-008-0345-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пуигбо П., Лобковский А. Э., Кристенсен Д.М., Вольф, Ю.И., Кунин, Е.В. (2014). Геномы в смятении: количественная оценка динамики генома в супергеномах прокариот. BMC Biol. 12:66. DOI: 10.1186 / s12915-014-0066-4

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рейнхард, К. Т., Планавский, Н. Дж., Роббинс, Л. Дж., Партин, К. А., Гилл, Б. К., Лалонд, С. В. и др. (2013). Окислительно-восстановительный и биогеохимический застой протерозойского океана. Proc. Natl. Акад. Sci. США 110, 5357–5362. DOI: 10.1073 / пнас.1208622110

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Романовски Г., Лоренц М. Г. и Вакернагель В. (1991). Адсорбция плазмидной ДНК на минеральные поверхности и защита от ДНКазы I. Прил. Environ. Microbiol. 57, 1057–1061.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Розинг, М. Т., и Фрей, Р. (2004). Богатые ураном отложения архейского морского дна из Гренландии — признаки кислородного фотосинтеза> 3700 млн лет назад. Планета Земля. Sci. Lett. 217, 237–244. DOI: 10.1016 / S0012-821X (03) 00609-5

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Розинг М. Т., Роуз Н. М., Бриджуотер Д. и Томсен Х. С. (1996). Самая ранняя часть стратиграфических данных Земли: переоценка супракрустальной толщи> 3,7 млрд лет в Исуа (Гренландия). Геология 24, 43–46. DOI: 10.1130 / 0091-7613 (1996) 024 <0043: EPOESS> 2.3.CO; 2

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рожь Р., и Холланд, Х. Д. (2000). Жизнь связана с эфемерным прудом 2,76 млрд лет? свидетельства из палеопочвы горы Роу №2. Геология 28, 483–486. DOI: 10.1130 / 0091-7613 (2000) 28 <483: ЗАКОН> 2.0.CO; 2

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ши, П. М., Хемп, Дж., Уорд, Л. М., Мацке, Н. Дж., И Фишер, В. В. (2017). Коронная группа оксифотобактерий произошла после подъема кислорода. Геобиология 15, 19–29. DOI: 10.1111 / gbi.12200

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Слон, В., Hopfe, C., Weiß, C.L., Mafessoni, F., Rasilla, M., de la Lalueza-Fox, C., et al. (2017). ДНК неандертальцев и денисовцев из отложений плейстоцена. Наука 356, 605–608. DOI: 10.1126 / science.aam9695

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Су, Р. М., Хемп, Дж., Паркс, Д. Х., Фишер, В. В., и Хугенгольц, П. (2017). О происхождении кислородного фотосинтеза и аэробного дыхания у цианобактерий. Наука 355, 1436–1440. DOI: 10.1126 / science.aal3794

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Stüeken, E. E., и Buick, R. (2018). Экологический контроль микробной диверсификации и производства метана в Мезоархее. Докембрийская рез. 304, 64–72. DOI: 10.1016 / j.precamres.2017.11.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стюкен, Э. Э., Бьюик, Р., Андерсон, Р. Э., Баросс, Дж. А., Планавский, Н. Дж., И Лайонс, Т. В. (2017). Экологические ниши и метаболическое разнообразие в неоархейских озерах. Геобиология 15, 767–783. DOI: 10.1111 / gbi.12251

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Такеучи, Н., Канеко, К., Кунин, Э. В. (2014). Горизонтальный перенос генов может спасти прокариот от храповика Мюллера: выгода ДНК от мертвых клеток и деления популяции. G3 Genes Genomes Genet. 4, 325–339. DOI: 10.1534 / g3.113.009845

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тан, М., Чен, К., и Рудник, Р. Л. (2016). Переход верхней коры архея от основного к кислому знаменует начало тектоники плит. Наука 351, 372–375. DOI: 10.1126 / science.aad5513

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томсен, П. Ф., Килгаст, Дж., Иверсен, Л. Л., Мёллер, П. Р., Расмуссен, М., и Виллерслев, Э. (2012a). Обнаружение разнообразной морской фауны рыб с использованием ДНК окружающей среды из проб морской воды. PLoS One 7: e41732. DOI: 10,1371 / журнал.pone.0041732

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Томсен, П. Ф., Килгаст, Дж., Иверсен, Л. Л., Виуф, К., Расмуссен, М., Гилберт, М. Т. П. и др. (2012b). Мониторинг исчезающего пресноводного биоразнообразия с использованием ДНК окружающей среды. Мол. Ecol. 21, 2565–2573. DOI: 10.1111 / j.1365-294X.2011.05418.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван дер Гааст, С. (1991). «Минералогический анализ морских частиц с помощью дифракции рентгеновских лучей на порошке», в Marine Particles: Analysis and Characterization , eds D.К. Херд и Д. В. Спенсер (Вашингтон, округ Колумбия: Американский геофизический союз), 343–362. DOI: 10.1029 / GM063p0343

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Vuillemin, A. , Horn, F., Alawi, M., Henny, C., Wagner, D., Crowe, S.A., et al. (2017). Сохранение и значение внеклеточной ДНК в железистых отложениях озера Товути, Индонезия. Фронт. Microbiol. 8: 1440. DOI: 10.3389 / fmicb.2017.01440

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Виллерслев, Э., Hansen, A. J., Binladen, J., Brand, T. B., Gilbert, M. T. P., Shapiro, B., et al. (2003). Разнообразные генетические записи растений и животных из голоценовых и плейстоценовых отложений. Наука 300, 791–795. DOI: 10.1126 / science.1084114

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ю, В. Х., Ли, Н., Тонг, Д. С., Чжоу, К. Х., Линь, К. Х. С. и Сюй, К. Ю. (2013). Адсорбция белков и нуклеиновых кислот на глинистых минералах и их взаимодействия: обзор. заявл.Clay Sci. 80, 443–452. DOI: 10.1016 / j.clay.2013.06.003

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Первый проект генома песчанки Trinorchestia longiramus

1.

Horton, T., Lowry, J. & De Broyer, C. Всемирная база данных по амфиподам, http://www.marinespecies.org/amphipoda (2017 г.) ).

2.

Копила-Чочану Д., Зимня А. А. и Петрусек А. Интегративная таксономия обнаруживает новый вид Gammarus (Crustacea, Amphipoda), сохранившийся в ранее неизвестном ледниковом рефугиуме юго-восточной Европы. J. Zool. Syst. и Evol. Res. 57 , 272–297 (2019).

Артикул Google Scholar

3.

Холсингер, Дж. Р. Образцы и процессы в биогеографии подземных амфипод. Hydrobiologia 287 , 131–145 (1994).

Артикул Google Scholar

4.

Jelassi, R., Khemaissia, H., Zimmer, M., Garbe-Schönberg, D.& Насри-Аммар, К. Биоразнообразие семейства Talitridae (Crustacea, Amphipoda) в некоторых прибрежных лагунах Туниса. Zool. Stud. 54 , 17 (2015).

Артикул Google Scholar

5.

Романова Е.В. и др. . Эволюция митохондриальных геномов у байкальских амфипод. BMC Genomics 17 , 1016 (2016).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

6.

Tomikawa, K. & Nakano, T. Два новых подземных вида Pseudocrangonyx Akatsuka & Komai, 1922 (Amphipoda: Crangonyctoidea: Pseudocrangonyctidae), с пониманием взаимосвязи фауны подземных вод в западной Японии. J. Crustacean Biol. 38 , 460–474 (2018).

Артикул Google Scholar

7.

Вильдиш, Д. Репродуктивные последствия наземного образа жизни в Orchestia (Crustacea: Amphipoda). Внутр. J. Invert. Репрод. 1 , 9–20 (1979).

Артикул Google Scholar

8.

Гриффитс, К., Стентон-Дози, Дж. И Куп, К. В Песчаные пляжи как экосистемы 547–556 (Springer, 1983).

9.

Дуарте, К., Наварро, Дж., Акунья, К. и Гомес, И. Кормовые предпочтения песочницы Orchestoidea tuberculata : важность характеристик водорослей. Hydrobiologia 651 , 291–303 (2010).

Артикул Google Scholar

10.

Рейнбоу П., Малик И. и Обрайен П. Физико-химические и физиологические эффекты поглощения растворенного цинка и кадмия ракообразными-амфиподами Orchestia gammarellus . Aquat. Toxicol. 25 , 15–30 (1993).

CAS Статья Google Scholar

11.

Casini, S. & Depledge, M.Влияние меди, цинка и железа на накопление кадмия у талитридных амфипод, Platorchestia platensis . Бык. Environ. Contam. и токсикол. 59 , 500–506 (1997).

CAS Статья Google Scholar

12.

Ungherese, G. et al . Связь между загрязнением тяжелыми металлами и генетическим разнообразием средиземноморских популяций песчанки Talitrus saltator (Montagu) (Crustacea, Amphipoda). Environ. Загрязнение. 158 , 1638–1643 (2010).

