Рисунки по клеточкам схемы: рисунки по клеточкам схемы с цифрами

Мастер мол арт

Визуализация клеток и макромолекул необходима для понимания их функции. Смотрим ли мы на клеточные компартменты или пытаемся понять определенный биологический процесс на молекулярном уровне, сила визуального образа огромна. Прямые визуальные методы, такие как световая и электронная микроскопия, позволяют получить грубое представление о клеточной структуре. Рентгеновская кристаллография и ЯМР позволяют нам получить атомные детали отдельных молекул.Биохимия и биофизические методы предоставляют количественную информацию об изолированных системах. Несмотря на наличие всех этих инструментов и информации, нам все еще не хватает полного представления о ячейке в нанометровом масштабе (1).

Дэвид Гудселл из Исследовательского института Скриппса, художник по натуре и ученый по образованию, устраняет этот пробел в знаниях и переносит нас в невидимый мир клетки. В своих рисунках он прекрасно сочетает научную информацию, полученную с помощью различных методов, со своим художественным видением.

Природа и воспитание

Гудселл начал рисовать в раннем детстве, обучаясь у своего деда, который был опытным художником. В колледже Гудселл специализировался на химии и биологии, но не на искусстве.Годы его аспирантуры (с Ричардом Дикерсоном в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе) совпали с увеличением использования компьютеров в структурной биологии. При написании программ молекулярной графики для визуализации кристаллических структур Гудселл все больше интересовался научной иллюстрацией. Его профессиональный интерес к молекулам постепенно переплетался с художественным желанием их рисовать. Он благодарит своего научного консультанта Артура Олсона (из Scripps) за создание атмосферы, в которой Гудселл мог развивать свои навыки как ученого, так и художника.

Художественный стиль

Гудселл использует акварель, чтобы показать великолепный вид на молекулярный мир внутри живых клеток. Его рисунки обычно печатаются с постоянным увеличением в 1000000 раз, что увеличивает объекты до видимых размеров. Он использует метафору поперечного сечения, которая позволяет рассматривать множество молекул в одной плоскости изображения (2).Эта простота чем-то напоминает постимпрессионистский стиль Анри Руссо. Гудселл рисует молекулы плоскими цветами и контурами, чтобы подчеркнуть их относительные размеры. Этот художественный выбор упрощает представление о шумном внутриклеточном мире.

E. coli (рис. 1) – один из любимых предметов Гудселла. Знание ошеломляющего количества информации об этой бактерии позволяет художнику «показать все, что нужно для создания живого объекта». Гудселл любит использовать простые цветовые схемы, чтобы подчеркнуть функцию и расположение молекул.Независимо от того, рисует ли он бактерию или человеческую клетку, легко идентифицировать отсеки, глядя на цвета. ДНК и ядерные белки показаны желтым и оранжевым цветом, рибосомы показаны пурпурным цветом, цитоплазматические белки показаны синим цветом, а мембраны – зеленым цветом. Общий размер и форма макромолекул основаны на координатах атомов. Относительное количество молекул определяется на основании биохимических данных, а их расположение – на электронных микрофотографиях.

Чтобы оценить количество усилий, затраченных на рисунок, достаточно увеличить недавнее изображение Mycoplasma mycoides (рис.2). Пристальный взгляд на сложный липогликановый слой, несомненно, поразит вас.

Картины могут рассказывать великие истории. Гудселл часто использует свои иллюстрации, чтобы наглядно описать биологический процесс. Его картина нервно-мышечного синапса, например, показывает молекулярное действие всего синаптического цикла (рис. 3). Эксперт по везикулярной торговле, структурный биолог Фредерик Хьюсон из Принстонского университета заключает: «Работа Дэвида потрясающая!»

Научно-просветительская деятельность

Если вы посетите веб-сайт Protein Data Bank, вы не пропустите столбец «Молекула месяца», размещенный на главной странице.Каждый месяц на протяжении более десяти лет Дэвид Гудселл вносил иллюстрации и краткое описание особой биологической макромолекулы, такой как клатрин (рис. 4). Большинство структурных изображений создается с помощью компьютерной программы, которую Гудселл разработал в качестве постдокторанта. В настоящее время в PDB хранится более 60 000 структур, поэтому у Goodsell есть над чем поработать.

Обычно цифры, появляющиеся в оригинальных научных публикациях, должны строго отражать данные, и, таким образом, допускаются очень незначительные манипуляции с изображениями.Однако художественная свобода необходима для понятной и запоминающейся иллюстрации, используемой в образовательных целях (3), и некоторые изображения Гудселла можно найти в классических учебниках, таких как «Молекулярная биология клетки». Кроме того, сам Гудселл написал и проиллюстрировал ряд книг, в том числе «Машины жизни», «Наша молекулярная природа: двигатели, машины и сообщения тела» и «Бионанотехнология: уроки природы».

Иллюстрации Гудселла оказывают большое влияние на естественнонаучное образование. Микробиолог Дэвид Руднер из Гарвардской медицинской школы использует изображения Гудселла в своем курсе молекулярной биологии бактерий и находит их «невероятно поучительными – как мнемоническими, так и прогностическими… Они стимулируют общее обсуждение и способствуют выработке гипотез.«Элис Тинг, профессор Массачусетского технологического института, также использует изображения Гудселла для обучения и на своих семинарах, чтобы продемонстрировать, насколько многолюдно и сложно внутреннее пространство камеры». Другие иллюстрации не передают это почти так же хорошо, как рисунки Гудселла », – она Примечания.

Goodsell недавно опубликовал серию статей для журнала Biochemistry and Molecular Biology Education. В каждой статье он очень подробно описывает научную основу иллюстраций во втором издании «Машины жизни».Редакторы BAMBED Джудит и Дональд Воет согласны с тем, что работа Гудселла «оказывает« огромную помощь в преподавании и изучении биохимии и молекулярной биологии »(4).

Как говорит Гудселл, его работа предназначена для того, чтобы дать любому читателю« наглядный обзор » молекулы, которые управляют жизненным процессом. «Ученый надеется, что его работа« продолжит служить пробным камнем для интуиции »(5).

1. Ногалес, Э. (2010) Моя мечта о фантастическом путешествии, чтобы увидеть внутреннее устройство клетки. Мол. Биол. Клетка. 21 , 3815
2. Гудселл Д.С. (2005) Визуальные методы от атомов к клеткам. Структура 13 , 347 – 354.
3. Гудселл, Д.С., Джонсон, Г.Т. (2007) Заполнение пробелов: художественная лицензия в образовании и просвещении. PLoS Biol. 5 , e308.
4. Воет, Дж. Г., и Воет, Д. (2009) Коммуникация через иллюстрацию: работа Дэвида Гудселла. Biochem. Мол. Биол. Educ. 37 , 203.
5. Гудселл, Д.С. (2009) Машины жизни. 2-е изд. Springer.

История биологии: теория клетки и структура клетки – Биологическая энциклопедия

Автор фотографии: Russi & Morelli

Все живые организмы состоят из клеток, и все клетки возникают из других клетки. Эти простые и убедительные утверждения составляют основу ячейки. теория, впервые сформулированная группой европейских биологов в середина 1800-х гг.Эти идеи настолько фундаментальны для биологии, что их легко понять. забывайте, что они не всегда считались правдой.

Микроскоп Роберта Гука. Гук впервые описал клетки в 1665 году.

Ранние наблюдения

Изобретение микроскопа позволило впервые увидеть клетки. английский физик и микроскоп Роберт Гук (1635–1702) впервые описал клетки в 1665 году. Он сделал тонкие ломтики пробки и уподобил квадратные перегородки он наблюдал за кельями (комнатками) в монастыре.Открытые пространства Гук заметил, что они пусты, но он и другие предположили, что эти места могут использоваться для транспортировки жидкостей в живых растениях. Он не сделал предложения и дал нет никаких указаний на то, что он считал эти структуры основная единица живых организмов.

Марчелло Мальпиги (1628–1694) и коллега Гука, Неемия Грю (1641–1712) провел подробные исследования растительных клеток и установлено наличие клеточных структур по всему телу растения.Грю сравнил клеточные пространства с пузырьками газа в поднимающемся хлебе и предположил, что они могли образоваться в результате аналогичного процесса. Наличие клеток в животной ткани было продемонстрировано позже, чем в растениях, потому что тонкие срезы, необходимые для просмотра под микроскопом, сложнее для подготовки тканей животных. Преобладающая точка зрения Гука современников было, что животные состояли из нескольких типов волокон, различные свойства которых объясняют различия между ткани.

В то время практически все биологи были убеждены, что организмы существуют. состоит из некоторого типа фундаментальной единицы, и именно эти «атомистические» предубеждения, которые заставили их искать такие единицы измерения. Хотя усовершенствования в микроскопии улучшили их наблюдения, она лежало в основе убеждения, что существует некоторая фундаментальная подструктура это сделало микроскоп излюбленным инструментом для изучения жизни.

