Woese, uma voz do passado, conclamou uma nova biologia para um novo século - uma ciência mais fundamental

American Society for Microbiology

Microbiology and Molecular Biology Reviews Volume 68, Issue 2, June 2004, Pages 173-186

https://doi.org/10.1128/MMBR.68.2.173-186.2004

Review

A New Biology for a New Century

Carl R. Woese*

Department of Microbiology, University of Illinois, Urbana, Illinois 61801

Source/Fonte: Science

SUMMARY

Biology today is at a crossroads. The molecular paradigm, which so successfully guided the discipline throughout most of the 20th century, is no longer a reliable guide. Its vision of biology now realized, the molecular paradigm has run its course. Biology, therefore, has a choice to make, between the comfortable path of continuing to follow molecular biology's lead or the more invigorating one of seeking a new and inspiring vision of the living world, one that addresses the major problems in biology that 20th century biology, molecular biology, could not handle and, so, avoided. The former course, though highly productive, is certain to turn biology into an engineering discipline. The latter holds the promise of making biology an even more fundamental science, one that, along with physics, probes and defines the nature of reality. This is a choice between a biology that solely does society's bidding and a biology that is society's teacher.

Copyright © 2004 American Society for Microbiology

*Mailing address: Department of Microbiology, University of Illinois, 601 S. Goodwin, Urbana, IL 61801. Phone: (217) 333-9369. Fax: (217) 244-6697. E-mail: carl@ninja.life.uiuc.edu.

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O mecanismo atômico da periodicidade biológica elimina a "teoria atual" da evolução

Biological Periodicity’s Atomic Mechanism Disposes of the “Current Theory” of Evolution

Authors

Antonio Lima-de-Faria

University of Lund

DOI: https://doi.org/10.13133/2532-5876/17352

Source/Fonte

ABSTRACT

Physics led the way in the creation of Molecular Biology by employing X-ray crystallography in the elucidation of the atomic structure of proteins and DNA. Now it is physics again, by using large accelerators of electrons and neutrons, that is transforming molecular biology into Atomic Biology. This transformation process is guided by the establishment of periodicity, a phenomenon that can now be shown to start with elementary particles, to extend to atoms and macromolecules, and to occur equally among living organisms including humans. Biological periodicity was established in the following properties: vision, regeneration, luminescence, flight, placenta, penis, plant carnivory and mental ability. Significant is that three of these properties do not start at the cell or the organism, as previously thought, but emerge already in crystals and minerals which have no genes, and where organization is decided by atomic and electronic interactions. The punctuated reappearance of a given property, which leads to periodicity, is based on its own evolution of DNA. This is demonstrated by the formation of the placenta, which in plants and in humans, is decided by the same DNA sequences. Also, vision, which appears in the simplest invertebrates as well as in humans results from the action of the same gene Pax6. It is this DNA homology which allows the reappearance of the same pattern, in the most different organisms. The law of periodicity which has been enunciated at the atomic level holds equally well for the periodicity found in living organisms allowing predictions.

AUTHOR BIOGRAPHY

Antonio Lima-de-Faria, University of Lund

Professor Emeritus of Molecular Cytogenetics, Lund University, Lund, Sweden

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Interpretando a história da biologia evolutiva através de um prisma kuhniano: faz sentido ou não?

Perspectives on Science

Volume 29, Issue 1

January-February 2021

February 01 2021

Interpreting the History of Evolutionary Biology through a Kuhnian Prism: Sense or Nonsense? 

Koen B. Tanghe, Lieven Pauwels, Alexis De Tiège, Johan Braeckman

Author and Article Information

Koen B. Tanghe

Department of Philosophy and Moral Sciences, Universiteit Gent, Belgium

Lieven Pauwels

Department of Criminology, Criminal Law and Social Law, Universiteit Gent, Belgium

Alexis De Tiège

Department of Philosophy and Moral Sciences, Universiteit Gent, Belgium

Johan Braeckman

Department of Philosophy and Moral Sciences, Universiteit Gent, Belgium

We would like to thank two anonymous reviewers for their constructive review, as well as the editor Alex Levine.