CAS PubMed Статья Google Scholar

13.

Бикхэм, Дж. У., Сандху, С., Хеберт, П. Д., Чикхи, Л. и Атвал, Р. Влияние химических загрязнителей на генетическое разнообразие в естественных популяциях: последствия для биомониторинга и экотоксикологии. Mutat. Res. 463 , 33–51 (2000).

CAS PubMed Статья Google Scholar

14.

De Wolf, H., Blust, R. & Backeljau, T. Популяционная генетическая структура Littorina littorea (Mollusca: Gastropoda) вдоль градиента загрязнения в устье Шельды (Нидерланды) с использованием анализа RAPD. Sci. Total Environ. 325 , 59–69 (2004).

ADS PubMed Статья CAS Google Scholar

15.

Мохапатра А., Раутрей Т., Патра А. К., Виджаян В. и Моханти Р.K. Элементный состав грязевого краба Scylla serrata из устья Маханади, Индия: in situ анализ облучения с помощью внешнего PIXE. Food Chem. Toxicol. 47 , 119–123 (2009).

CAS PubMed Статья Google Scholar

16.

Pavesi, L., Tiedemann, R., De Matthaeis, E. & Ketmaier, V. Генетическая связь между сушей и морем: пример пляжного флота Orchestia montagui (Crustacea, Amphipoda, Talitridae) в Средиземное море. Фронт. Zool. 10 , 21 (2013).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

17.

Ketmaier, V., Matthaeis, ED, Fanini, L., Rossano, C. & Scapini, F. Вариации генетических и поведенческих признаков у песочницы Talitrus saltator (Crustacea Amphipoda) вдоль динамичного песка пляж. Ethol. Ecol. Evol. 22 , 17–35 (2010).

Артикул Google Scholar

18.

Фанини, Л., Маркетти, Г. М., Бачевска, А., Штыбор, К. и Скапини, Ф. Поведенческая адаптация к различной солености у песочницы Talitrus saltator (Crustacea: Amphipoda): средиземноморские и балтийские популяции. марта Freshwat. Res. 63 , 275–281 (2012).

CAS Статья Google Scholar

19.

Уголини А., Чинчинелли А., Мартеллини Т. и Доуметт С. Концентрация соли и солнечная ориентация у двух супралиторальных куликов: Talitrus saltator (Montagu) и Talorchestia ugolinii Bellan Santini и Ruffo. J. Comp. Physiol. А 201 , 455–460 (2015).

CAS Статья Google Scholar

20.

Нуриссон Д. и Скапини Ф. Сезонные колебания ориентации Talitrus saltator на средиземноморском песчаном пляже: экологическая интерпретация. Ethol. Ecol. Evol. 27 , 277–293 (2015).

Артикул Google Scholar

21.

Риварола-Дуарте, Л. и др. . Первое знакомство с геномом байкальской амфиподы Eulimnogammarus verrucosus . J. Exp. Zool. B: Мол. Dev. Evol. 322 , 177–189 (2014).

Артикул CAS Google Scholar

22.

Пойнтон, Х. К. и др. . Токсикогеном Hyalella azteca : модель для экотоксикологии отложений и эволюционной токсикологии. Environ.Sci. Technol. 52 , 6009–6022 (2018).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

23.

Цзэн, В. и др. . Сборка de novo и характеристика транскриптома матери и развития для развивающегося модельного ракообразного Parhyale hawaiensis . BMC Genomics 12 , 581 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

24.

Yo, Y. W. T. (Crustacea – Amphipoda) корейского побережья. Beaufortia 38 , 153–178 (1988).

Google Scholar

25.

Кумар Патра, А. и др. . Полный митохондриальный геном песчанки Trinorchestia longiramus (Amphipoda: Talitridae). Митохон. ДНК B 4 , 2104–2105 (2019).

Артикул Google Scholar

26.

Ву, Дж. и др. . Демографическая история Trinorchestia longiramus (Amphipoda, Talitridae) в Южной Корее, полученная на основе изменения последовательности митохондриальной ДНК. Crustaceana 89 , 1559–1573 (2016).

Артикул Google Scholar

27.

Sasago, Y. Исследование распространения и молекулярно-филогенетический анализ амфипод талитрид в Японии , M. Sc. Диссертация, Университет Ми, Цу, (2011).

28.

Quevillon, E. et al. . InterProScan: идентификатор белковых доменов. Nucleic Acids Res. 33 , W116 – W120 (2005).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

29.

Сэмбрук, Дж., Фрич, Э. Ф. и Маниатис, Т. Молекулярное клонирование: лабораторное руководство . (Пресса лаборатории Колд-Спринг-Харбор, 1989).

30.

Ву, С. и др. . Эффективное выделение интактной РНК из мягкого коралла Scleronephthya gracillimum (Kükenthal) для анализа экспрессии генов. Integr. Biosci. 9 , 205–209 (2005).

CAS Статья Google Scholar

31.

Магоч, Т. и Зальцберг, С. Л. FLASH: быстрая корректировка длины коротких считываний для улучшения сборки генома. Биоинформатика 27 , 2957–2963 (2011).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

32.

Marçais, G. & Kingsford, C. Быстрый, свободный от блокировок подход для эффективного параллельного подсчета появления k-мер. Биоинформатика 27 , 764–770 (2011).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

33.

Kajitani, R. et al .Эффективная сборка de novo высокогетерозиготных геномов из коротких считываний полногеномного дробовика. Genome Res. 24 , 1384–1395 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

34.

Boetzer, M., Henkel, C.V., Jansen, H.J., Butler, D. & Pirovano, W. Строительные леса предварительно собранные контиги с использованием SSPACE. Биоинформатика 27 , 578–579 (2010).

PubMed Статья CAS Google Scholar

35.

Huson, D. H., Auch, A. F., Qi, J. & Schuster, S. C. MEGAN анализ метагеномных данных. Genome Res. 17 , 377–386 (2007).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

36.

Buchfink, B., Xie, C. & Huson, D. H. Быстрое и чувствительное выравнивание белков с использованием DIAMOND. Nat. Методы 12 , 59 (2015).

CAS PubMed Статья Google Scholar

37.

Benson, G. Поиск тандемных повторов: программа для анализа последовательностей ДНК. Nucleic Acids Res. 27 , 573–580 (1999).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

38.

Абрусан, Г., Грундманн, Н., ДеМестер, Л. и Макаловски, В. TEclass — инструмент для автоматической классификации неизвестных эукариотических мобильных элементов. Биоинформатика 25 , 1329–1330 (2009).

PubMed Статья CAS Google Scholar

39.

Jurka, J. et al. . Repbase Update, база данных повторяющихся эукариотических элементов. Cytogenet. Genome Res. 110 , 462–467 (2005).

CAS PubMed Статья Google Scholar

40.

Беделл, Дж. А., Корф, И. и Гиш, В. MaskerAid: повышение производительности RepeatMasker. Биоинформатика 16 , 1040–1041 (2000).

CAS PubMed Статья Google Scholar

41.

Хофф, К. Дж., Ланге, С., Ломсадзе, А., Бородовский, М., Станке, М. BRAKER1: Неконтролируемая аннотация генома на основе РНК-Seq с помощью GeneMark-ET и AUGUSTUS. Биоинформатика 32 , 767–769, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btv661 (2016).

CAS Статья PubMed Google Scholar

42.

Ломсадзе А., Бернс П. Д. и Бородовский М. Интеграция отображенных считываний РНК-Seq в автоматическое обучение алгоритма поиска эукариотических генов. Nucleic Acids Res. 42 , e119 – e119 (2014).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

43.

Станке, М., Диханс, М., Бэртч, Р. и Хаусслер, Д. Использование нативных и синтенически картированных выравниваний кДНК для улучшения поиска генов de novo. Биоинформатика 24 , 637–644 (2008).

CAS PubMed Статья Google Scholar

44.

Kim, D. et al. . TopHat2: точное выравнивание транскриптомов при наличии вставок, делеций и слияний генов. Genome Biol. 14 , R36 (2013).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

45.

Миноче, А.Э. и др. . Использование секвенирования одномолекулярных транскриптов для предсказания эукариотических генов. Genome Biol. 16 , 184 (2015).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

46.

Ау, К. Ф., Андервуд, Дж. Г., Ли, Л. и Вонг, У. Х. Повышение точности длинных считываний PacBio за счет выравнивания коротких считываний. Plos One 7 , e46679, https: // doi.org / 10.1371 / journal.pone.0046679 (2012).

ADS CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

47.

Wu, T. D. и Watanabe, C. K. GMAP: программа геномного картирования и выравнивания для последовательностей мРНК и EST. Биоинформатика 21 , 1859–1875 (2005).

CAS PubMed Статья Google Scholar

48.