В 1676 году голландский микроскопист Антоний ван Левенгук (1632–1723) опубликовал свои наблюдения одноклеточных организмов, или “мало анималкулы “, как он их называл.Вероятно, Левенгук был первый человек, наблюдающий за эритроцитом и сперматозоидом. Левенгук сделал многочисленные и подробные наблюдения за его микроорганизмами, но больше прошло более ста лет, прежде чем была установлена ​​связь между очевидно клеточная структура этих существ и наличие клеток у животных или растений.

Развитие клеточной теории

В 1824 году француз Анри Милн-Эдвардс предложил основную структуру всех тканей животных представлял собой набор «глобул», хотя его требование единого размера этих глобул ставит под сомнение точность его наблюдений.Анри Дютроше (1776–1847) создал связь между растительными и животными клетками явная, и он предложил что клетка была не только структурной, но и физиологической единицей: “Ясно, что он составляет основную единицу организованной государственный; действительно, все в конечном итоге происходит из клетки ” (Харрис 1999, стр.29). Датроше предположил, что новые клетки возникают изнутри. старые, мнение, которое поддержал его современник Франсуа Распай (1794–1878).Распайль был первым, кто назвал одну из двух основных постулаты клеточной теории: Omnis cellula e cellula, что означает «Каждая клетка получена из другой клетки». Однако, несмотря на эту звонкую и известную фразу, предложенный им механизм генерация клеток была неправильной. Распайль был также основателем ячейки биохимия, эксперименты над химическим составом клетки и их реакция на изменение химической среды.

В 1832 году Бартелеми Дюмортье (1797–1878) из Франции описал «бинарное деление» (деление клеток) у растений.Он наблюдал формирование средней линии раздела между исходной ячейкой и новой ячейка, которая, как заметил Дюмортье, “кажется нам идеальным четкое объяснение происхождения и развития клеток, имеющее до сих пор оставались необъясненными »(Harris 1999, p. 66). наблюдения привели его к отказу от идеи, что новые клетки возникают изнутри. старые, или что они образуются спонтанно из неклеточного материала. В открытие деления клеток обычно приписывают Гуго фон Молю. (1805–1872), но Дюмортье продолжил его в этом отношении.Фон Моль придумал слово «протоплазма» для материала, содержащегося в сотовый.

Первое недвусмысленное описание клетки ядро был изготовлен чехом Францем Бауэром в 1802 году и получил свое название в 1831 году. Роберта Брауна (1773–1858) из Шотландии, которого больше всего помнят за открытие случайного «броуновского» движения молекул. В Первое точное описание ядрышка было сделано в 1835 году.

Шлейден и Шванн, которым обычно приписывают объяснение клеточная теория, оставила свой след в 1838 и 1839 годах. В 1838 году Маттаис Шлейден (1804–1881) предположили, что каждый структурный элемент растений состоит из клеток или продуктов клеток. Однако Шлейден настоял на том, чтобы приоритетом для нескольких идей, которые не принадлежали ему, и придерживался идеи, что клетки возникают в результате процесса, подобного кристаллизации, либо внутри других клеток, либо извне, от чего Дюмортье отказался несколькими годами ранее.(В Защита Шлейдена, следует помнить, что рисунок неверен. выводы из ограниченных наблюдений – это риск, присущий науке, особенно при работе на границе новой области.)

В 1839 году немецкий товарищ Теодор Шванн (1810–1882) предположил, что и у животных каждый структурный элемент состоит из клеток или клеток. продукты. Вклад Шванна можно рассматривать как более новаторский, так как понимание строения животных отставало что растений.Кроме того, Шванн прямо заявил, что фундаментальные законы, управляющие клетками, были идентичны между растениями и животные: “Общий принцип лежит в основе развития всех отдельные элементарные субъединицы всех организмов »(Harris 1999, p. 102).

Отдельно стоит сказать о чехе Яне Пуркише. (1787–1869), или Пуркинье, как обычно называют его имя. Пуркинье была премьера цитолог своего времени и одним из самых влиятельных разработчиков клеточной теория.Он дал свое имя структурам по всему телу, включая Клетки Пуркинье мозжечка. На самом деле Пуркинье заслуживает большей части кредит, который обычно достается Шванну, поскольку в 1837 году он предложил не только животные состояли в основном из клеток и клеточных продуктов (хотя он осталось место для волокон), но также и то, что “основная клеточная ткань опять же явно аналогично растению »(Harris 1999, p. 92). К сожалению, Шванн не поверил Пуркинье в его влиятельном публикация.

Размножение и наследование

Несмотря на работу Дюмортье, истоки новых клеток остались спорный и запутанный. В 1852 году немец Роберт Ремак (1852–1865) опубликовал свои наблюдения о делении клеток, заявив, что категорически нельзя утверждать, что схемы генерации, предложенные Шлейденом и Шванн ошибался. Ремак, основываясь на своих наблюдениях за эмбрионами, заявил: вместо этого двойное деление было средством воспроизводства нового животного клетки.Эту точку зрения широко пропагандировал не Ремак, а Рудольф Вирхов. (1821–1902), к сожалению, без упоминания Ремака. Вирхов также обычно приписывают фразу Omnis cellula e cellula, указывая на важность деления клеток в создании новых клеток.

Понимание центральной важности хромосомы сильно отстали от своего открытия. В 1879 году Вальтер Флемминг (1843–1905) отметили, что хромосомы продольно расщепляются во время митоз (термин, который он ввел).Вильгельм Ру (1850–1924) предположил, что каждая хромосома несла различный набор наследственных элементов и предположил, что продольное расщепление, наблюдаемое Флеммингом, обеспечивает равное деление этих элементов. Эта схема была подтверждена в 1904 г. Теодор Бовери (1862–1915). В сочетании с новым открытием Грегора В статье Менделя 1866 года о наследственных элементах гороха эти результаты подчеркнули центральную роль хромосом в переносе генетических материал.Химическая природа гена была определена в серии исследований. экспериментов в течение следующих пятидесяти лет, кульминацией которых стало определение структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) в 1953 году Джеймсом Уотсоном и Фрэнсис Крик.

Современные достижения

Современное понимание клеточной субструктуры началось с использования электронный микроскоп. Кейт Портер (1912–1997) был пионером в это поле и был первым, кто идентифицировал эндоплазматическая сеть и многие элементы цитоскелет .Взрыв знаний, вызванный усовершенствованием микроскопии, биохимия и генетика привели к глубокому пониманию клеточных структура и функция, о которых даже не мечтали первые биологи клетки.

Библиография

Харрис, Генри. Рождение клетки. Нью-Хейвен, Коннектикут: Издательство Йельского университета, 1999.

Магнер, Лоис Н. История наук о жизни, 2-е изд.Нью-Йорк: Марсель Деккер, 1994.

УИЛСОН, ЭДМУНД Б. (1865–1939)

Ведущий клеточный биолог начала двадцатого века Уилсон описал: как оплодотворенная яйцеклетка делится на сотни клеток, чтобы сформировать эмбрион и какие части тела развиваются из каких клеток. Его ученик Вальтер Саттон открыл роль хромосом как единиц наследственности.

Другие статьи, которые могут вам понравиться:

7 ресурсов для бесплатных научных изображений

Фотографии необходимы для того, чтобы сделать научные исследования более доступными и запоминающимися.Для статей, плакатов и презентаций могут быть полезны точные, визуально привлекательные диаграммы. Хотя графики и микрофотографии являются важными фигурами, их не всегда достаточно, чтобы проиллюстрировать пути и механизмы или увлечь аудиторию. Никто не хочет часами рисовать клетки и молекулы вручную или тратить деньги на стандартные изображения, которые они собираются использовать только один раз, поэтому я составил список моих любимых мест, где можно найти бесплатные научные иллюстрации. Надеюсь, вы сочтете это полезным!

1. Servier Medical Art (SMArt)

умный.servier.com

Это отличный ресурс по анатомии, биологии и медицинским иллюстрациям. Вы можете загружать отдельные элементы или целые наборы изображений. Все содержится в презентациях PowerPoint, поэтому вы можете легко редактировать и комбинировать выбранные вами элементы. На материал распространяется лицензия Creative Commons 3.0, что означает, что вы можете делиться и редактировать материал, если вы указали соответствующую ссылку.