Online Issn: 1530-9274

Print Issn: 1063-6145

© 2021 by The Massachusetts Institute of Technology

Perspectives on Science (2021) 29 (1): 1–35.

https://doi.org/10.1162/posc_a_00359

Source/Fonte: New Scientist

Abstract

Traditionally, Thomas S. Kuhn’s The Structure of Scientific Revolutions (1962) is largely identified with his analysis of the structure of scientific revolutions. Here, we contribute to a minority tradition in the Kuhn literature by interpreting the history of evolutionary biology through the prism of the entire historical developmental model of sciences that he elaborates in The Structure. This research not only reveals a certain match between this model and the history of evolutionary biology but, more importantly, also sheds new light on several episodes in that history, and particularly on the publication of Charles Darwin’s On the Origin of Species (1859), the construction of the modern evolutionary synthesis, the chronic discontent with it, and the latest expression of that discontent, called the extended evolutionary synthesis. Lastly, we also explain why this kind of analysis hasn’t been done before.

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Nova descoberta desafia princípio central em biologia: as células humanas podem escrever sequências de RNA no DNA

Polθ reverse transcribes RNA and promotes RNA-templated DNA repair

Gurushankar Chandramouly1,†, Jiemin Zhao2,†, Shane McDevitt1,†, Timur Rusanov1, Trung Hoang1, Nikita Borisonnik1, Taylor Treddinick1, Felicia Wednesday Lopezcolorado3, Tatiana Kent1, Labiba A. Siddique1, Joseph Mallon1, Jacklyn Huhn1, Zainab Shoda1, Ekaterina Kashkina1, Alessandra Brambati4, Jeremy M. Stark3, Xiaojiang S. Chen2 and Richard T. Pomerantz1,*

1 Department of Biochemistry and Molecular Biology, Sidney Kimmel Cancer Center, Thomas Jefferson University, Philadelphia, PA, USA.

2 Molecular and Computational Biology, USC Dornsife Department of Biological Sciences, University of Southern California, Los Angeles, CA, USA.

3 Beckman Research Institute of the City of Hope, Duarte, CA, USA.

4 Department of Cell Biology, New York University School of Medicine, New York, NY, USA.

↵*Corresponding author. Email: richard.pomerantz@jefferson.edu

↵† These authors contributed equally to this work.

Science Advances 11 Jun 2021: Vol. 7, no. 24, eabf1771

DOI: 10.1126/sciadv.abf1771

Abstract

Genome-embedded ribonucleotides arrest replicative DNA polymerases (Pols) and cause DNA breaks. Whether mammalian DNA repair Pols efficiently use template ribonucleotides and promote RNA-templated DNA repair synthesis remains unknown. We find that human Polθ reverse transcribes RNA, similar to retroviral reverse transcriptases (RTs). Polθ exhibits a significantly higher velocity and fidelity of deoxyribonucleotide incorporation on RNA versus DNA. The 3.2-Å crystal structure of Polθ on a DNA/RNA primer-template with bound deoxyribonucleotide reveals that the enzyme undergoes a major structural transformation within the thumb subdomain to accommodate A-form DNA/RNA and forms multiple hydrogen bonds with template ribose 2′-hydroxyl groups like retroviral RTs. Last, we find that Polθ promotes RNA-templated DNA repair in mammalian cells. These findings suggest that Polθ was selected to accommodate template ribonucleotides during DNA repair.