Haas, B.J. и др. . Реконструкция последовательности транскрипта de novo из RNA-seq с использованием платформы Trinity для создания и анализа ссылок. Nat. Protoc. 8 , 1494 (2013).

CAS Статья Google Scholar

49.

Слейтер, Г. С. и Бирни, Э. Автоматическое создание эвристик для сравнения биологических последовательностей. BMC Bioinformatics 6 , 31 (2005).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

50.

Камачо, К. и др. . BLAST +: архитектура и приложения. BMC Bioinformatics 10 , 421 (2009).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

51.

She, R., Chu, J. S.-C., Wang, K., Pei, J. & Chen, N. GenBlastA: позволяет BLAST идентифицировать гомологичные последовательности генов. Genome Res. 19 , 143–149 (2009).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

52.

Джонс, П. и др. . InterProScan 5: классификация функций белков в масштабе генома. Биоинформатика 30 , 1236–1240 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

53.

Lima, T. et al. . HAMAP: база данных полностью секвенированных наборов микробных протеомов и вручную отобранных семейств микробных белков в UniProtKB / Swiss-Prot. Nucleic Acids Res. 37 , D471 – D478 (2008).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

54.

Punta, M. et al. . База данных семейств белков Pfam. Nucleic Acids Res. 40 , D290 – D301 (2011).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

55.

Никольская, А.Н., Ариги, С.Н., Хуанг, Х., Баркер, В. К. и Ву, К. Х. Система классификации семейства PIRSF для функционального и эволюционного анализа белков. Evol. Биоинформ. 2 , 117693430600200033 (2006).

Артикул Google Scholar

56.

Attwood, T. K. et al. . PRINTS-S: база данных, ранее известная как PRINTS. Nucleic Acids Res. 28 , 225–227 (2000).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

57.

Bru, C. и др. . База данных ProDom по семействам белковых доменов: больший упор на 3D. Nucleic Acids Res. 33 , D212 – D215 (2005 г.).

CAS PubMed Статья Google Scholar

58.

Сигрист, К. Дж. и др. . PROSITE, база данных белковых доменов для функциональной характеристики и аннотации. Nucleic Acids Res. 38 , D161 – D166 (2009).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

59.

Мадера, М., Фогель, К., Куммерфельд, С. К., Чотиа, К. и Гоф, Дж. База данных SUPERFAMILY в 2004 году: дополнения и улучшения. Nucleic Acids Res. 32 , D235 – D239 (2004).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

60.

Хафт, Д. Х. и др. . TIGRFAM и свойства генома в 2013 году. Nucleic Acids Res. 41 , D387 – D395 (2012).

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

61.

Патра, А. К. и др. . Первый проект генома песчанки Trinorchestia longiramus. figshare , https://doi.org/10.6084/m9.figshare.8217854.v5 (2020).

62.

Архив чтения последовательности NCBI , https://identifiers.org/ncbi/insdc.sra:SRP199018 (2019).

63.

Patra, A. K. et al . Изолят Trinorchestia longiramus TLONG-смешанный проект по секвенированию полногеномного дробовика. GenBank , https: // идентификаторы.org / ncbi / insdc: VCRD00000000 (2020).

64.

Сборка NCBI , https://identifiers.org/ncbi/insdc.gca:GCA_006783055.1 (2019).

65.

Гуревич А., Савельев В., Вяххи Н. и Теслер Г. QUAST: инструмент оценки качества сборки генома. Биоинформатика 29 , 1072–1075 (2013).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

66.

Симау, Ф. А., Уотерхаус, Р. М., Иоаннидис, П., Кривенцева, Э. В. и Здобавов, Э. М. БУСКО: оценка сборки генома и полноты аннотаций с помощью ортологов с единственной копией. Биоинформатика 31 , 3210–3212 (2015).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

67.

Ли, Л., Стокерт, К. Дж. И Роос, Д. С. OrthoMCL: идентификация групп ортологов для геномов эукариот. Genome Res. 13 , 2178–2189 (2003).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

68.

Эдгар Р.С. МЫШЦЫ: множественное выравнивание последовательностей с высокой точностью и высокой пропускной способностью. Nucleic Acids Res. 32 , 1792–1797 (2004).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

69.

Капелла-Гутьеррес, С., Силла-Мартинес, Дж. М. и Габалдон, Т. trimAl: инструмент для автоматического выравнивания выравнивания в крупномасштабных филогенетических анализах. Биоинформатика 25 , 1972–1973, https://doi.org/10.1093/bioinformatics/btp348 (2009).

CAS Статья PubMed PubMed Central Google Scholar

70.

Stamatakis, A. RAxML версия 8: инструмент для филогенетического анализа и постанализа крупных филогений. Биоинформатика 30 , 1312–1313 (2014).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

71.

Кумар, С., Стечер, Г. и Тамура, К. MEGA7: молекулярно-эволюционный генетический анализ версии 7.0 для больших наборов данных. Мол. Биол. Evol. 33 , 1870–1874 (2016).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

72.

Хеджес, С. Б., Дадли, Дж. И Кумар, С. TimeTree: общедоступная база знаний о временах расхождения между организмами. Биоинформатика 22 , 2971–2972 (2006).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

73.

Хан, М. В., Томас, Г. У., Луго-Мартинес, Дж. И Хан, М. В. Оценка скорости роста и потери генов при наличии ошибки сборки и аннотации генома с использованием CAFE 3. Мол. Биол. Evol. 30 , 1987–1997, https://doi.org/10.1093/molbev/mst100 (2013).

CAS Статья PubMed Google Scholar

74.

Francia, M.E. et al. . Белок Toxoplasma gondii, гомологичный обменникам Na + / H + внутриклеточного типа, важен для осморегуляции и инвазии. Exp. Cell Res. 317 , 1382–1396 (2011).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

75.

Dermauw, W. & Van Leeuwen, T. Семейство генов ABC у членистоногих: сравнительная геномика и роль в переносе инсектицидов и устойчивости. Insect Biochem. Мол. Биол. 45 , 89–110 (2014).

CAS PubMed Статья Google Scholar

76.

Радулович, Э., Портер, Л. М., Ким, Т. К. и Муленга, А. Сравнительный анализ биоинформатики, временного и пространственного анализа экспрессии полипептидов, транспортирующих органический анион Ixodes scapularis. клещей Tick Borne Dis. 5 , 287–298 (2014).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

Как 40 000 тонн космической пыли, падающей на Землю, влияют на вас и меня

На первый взгляд кажется, что астрофизика и медицинская патология не имеют много общего. При чем тут пятна на печени? Как большой взрыв связан с муковисцидозом?

Астрофизик Карел Шрайвер, старший научный сотрудник Лаборатории солнечной энергии и астрофизики Локхид Мартин, и его жена Айрис Шрайвер, профессор патологии Стэнфордского университета, соединили точки в новой книге Жизнь со звездами: как человек Тело связано с жизненными циклами Земли, планет и звезд.

Беседуя из своего дома в Пало-Альто, Калифорния, они объясняют, как все в нас возникло в результате космических взрывов миллиарды лет назад, как наши тела находятся в постоянном состоянии разложения и регенерации и почему певица Джони Митчелл была права.

«Мы — звездная пыль», — знаменитая пела Джони Митчелл в «Вудстоке». Оказывается, она была права, не так ли?

Ирис: Была ли она когда-нибудь! Все, что мы есть, и все во Вселенной и на Земле возникло из звездной пыли, и она постоянно проходит сквозь нас даже сегодня.Он напрямую связывает нас со Вселенной, восстанавливая наши тела снова и снова на протяжении всей жизни.

Это был один из самых больших сюрпризов для нас в этой книге. Мы действительно не осознавали, насколько мы непостоянны и что наши тела состоят из остатков звезд и массивных взрывов в галактиках. Все материалы в наших телах происходят из этой остаточной звездной пыли, и она попадает в растения, а оттуда в питательные вещества, которые нам нужны для всего, что мы делаем — думаем, движемся, растем.И каждые несколько лет большая часть наших тел создается заново.

Вы можете привести несколько примеров того, как звездная пыль сформировала нас?

Карел: Когда Вселенная образовалась, в ней были только водород, немного гелия и очень мало чего-либо еще. Гелия нет в наших телах. Водород есть, но это не основная часть нашего веса. Звезды похожи на ядерные реакторы. Они берут топливо и превращают его во что-то другое. Водород превращается в гелий, а гелий — в углерод, азот и кислород, железо и серу — все, из чего мы сделаны.Когда звезды подходят к концу своей жизни, они раздуваются и снова падают вместе, сбрасывая свои внешние слои. Если звезда достаточно тяжелая, она взорвется сверхновой.

Итак, большая часть материала, из которого мы сделаны, происходит из умирающих звезд или звезд, погибших при взрывах. И эти звездные взрывы продолжаются. В нас есть что-то старое, как вселенная, а еще кое-что, что попало сюда, может быть, всего сто лет назад. И все это смешивается в наших телах.