2. Сальто 1824

сальто 1824.com / наука-иллюстрации

Отказ от ответственности: этот ресурс не бесплатный, а скорее «плати сколько можешь». Технически вы можете скачать его бесплатно, но я настоятельно рекомендую использовать то, что вы можете, для этих профессиональных, элегантных иллюстраций. Создатели имеют степень доктора биомедицинских наук, а также художественный опыт. Все доступно в стандартной цветовой гамме, что позволяет легко смешивать и сочетать. Изображения представляют собой PNG с прозрачным фоном, поэтому их можно легко перетаскивать.Работа распространяется под лицензией Creative Commons 4.0, что означает, что ее можно распространять и адаптировать в некоммерческих целях.

3. Библиотека изображений общественного здравоохранения

phil.cdc.gov

Цветное цифровое изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ), показывает несколько желтых бактерий Yersinia pestis, которые собрались на шипах преджелудочковой блохи Xenopsylla cheopis. Бактерия Y. pestis – возбудитель бубонной чумы.Источник: Национальный институт аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID) через PHIL

Библиотека изображений общественного здравоохранения (PHIL) – это база данных изображений из Центров по контролю и профилактике заболеваний (CDC) в Атланте, США. База данных включает фотографии, иллюстрации и видео, многие из которых доступны в высоком разрешении. Изображения часто находятся в общественном достоянии и бесплатны для использования, но требуется, чтобы вы указали и уведомили поставщика контента.

4. Wikimedia Commons

обыкновенных.wikimedia.org

Да, старая добрая Википедия попала в список! Он содержит более 45 миллионов файлов, которые разделены на категории и доступны для поиска. Изображения могут находиться в общественном достоянии или подпадать под лицензии Creative Commons; Узнайте, какая лицензия применяется, в разделе «Лицензирование» на странице изображений.

5. научный образ

scienceimage.csiro.au

Эта библиотека научных фотографий, содержащая более 4000 бесплатных изображений, предоставлена ​​Австралийской организацией научных и промышленных исследований Содружества.Категории включают астрономию, микроскопию и фотографию природы. Изображения в основном представляют собой фотографии и микрофотографии, которые можно бесплатно загрузить и использовать при условии, что вы укажете оригинальную ссылку на автора.

Использование микроскопа Olympus для исследования слайдов.
Источник: Морган Браун через CSIRO

6. Pixabay

pixabay.com

Pixabay – это хороший источник бесплатных стоковых изображений для науки (с возможностью платить за фотографии с более высоким разрешением).Есть несколько высококачественных диаграмм клеток и ДНК, а также фотографии ученых за работой. Их можно загрузить и использовать бесплатно.

7. Pexels

pexels.com

Pexels – еще один источник стоковых изображений, в том числе несколько интересных научных фотографий. Они могут использоваться по любой причине и не требуют указания авторства. Используйте свои суждения со стандартными изображениями: они могут быть привлекательными, но неточными. Кстати, исходное изображение для этого блога содержало ДНК левой руки (спасибо некоторым наблюдательным ученым в Твиттере за то, что они меня предупредили).Вот простой способ определить разницу, чтобы не попасть в Зал славы ДНК левшей.

Нет, ГМО производятся не так.

stock.adobe.com

Adobe Stock полон высококачественных изображений. Крупные компании часто используют эти изображения в своих маркетинговых кампаниях, и не зря! Существует множество подробных, художественных и научно обоснованных трехмерных иллюстраций. По этой причине базовая подписка на Adobe Stock составляет 30 долларов США в месяц.Однако вы можете подписаться на месячную пробную версию и бесплатно загрузить до 10 изображений. Вы должны ввести данные своей кредитной карты, но если вы отмените подписку в течение первого месяца, с вас не будет списана оплата. На моем счету кредитной карты появился «незавершенный» платеж в размере 1,35 доллара США, но он исчез в течение нескольких дней.

3D-иллюстрация раковых клеток из Adobe Stock

Это лишь некоторые из моих любимых источников изображений. Прокомментируйте любые другие, которые вы сочли полезными!

Познакомьтесь с ученым-художником, который превращает смертельные вирусы в прекрасные произведения искусства | Наука

Дэвид Гудселл упаковывает свои акварели, изображающие вирусы ВИЧ, Эбола и Зика, с реалистичными деталями.

Автор: Джон Коэн, 11 апреля 2019 г., 12:55

ВИЧ, Эбола и Зика – уродливые и отвратительные вирусы. Дэвид Гудселл заставляет их выглядеть красиво, даже соблазнительно. И необычная точность его изображений обусловлена ​​наукой – в некоторых случаях его собственными исследованиями.

Гудселл – структурный биолог в Scripps Research в Сан-Диего, Калифорния, и он рисует акварелью вирусов и клеток с точными научными спецификациями.Многие ученые занимаются рисованием на стороне, но картины Гудселла тесно связаны с его собственными исследованиями молекул, которые образуют клетки и патогены. Его изображения появились на обложках многих журналов, в том числе Science и Cell . Он также выпустил четыре книги, в которых представлены его картины ( The Machinery of Life , Our Molecular Nature: The Body’s Motors, Machines and Messages , Bionanotechnology: Lessons from Nature , and Atomic Evidence: Seeing the Molecular Basis of Life ), образовательные плакаты («Экскурсия по клетке человека», «Борьба с гриппом: иммунитет и инфекция») и программа, к которой общественность может получить доступ для создания своих собственных иллюстраций о ВИЧ (CellPAINT).Конференция по ретровирусам и оппортунистическим инфекциям в этом году представила его изображение ВИЧ в качестве логотипа.

В дополнение к изучению изображений клеток с помощью мощных микроскопов, Гудселл полагается на молекулярные структуры из электронной микроскопии (ЭМ), рентгеновской кристаллографии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса, чтобы создавать свои картины, которые показывают часто переполненный и сложный мир клетки и микробы, которые их заражают. Он даже использует известные веса молекул, если это все, что у него есть, чтобы он мог по крайней мере нарисовать, скажем, круг правильного размера.«Я в первую очередь ученый, – говорит он. «Я не делаю редакционные изображения, предназначенные для продажи журналов. Я хочу каким-то образом проинформировать ученых и кабинетных ученых о состоянии знаний в настоящее время и, надеюсь, дать им интуитивное представление о том, как эти вещи на самом деле выглядят или могут выглядеть », – говорит он.

Может посмотреть?

«Эти картины имеют тонны, тонны и тонны художественной лицензии», – говорит он. «Это всего лишь один снимок чего-то, что по своей сути сверхдинамично.Каждый раз, когда я пишу картину, на следующий день она устаревает, потому что выходит гораздо больше данных ».

Первоначально получив образование рентгеновского кристаллографа, Гудселл в начале 1980-х начал играть с молекулярной биологией в компьютерных графических программах, которые в то время в основном использовались публикой для игр-симуляторов полета. «Никто не знал, как пользоваться программами, и я стал местным экспертом», – говорит Гудселл. «У меня сразу же появилась художественная отдушина.”

В 1987 году Гудселл приехал в Скриппс, чтобы работать с вычислительным структурным биологом Артуром Олсоном. «Он был одним из первых в мире, кто занимался молекулярной графикой», – говорит Гудселл, который также работает по совместительству в Университете Рутгерса.

Офис Гудселла находится дальше по коридору от офиса Олсона и выглядит как магазин игрушек, с полкой за полкой, заполненной трехмерными моделями, которые он сделал из молекул. «Работа Дэвида – это удивительное сочетание науки и искусства», – говорит Олсон, который сам является ученым-художником.«Науки в его картинах так же много, как и в его художественных способностях. Картина – это небольшая часть работы, которая входит в любую из его иллюстраций. По большей части это литературная работа, пытающаяся получить как можно более точную и полную модель, доступную в настоящее время для того, что он изображает ».

Я хочу каким-то образом проинформировать ученых и кабинетных ученых о том, как обстоят дела в настоящее время, и, надеюсь, дать им интуитивное представление о том, как эти вещи на самом деле выглядят – или могут выглядеть.

Дэвид Гудселл, Scripps Research

Гудселл хотел иметь больше «биологической связи» с некоторыми из загадочных проблем, которые он изучал – статья 1987 года, которую он опубликовал вместе с Олсоном, озаглавлена ​​«Визуализация объемных данных в молекулярных системах» – поэтому он взял в руки ручку в начале. 90-е и начал рисовать тушью. «Я хотел вернуться к биологии, поэтому я поставил перед собой задачу: могу ли я нарисовать взорванную клетку со всем в нужном месте?» он говорит.«Я остановился на [бактерии] E. [Escherichia] coli , потому что в то время было больше данных, подтверждающих это. На самом деле данных едва хватило для убедительной работы. Я потратил много времени, используя индекс цитирования в библиотеке, отслеживая молекулы по одной в поисках концентраций ».

Эти рисунки вернули его к акварельной живописи, которую он научился у своего деда. «Цвета полностью созданы», – говорит он, отмечая, что большинство белков не имеют цвета.«Я просто использую цвета, которые мне нравятся, и цвета, которые, как мне кажется, позволят вам различать различные функциональные отделения».