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Cientistas descobrem uma nova característica que distingue os humanos modernos dos Neandertais

Reduced purine biosynthesis in humans after their divergence from Neandertals

Vita Stepanova, Kaja Ewa Moczulska, Guido N Vacano, Ilia Kurochkin, Xiangchun Ju, Stephan Riesenberg, Dominik Macak, Tomislav Maricic, Linda Dombrowski, Maria Schörnig, Konstantinos Anastassiadis, Oliver Baker, Ronald Naumann, Ekaterina Khrameeva, Anna Vanushkina, Elena Stekolshchikova, Alina Egorova, Anna Tkachev, Randall Mazzarino, Nathan Duval, Dmitri Zubkov, Patrick Giavalisco, Terry G Wilkinson, David Patterson, Philipp Khaitovich, Svante Pääbo

Skolkovo Institute for Science and Technology, Russian Federation; Institute for Information Transmission Problems, Russian Academy of Sciences, Russian Federation; Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology, Germany; The Eleanor Roosevelt Institute and Knoebel Institute for Healthy Aging, University of Denver, United States; Okinawa Institute of Science and Technology, Japan; Center for Molecular and Cellular Bioengineering, Biotechnology Center, Technical University Dresden, Germany; Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics, Germany; Max Planck Institute for Biology of Ageing, Germany

Research Article May 4, 2021 Cite as: eLife 2021;10:e58741 DOI: 10.7554/eLife.58741

Source/Fonte: Live Science

Abstract

We analyze the metabolomes of humans, chimpanzees, and macaques in muscle, kidney and three different regions of the brain. Although several compounds in amino acid metabolism occur at either higher or lower concentrations in humans than in the other primates, metabolites downstream of adenylosuccinate lyase, which catalyzes two reactions in purine synthesis, occur at lower concentrations in humans. This enzyme carries an amino acid substitution that is present in all humans today but absent in Neandertals. By introducing the modern human substitution into the genomes of mice, as well as the ancestral, Neandertal-like substitution into the genomes of human cells, we show that this amino acid substitution contributes to much or all of the reduction of de novo synthesis of purines in humans.

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Espécies, especiação e paleontologia até a Síntese Moderna: temas persistentes e questões sem resposta

Palaeontology Volume 56, Issue 6 p. 1199-1223

Original Article

Free Access

Species, speciation and palaeontology up to the Modern Synthesis: persistent themes and unanswered questions

Warren D. Allmon

First published: 15 July 2013

https://doi.org/10.1111/pala.12054

Source/Fonte: Trends in Ecology & Evolution

Abstract

Although it has been variously defined and discussed, the ‘species problem’ in evolutionary palaeontology actually consists of at least three separate but closely related questions: (1) What are species in living organisms? (the ‘species nature problem’); (2) To what degree can ‘species’ as recognized in living organisms be recognized in the fossil record? (the ‘species recognition problem’); (3) To the degree that species can be so recognized, to what degree can species be studied as modern species are, that is, what can we learn about the origin and evolution of species from fossils that we could not otherwise learn? This can be called the ‘species study problem’. A critical survey of the history of thinking about the nature and origin of species indicates that answers to at least two of these three questions (the first and third) have been remarkably persistent in both palaeontological and neontological views over the past 250 years, and the range of answers to them has changed remarkably little. The nature of Darwin's ideas on these issues, which has remained controversial, is an epitome of the persistent complexity and difficulty of the questions involved. This historical survey has a number of implications for modern palaeontological views of the nature and origin of species, including that the nature of species is a substantive (as opposed to a purely semantic) issue, likely to be decided empirically and not just theoretically, and that the roles of selection and isolation in the origin of species are likely diverse and complex.

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Mais uma hipótese sobre a origem da vida: formação de ligações peptídicas mecanoquímicas

Angewandte Chemie International EditionVolume 60, Issue 23 p. 12727-12731

Communication

Mechanochemical Prebiotic Peptide Bond Formation**

Tomislav Stolar,Saša Grubešić,Dr. Nikola Cindro,Prof. Dr. Ernest Meštrović,Dr. Krunoslav Užarević,Dr. José G. Hernández