Ваша книга объединяет две, казалось бы, разные науки: астрофизику и биологию человека.Опишите свои индивидуальные профессии и то, как вы их объединили, чтобы создать эту книгу.

Ирис: Я врач, специализирующийся на генетике и патологии. Патологи — это медицинские специалисты, которые диагностируют заболевания и их причины. Мы также изучаем реакцию организма на такие заболевания и проводимое лечение. Я делаю это на уровне ДНК, поэтому в Стэнфордском университете я руковожу лабораторией диагностической молекулярной патологии. Я также оказываю помощь пациентам, диагностируя наследственные заболевания, а также рак, и отслеживая терапевтические реакции этих больных раком на основе изменений, которые мы можем обнаружить в их ДНК.

Обложка книги любезно предоставлена ​​schrijver + schrijver

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Наша книга основана на многих беседах, которые у нас с Карелом были, в ходе которых мы говорили друг с другом на темы из нашей повседневной профессиональной жизни. Эти области совершенно разные. Я смотрю на код жизни. Он астрофизик, исследующий секреты звезд. Но чем больше мы отвечали на наши вопросы друг другу, тем больше мы обнаруживали, что в наших областях гораздо больше взаимосвязей, чем мы думали.

Карел: Я астрофизик. Астрофизики специализируются на всевозможных вещах, от темной материи до галактик. Я выбирал звезды, потому что они меня очаровывали. Но сколько бы звезд вы ни посмотрели, вы никогда не увидите никаких деталей. Все они — крошечные точки в небе.

Итак, я обратил свое внимание на Солнце, которое является единственной звездой, с которой мы можем видеть, что происходит во Вселенной. В какой-то момент НАСА попросило меня возглавить летнюю школу для начинающих исследователей, чтобы попытаться создать материалы, чтобы понять, что происходит от Солнца до Земли.Я так много узнал об этих связях, что начал рассказывать Айрис. В какой-то момент я подумал: это может быть интересная история, и нас осенило, что вместе мы пройдем весь путь, как она сказала, от самого маленького до самого большого. И нам очень весело, занимаясь этим вместе.

Мы склонны думать о том, что наши тела меняются очень медленно, когда мы достигаем взрослого возраста. Поэтому я был очарован, обнаружив, что на самом деле мы все время меняемся и постоянно перестраиваемся. Поговорим о нашей коже.

Ирис: Большинство людей даже не думают о коже как о органе.Фактически, это наш самый большой. Чтобы выжить, наши клетки должны делиться и расти. Мы знаем об этом, потому что видим, как растут дети. Но клетки также стареют и в конечном итоге умирают, и кожа — отличный тому пример.

Это то, что касается всего, что нас окружает. Он также очень подвержен повреждениям и нуждается в постоянной регенерации. Он весит около восьми фунтов [четыре килограмма] и состоит из нескольких слоев. Эти слои быстро стареют, особенно внешний слой, дерма. Клетки там меняют примерно раз в месяц-два.Это означает, что мы теряем примерно 30 000 клеток каждую минуту в течение нашей жизни, и весь наш внешний поверхностный слой заменяется примерно раз в год.

Очень небольшая часть нашего физического тела длится дольше нескольких лет. Конечно, это противоречит тому, как мы воспринимаем себя, когда смотрим в зеркало. Но мы совсем не исправлены. Мы больше похожи на шаблон или процесс. И именно быстротечность тела и поток энергии и материи, необходимые для противодействия этому непостоянству, привели нас к исследованию нашей взаимосвязи со Вселенной.

У вас есть увлекательная дискуссия о возрасте. Опишите, как разные части человеческого тела стареют с разной скоростью.

Iris: Каждая ткань воссоздает себя, но все они делают это с разной скоростью. Благодаря углеродному датированию мы знаем, что средний возраст клеток взрослого человека составляет от семи до десяти лет. Это намного меньше возраста среднего человека, но между этими возрастами есть заметные различия. Некоторые клетки существуют буквально несколько дней. Это те, которые касаются поверхности.Кожа — отличный пример, но также поверхности наших легких и пищеварительного тракта. Мышечные клетки сердца, органа, который мы считаем очень постоянным, обычно продолжают функционировать более десяти лет. Но если вы посмотрите на человека, которому 50, примерно половина его сердечных клеток будет заменена.

Наши тела никогда не статичны. Мы динамичные существа, и мы должны быть динамичными, чтобы оставаться в живых. Это верно не только для нас, людей. Это верно для всего живого.

Звезды рождаются и звезды умирают на этом инфракрасном снимке неба.Мы с тобой — мы пришли из звездной пыли.

Фотография НАСА, Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт, Висконсинский университет

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Меня поразила цифра: ежегодно на Землю падает 40 000 тонн космической пыли. Откуда все это взялось? Как это влияет на нас?

Карел: Когда образовалась солнечная система, она начала превращать газ в лед и частицы пыли. Они будут расти и расти, сталкиваясь. В конце концов гравитация объединила их, образуя планеты.Планеты похожи на большие пылесосы, всасывающие все вокруг себя. Но они не завершили работу. Вокруг все еще плавает очень много пыли.

Когда мы говорим это как астроном, мы можем иметь в виду все, что угодно, от объектов весом в микрограммы, которые вы бы даже не увидели, если бы у вас не был микроскоп, до объектов весом в несколько тонн, например комет. Все это все еще там, притягиваемое гравитацией планет и Солнца. Земля не может избежать столкновения с этим мусором, поэтому пыль падает на Землю все время и падает с самого начала.Именно поэтому планета была создана в первую очередь. Сегодня этого даже не замечаешь. Но в конце концов все это вещество, которое содержит кислород и углерод, железо, никель и все другие элементы, попадает в наши тела.

Когда действительно большой кусок пыли, такой как гигантская комета или астероид, падает на Землю, происходит мощный взрыв, который, по нашему мнению, является одной из причин, по которой динозавры вымерли около 70 миллионов лет назад. К счастью, такое случается нечасто. Но вещи все время падают с неба.[Смеется]

Многие предметы повседневного обихода, которыми мы пользуемся, тоже начали свое существование в космосе. Расскажите о соли.

Карел: Что ни говори, его история началась в космосе. Возьми соль. Под солью мы обычно подразумеваем кухонную соль. Он содержит два химических вещества: натрий и хлорид. Откуда они пришли? Они образовались внутри звезд, которые взорвались миллиарды лет назад и в какой-то момент попали на Землю. Звездные взрывы все еще происходят в галактике, поэтому часть хлора, который мы едим в соли, образовалась совсем недавно.

Вы изучаете патологию, Ирис. Является ли физическая неисправность частью космического порядка?

Ирис: Совершенно верно. Есть здоровые процессы, например рост, для которых необходимо деление клеток. Затем есть процессы, когда что-то идет не так. Мы стареем, потому что теряем баланс между гибелью клеток и регенерацией. Это то, что мы видим в зеркале, когда стареем со временем. То же самое мы наблюдаем при развитии болезней, например рака. Рак — это, по сути, ошибка ДНК, и из-за этого вся система может выйти из строя.На самом деле старение и рак — очень похожие процессы. Оба они связаны с потерей баланса между регенерацией и потерей клеток.

Муковисцидоз — наследственное генетическое заболевание. Вы наследуете ошибку в ДНК. Из-за этого некоторые ткани не могут обеспечивать нормальное функционирование организма. Моя работа сосредоточена на обнаружении изменений в ДНК в разных популяциях, чтобы мы могли лучше понять, какие мутации лежат в основе этого заболевания.На основании этого мы можем дать прогноз. Сейчас существуют лекарства, нацеленные на определенные мутации, а также на трансплантаты, поэтому эти пациенты могут иметь гораздо лучшую продолжительность жизни, чем это было возможно 10 или 20 лет назад.

Как написание этой книги изменило ваш взгляд на жизнь — и взгляды друг на друга?

Карел: Меня поразили две вещи, о которой я понятия не имел. Первое — это то, что Ирис описала ранее — непостоянство наших тел. Как физик, я думал, что тело было построено на ранней стадии, что оно будет расти и быть стабильным.В ходе долгой серии обсуждений за ужином Ирис показала мне, что это не так. Клетки все время умирают и восстанавливаются. Мы буквально не такие, какими были несколько лет назад, и не только из-за того, как мы думаем. Все вокруг нас так делает. Природа не вне нас. Мы природа.

Что касается наших отношений, я всегда очень уважал Айрис и врачей в целом. Они должны знать то, чего я не могу вспомнить. И это только выросло со временем.

Iris: Физика не была моей любимой темой в старшей школе. [Смеется] Благодаря Карлу и нашим разговорам я чувствую, что вселенная и мир вокруг нас стали намного доступнее. Это было нашей целью и с книгой. Мы хотели, чтобы он был доступным и понятным для всех, кто имеет среднее образование. Было непросто написать это таким образом, объяснить друг другу простые слова. Но это определенно изменило мой взгляд на жизнь. Это увеличило мое чувство удивления и признательности к жизни.