Джанет Иваса, опытный клеточный биолог, заведующая лабораторией анимации в Университете штата Юта в Солт-Лейк-Сити, говорит, что работы Гудселла оказали далеко идущее влияние на других художников, изображающих науку. «Большинство молекулярных аниматоров, таких как я, считают его отцом нашей области в том, что касается точного научного подхода к молекулярной визуализации», – говорит Иваса.«Он шел впереди».

Жизненный цикл ВИЧ – рассказано Джанет на Vimeo.

Иваса говорит, что использование акварелью Гудселлом заметно отличается от более обычных компьютерных научных иллюстраций (что он тоже делает). «Есть что-то немного холодное в визуальных эффектах, созданных с помощью компьютеров», – говорит она. «Мне нравится, как его картины выглядят так, будто они созданы человеком. Они напоминают тот факт, что наукой занимаются люди, ученые, и это не то, что является полным фактом, а то, что мы предполагаем, гипотеза в человеческом разуме.Гипотеза о том, что внутри человеческой клетки – творение человека ».

Иваса и Гудселл подробно описали жизненный цикл ВИЧ в рамках отдельных, но связанных консорциумов (Центр структурной биологии элементов клеточного хозяина в процессе выхода, торговли и сборки ВИЧ и Взаимодействия ВИЧ в Центре эволюции вирусов). ), что они принадлежат к фокусу на выяснение того, как белки вируса СПИДа взаимодействуют с клетками человека. Сравните и сопоставьте анимированное видение процесса Ивасы (см. Выше) с серией картин Гудселла:

Олсон отмечает, что традиционные медицинские иллюстраторы используют «различные приемы иллюстрации», чтобы прояснить ситуацию.«Когда вы видите рисунок органа, вы не видите повсюду скопление крови», – говорит Олсон. По его словам, использование Гудселлом акварели служит той же цели. «Его цвета действительно очень информативны», – говорит он.

Хелен Берман, структурный биолог из Университета Рутгерса в Пискатауэй, штат Нью-Джерси, говорит, что ключевым аспектом работы Гудселла является то, что он делает науку доступной для более широкой аудитории. Берман ранее управлял Protein Data Bank, онлайн-базой данных, содержащей структурную информацию и трехмерные формы белков, и долгое время в нем было изображение «Молекула месяца», которое генерирует компьютер Гудселла (но он использует некоторые уловки медицинского иллюстратора, чтобы заставить их выглядеть нарисованный от руки).

«У него есть талант показывать правильную часть вещей и в правильном контексте», – говорит Берман, у которой одна из его картин хранится в гостиной. «Я очень признателен за его работу».

По мере того, как технологии продолжают совершенствоваться, Гудселл говорит, что разрешение мезоуровня, которое он изображает, – от 10 до 100 нанометров – становится все резче и резче. В частности, крио-ЭМ, лауреат Нобелевской премии по исследованию замороженных образцов молекул, произвела революцию в том, как он выполняет свою работу.«Я работаю здесь между атомами, молекулами и клетками, и пока нет действительно хорошего экспериментального способа увидеть этот уровень», – говорит Гудселл. «Мне очень нравится, что я делаю видимым это царство, которое на самом деле недоступно. Но когда крио-ЭМ дойдет до того уровня, когда он сможет это увидеть, я надеюсь, что это будет похоже на то, что я себе представлял. И это выводит меня из бизнеса. Довольно скоро нам не придется ничего придумывать.

4 фазы митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза

Чтобы вылечить травму, ваше тело должно заменить поврежденные клетки новыми здоровыми…и митоз играет решающую роль в этом процессе! Митоз – это процесс деления клеток, который помогает вам оставаться живыми и здоровыми. Другими словами, в мире клеточной биологии митоз имеет большое значение!

Но, как и все, что связано с наукой, митоз может сбивать с толку, когда вы впервые пытаетесь его понять. Ключевая идея состоит в том, что процесс митоза включает четыре фазы или этапов, которые вам необходимо понять, если вы хотите понять, как работает митоз.

В этой статье мы собираемся сделать следующие вещи, чтобы разбить для вас четыре этапа митоза и помочь вам познакомиться с фазами митоза:

• Краткое определение митоза и эукариотических клеток
• Разбейте четыре фазы митоза в порядке
• Приведите схемы митоза для стадий митоза
• Дайте вам пять ресурсов, чтобы узнать больше о фазах митоза

А теперь приступим!

Изображение функции: Jpablo cad и Juliana Osorio / Wikimedia Commons

(Марек Култис / Wikimedia Commons)

Митоз – это процесс, происходящий во время клеточного цикла. Роль митоза в клеточном цикле заключается в репликации генетического материала в существующей клетке, известной как «родительская клетка», и распространении этого генетического материала на две новые клетки, известные как «дочерние клетки». Чтобы передать свой генетический материал двум новым дочерним клеткам, родительская клетка должна подвергнуться клеточному делению или митозу. Митоз приводит к образованию двух новых ядер, содержащих ДНК, которые в конечном итоге становятся двумя идентичными клетками во время цитокинеза.

Митоз возникает в эукариотических (животных) клетках .У эукариотических клеток есть ядро, которое содержит генетический материал клетки. Важнейшая часть митоза включает разрушение ядерной мембраны, окружающей ДНК клетки, чтобы ДНК могла быть реплицирована и разделена на новые клетки. У других типов клеток, таких как прокариоты, нет ядерной мембраны, окружающей их клеточную ДНК, поэтому митоз происходит только в эукариотических клетках.

Основной целью митоза является выполнение регенерации клеток, замены клеток и роста в живых организмах .Митоз важен, потому что он гарантирует, что все новые клетки, генерируемые в данном организме, будут иметь одинаковое количество хромосом и генетическую информацию. Для достижения этой цели митоз происходит в четырех дискретных, последовательно последовательных фазах: 1) профаза, 2) метафаза, 3) анафаза и 4) телофаза .

У нас есть обзор митоза, который является скорее введением в то, что такое митоз и как он работает. Если вы все еще немного не уверены в митозе, вам определенно следует начать с этого.

В этой статье мы сосредоточимся более подробно на четырех стадиях митоза: профаза, метафаза, анафаза, телофаза и на том, что происходит во время этих фаз! Итак, приступим к делу.

Итак, каковы стадии митоза? Четыре стадии митоза известны как профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Кроме того, мы упомянем три других промежуточных стадии (интерфаза, прометафаза и цитокинез), которые играют роль в митозе.

Во время четырех фаз митоза происходит деление ядра, чтобы одна клетка разделилась на две. Звучит достаточно просто, правда? Но на каждом этапе митоза происходят разные вещи, и каждый этап имеет решающее значение для правильного деления клеток. Это означает, что успешное деление клеток зависит от точности и регуляции каждой фазы митоза . Вот почему важно уметь понять и сформулировать роль каждой фазы митоза в целом.

Также: вы, возможно, видели или слышали части митоза, называемые разными вещами: фазы митоза, стадии митоза, стадии митоза или, может быть, даже что-то еще. Все эти разные фразы относятся к одному и тому же процессу. Пока вы помните, что фазы / стадии / шаги митоза всегда происходят в одном и том же порядке, на самом деле не имеет значения, какую из этих фраз вы используете!

Далее мы разберем четыре фазы митоза, чтобы вы могли понять, как митоз происходит на каждой фазе.

(Ph. Immel / Wikimedia Commons)

Мы можем рассматривать интерфазу как переходную фазу. Интерфаза – это когда родительская клетка готовится к митозу . Эта фаза не считается частью митоза, но понимание того, что происходит во время интерфазы, может помочь этапам митоза иметь немного больше смысла.

Вы можете думать об интерфазе как о разогреве. Это не та группа, на которую вы пришли посмотреть, но они разогревают публику перед главным событием.

I Межфазная фаза возникает до начала митоза и включает так называемую стадию G1, или первый разрыв, стадию S или синтез, и стадию G2, или второй разрыв .Этапы G1, S и G2 всегда должны происходить в этом порядке. Клеточный цикл начинается со стадии G1, которая является частью интерфазы.

Так как же родительская клетка готовится к митозу во время интерфазы? Во время интерфазы клетка занята ростом . Он продуцирует белки и цитоплазматические органеллы во время фазы G1, дублирует свои хромосомы во время фазы S, а затем продолжает расти, готовясь к митозу в фазе G2.

В клеточном цикле интерфаза не возникает только перед митозом – она ​​также чередуется с митозом .Важно помнить, что это повторяющийся цикл . Когда митоз заканчивается, снова начинается интерфаза! Фактически, в общей схеме клеточного цикла митоз – это гораздо более короткая фаза, чем интерфаза.