First published: 26 March 2021

https://doi.org/10.1002/anie.202100806

Source/Fonte: PhysOrg

Abstract

The presence of amino acids on the prebiotic Earth, either stemming from endogenous chemical routes or delivered by meteorites, is consensually accepted. Prebiotically plausible pathways to peptides from inactivated amino acids are still unclear as most oligomerization approaches rely on thermodynamically disfavored reactions in solution. Now, a combination of prebiotically plausible minerals and mechanochemical activation enables the oligomerization of glycine at ambient temperature in the absence of water. Raising the reaction temperature increases the degree of oligomerization concomitantly with the formation of a commonly unwanted cyclic glycine dimer (DKP). However, DKP is a productive intermediate in the mechanochemical oligomerization of glycine. The findings of this research show that mechanochemical peptide bond formation is a dynamic process that provides alternative routes towards oligopeptides and establishes new synthetic approaches for prebiotic chemistry.

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** A previous version of this manuscript has been deposited on a preprint server 

Sup. Info. 

A teoria da evolução de Darwin se transformando em teoria do Design Inteligente???

Towards an engineering theory of evolution

Simeon D. Castle, Claire S. Grierson & Thomas E. Gorochowski

Nature Communications volume 12, Article number: 3326 (2021)

Abstract

Biological technologies are fundamentally unlike any other because biology evolves. Bioengineering therefore requires novel design methodologies with evolution at their core. Knowledge about evolution is currently applied to the design of biosystems ad hoc. Unless we have an engineering theory of evolution, we will neither be able to meet evolution’s potential as an engineering tool, nor understand or limit its unintended consequences for our biological designs. Here, we propose the evotype as a helpful concept for engineering the evolutionary potential of biosystems, or other self-adaptive technologies, potentially beyond the realm of biology.

FREE PDF GRATIS: Nature Communications

Biologia funcional no seu contexto natural: mero acaso, fortuita necessidade ou design inteligente?

Functional biology in its natural context: A search for emergent simplicity

Joy Bergelson, Martin Kreitman, Dmitri A Petrov, Alvaro Sanchez, Mikhail Tikhonov

Department of Ecology & Evolution, University of Chicago, United States; 

Department of Biology, Stanford University, United States; 

Department of Ecology & Evolutionary Biology, Yale University, United States; Department of Physics, Washington University in St Louis, United States

Review Article Jun 7, 2021

Source/Fonte: Trinity College of Dublin - School of Biochemistry and Immunology

Abstract

The immeasurable complexity at every level of biological organization creates a daunting task for understanding biological function. Here, we highlight the risks of stripping it away at the outset and discuss a possible path toward arriving at emergent simplicity of understanding while still embracing the ever-changing complexity of biotic interactions that we see in nature.

EXCERPT/EXCERTO:

As we have argued, the enterprise of studying organisms in isolation and as static, already evolved entities, while hugely successful, is also profoundly limited. Our belief, which lies in contrast to Jacques Monod’s famous dictum — ‘Anything found to be true of E. coli must also be true of elephants’ — is that much of what one learns about the functional behavior of E.coli in isolation hardly even extends to E.coli in the gut, let alone to elephants in the savannah. The heart of our proposal, here, is thus the creation of a new field of Function of Evolving Systems that focuses on the function of organisms in the communities in which they reside, over periods of time when interactions evolve. It is both exciting intellectually, and essential practically.

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A árvore de Darwin se transforma em uma rede, com implicações para o Design Inteligente

Evolution News @DiscoveryCSC

1 ° de junho de 2021, 12h41

A nova genômica poderia iniciar uma revolução científica que apanhe Darwin em sua teia? Sua “árvore da vida” icônica está se transformando em uma rede, graças a uma enxurrada de novos dados mostrando que a transferência lateral de genes (TLG) é onipresente. Se as opiniões de alguns geneticistas se enraizarem, os estudos filogenéticos podem se tornar relíquias do último paradigma. As implicações para a teoria da evolução são enormes.