С точки зрения профессии Карела и наших отношений, они неизбежно углубились. Мы намного лучше понимаем, что другой человек делает в песочнице, в которой мы, соответственно, играем. [Смеется]

Саймон Уорролл курирует Книжный разговор. Следуйте за ним в Twitter или на simonworrallauthor.com.

Люди действительно сделаны из звездной пыли, и новое исследование доказывает это

На протяжении десятилетий популяризаторы науки говорили, что люди сделаны из звездной пыли, и теперь новый обзор 150 000 звезд показывает, насколько верно старое клише: люди и их галактика имеют около 97 процентов атомов одного и того же типа, и элементы Исследования показали, что жизни, по-видимому, более распространены к центру галактики.

Ключевые элементы для жизни на Земле, часто называемые строительными блоками жизни, могут быть сокращены как CHNOPS: углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера. Впервые астрономы каталогизировали изобилие этих элементов в огромной выборке звезд.

Астрономы оценили содержание каждого элемента с помощью метода, называемого спектроскопией; Каждый элемент излучает свет разных длин волн внутри звезды, и они измерили глубину темных и ярких пятен в световом спектре каждой звезды, чтобы определить, из чего он состоит.[Млечный Путь: Путеводитель]

Исследователи использовали измерения звезд, полученные с помощью спектрографа эксперимента по галактической эволюции (APOGEE) обсерватории Апач-Пойнт Слоунского цифрового обзора неба (SDSS) в Нью-Мексико. APOGEE может смотреть сквозь пыль в Млечный Путь, потому что он использует инфракрасные волны, которые проходят сквозь пыль.

«Этот инструмент собирает свет в ближней инфракрасной части электромагнитного спектра и рассеивает его, как призму, чтобы выявить признаки различных элементов в атмосферах звезд», — говорится в заявлении представителей Слоуна.

«Часть из почти 200 000 звезд, исследованных APOGEE, частично совпадают с выборкой звезд, намеченных миссией НАСА Кеплер, которая была разработана для поиска планет, потенциально похожих на Землю», — говорится в заявлении. «Представленная сегодня работа сосредоточена на девяноста звездах Кеплера, которые показывают свидетельства существования скалистых планет и которые также были исследованы APOGEE».

Хотя люди разделяют большинство элементов со звездами, пропорции этих элементов у людей и звезд различаются.Например, люди на 65 процентов состоят из кислорода по массе, тогда как кислород составляет менее 1 процента всех элементов, измеренных в космосе (например, в спектрах звезд).

Шесть наиболее распространенных элементов жизни на Земле (включая более 97 процентов массы человеческого тела) — это углерод, водород, азот, кислород, сера и фосфор. Те же самые элементы изобилуют в центре нашей галактики Млечный Путь. (Изображение предоставлено: Дана Берри / SkyWorks Digital Inc .; сотрудничество SDSS)

Доля каждого элемента жизни различалась в зависимости от региона галактики, в котором он был обнаружен.Например, солнце находится на окраине одного из спиральных рукавов Млечного Пути. Звезды на окраинах галактики содержат меньше тяжелых элементов, необходимых для строительных блоков жизни, таких как кислород, чем звезды в более центральных регионах галактики.

«Это история, представляющая большой интерес для людей, что теперь мы можем сопоставить изобилие всех основных элементов человеческого тела на сотнях тысяч звезд в нашем Млечном Пути», — Дженнифер Джонсон, председатель научной группы Об этом говорится в заявлении SDSS-III APOGEE и профессора Университета штата Огайо.«Это позволяет нам наложить ограничения на то, когда и где в нашей галактике жизнь имела необходимые элементы для развития, своего рода« временную галактическую обитаемую зону ».

Каталог химического состава доступен по адресу http: //www.sdss .org /.

Следуйте за Элизабет Хауэлл @howellspace или нас @Spacedotcom. Мы также в Facebook и Google+. Оригинальная статья на Space.com.

Наборы CRISPR для доставки по почте позволяют абсолютно любому взломать ДНК

«Мы ведь не собираемся заболеть?» — спросил меня мой сосед по комнате Бретт.Он съежился, когда я опустился на колени и засунул в наш холодильник тарелку с бактериями E. coli , которые были частью набора DIY CRISPR – Cas9, который я купил в Интернете, рядом с коробками с яйцами, клубничным джемом, бутылками пива и блок сыра.

«Нет, не будем. На этикетке написано «непатогенный», — ответил я, стараясь звучать убедительно. Но, честно говоря, я понятия не имел, что делаю. Я подтолкнул всю еду к стене холодильника и оставил двухдюймовую границу вокруг пластины с живыми клетками — ничейную землю между микробами и нашим обедом.Пара дюймов, вероятно, не остановит насекомых, но я подумал, что это не повредит.

CRISPR – Cas9 (или сокращенно CRISPR) предоставил ученым мощный способ внести точные изменения в ДНК — в микробах, растениях, мышах, собаках и даже в клетках человека. Этот метод может помочь исследователям создавать засухоустойчивые культуры, разрабатывать лучшие лекарства, лечить генетические нарушения, искоренять инфекционные заболевания и многое другое. Спросите любого биолога, и он, скорее всего, скажет вам, что CRISPR революционен. Это дешево и эффективно, и во многих случаях работает намного лучше, чем старые методы внесения генетических модификаций.Биологи также скажут вам, что CRISPR очень прост в использовании. Но что означает «простота использования»?

Я не ученый, работающий в домашних условиях, тем более профессиональный ученый. Ты не найдешь, что я смываю со своих щечных клеток ДНК или возюсь с дрожжами в лаборатории по выходным. Но я задавался вопросом: действительно ли CRISPR настолько прост, что даже такие любители, как я, могут внести значительный вклад в науку? Кроме того, делает ли этот новый метод редактирование генов настолько доступным, что нам нужно беспокоиться о том, что самодельные ученые готовят пандемические вирусы в своих подвалах? Если вы используете Google «DIY CRISPR», такие истории, как «Что произойдет, если кто-то воспользуется этим набором для самодельного взлома генов для создания мутантных бактерий?» неожиданно возникнуть.

Я попытался найти ответы на все эти вопросы сам, начав с тарелки с бактериями на кухне моей квартиры в Сан-Франциско.

РЕЗКА И СОЕДИНЕНИЕ

CRISPR означает «кластерные короткие палиндромные повторы с регулярными интервалами». Система CRISPR состоит из двух компонентов: белка Cas9 и направляющей РНК, , цепочки молекул нуклеиновых кислот с определенным генетическим кодом. Соедините их вместе, и они создадут инструмент, который можно использовать для настройки генома организма.Для этого CRISPR ищет в ДНК организма определенную последовательность — в частности, ту, которая кодируется направляющей РНК, которая содержит обратную последовательность вашей целевой ДНК. «Cas9 открывает ДНК, он разделяет нити двойной спирали на очень небольшой площади и позволяет направляющей РНК соединяться с одной из нитей», — объясняет Дана Кэрролл, профессор биохимии Университета Юты. «Если это хорошее совпадение, происходит резка. Если совпадение не очень хорошее, Cas9 и [] направляющая РНК отваливаются и пробуют снова в другом месте.«Когда он находит правильную последовательность, белок Cas9 разрезает ДНК именно в этом месте.

На этом этапе, если вы оставите клетку в покое, она обычно исправляет разрез CRISPR, но иногда также делает ошибку в процессе восстановления, нарушая ген или другие части генома. Поскольку CRISPR неоднократно возвращается и снова разрезает ДНК после того, как клетка исправляет ее, ген в конечном итоге ломается или, говоря техническим языком, нокаутируется. И, если вы добавите новую ДНК, клетка может включить ее, фиксируя разрез.Это означает, что вы можете вставить ДНК в нужное место в геноме — вам просто нужно знать генетическую последовательность организма в желаемой целевой области.

Ученые впервые обнаружили эту сложную систему у архей и бактерий, которые используют CRISPR для уничтожения вторгающихся вирусов. Но несколько лет назад исследователи придумали, как перепрофилировать CRISPR для запуска в практически любом живом существе , которое они захотят. И теперь генная инженерия стала проще, чем когда-либо прежде.

Для моего собственного эксперимента все, что мне было нужно, было в небольшой картонной коробке — набор бутылочек, пробирок, тарелок, порошков и жидкостей (плюс E. coli ). Я заказал свой комплект за 130 долларов на краудфандинговом сайте Indiegogo в рамках кампании, созданной биохакером Bay Area Джозией Зайнером. Зайнер имеет докторскую степень в области молекулярной биофизики и два года проработал научным сотрудником в НАСА. Он провел краудфандинговую кампанию из своей квартиры и к ее концу собрал более 70 000 долларов и продал 250 комплектов DIY CRISPR, один из которых теперь лежал у меня на кухонном столе.На данный момент Зайнер продал более тысячи комплектов, в основном на веб-сайте его компании The Odin.