(Kelvinsong / Wikimedia Commons)

Профаза – первая стадия митоза. Это когда генетические волокна в ядре клетки, известные как хроматин , начинают конденсироваться и становятся плотно спрессованными между собой .

Во время интерфазы хромосомы родительской клетки реплицируются, но они еще не видны. Они просто плавают в виде рыхлого хроматина. Во время профазы этот рыхлый хроматин конденсируется и превращается в видимые отдельные хромосомы.

Поскольку каждая из хромосом родительской клетки реплицировалась во время интерфазы, во время профазы в клетке есть две копии каждой хромосомы. После того, как хроматин конденсируется в отдельные хромосомы, генетически идентичные хромосомы объединяются, образуя X-образную форму, называемую сестринскими хроматидами .

Эти сестринские хроматиды несут идентичную ДНК и соединены в центре (в середине X-образной формы) в точке, называемой центромерой. Центромеры будут служить якорями, которые будут использоваться для разделения сестринских хроматид во время более поздней фазы митоза. И вот что происходит внутри ядра во время профазы!

После образования сестринских хроматид две структуры, называемые центросомами, удаляются друг от друга на за пределами ядра. По мере движения к противоположным сторонам клетки центросомы образуют так называемое митотическое веретено .Митотическое веретено в конечном итоге будет отвечать за разделение идентичных сестринских хроматид на две новые клетки и состоит из длинных белковых цепей, называемых микротрубочками.

Прометафаза часто упоминается как «поздняя профаза». (Хотя ее также иногда называют «ранней метафазой» или называют отдельной фазой!) Тем не менее, во время прометафазы происходят некоторые действительно важные вещи, которые ускоряют деление клеток вдоль и , что помогает объяснить, что происходит в метафазе.

Прометафаза – это фаза митоза, следующая за профазой и предшествующая метафазе. Краткая версия того, что происходит во время прометафазы, состоит в том, что ядерная мембрана разрушается. .

Вот полная версия того, что происходит во время прометафазы: сначала ядерная мембрана или ядерная оболочка (то есть липидный бислой, окружающий ядро ​​и заключающий в себе генетический материал в ядре) распадается на пучок мембранных везикул. Как только ядерная оболочка распадается, сестринские хроматиды, застрявшие внутри ядра, освобождаются.

Теперь, когда защитное покрытие ядра исчезло, микротрубочки кинетохор перемещаются рядом с сестринскими хроматидами и прикрепляются к ним в центромере (то место в центре «X»). Теперь эти микротрубочки кинетохор закреплены на противоположных полюсах на обоих концах клетки, поэтому они расширяются к сестринским хроматидам и соединяют их с одним из краев клетки.

Это похоже на ловлю рыбы удочкой – в конечном итоге хроматиды будут разделены и притянуты к противоположным концам клетки.

И это конец прометафазы. После окончания прометафазы начинается метафаза – вторая официальная фаза митоза.

( Kelvinsong / Wikimedia Commons)

Метафаза – это фаза митоза, которая следует за профазой и прометафазой и предшествует анафазе. Метафаза начинается с после того, как все микротрубочки кинетохор присоединяются к центромерам сестринских хроматид во время прометафазы.

Итак, вот как это происходит: сила, генерируемая во время прометафазы, заставляет микротрубочки начать тянуть вперед и назад по сестринским хроматидам. Поскольку микротрубочки закреплены на противоположных концах клетки, их возвратно-поступательное натяжение по разные стороны сестринских хроматид постепенно смещает сестринские хроматиды к середине клетки.

Это равное и противоположное натяжение заставляет сестринские хроматиды выравниваться по воображаемой – но очень важной! – линии, идущей вниз по середине клетки.Эта воображаемая линия, разделяющая клетку посередине, называется метафазной пластиной или экваториальной плоскостью.

Итак, чтобы метафаза перешла в анафазу, сестринские хроматиды должны быть равномерно распределены по этой метафазной пластине. Вот здесь и появляется контрольная точка метафазы: контрольная точка метафазы гарантирует, что кинетохоры правильно прикреплены к митотическим веретенам и что сестринские хроматиды равномерно распределены и выровнены по пластине метафазы. Если да, клетка получает зеленый свет, чтобы перейти к следующей фазе митоза.

Контрольная точка очень важна, потому что она помогает клетке убедиться, что ее митоз приведет к появлению двух новых идентичных клеток с одинаковой ДНК! Только после того, как клетка успешно пройдет контрольную точку метафазы, клетка может перейти к следующей стадии митоза: анафазе.

(Kelvinsong / Wikimedia Commons)

Третья фаза митоза, следующая за метафазой и предшествующей телофазе, является анафазой.Поскольку сестринские хроматиды начали прикрепляться к центросомам на противоположных концах клетки в метафазе, они подготовлены и готовы начать разделять и формировать генетически идентичные дочерние хромосомы во время анафазы.

Во время анафазы центромеры в центре сестринских хроматид разрываются . (Звучит хуже, чем есть на самом деле!) Помните, как сестринские хроматиды прикрепляются к митотическому веретену? Веретено состоит из микротрубочек, которые начинают сокращаться во время этой фазы митоза.Они постепенно тянут оторванные сестринские хроматиды к противоположным полюсам клетки.

Anaphase гарантирует, что каждая хромосома получит идентичные копии ДНК родительской клетки. Сестринские хроматиды разделяются посередине центромеры и становятся отдельными идентичными хромосомами. Когда сестринские хроматиды расщепляются во время анафазы, их называют сестринскими хромосомами. (На самом деле они больше похожи на однояйцевых близнецов!) Эти хромосомы будут функционировать независимо в новых, отдельных клетках после завершения митоза, но они по-прежнему имеют идентичную генетическую информацию.

Наконец, во время второй половины анафазы клетка начинает удлиняться, поскольку полярные микротрубочки толкаются друг против друга . Оно превращается из одной круглой клетки в … ну, больше похоже на яйцо, поскольку новые наборы хромосом отдаляются друг от друга.

В конце анафазы хромосомы достигают максимального уровня конденсации. Это помогает недавно отделенным хромосомам оставаться отделенными и подготавливает ядро ​​к реформированию. . . который происходит в заключительной фазе митоза: телофазе.

(Kelvinsong / Wikimedia Commons)

Телофаза – последняя фаза митоза. Телофаза – это когда недавно разделенные дочерние хромосомы получают свои собственные индивидуальные ядерные мембраны и идентичные наборы хромосом.

Ближе к концу анафазы микротрубочки начали прижиматься друг к другу, заставляя клетку удлиняться. Эти полярные микротрубочки продолжают удлинять клетку во время телофазы! Тем временем отделенные дочерние хромосомы, которые притягиваются к противоположным концам клетки, наконец, достигают митотического веретена.

Как только дочерние хромосомы полностью разделены на противоположные полюса клетки, мембранные везикулы старой разрушенной ядерной оболочки родительской клетки образуют новую ядерную оболочку . Эта новая ядерная оболочка формируется вокруг двух наборов разделенных дочерних хромосом, создавая два отдельных ядра внутри одной клетки.

Вы можете думать о событиях телофазы как об обращении событий, происходящих во время профазы и прометафазы.Помните, как профаза и прометафаза связаны с ядром родительской клетки, которое начинает разрушаться и отделяться? Телофаза – это преобразование ядерной оболочки вокруг новых ядер с целью отделения их от цитоплазмы каждой клетки.

Теперь, когда два набора дочерних хромосом заключены в новую ядерную оболочку, они снова начинают распространяться . Когда это происходит, это конец телофазы, и митоз завершен.

(LadyofHats / Wikimedia Commons)

Как и интерфаза, цитокинез не является частью митоза, но определенно является важной частью клеточного цикла, который необходим для завершения деления клеток.Иногда возникновение событий цитокинеза совпадает с телофазой и даже анафазой, но цитокинез по-прежнему считается отдельным процессом от митоза.

Цитокинез – это фактическое деление клеточной мембраны на две дискретные клетки . В конце митоза есть два новых ядра, содержащихся в существующей родительской клетке, которая вытянулась в продолговатую форму. Итак, на данный момент в одной клетке находятся два полных ядра!

Итак, как одна ячейка становится двумя ячейками? Цитокинез отвечает за завершение процесса деления клеток, взяв эти новые ядра, разделяя старую клетку пополам и обеспечивая, чтобы каждая из новых дочерних клеток содержала одно из новых ядер.

Вот как происходит разделение старой клетки во время цитокинеза: помните эту воображаемую линию, идущую по середине клетки и разделяющую центросомы, называемую метафазной пластинкой? Во время цитокинеза на месте метафазной пластинки развивается сократительное кольцо из белковых нитей.