Desde que Darwin esboçou uma árvore ramificada em suas anotações, o ícone da “árvore da vida” tornou-se um elemento fixo na mente de biólogos e estudantes. Parece intuitivamente óbvio: como os indivíduos descendem de pais e avós, cada espécie possui uma linhagem genética. De acordo com o pensamento de Darwin, essas linhagens se conectam no tempo devido à "origem das espécies" repetida pela seleção natural. Cada espécie teria se originado em um desses pontos de ramificação. Se seguidos o suficiente em regressão, todos os galhos e galhos bifurcados se conectariam em um padrão semelhante a uma árvore de descendência comum universal. Implícito nesta imagem está a suposição de que os ramos não se reconectam; uma vez bifurcados, eles compartilham as características do ancestral comum, mas evoluem nele em sua própria direção.

Um Profundo Repensar

Escrevendo na Current Biology, Cédric Blais e John M. Archibald relembram a revolução da genômica moderna e o profundo repensar que ela está causando sobre a "metáfora unificadora da biologia", a árvore da vida.

"Há cerca de vinte anos, as bases da árvore da vida foram abaladas pela compreensão de que os genomas procarióticos são compostos de genes com diferentes histórias evolutivas. Com A Origem das Espécies de Charles Darwin e as vívidas representações de Ernst Haeckel de árvores evolucionárias, a árvore da vida criou raízes como uma metáfora unificadora da biologia. A filogenética molecular surgiu nas décadas de 1960 e 1970 e seguiu o modelo de Darwin: os ramos da árvore da vida divergiram e nunca se fundiram (Quadro 1).

Esperava-se que a genômica comparativa solidificasse essa visão da evolução, mas os genomas de bactérias e arqueas foram identificados como mosaicos na natureza, tendo adquirido genes de táxons estreita e distantemente relacionados por transferência gênica lateral (ou horizontal). Essa percepção desbancou a primazia da descendência vertical na história da vida e seu uso na classificação taxonômica dos organismos. Isso iniciou um acalorado debate sobre a melhor forma de descrever as relações entre os organismos na natureza. A árvore da vida deveria ser abandonada e poderia ser adequadamente substituída por uma rede de vida? Ou a transferência lateral de genes era amplamente inconsequente, mero ruído que poderia e deveria ser filtrada, com o sinal restante revelando a verdadeira árvore da vida?" [Ênfase adicionada.]

Pense em como uma revolução científica profunda está em curso, quando a "metáfora unificadora da biologia" está sendo questionada. Alguns geneticistas estão com um machado na mão na base da árvore icônica. Blais e Archibald destacam que o aumento exponencial no sequenciamento do genoma, particularmente de micróbios, levou a essa grande reconsideração. Isso não estaria acontecendo sem a grande quantidade de dados forçar isso. Veja os conceitos há muito aceitos que estão correndo risco:

- A existência de uma única árvore filogenética

- O conceito de Carl Woese de três domínios (bactérias, archaea, eukarya)

- A prática de filogenética molecular

- Taxonomia

- Ancestralidade comum universal

Tomar partido

Como em qualquer revolução, as pessoas tomam partido. Os radicais em uma extremidade do espectro ficam felizes em derrubar a velha árvore e substituí-la por uma rede moderna. Os radicais do outro lado querem salvar a árvore, como os conservacionistas sentados nos galhos para parar as motosserras. Então, há um meio-termo onde os pacificadores pensam que os dois conceitos podem coexistir e todos ficarão felizes. Todo cientista, porém, deve estar unido quanto aos fatos. Blais e Archibald descrevem a política partidária sem tomar partido, mas apontam que o TLG é real e não pode ser ignorado:

"A primazia da árvore da vida deve ser qualificada pelo reconhecimento de que ela representa apenas uma fração da história evolutiva e que as redes capturam dinâmicas evolutivas genuínas que são incompatíveis com ela. As redes agora abrangem muito mais entidades e processos do que foram inicialmente considerados ao discutir a árvore e a rede da vida. Mesmo que a árvore da vida sobreviva, agora está claro que linhagens verticais e reticuladas coexistem em comunidades de troca gênica de topologias variadas."