Идея эксперимента с комплектом довольно проста. Цель: модифицировать E. coli , чтобы он мог расти на антибиотике под названием стрептомицин, который обычно убивает бактерии. Используя материалы и инструкции из набора, я введу CRISPR в клетки бактерий и воспользуюсь им для перезаписи крошечной части их ДНК, создавая генетически измененные клетки, которые благополучно процветают на стрептомицине.В конце концов, CRISPR будет отслеживать и затем изменять только одну пару оснований (которые являются строительными блоками для ДНК) из 4,6 миллиона пар оснований в геноме E. coli . Он заменит химическое соединение аденин на цитозин — или, с точки зрения генетического алфавита, «А» на «С». Из-за этого крошечного изменения кода мои бактериальные клетки будут производить аминокислоту лизин вместо другой, треонина. Если мое редактирование гена будет успешным, это не позволит стрептомицину вмешиваться в работу E.coli .

Майским днем ​​в понедельник я надел латексные перчатки и разложил газету на обеденном столе. Я вытащил из морозильника три маленькие пластиковые пробирки, взял пипетку — ручной инструмент, используемый в лабораториях для измерения жидкостей — из своего набора для самостоятельного изготовления, и начал добавлять ингредиенты CRISPR в пробирки с E. coli .

Я поместил белок Cas9 и направляющую РНК, , , которая поступала в виде жидкостей в маленькие пластиковые пробирки, в клетки моих бактерий.Затем я окунул пипетку в небольшую пробирку с ДНК и попытался набрать 10 микролитров. Ничего не вышло. Я покосился на крошечную каплю прозрачной жидкости и понял, что она замерзла. Я понятия не имел, почему. Ой, надеюсь, это не проблема. Повредит ли это моему эксперименту? Я понятия не имел, поэтому просто подождал, пока раствор ДНК растает, а затем впрыснул его в пробирку с бактериями. Сделав еще несколько шагов, я разложил свои бактерии CRISPR’d на трех пластиковых тарелках и положил их в прачечную.В инструкции сказано, что нужно подождать 24–48 часов, а затем проверить наличие небольших белых точек бактерий. Если я видел точки, CRISPR выполнил свою работу по сплайсингу гена устойчивости к стрептомицину. Если нет… ну, неудача — тоже часть научного процесса.

У меня не было проблем с проведением эксперимента — CRISPR — это просто , — заключил я. Я просто отмерял, соскребал и перемешивал кучу ингредиентов, время от времени охлаждая или нагревая. Но несмотря на все божественные способности, которые, как я представлял, дал мне CRISPR, я на самом деле мало что мог сказать о том, что я сделал со своими бактериями.Все было предопределено, с инструкциями, изложенными для меня, как шаги в кулинарной книге: «Добавьте 100 микролитров смеси для трансформации в новую центрифужную пробирку», «Инкубируйте эту пробирку в холодильнике в течение 30 минут» и так далее. В конечном итоге я не принял никаких решений. Конечно, я мог бы разработать индивидуальный эксперимент CRISPR, но для этого потребовалось бы больше времени, больше материалов, больше денег и намного больше знаний, чем у меня сейчас.

Через 48 часов я проверил свои бактерии. Скрестив пальцы, я поднял крышку на первой тарелке.Без белых точек. Потом вторая тарелка: ничего. В животе у меня сжалось от разочарования. Затем я осторожно поднял крышку с третьей пластины и увидел… что-то. На пластине были два слабых молочно-белых круга. Сработал ли CRISPR? Может быть. Но тогда почему на одной тарелке были белые пятна, а на другой — нет? Я проделал одни и те же шаги для каждого из них. Может, мой разум играл со мной злую шутку. Или, возможно, я заразил третью пластину. Если бы я только мог показать свои тарелки тому, кто знает, как их интерпретировать.Как ученый. К сожалению, у меня на кухне спросить было не у кого.

ОТКРЫТО ДЛЯ ВСЕХ

Несколькими неделями позже я проехал 40 миль к югу от Сан-Франциско, чтобы встретить ученого по имени Йохан Соса, который знает о CRISPR гораздо больше, чем я. Мы встретились в BioCurious, общественной лаборатории в Саннивейле, где он работает почти все выходные и иногда по вечерам. Расположенный в Санта-Кларе, BioCurious — это рабочее пространство, оснащенное научным оборудованием и используемое «учеными, технологами, предпринимателями и любителями, которые считают, что инновации в биологии должны быть доступными, доступными и открытыми для всех», — говорится в его сети. сайт. Лаборатория финансируется за счет пожертвований и членов — Соса является одним из нескольких десятков членов.

Ростом шесть футов пять дюймов Соса возвышается над большинством людей. «Я, наверное, самый высокий биолог-самоделок», — шутит он. Он легко смеется, что компенсирует его рост, придавая ему нежность и непринужденность. Ему 40 лет, его темные волосы испещрены серебром. Родом из Шри-Ланки, Соса приехал в США учиться в колледже в 15 лет, чтобы изучать информатику, и он работал в Bank of America и IBM в качестве специалиста по компьютерной безопасности и инженера-программиста.Сейчас у него обычная работа в области компьютерной безопасности, но большую часть свободного времени он проводит в BioCurious. «Можно сказать, что у меня нет жизни, — усмехается он, — это мое самое большое хобби». Он узнал все, что он знает о науке (как теории, так и лабораторных методах) от других сотрудников BioCurious, читая научные статьи, просматривая видео на YouTube, посещая лекции, а также методом проб и ошибок в своих собственных исследованиях.

Соса — один из немногих DIY-ученых из BioCurious, использующих CRISPR. Впервые он прочитал о технике в 2012 году из статей биохимика Дженнифер Дудна в журнале Science. Дудна, профессор Калифорнийского университета в Беркли, является одним из пионеров CRISPR. «Я не думал, что это так уж важно, потому что я знал, что уже существуют другие способы модификации ДНК, — вспоминает он. — Но я действительно думал:« Это то, что я могу сделать »». Он начал экспериментировать с CRISPR в 2013 году .

Душным пасмурным днем ​​я последовал за Сосой в BioCurious. Мы прошли через вестибюль в большую комнату без окон. В нем были большие шкафы, забитые бутылками с жидкостью, стойки с латексными перчатками, гигантская вытяжка, микроволновая печь и холодильник.Микроскопы, весы, центрифуги и куча другого изношенного научного оборудования были разбросаны по лабораторным столам. Спокойный рокот гудящих машин заполнил комнату, а в инкубаторе неподалеку тихо тряслись пробирки. Йохан обошел комнату в поисках термометра. «Одна особенность лаборатории DIY заключается в том, что вы где-то оставляете что-то, а это всегда заканчивается где-то еще», — сказал он мне.

Я присоединился к Сосе в BioCurious, чтобы узнать больше о том, что CRISPR означает для DIY-ученых , , а также провести (надеюсь) более успешный эксперимент с его помощью.Мы определились с очень простой целью: мы будем использовать мощный инструмент редактирования, чтобы вырезать ДНК, которую он уже извлек из дрожжевых клеток. Эта задача проще, чем та, которую я пробовал у себя на кухне, потому что вам не нужно вводить CRISPR внутри клеток, чтобы разрезать ДНК. Профессиональные ученые могут использовать такой метод в качестве промежуточного шага, например, когда им нужно вырезать и вставить ДНК вместе, чтобы создать ген в рамках более крупного исследовательского проекта. «Это тип эксперимента, который каждый проводит каждый день», — объясняет Чарльз Герсбах, профессор биомедицинской инженерии в Университете Дьюка, — хотя он отмечает, что традиционно для этого исследователи использовали тип белка, называемый рестрикционным ферментом, а не CRISPR.

Мы с Сосой натянули латексные перчатки и осторожно разлили жидкости в пробирки, чтобы создать нашу направляющую РНК с нуля — сначала мы синтезировали цепи ДНК с определенной последовательностью, которую хотели, использовали ее в качестве матрицы для РНК, затем разрушили ДНК и изолировали направляющая РНК из нашей смеси для пробирок. Позже мы поместили РНК в новую пробирку вместе с другими материалами, необходимыми для работы CRISPR в этом эксперименте: белковый буфер, бычий сывороточный альбумин (белок, выделенный из коров), вода.Соса засосал дрожжевую ДНК в свою пипетку. Внезапно пластиковый наконечник иглы упал в пробирку с ДНК. Кто-то, как он сказал мне, пожертвовал наконечники в свою лабораторию, но они не подходили по размеру. «Думаю, у тебя есть все, что можно сделать своими руками», — улыбнулся он и вставил пластиковый наконечник обратно в пипетку. Затем он подобрал белок Cas9. «Вот всемирно известный Cas9, — сказал он и протянул мне. Я добавил его в нашу пробирку.