Как только сократительное кольцо образуется в середине клетки, оно начинает сокращаться, что втягивает внешнюю плазматическую мембрану клетки внутрь. Вы можете думать об этом как о ремне, который просто затягивается вокруг середины ячейки, сжимая его на две части. В конце концов, сократительное кольцо сжимается настолько, что плазматическая мембрана отщепляется, и отдельные ядра могут формироваться в свои собственные клетки.

Конец цитокинеза означает конец М-фазы клеточного цикла, частью которого также является митоз. В конце цитокинеза, часть клеточного цикла, связанная с делением, официально закончилась.

Митоз – сложный процесс, и фазы митоза включают много громких слов и незнакомых понятий, о которых вы, возможно, захотите узнать больше.Если вы хотите более глубоко погрузиться в 4 стадии митоза, ознакомьтесь с нашими пятью предлагаемыми ресурсами для дальнейшего изучения этапов митоза, которые описаны ниже!

Чтение всего о митозе определенно может быть полезным, но что, если визуальные эффекты действительно помогут вам понять, как все работает? Вот где вам может пригодиться веб-анимация митоза. Наблюдение за митозом в действии с помощью веб-анимации может помочь вам понять, что на самом деле означают все эти словесные описания. Они также могут помочь вам представить, как фазы митоза могут выглядеть под настоящим микроскопом!

Вероятно, есть много веб-анимаций митоза, на которые вы могли бы взглянуть, но мы рекомендуем эти три:

Нам особенно нравится анимация «Митоз животных клеток» в Cells Alive, потому что она позволяет приостанавливать анимацию, пока она проходит через фазы митоза, чтобы детально рассмотреть, как работает митоз. Версия Cells Alive также сочетает анимацию фаз митоза с видеозаписью митоза, происходящего под микроскопом, так что вы будете знать, что ищете, если вам когда-нибудь будет поручено наблюдать митоз клеток в лаборатории.

Если вы немного устали от чтения плотного материала и вам нужен кто-то еще, чтобы изложить стадии митоза более доступными терминами, зайдите на YouTube и посмотрите 10-минутный видеоролик о митозе Crash Course под названием «Митоз: разделение – это трудно. Делать.”

В этом видео хорошо то, что, хотя оно немного более обстоятельно, чем некоторые другие видео на YouTube о митозе, которые вы можете найти там, оно также действительно забавно.Что еще более важно, объясняет митоз с точки зрения знакомых повседневных биологических процессов , например, когда вы получаете порез и вам нужно, чтобы ваше тело заставляло новые клетки заживать.

Если вам нужна помощь в размышлениях о реальном значении фаз митоза, помимо того, что вы должны запомнить их для лаборатории или экзамена, это отличный ресурс.

Вот еще одно видео на YouTube, но тон и стиль этого объяснения этапов митоза Академии Хана немного отличаются.При просмотре этого руководства по фазам митоза кажется, что вы сидите на уроке биологии, а ваш учитель / профессор рисует схемы митоза , в то время как рассказывает вам весь процесс (за исключением этого случая, ваш учитель вроде крутой и использует только неоновые цвета для рисования диаграмм).

Если вы ищете пошаговое руководство, которое идет в медленном темпе и подробно описывает этапы митоза, Khan Academy поможет вам!

Некоторым учащимся процесс создания чего-либо, демонстрирующего свои знания, может помочь запомнить сложные концепции и / или развить полное понимание того, как все работает.Вот почему мы предлагаем попробовать некоторые тактики старой школы, чтобы расширить свои знания о 4 стадиях митоза! Испытанный подход к изучению фаз митоза, проверенный учителями биологии, заключается в создании книжки-книжки по митозам.

Post-It предоставляет пошаговое руководство о том, как вы можете создать книжку-раскладушку митоза самостоятельно, но на самом деле это довольно просто: вы получаете чем рисовать, берете небольшие карточки для заметок или стикеры, чтобы рисовать, и нарисуйте, как выглядит каждая фаза клеточного цикла на отдельных карточках / стикерах!

Когда вы закончите рисовать свою версию стадий митоза на своих карточках, вы либо склеиваете, склеиваете, либо скрепляете их вместе, и вуаля! Вы можете пролистать свою книгу митозов от начала до конца и наблюдать за развитием митоза через четыре фазы.

Действия, подобные этой, могут помочь запечатлеть в вашей памяти, как выглядит каждый этап митоза. Кроме того, когда вы дочитаете книжку-книжку, у вас будет карманный ресурс, который вы можете носить с собой как часть учебного пособия или как быстрый ресурс для ознакомления перед викториной или экзаменом!

Может быть, вы чувствуете себя неплохо по поводу своих знаний о стадиях митоза, но вам нужна помощь в проверке этих знаний перед формальной викториной или экзаменом.Именно здесь на помощь приходит «Набор для изучения митоза» ProProfs Flashcards, интерактивное учебное пособие, которое предоставляет набор карточек, которые помогут вам проверить свои знания о стадиях митоза.

Что интересно в этом наборе карточек, так это то, что вы можете выбирать разные стили оценки в зависимости от того, где вы находитесь в своих знаниях о митозе. Набор карточек включает традиционные карточки вопросов и ответов, функцию карточек, специально предназначенную для запоминания, викторины с несколькими вариантами ответов и сопоставления. Если вы хотите попрактиковаться в тестировании на этапах митоза перед фактическим тестом , ознакомьтесь с этим ресурсом!

ProProfs Flashcards предоставляет несколько наборов учебных материалов по другим темам, связанным с митозом или связанным с ним, поэтому, если вам нужно проверить свои знания о митозе помимо четырех фаз, этот ресурс также может помочь.

В чем разница между митозом и мейозом? Узнайте больше в нашем параллельном сравнении.

Необходимо просмотреть различные части ячейки и то, что они делают? Мы расскажем о функциях клеточной мембраны, эндоплазматического ретикулума и вакуолей. Если вы лучше узнаете, глядя на общую картину, вы также захотите держать под рукой наше полное руководство по клеткам животных, чтобы вы могли возвращаться к нему, читая о каждой отдельной клеточной структуре.

Если вам нужны более традиционные ресурсы, которые помогут вам узнать о клеточном цикле, наш список лучших учебников по AP-биологии поможет вам.

Посещать уроки естествознания в средней школе (и преуспевать в них!) – важный шаг на пути к поступлению в университет своей мечты. Ознакомьтесь с этой статьей о том, какие уроки естествознания вам нужно пройти перед поступлением в колледж, чтобы выяснить, какие уроки вам подходят.

The Paris Review – Как нарисовать коронавирус

CDC визуализация SARS-CoV-2

Болезнь, которая поставила весь мир в тупик, легко передается, способна незаметно скапливаться в одних носителях и убивать других, и для человеческого глаза совершенно невидима.Говоря языком СМИ, он стал нашим «невидимым врагом»: кошмарной, онейрической силой, которую нельзя увидеть, услышать или потрогать. Но с помощью программного обеспечения для моделирования ученые и иллюстраторы начали визуализировать коронавирус, превращая его в нечто, что можно увидеть, понять и, надеюсь, в конечном итоге победить наука. Многие из нас представляют вирус в виде сферы, излучающей красные шипы – но почему? Некоторые элементы этих визуализаций основаны на том, как коронавирус появляется под микроскопом, а другие – это сделанный выбор, проявление художественной свободы.

21 января иллюстраторов CDC Алиссу Экерт и Дэна Хиггинса попросили проиллюстрировать новый коронавирус для использования на брифингах для прессы и в других материалах для СМИ. Эккерт придумала то, что она назвала «выстрелом красоты» из молекулы вируса (называемой в научном сообществе «вирионом»), круглой глобулы с коронообразным набором белков с шипами, которые и дали вирусу его название. Эккерт и Хиггинс экспериментировали с рядом цветовых схем, пока не остановились на красном и сером с оранжевыми и желтыми акцентами.«Это действительно выделялось», – сказал Экерт New York Times . С тех пор эта иллюстрация заполонила новостные агентства по всему миру.

«Их иллюстрации выглядят красиво», – сказал д-р Тимоти Мастро, бывший заместитель директора по науке в области профилактики ВИЧ / СПИДа в Центре контроля заболеваний. «В нем есть определенная симметрия, привлекательный дизайн… [вирус, подобный] Эбола, это просто скрученный кусок спагетти, далеко не такой привлекательный». Мастро вспоминает, что видел художественные изображения молекулы ВИЧ на плакатах на конференциях, которые он посещал, и на обложках журналов.Изображение, сфера, усыпанная белками, похожая на визуализацию коронавируса CDC, придавала определенный «характер» болезни, которую он исследовал. Но в лаборатории Мастро занимался исключительно изображениями реального вируса, полученными с помощью процесса, называемого рентгеновской кристаллографией. Процесс, при котором кристаллическая структура вириона заставляет пучок рентгеновских лучей рассеиваться во многих направлениях, позволяет исследователям построить изображение молекулы. В результате получается призрачное черно-белое изображение невидимого.

