ŠtudentEdini pravi spletni portal za mlade

Raziskovalci z medicinske fakultete Univerze Kalifornije v San Diegu so objavili prelomne rezultate, ki razkrivajo novo povezavo med dvema najbolj sprejetima teorijama staranja na molekularni ravni: naključnimi genetskimi mutacijami in predvidljivimi epigenetskimi spremembami. Njihove ugotovitve, objavljene v reviji Nature Aging, odpirajo nova vprašanja o vzrokih staranja in ponujajo pomembne smernice za prihodnje raziskave.

Epigenetska teorija staranja, znana tudi kot teorija epigenetske ure, je dolgo veljala za enega glavnih načinov kvantitativnega merjenja biološke starosti. Vendar pa nova raziskava nakazuje, da ta proces ni tako preprost, kot je veljalo doslej.

»Veliki raziskovalni inštituti in podjetja stavijo na zamisel o ponastavitvi epigenetske ure kot strategiji za odpravljanje učinkov staranja,« je pojasnil soavtor raziskave Trey Ideker, doktor znanosti in profesor na UC San Diego. »Vendar naše ugotovitve kažejo, da bi lahko takšen pristop le zdravil simptom staranja, ne pa tudi njegovega osnovnega vzroka. Če so mutacije odgovorne za opazovane epigenetske spremembe, bi to lahko korenito spremenilo način, kako se lotevamo prizadevanj za upočasnjevanje ali celo obrat staranja.«

Dve teoriji o povezavi med staranjem in DNK

Prva, t. i. somatska mutacijska teorija, predpostavlja, da staranje povzroča kopičenje naključnih mutacij, ki trajno spremenijo DNK zaporedje. Druga, epigenetska teorija, pa staranje pripisuje kopičenju epigenetskih sprememb – to so manjše kemične spremembe na DNK, ki ne spreminjajo zaporedja, vendar vplivajo na to, kateri geni so aktivni. Za razliko od mutacij so epigenetske spremembe v določenih primerih reverzibilne.

Ker se epigenetske spremembe pojavljajo na specifičnih mestih v genomu, jih je lažje kvantificirati, kar je znanstvenikom omogočilo določanje ‘biološke starosti' celic. Kljub temu je ostajalo vprašanje, kaj te spremembe povzroča.

Raziskava: mutacije sprožajo epigenetske spremembe

Raziskovalna skupina je analizirala podatke več kot 9300 pacientov iz dveh obsežnih zbirk podatkov o genomih raka. S primerjavo genetskih mutacij in epigenetskih sprememb so ugotovili, da so mutacije predvidljivo povezane s spremembami v metilaciji DNK, eni izmed vrst epigenetskih sprememb. Še več, ugotovili so, da lahko ena sama mutacija sproži kaskado epigenetskih sprememb po celotnem genomu, ne le na mestu mutacije.

»Epigenetske ure so v uporabi že vrsto let, a šele zdaj začenjamo razumeti, zakaj sploh tiktakajo,« je povedal Zane Koch, doktorski študent bioinformatike na UC San Diego. »Naša raziskava prvič dokazuje, da so epigenetske spremembe zapleteno in predvidljivo povezane z naključnimi genetskimi mutacijami.«

Implikacije za zdravljenje staranja

Ugotovitve prinašajo nov vpogled v proces staranja in imajo pomembne posledice za razvoj terapij, ki bi lahko preprečile ali obrnile proces staranja. Če so somatske mutacije temeljni vzrok staranja, epigenetske spremembe pa le sledijo temu procesu, bo boj proti staranju veliko bolj zapleten, kot so znanstveniki doslej predvidevali.

»Če staranje ni programiran proces, temveč posledica naključnih in kumulativnih sprememb skozi čas, bo njegova obrnitev bistveno težja,« je dejal soavtor Steven Cummings, M.D., raziskovalec iz Kalifornije. »Ta spoznanja nas silijo, da se usmerimo k bolj temeljitemu razumevanju staranja in iskanju načinov za zmanjševanje naključnih sprememb na DNK.«

Čeprav bo potrebnih še veliko raziskav za popolno razumevanje razmerja med mutacijami in epigenetskimi spremembami, rezultati predstavljajo pomemben korak naprej v razumevanju kompleksnosti staranja.

Mars je znan po svojih obsežnih in dolgotrajnih prašnih nevihtah, ki lahko za več mesecev preplavijo celoten planet. Čeprav je vzrok teh neviht že dolgo predmet raziskav, je nova študija razkrila, da so lahko posledica energetskega neravnovesja, ki se pojavlja na Marsovi južni polobli v določenih obdobjih leta. Raziskava, ki jo je vodila ekipa znanstvenikov z Univerze v Houstonu, kaže, da je Marsova južna polobla med pomladjo izpostavljena velikemu presežku sončne energije, kar bi lahko ustvarjalo pogoje za nastanek globalnih prašnih neviht.