До CRISPR у DIY-ученых не было простого, дешевого и надежного способа точного редактирования ДНК . Многие из них не могли позволить себе дорогие и несовершенные инструменты, которые в то время использовали профессиональные ученые для редактирования генов. «До CRISPR существовали TALENS [эффекторные нуклеазы, подобные активаторам транскрипции] и нуклеазы« цинковые пальцы »- старые технологии, которые не были такими точными и надежными», — объясняет Соса. «Они вышли за рамки бюджета и временных рамок ученых-самоделок». Соса говорит, что если бы специалист по домашнему хозяйству использовал эти другие технологии, проведение генно-инженерного эксперимента могло бы стоить ему или ей тысячи долларов.Но с CRISPR это намного доступнее, особенно если вы хотите попробовать провести эксперимент несколько раз. «С TALENS вы попробуете один раз и потерпите неудачу», — говорит Соса. «С CRISPR вы можете попробовать это несколько раз. Уже одно это большое дело ».

Это означает, что CRISPR дает домашним мастерам совершенно новый способ заниматься наукой. До сих пор Соса и его коллеги по лаборатории опробовали CRISPR несколькими способами: разрезая геномы дрожжей, разрезая ДНК внутри клеток E. coli и пытаясь изменить систему CRISPR, уменьшив ее размер или прикрепив к ней другие молекулы.У Сосы есть цели для своего исследования CRISPR. «Я хочу понять, как на самом деле функционирует клетка и какие мелочи в ней происходят», — объясняет он. «А когда что-то идет не так [например, при заболеваниях], как это исправить или заставить делать то, что я хочу».

Через несколько часов мы с Сосой проверили, разрезал ли CRISPR нашу дрожжевую ДНК. Мы покрасили нашу смесь ДНК-CRISPR в синий цвет и пропустили ее через электрически заряженный гель, который отделяет более крупные части ДНК от более мелких.Крошечные каналы в геле проходят от одного заряженного конца к другому, и разрезанные нити ДНК протягиваются через них к положительно заряженной стороне. Если наш эксперимент удался, мы должны увидеть две синие полосы для коротких цепей ДНК, разрезанных CRISPR, в одном месте и одну синюю полосу для более длинного неразрезанного фрагмента ДНК (наш контроль) в другом месте.

Соса отнес гель в ванную, где мы выключили свет и посмотрели на него в синем свете. Я затаил дыхание, осматривая гель на предмет следов.Одна голубая полоса светилась в темноте — контрольная, — а другая единственная полоса освещала то место, где мы должны были увидеть нашу CRISPR’d ДНК. «Я не знаю, что случилось, но это не похоже на то, — сказал Соса, — я не думаю, что это сработало».

Я покинул лабораторию, чувствуя себя побежденным, и направился обратно в Сан-Франциско. Через несколько минут Соса написал мне.

Привет, я понял, что случилось. Он написал, что для начала с не было ДНК.

Что случилось? Я ответил.

Я думаю, что ДНК либо деградировала, либо стала слишком разбавленной , — написал он.

Даже если бы у нас работали все остальные части (РНК, белки и т. Д.), Это не имело значения. Мы не давали CRISPR разрезать ДНК. Моя вторая попытка использовать CRISPR окончательно провалилась.

ЛУЧШЕ, БЫСТРЕЕ, ДЕШЕВЛЕ

Помимо моих собственных неприятных проблем с CRISPR, я хотел посмотреть, что профессиональные биологи делают с CRISPR, поэтому я посетил лабораторию Нипама Пателя в Калифорнийском университете в Беркли.После быстрого осмотра лаборатории я сел и посмотрел в микроскоп на маленькое извивающееся морское существо: Parhyale hawaiensis , обычно называемое пляжным прыгуном. Parhyale длиной в один сантиметр выглядит ничтожно — на пляж можно наступить, даже не заметив. Но под микроскопом эта самка-прыгуна напоминала гигантскую полупрозрачную креветку с множеством мощных, пинающих ног. Parhyale — звезда этой лаборатории. «Мы изучаем, как вы развиваете индивидуальное тело, — объясняет Эрин Джарвис, аспирант в лаборатории Патела, — а также то, как вы создаете форму тела в течение эволюционного времени.«И для этого они используют CRISPR.

С помощью CRISPR эти исследователи выбивают так называемые гены Hox в Parhyale. Гены Hox обнаружены у всех животных, включая человека, и они контролируют развитие их строения тела. Помимо прочего, они определяют, какие придатки — например, плавательные лапы, когти и усики — выросли на какой части тела. Выбейте определенный ген Hox с помощью CRISPR, и у Parhyale вырастут ноги, идущие вперед, например, там, где у него должны быть прыгающие ноги.

Parhyale имеет девять генов Hox , и команда Пателя выявила семь из них. У исследователей также есть планы добавить совершенно новые гены в Parhyale с помощью CRISPR — они уже сделали это однажды, вставив ген, который кодирует зеленые флуоресцентные белки, что позволило исследователям визуализировать, где находится конкретный ген Hox выражено в Parhyale . «С эволюционной точки зрения это [дает] нам представление о том, как планы тела развиваются между видами», при сравнении, например, Parhyale с хорошо изученной плодовой мухой Drosophila, объясняет Патель.«Мы считаем, что такие эволюционные паттерны помогают нам понять общие механизмы, с помощью которых эволюция создает разнообразие животных… То, что мы узнаем, улучшает наши знания о функциях этих генов у других животных, включая человека».

CRISPR изменил подход Пателя и его коллег к исследованиям. Его лаборатория изучала Parhyale около 20 лет сейчас. До CRISPR они использовали другую технику для удаления генов, на которую требовалось гораздо больше денег, но даже тогда она была не очень эффективной.Им потребовалось около 900 долларов, чтобы выбить единственный ген в группе из эмбрионов Parhyale другим методом. Метод, называемый «интерференцией РНК», подавляет экспрессию гена — он не подавляет его генетически, как это делает CRISPR. Проблема была в том, что иногда метод вообще не работал.

Теперь им нужно меньше 100 долларов, чтобы выбить ген. «Внезапно с CRISPR вам не нужно решать:« В какой именно ген я хочу вложить все свои ресурсы? », — говорит Джарвис, -« Вы можете попробовать множество разных генов.«А с помощью CRISPR они могут взламывать гены до 75 процентов эмбрионов Parhyale по сравнению с максимальным уровнем успеха 25 процентов при использовании старой техники. Более того, теперь у них есть возможность мутировать сразу несколько генов с помощью CRISPR, что означает, что теперь они могут видеть, как гены взаимодействуют. Когда исследователи пытались мутировать несколько генов с помощью своей старой техники, это редко срабатывало. (Хотя Патель отмечает, что старая техника РНК все еще очень полезна для определенных приложений).

Их исследования также занимают меньше времени с CRISPR — в исследовании лаборатории Пателя, опубликованном в журнале Current Biology в 2015 году, они вырубили шесть генов Hox примерно за год.До этого они уже потратили годы, пытаясь сломать конкретный ген Hox своим старым методом, но так и не смогли этого сделать. «Все идет быстрее, — говорит Патель, профессор генетики, геномики и развития. «CRISPR-Cas9 — невероятно элегантная система, которой очень легко управлять». Это также упрощает изучение более экзотических существ (помимо стандартных мух и мышей), таких как животные, такие как Parhyale или бабочки. «Всегда было сложно работать с новым организмом, — говорит Джарвис, — CRISPR великолепен, потому что внезапно вам не придется тратить десятилетия на разработку модели.«Пока у вас есть последовательность гена, на который вы хотите воздействовать, все готово.

Лаборатория Пателя — далеко не единственная, кто извлекает выгоду из CRISPR — ученые всего мира изучают всевозможные способы применения инструмента редактирования генов, такие как уничтожение малярийных комаров, поиск новых способов лечения рака или инженерное заболевание- устойчивые культуры. В июле исследователи объявили, что они успешно отредактировали геном жизнеспособных человеческих эмбрионов с помощью CRISPR; этот метод позволил им исправить вызывающую заболевание мутацию в ДНК эмбриона (хотя некоторые сейчас скептически относятся к результатам исследователей).Всего несколько недель спустя ученые из Массачусетса сообщили, что добились значительного прогресса в области трансплантации органов от свиньи человеку. Они использовали CRISPR для инактивации 25 вирусов, присущих геномам свиней, преодолев большое препятствие в обеспечении безопасности трансплантатов свиней для людей.