Мастро показал мне основу для всех красочных изображений, которые я видел в Интернете: электронную микрофотографию вируса, полученную путем бомбардировки вирионов тонко сфокусированным электронным лучом. Молекулы выглядели как мультяшные амебы, которых вы ожидаете увидеть в киноленте о микробах пятидесятых годов. Но они были вирусом как вирусом с его шипами и сферическим телом. Мастро объяснил, что белки с добавками соединяются с рецепторами за пределами здоровых клеток, поэтому вирус может захватить тело клетки и использовать его для репликации.Разновидности этих белков, произведенные в течение многих лет репликации, позволили коронавирусу превратиться из безобидной обычной простуды в нечто, способное разрушить верхние дыхательные пути. Я спросил Мастро, почему так много иллюстраций коронавируса отличаются от версии CDC и друг от друга, учитывая, что все работали с одной и той же микрофотографией. «Художественная лицензия», – сказал он.

i SO-FORM LLC, предоставление SARS -CoV-2

Ник Кляйн и Джейми Вицтум, входящие в группу научных иллюстраторов, аниматоров и разработчиков под названием i SO-FORM , очень сознательно думали о всплесках белка при визуализации коронавируса.E-белок, оранжевый шип на рендеринге, взят из моделей вируса SARS -CoV, предка коронавируса, о котором впервые было сообщено в Азии в 2003 году (научный термин для коронавируса – SARS -CoV- 2). Концепция М-белка, зеленого шипа, была получена с помощью так называемой «прогнозирующей обработки нейронной сети», которая отображает полные структуры белков до того, как они будут определены в лаборатории. Кроме того, Кляйн сказал мне, что коронавирус плеоморфен, что означает, что он может различаться по форме.Чтобы передать это, он и Вицтум сделали его эллипсоидальным. «Наши редакционные выборы в цветах и ​​стиле подчеркивают структурную сложность вируса и агрессивную конфигурацию белка, но также намекают на его хрупкую природу вне тела», – сказал мне Кляйн. «Со всем страхом, смертью и трагедиями, которые оно вызвало, это не живое существо и не имеет способности к злому умыслу… с настойчивостью и новаторством человечество может преодолеть это».

Визуализация Мелани Коннолли SARS -COV-2

Мелани Коннолли не полностью согласна с утверждением Кляйн, что вирус – не живое существо.«Люди ходят туда-сюда по этому поводу, – сказала она. «Некоторые люди думают, что вирусы не живут, потому что они не могут воспроизводиться без механизмов другого организма. Но затем бактерии используют тот же метод размножения, и они считаются живыми существами ». Ее изображение вируса состоит из пастельных пурпурных и голубых оттенков. «Конформация» или форма белковых шипов четко видна в виде трехконечной косы. Будучи столь же симметричным, как рендеринг CDC, Коннолли гораздо приятнее, как немой подручный космического крестоносца, дружелюбное существо с другой планеты – вирион действительно кажется, так сказать, живым.Цвета были разработаны так, чтобы соответствовать тому, что Коннолли называет ее «эстетическим брендом»: она много работает с иллюстрациями в сфере женского здоровья и хотела перенести пастель в этот проект. «Аудитория [для этой иллюстрации] склонна к науке, проявляет интерес к исследованиям, но не обязательно сами исследователи», – сказала она. Она думает, что старшеклассники, обучающиеся на ее летних курсах микробиологии, будут особенно заинтересованы в этом рендеринге. Коннолли рассматривает свою иллюстрацию как форму общественного просвещения, описывая свой вирион как упрощенную версию «Лунной сонаты»: начинающий пианист учится играть основы, прежде чем познакомится с более сложными версиями пьесы.Вирион Коннолли встречает любопытное с научной точки зрения право там, где они находятся, будучи строгим, но не чрезмерно сложным. Я полагаю, что это одно из главных преимуществ художественной лицензии.

Изображение SARS -COV-2

Когда мы говорили с Джейн Уитни, я высказал ей постулат Мастро о том, что все изображения коронавируса различаются из-за художественной лицензии. Она сказала, что есть причины для различий помимо этого: люди иногда не понимают или не хотят быть ограниченными молекулярной визуализацией, процессом, с помощью которого программное обеспечение используется для создания точной трехмерной модели структуры белка.«Мои [белковые] спайки определенно являются абстрактным представлением фактической структуры спайков», – сказала она. Рисунок Уитни, на котором молекула коронавируса связывается со здоровой клеткой, является двухмерным и очень стилизованным: его легко понять, как рисунок из учебника биологии AP. Однако это не означает, что Уитни упустил из виду молекулярную визуализацию. Она показала мне научные статьи, которые она изучила, чтобы понять структуру белков коронавируса и организацию РНК SARS -CoV-2 (вирусная форма ДНК).Она использовала 3D-рендеринг для создания калейдоскопической и довольно красивой анимации белкового шипа SARS -COV-2.

3D-рендеринг Джейн Уитни белкового шипа коронавируса

Затем она показала мне, как она упростила трехмерную визуализацию трехцепочечных белковых шипов в форме факела, созданных кем-то другим, в нечто, похожее на пучок разноцветных Y.

Иллюстрация Джейн Уитни о всплеске коронавируса

Джонатан Корум, который иллюстрировал вирус для New York Times , также хотел создать стилизованную версию вириона, которая была бы легко усвоена широкой аудиторией, оставаясь при этом строгой с точки зрения молекулярной структуры.Он начал с иллюстрации CDC, а затем «сгладил неровности и стилизовал шипы». Его вирион похож на футбольный мяч, который приобрел сверхспособности в результате радиоактивных осадков. «[Поскольку] коронавирус назван в честь его коронавируса ореола шипов, регулировка шипов – простой способ придать вирусу некоторую индивидуальность», – сказал мне Корум. «Личность» здесь означает любую деталь – будь то цветовая палитра, форма шипов или ширина сферы, – к которой глаз зрителя может прикрепиться и запомнить.«Иллюстрация CDC одновременно похожа на пряжу и зловещая, что представляет собой интересную комбинацию, но я хотел что-то более четкое с ярко-красным, которое почти вибрирует на экране», – сказал он.

Джонатан Корум, эскиз коронавируса

Вероника Фалькониери Хейс, как и Уитни и Корум, создала подробную инфографику процесса слияния вируса со здоровыми клетками и их заражения. В отличие от Уитни или Корума, визуализация Falconieri Hays является трехмерной и предназначена в качестве справочного материала для коллег-иллюстраторов-медиков и ученых.Сложно выглядящие шипы Falconieri Hays описывают «различия в домене S1 / S2» и «участки гликозилирования» – определенно более подробно, чем я видел на любом другом изображении вируса, – но мой гуманитарный мозг отвлек на приятную на вид сладкую вату характер шипов и относительная малость шара. Фальконьери Хейс сказала, что она ознакомилась с рендерингом CDC, а также с иллюстрацией, сделанной профессором вычислительной биологии Дэвидом Гудселлом, прежде чем приступить к двадцать семь часовому процессу исследования и иллюстрации.Хотя структура шипов Falconieri Hays основана на исследованиях белков SARS, -CoV-2, полученных с помощью криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ) (альтернатива рентгеновской кристаллографии, где электроны используются для освещения молекул, находящихся при криогенных температурах) тело вириона основано на изображениях более старого и более изученного SARS -CoV просто потому, что пока нет аналогичных данных для SARS -CoV-2. «Еще много неизвестного», – сказала она, добавив, что многие ученые совсем недавно переключились на исследования коронавируса.«В наши дни так много поводов для беспокойства и так мало дел – [эта иллюстрация] была маленькой вещью, которую я мог сделать, чтобы внести свой вклад, используя свои особые навыки».

Инфографика Вероники Фальконьери Хейс.

Пытаясь определить влияние Фальконьери Хейса, я поискал иллюстрацию Гудселла, надеясь найти анатомическое изображение вириона. Вместо этого я обнаружил опьяняюще красивую квазипсиходелическую картину: то, что вы могли бы увидеть в микроскоп с такой же вероятностью, как и через галлюциногены.Гудселл, который, среди прочего, создал такие же потрясающие изображения Эболы, Зика и ВИЧ, посещает, как и многие иллюстраторы, сайт визуализации белков под названием Protein Data Bank для структурных ссылок и PubMed для исследования вирусов, прежде чем рисовать их. Затем он зарисовывает вирион – сначала большой рисунок, а потом мелкие детали – и рисует рисунок акварелью. «Я считаю, что мультяшный однотонный подход, который я использую, облегчает понимание всей сцены», – написал он в статье для журнала Journal of Biocommunication .