E ainda assim, pense em como a imagem da árvore muda se os galhos se interconectam. A árvore se transforma em uma rede de nós interconectados. Não há nenhum componente vertical necessário para um diagrama de rede; ele pode ser girado à vontade e as conexões permanecem. Se a TLG é realmente muito difundida ao longo da vida, como parece fora de dúvida, o conceito de árvore da vida universal torna-se uma questão de preferência filosófica, não de demonstração empírica.

Como os organismos compartilham informações genéticas? Para procariotos, é simples: eles rotineiramente compartilham plasmídeos (é assim que os genes de resistência a antibióticos podem viajar de espécie para espécie). Esse fenômeno deu origem ao conceito de “quase-espécie”, em que indivíduos dentro de uma espécie podem não ter todo o repertório de genes, mas podem obtê-los de outros membros quando estão sob estresse. Para organismos superiores, outros métodos de transferência de informação incluem fagos e elementos genéticos móveis (“genes saltadores” ou transposons), hibridização e introgressão. Microbiologistas estão estudando canais nanoscópicos que parecem conectar células, através dos quais as informações podem viajar. Nesse caso, as células tornam-se menos como edifícios individuais e mais como praças comerciais com passarelas entre si.

Um entrave ao avanço científico

O antigo conceito de árvore pode atrapalhar o progresso científico, dizem os autores.

"A transferência lateral de genes não respeita os limites das espécies e é ativada por elementos genéticos móveis e seus veículos não incluídos na árvore da vida, como vírus, agentes de transferência de genes, plasmídeos e transposons ... Além disso, embora permita conexões laterais, a árvore da vida reconhece apenas uma maneira "certa" de agrupar táxons existentes: descendência vertical. Portanto, está mal equipado para estudar agrupamentos de espécies que refletem a complexa dinâmica de transferência de genes que existem no mundo microbiano.

As redes, por outro lado, não são restritas por uma estrutura de árvore e podem ser usadas para lançar uma nova luz sobre questões evolutivas. Na verdade, estudos recentes descobriram que as redes podem superar as árvores quando confrontadas com cenários filogenéticos complexos ou ambíguos."

As “questões evolutivas” no novo paradigma, se não forem verticais, dificilmente podem ser chamadas de evolucionárias no sentido darwiniano. A questão agora é se os limites das hierarquias aninhadas pelas quais os organismos foram classificados são tão impenetráveis quanto se acreditava anteriormente. As implicações do pensamento em rede ainda precisam ser totalmente exploradas, mas as perspectivas são tão empolgantes quanto revolucionárias.

Implicações para o Design Inteligente

Se o conceito de rede continuar a suplantar ou suplementar o antigo conceito de árvore, aqui estão algumas questões de pesquisa que os defensores do design podem considerar:

- A primazia da informação sobre a ancestralidade.

- A habilidade da TLG de preparar um organismo em migração para um novo ambiente.

- Adaptação à luz da TLG, em vez da ancestralidade.

- Como a rede fornece resiliência.

- Novas explicações para “evolução convergente” - compartilhamento em vez de ancestralidade.

- Princípios taxonômicos expandidos que incluem a TLG.

- Limites para o compartilhamento de informações que preservam a identidade das espécies.

- Interpretando o registro fóssil à luz da genômica em rede.

- Substituindo árvores filogenéticas por diagramas de rede.

Vale a pena ler o ensaio de Blais e Archibald, “The past, present and future of the tree of life”. Podemos estar à beira de uma grande revolução científica na biologia. Parece que a nova genômica será mais compatível com o design do que o modelo de Darwin jamais foi.

O Discovery Institute está co-patrocinando um evento esta semana no Texas, a “Conference on Engineering in Living Systems” (CELS). Os participantes provavelmente irão discutir alguns dos conceitos que vêm à tona na nova genômica e como eles se cruzam com os princípios de engenharia evidentes na vida. O que é mais projetado do que uma rede?