Energetsko neravnovesje in vpliv na podnebje

Vsak planet in luna v Osončju absorbira sončno energijo in jo nato oddaja nazaj v vesolje. Razlika med absorbirano in oddano energijo se imenuje sevalni energijski proračun (REB). Kot pojasnjuje Liming Li, profesor fizike na Univerzi v Houstonu: »REB in njegova prostorska porazdelitev [po zemljepisnih širinah] neposredno vplivata na toplotne značilnosti površja in ozračja planetov.« To pomeni, da REB pomembno določa podnebje Marsa.

Medtem ko je letni REB Zemlje razmeroma uravnotežen – količina absorbirane sončne energije je približno enaka količini oddane toplote – pri Marsu tega ravnovesja še ne poznamo v celoti. Teoretično bi moral biti Marsov REB izravnan, vendar doslej ni bilo natančnih meritev, ki bi to potrdile. Pomanjkanje podatkov o REB je otežilo razumevanje marsovskega podnebja, zlasti kako in zakaj nastajajo obsežne prašne nevihte.

Prašni viharji in njihova povezava z energetskim proračunom

Marsovski roverji, kot je Curiosity, so zabeležili številne vremenske pojave na Rdečem planetu, a ti ne omogočajo celovitega vpogleda v dolgoročno podnebje. Larry Guan, glavni avtor študije in doktorski študent na Univerzi v Houstonu, pojasnjuje, da bi ocena Marsovega REB lahko razkrila ključno povezavo med energetskim neravnovesjem in pojavom prašnih viharjev.

Da bi pridobili podatke, so raziskovalci analizirali meritve infrardečega in vidnega sevanja Marsovega površja, ki jih je v desetih zemeljskih letih (pet marsovskih let) zbral spektrometer za toplotno emisijo na krovu sonde Mars Global Surveyor. S temi podatki so izračunali, koliko energije Mars absorbira in oddaja glede na različne zemljepisne širine, nato pa so rezultate primerjali z energijskim proračunom Zemlje.

Sezonske spremembe in sprožitev prašnih neviht

Analiza podatkov je pokazala, da v pomladnih in poletnih mesecih na severni polobli Marsa severne širine absorbirajo več energije, kot je oddajajo, kar povzroča presežek energije. Podoben, a še intenzivnejši učinek se pojavi med jesenskimi in zimskimi meseci na severni polobli, ko je južna polobla v pomladnem in poletnem obdobju. Takrat se na južni polobli ustvari izrazit presežek energije, saj je Mars v tem obdobju najbližje Soncu, kar še poveča količino prejete sončne energije.

Raziskovalci so ugotovili, da bi lahko to sezonsko energetsko neravnovesje prispevalo k nastanku globalnih prašnih neviht. Ko se južna polobla segreje, se segreje tudi ozračje tik nad površjem, kar ustvari pogoje za dvigovanje prahu in posledično sprožitev neviht.

Vpliv prašnih neviht na energetsko ravnovesje

Vendar pa raziskava kaže tudi, da proces deluje v obe smeri – ne le, da presežek energije spodbuja nastanek prašnih neviht, ampak nevihte same vplivajo na Marsov REB. Meritve, opravljene med prašnim viharjem, ki je nastal v južnem bazenu Hellas Planitia in nato preplavil celoten planet, so pokazale, da prašni delci v atmosferi zmanjšajo tako količino absorbirane sončne energije kot količino toplote, ki jo Mars oddaja v vesolje.

Kljub sezonskim neravnovesjem je dolgoročni Marsov REB razmeroma stabilen, vendar se njegova razporeditev po zemljepisnih širinah močno razlikuje od Zemljinega. »Zemljini primanjkljaji so na polih, Mars ima primanjkljaje v tropih – in obratno za presežke,« je pojasnil Guan. To pomeni, da medtem ko zemeljska polarna območja oddajajo več energije, kot jo absorbirajo, Marsovi poli shranjujejo več energije, kot jo oddajajo.

Vpliv tankega ozračja na Marsov REB

Druga pomembna ugotovitev študije je, da se Marsov polarni REB med letnimi časi lahko spremeni tudi do 100 %, kar je bistveno več kot na Zemlji. To je po mnenju Liminga Lija posledica Marsove tanke atmosfere, ki otežuje enakomerno prerazporeditev energije med tropi in poloma.

To odkritje daje nov vpogled v marsovsko podnebje in njegove sezonske spremembe ter bi lahko pomagalo pri prihodnjih raziskovalnih misijah. Razumevanje Marsovega REB je ključno za predvidevanje vremenskih vzorcev na Rdečem planetu, kar bo imelo pomembne posledice za načrtovanje prihodnjih robotskih in človeških odprav. Če bodo znanstveniki bolje razumeli, kako in kdaj nastajajo prašne nevihte, bodo lahko razvili strategije za zaščito opreme in morebitnih astronavtov, ki bodo nekoč stopili na Marsovo površje.