Визуализация Дэвида Гудселла SARS -CoV-2

Когда я сказал Гудселлу, что считаю его картину с изображением коронавируса произведением искусства, он мягко напомнил мне, что иллюстрация «очень сильно связана с наукой… Я всегда хочу, чтобы [иллюстрации] были максимально точными, и я хочу чтобы помочь людям понять отображаемые биологические процессы ». Он надеется увидеть коронавирус лицом к лицу, чтобы помочь общественности представить его как «физическую сущность, размер, форму и свойства которой можно понять.«Мотивация и ограничения для искусства, по его словам, совершенно другие, хотя он ценит это, когда зрители признают его любовь к цвету и дизайну. Сравнивая визуализацию коронавируса CDC с данными Гудселла, искусствовед Филип Кенникотт описал первое как «явно подчеркивающее угрозу, которую этот вирус представляет для тех, кто отказывается или не может дистанцироваться от общества», а второе – как «нечто особенное, чтобы быть изученным, анатомированным и понятым ».

Отрывки из онлайн-раскраски Дэвида Гудселла о коронавирусе

Гудселл активно использует свою иллюстрацию для распространения научной информации о коронавирусе.В соавторстве статьи под названием «Интегративный подход к охвату SARS Coronavirus Outreach» он включает шаблоны своего вириона, раскрашенные детьми и взрослыми. Комментарии к его иллюстрации варьируются от «Вещи кажутся менее страшными, когда они красочные» до «Искусство – это работа по превращению страха и боли в красоту». Родители написали ему о помощи своим детям в рассекречивании коронавируса как невидимого врага и о семейных разговорах о том, как выглядит вирус и как он «просто требует правильных инструментов, чтобы увидеть».На ранних стадиях пандемии один из родителей написал Гудселлу о ребенке, который заболел и не мог понять, почему его школа скоро закроется. «Поэтому я рассказал ему все о вирусах, о том, что это такое и что они делают», – написал родитель. На следующий день мальчик пришел в школу, чувствуя себя намного лучше, неся в своем рюкзаке раскраски вириона Гудселла, достаточные для всего класса.

Роман Ребекки Фрумкин, The Comedown , был опубликован Генри Холтом в 2018 году.Она доцент кафедры творческого письма в Университете Южного Иллинойса.

2.1 Теория клеток | BioNinja

2.1.1 Краткое изложение теории клеток

Теория клеток утверждает, что:

1. Все живые существа состоят из клеток (или клеточных продуктов)

2. Клетка – наименьшая единица жизни

3. Ячейки возникают только из уже существующих ячеек

2.1.2 Обсудите доказательства клеточной теории

Микроскопы:

• Микроскопы увеличили способность человека визуализировать крошечные объекты
• Было обнаружено, что все живые существа при рассмотрении под микроскопом состоят из клеток и клеточных продуктов (например, волос)
• Примечание: Определенные типы ячеек не соответствуют стандартному представлению о том, что составляет ячейка.
  • Мышечные клетки содержат несколько ядер
  • Гифы грибов состоят из нескольких клеток, которые разделяют непрерывную цитоплазму

Световые и электронные микроскопы

Экспериментальные данные:

• Клетки, удаленные из тканей, могут выживать независимо в течение коротких периодов времени
• Было обнаружено, что ничто меньшее, чем клетка, способно жить независимо
• Эксперименты Франческо Реди и Луи Пастера показали, что клетки не могут расти в закрытых и стерильных условиях

История теории клетки

2.1.3 Укажите, что одноклеточные организмы выполняют все жизненные функции

Одноклеточные организмы (такие как амеба, парамеций, эвглена и бактерии) – это самые маленькие организмы, способные к самостоятельной жизни.

Все живые существа имеют 7 основных характеристик:

• M Движение: Живые существа движутся внешне или внутренне
• R eproduction: Живые существа производят потомство половым или бесполым путем
• S Чувствительность: Живые существа могут реагировать на окружающую среду и взаимодействовать с ней
• G ряд: Живые существа могут расти или изменять размер / форму
• R espiration: Живые существа используют вещества из окружающей среды для производства энергии
• E xcretion: Живые существа демонстрируют удаление отходов
• N истощение: Живые существа обмениваются материалами и газами с окружающей средой

2.1.4 Сравните относительные размеры молекул, толщину клеточных мембран, вирусов, бактерий, органелл и клеток, используя соответствующие единицы СИ

Относительные размеры: Таблица преобразования единиц:

• Молекула = 1 нм
• Толщина клеточной мембраны = 7,5 нм
• Вирус = 100 нм (диапазон: 20-200 нм)
• Бактерии = 1-5 мкм
• Органеллы = <10 мкм
• Эукариотические клетки = <100 мкм

Диаграмма относительных размеров и масштаба биологических материалов

Размер и масштаб клеток (изучение генетики)

2.1.5 Рассчитайте линейное увеличение чертежей

Для расчета линейного увеличения чертежа следует использовать следующее уравнение:

• Увеличение = Размер изображения (с линейкой) ÷ Фактический размер объекта (в соответствии с масштабной линейкой)

Для расчета действительного размера увеличенного изображения Например, уравнение просто переставляется:

• Фактический размер = Размер изображения (с линейкой) ÷ Увеличение

2.1.6 Объясните важность отношения площади поверхности к объему как фактора, ограничивающего размер клетки

• Скорость метаболизма клетки является функцией ее массы / объема
• Скорость обмена веществ в клетке и из клетки функция от площади поверхности
• По мере роста клетки объем увеличивается быстрее, чем площадь поверхности (что приводит к уменьшению соотношения SA: Vol)
• Если скорость метаболизма превышает скорость обмена жизненно важных материалов и отходов, клетка в конечном итоге умрет
• Следовательно, клетка должна, следовательно, делиться, чтобы восстановить жизнеспособное соотношение SA: Vol и выжить
• Клетки и ткани, специализирующиеся на газовом или материальном обмене (например,грамм. альвеолы) увеличивают площадь их поверхности для оптимизации переноса материалов

Микроворсинки увеличивают площадь поверхности, обеспечивая более эффективный обмен материалов / тепла

2.1.7 Утверждение, что многоклеточные организмы проявляют эмерджентные свойства

Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия составных частей: целое больше, чем сумма его частей

Многоклеточные организмы способны выполнять функции, которые отдельные клетки не могут выполнять – это связано с взаимодействием между клетками, производящими новые функции

В многоклеточных организмах:

• Клетки могут группироваться вместе, образуя ткани
• Затем из функциональной группировки множества тканей образуются органы
• Взаимодействующие органы могут образовывать системы органов способен выполнять определенные функции организма
• Системы органов выполняют жизненные функции, необходимые организму

Уровни анатомической организации

2.1.8 Объясните, что клетки многоклеточных организмов дифференцируются для выполнения специализированных функций, экспрессируя одни из своих генов, а не другие

• Все клетки отдельных организмов имеют одинаковый геном – каждая клетка содержит полный набор генетических инструкций для этого организма
• Активация различных инструкций (генов) внутри данной клетки с помощью химических сигналов заставит ее дифференцироваться от другие клетки, подобные ему
• Дифференциация – это процесс во время развития, при котором вновь образованные клетки становятся более специализированными и отличными друг от друга по мере созревания
• Активные гены обычно упаковываются в расширенную и доступную форму (эухроматин), в то время как неактивные гены в основном упаковываются в конденсированной форме (гетерохроматин)
• Дифференцированные клетки будут иметь разные участки ДНК, упакованные как гетерохроматин и эухроматин, в зависимости от их функции

Дифференциальная экспрессия генов, ведущая к специализации клеточной структуры и функции

2.1.9 Укажите, что стволовые клетки сохраняют способность делиться и дифференцироваться различными путями

Стволовые клетки – это неспециализированные клетки, которые обладают двумя ключевыми качествами:

1. Самообновление: Они могут непрерывно делиться и воспроизводиться

2. Активность : Они обладают способностью дифференцироваться в специализированные типы клеток

Стволовые клетки

2.1.10 Краткое описание одного терапевтического применения стволовых клеток

Стволовые клетки могут быть получены из эмбрионов или плаценты / пуповины мать; также минимальное количество может быть получено из некоторых тканей взрослого человека

Стволовые клетки можно использовать для замены поврежденных или больных клеток на здоровые, функционирующие

Этот процесс требует:

• Использование биохимических растворов для запуска дифференцировки в клетки желаемого типа
• Хирургическая имплантация клеток в собственные ткани пациента
• Подавление иммунной системы хозяина для предотвращения отторжения клеток
• Тщательный мониторинг новых клеток, чтобы убедиться, что они не становятся злокачественными

Примеры терапевтического использования стволовых клеток:

1.