ИГРАТЬ В БОГА

Я подошел к концу моего эксперимента CRISPR — так что я узнал? Во-первых, я обнаружил, что для моего соседа по комнате не совсем безумие гадать, не вызовет ли нас самодельный комплект CRISPR в нашем холодильнике . В этом году власти Германии ограничили импорт набора бактерий Odin DIY CRISPR после того, как Управление здравоохранения и безопасности пищевых продуктов Баварии провело испытания двух наборов и обнаружило, что они содержат потенциально патогенные бактерии. Но даже Европейский центр по профилактике и контролю заболеваний пришел к выводу, что беспокоиться не о чем — что «риск заражения контаминирующими штаммами в наборе низок для пользователей… при условии, что они здоровые люди». (Зайнер отказался комментировать запись об инциденте, но публично опубликовал ответ в Твиттере, где раскритиковал методологию, использованную баварским агентством, и отрицал правонарушения своей компании.Наборы по-прежнему доступны для покупки в Интернете через The Odin.)

Что касается моего более важного вопроса — могут ли неподготовленные домашние мастера достичь научных открытий? — я спросил академических исследователей, что они думают. Дана Кэрролл, со своей стороны, считает, что любители могут сделать важные открытия. «В профессиональном научном сообществе люди продолжают придумывать новые способы использования этой технологии — на самом деле люди ограничены только своим воображением», — объясняет он. «Возможно, что люди, работающие в гаражах или на кухнях, придумают новое приложение или решение проблемы, до которой профессионалы просто не додумались.Кэрролл говорит, что домашнему мастеру будет легко поделиться любыми открытиями с исследователями, посетив их беседы или просто связавшись с ними через их веб-сайты. Тем не менее он отмечает, что сообщество DIY сталкивается с ограничениями, потому что ученым-любителям, вероятно, не хватит необходимых ресурсов. «Маловероятно, что они доведут крупное приложение до конца, — говорит он, — но они, безусловно, могли бы что-то начать».

Наконец, как насчет кошмарного сценария: неужели CRISPR настолько прост в использовании, что нам нужно беспокоиться о том, что биохакеры — случайно или намеренно — создают опасные патогены? Кэрролл и другие считают, что опасность передачи CRISPR в руки обычного человека относительно невелика.«Люди придумали сценарии, в которых ученые могли бы использовать CRISPR для создания вирулентного патогена», — говорит он . «Насколько велик риск? Это не ноль, но довольно мало «. Герсбах соглашается. «Прямо сейчас трудно представить, насколько это может быть опасно по-настоящему, — объясняет он. — Если вы хотите причинить вред, есть гораздо более простые и простые способы, чем использование этой сложной техники генетического редактирования».

Вернувшись в лабораторию Пателя, Джарвис заменил извивающуюся женскую воронку на пляже под моим микроскопом крошечным эмбрионом Parhyale .Джарвис сказала мне, что она выбила ген Hox , названный Abd-B , в этом случае — у эмбриона вырастут прыгающие ноги там, где у него должны быть плавательные ноги, и передние ходовые ноги вместо опорных. В этот момент мне это просто казалось непрозрачным шариком слизи.

Рядом со мной другой аспирант исследовал фрагмент коричнево-золотого крыла бабочки — лаборатория Пателя также выявляет гены бабочки с помощью CRISPR, чтобы увидеть, как они определяют цвет крыла . «Старый аспирант шутил, что мы генетически модифицируем крылья, чтобы сделать Мона Лизу», — сказал мне Джарвис. Я засмеялся и снова посмотрел под микроскоп. Внезапно мое дыхание ударило по эмбриону Parhyale . Он бешено танцевал вокруг чашки Петри, как песчинка, попавшая в ураган.

Прогнозирование поведения при сдвиге цементированных и нецементированных карбонатных песков с использованием искусственной нейронной сети на основе генетических алгоритмов

Эйри DW (1993) Трехосные испытания естественно цементированной карбонатной почвы.J Geotech Geoenviron Eng ASCE 119 (9): 1379–1398

Статья Google Scholar

Аллман М.А., Поулос Х.Г. (1988) Напряжение-деформация искусственно зацементированной известняковой почвы. В кн .: Материалы 1-й международной конференции по известковым отложениям. Перт, Австралия, стр. 51–60.

Анжемер Дж., Карлсон Э., Клик Дж. Х. (1973) Технические характеристики и результаты морских испытаний свайной нагрузки в известняковом грунте. В кн .: Материалы международной конференции по шельфовым технологиям.Хьюстон, Техас, стр. 677–699

Балакришнан С.Н., Вейл Р.Д. (1996) Нейроконтроль: обзор литературы. Math Comput Model 23 (1): 101–118

Статья Google Scholar

Beringen FL, Kolk HJ, Windle D (1982) Проникновение конуса и лабораторные испытания в морских известковых отложениях. ASTM STP 777, Американское общество испытаний и материалов, США, стр. 179–209

Google Scholar

Brandes HG (2011) Поведение известковых и кварцевых песков при простом сдвиге.Geotech Geol Eng 29 (1): 113–126

Статья Google Scholar

Катано Дж., Пандо М.А. (2010) Статические и динамические свойства известкового песка из юго-западного Пуэрто-Рико. В кн .: Материалы международной конференции по достижениям в области анализа, моделирования и дизайна. ASCE, Флорида, стр. 842–851

Chipperfield A, Fleming P, Pohlheim H, Fonseca C (2006) Генетический алгоритм для набора инструментов для использования с Matlab. Руководство пользователя, версия 1.2. Университет Шеффилда

Clough GW, Sitar N, Bachus RC, Rad NS (1981) Цементированные пески при статической нагрузке. J Geotech Eng ASCE 107 (6): 799–817

Google Scholar

Coop MR, Atkinson JH (1993) Механика цементированных карбонатных песков. Геотехника 43 (1): 53–67

Статья Google Scholar

Датта М., Гулхати С.К., Рао Г.В. (1979) Дробление известкового песка во время сдвига.В кн .: Материалы международной конференции по шельфовым технологиям. Хьюстон, Техас, стр. 1459–1474

Демут Х., Бил М. (2000) Обучение инструментария нейронной сети для использования с MATLAB. The Math Works Inc., Натик, Массачусетс

Google Scholar

Demuth H, Beale M, Hagan M (2007) Руководство пользователя Neural network toolbox 5. MathWorks Inc., Натик, Массачусетс

Google Scholar

Dupas JM, Pecker A (1979) Статические и динамические свойства цементного песка.J Geotech Geoenviron Eng ASCE 105 (3): 4198–4436

Google Scholar

Fausett LV (1994) Основы нейронных сетей: архитектура, алгоритмы и приложения. Prentice-Hall Inc., Энглвуд Клиффс, Нью-Джерси

Google Scholar

Flood I, Kartam N (1994) Нейронные сети в гражданском строительстве. I: принципы и понимание. J Comput Civil Eng 8 (2): 131–148

Статья Google Scholar

Грин К, Глендиннинг С. (2007) Создание искусственного карбонатного песка.Geotech Geol Eng 25 (4): 441–448

Статья Google Scholar

Grine K, Attar A, Aoubed A, Breysse A (2011) Использование плана эксперимента для моделирования влияния кварцевого песка и цемента на измельчающие свойства карбонатного песка. Mater Struct 44 (1): 195–203

Статья Google Scholar

Hassanlourad M (2008) Поведение при трехосном сдвиге нецементированных и химически залитых карбонатных песков.Кандидат наук. Диссертация, Иранский университет науки и технологий, Тегеран, Иран

Хассанлурад М., Салехзаде Х., Шахназари Х. (2010) Механические свойства незаращенных и залитых раствором карбонатных песков. Int J Geotech Eng 4: 507–516

Статья Google Scholar

Hecht-Nielsen R (1990) Нейрокомпьютинг. Аддисон-Везели Паблишинг Компани, Массачусетс, Массачусетс

Google Scholar

Holland J (1975) Адаптация в естественных и искусственных системах.Издательство Мичиганского университета, Анн-Арбор

Google Scholar

Хуанг Дж. Т., Эйри Д. В. (1998) Свойства искусственно зацементированного карбонатного песка. J Geotech Geoenviron Eng ASCE 124 (6): 492–499

Статья Google Scholar

Исмаил М.А., Джоер Х.А., Метритт А., Рэндольф М.Ф. (2002) Цементирование пористого материала с использованием кальцита. Геотехника 52 (5): 313–324

Статья Google Scholar

Джохари А., Джавади А.А., Хабибагахи Г. (2011) Моделирование механического поведения ненасыщенных почв с использованием нейронной сети на основе генетического алгоритма.Comput Geotech 38 (1): 2–13

Статья Google Scholar

Лейд П.В., Овертон Д.Д. (1989) Эффекты цементирования во фрикционных материалах. J Geotech Eng ASCE 115 (10): 1373–1387

Статья Google Scholar

Марен А., Харстон С., Пап Р. (1990) Справочник по приложениям для нейронных вычислений. Academic Press Inc., Сан-Диего, CA

Google Scholar

Nicklow JW (2000) Оптимальное управление с дискретным временем для проектирования и управления водными ресурсами.Water Int 25 (1): 89–95

Статья Google Scholar

О’Рурк Т.Д., Креспо Э. (1988 г.) Вулканический грунт с цементным покрытием.