Informacije

Da li su virusi samohodni?

Da li su virusi samohodni?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Dakle, očigledno je da virusi nisu živi. Ali kada je moj učitelj predavao viruse u videu (učimo "obrnuto" u ovom semestru), kako je on to opisao, činilo se kao da su virusi reagirali na svoje okruženje tako što su se kretali dok nisu pronašli ćeliju pravi tip, a onda su ga uhvatili i oteli.

Oduvijek sam o tome razmišljao više kao da su samo na neki način lebdjeli uokolo, nošeni sistemom domaćina (krv kod životinja na primjer), sve dok nisu "naletjeli" na pravu vrstu ćelija i oba seta membranskih proteina "pristali" . Ali moja teorija/ideja zapravo nema smisla jer ne uzima u obzir kako bi virusi mogli inficirati bakterije.

Ali, ideja da se virusi sami pokreću nema mnogo smisla, jer virusi su neživi, ​​a jedna od karakteristika života koju ne ispunjavaju je da živa bića dobijaju i koriste energiju.

Ukratko, moje pitanje je kako se virusi pokreću? Pokreću li se sami ili ih pokreću vanjske sile?


Sva vaša razmišljanja su tačna - virusi jesu ne pokretni (tj. nisu samohodni).

Ne razumijem zašto mislite da bi to izazvalo poteškoće u slučaju bakterija.

Uredite kao odgovor na komentar @Remi.b

Neka površna istraživanja o procjeni vjerovatnoće sudara između čestica uključenih u nasumične šetnje otkrila su neke vrlo zahtjevne matematike. Stoga sam odlučio jednostavno pogledati neke podatke.

Zanimljivo je da postoji prilično noviji rad koji opisuje istraživanja kinetike adsorpcije bakteriofaga.

Moldovan, et al. (2007) O kinetici adsorpcije faga. Biophysical Journal 93:303-315

Nisam znala da je još moguće objavljivati ​​ovakve radove, ali u stvari je vrlo zanimljivo. Za naše trenutne svrhe trebamo uzeti u obzir samo podatke prikazane na slici 3, koji pokazuju da kada E. coli ćelije gustine 108 ćelije ml-1 pomiješani su sa bakteriofagom λ u gustini 5 x 104 čestice ml-1, tada se 90% faga vezalo za bakterijsku ćeliju u roku od manje od 10 minuta.

Samo da ovo povežemo sa stvarnom životnom situacijom, procjenjuje se da morska voda sadrži bakterije gustoće od 106 ćelije ml-1 i fag na 5 x 107 čestice ml-1.


U pravu ste, virusi niti su živi, ​​niti se kreću sami. Pokreću ih pasivni pokreti (npr. krvotok ili pokreti zraka) sve dok ne sretnu svoje ciljne stanice. To može biti ili ćelija u ljudskom tijelu (za viruse gripa to su na primjer stanice respiratornog trakta) ili bakterije (za bakteriofage).

Za bakterije se može dogoditi i jedno i drugo, virusi koji plutaju uokolo susreću se s bakterijom koju mogu zaraziti ili na drugi način na koji se bakterije u pokretu susreću s virusom.


Virusi se kreću braunovskim kretanjem 1. Definicija temperature je u prosjeku oko 2 kalorije (malo c) (= 8,3 J) po kelvinu, molu i stepenu slobode. 2 Pomnožite to sa 1 mol/6,02E23 molekula i dobit ćete Boltzmannu konstantu (1,4E-23 J/(K*DOF). Dakle, virus ima tri dimenzije - tri stepena slobode - fizičke translacije na 300 K sobne temperature, da se dobije, recimo, 900 puta Boltzmannova konstanta ili 1,2E-21 J energije.

Što ne zvuči puno, ali kinetička energija = 1/2 mase x brzina na kvadrat, pa ako je virus težak, recimo, 100.000 daltona = 100.000/(6.02E23) grama, onda dijelite džule sa ovim (pretvarajući u kg ) da dobijete 0,2 m^2/s^2 - uzmite kvadratni korijen i imate oko 0,6 m/s, ili oko 1,3 milje na sat.

Dakle, virus se kreće hodajući (dajte ili uzmite - pogledajte Boltzmannovu distribuciju), ne zahtijevajući BEZ ENERGIJE da to učini. Upozorenje je da nema kontrolu nad tim kuda ide; ovo je toplotna energija. Mogli biste reći da je virus, poput prikrivenog nadimanja u prepunoj prostoriji, agent haosa (ili barem entropije), u misiji da se proširi i proširi.


Pojam samohodni zahtijeva finiju kvalifikaciju u slučaju bakteriofaga. Iako se bakteriofagi općenito prenose putem Brownovog kretanja, kao što je opisano u drugim odgovorima, u nekima od njih proces vezivanja pokazuje autonomni pogon. Konkretno, mogu hodati po površini bakterije (pogledajte video o modeliranju ovdje) i ubrizgavaju svoj genetski materijal pokretom poput šprice. Čineći to, oni distribuiraju energiju pohranjenu u virusnim proteinima tokom njihove sinteze i sklapanja faga. - drugim riječima, ostaju neživi entiteti, nesposobni da steknu energiju i pretvore je u koristan rad, a njihovo kretanje je programirano, kao kod otpuštene opruge.


Samočišćenje superhidrofobnih površina pomoću samohodnog skakajućeg kondenzata

Funkcija samočišćenja superhidrofobnih površina konvencionalno se pripisuje uklanjanju kontaminirajućih čestica udarom ili kotrljanjem kapljica vode, što podrazumijeva djelovanje vanjskih sila kao što je gravitacija. Ovdje demonstriramo jedinstveni mehanizam samočišćenja pri čemu je kontaminirana superhidrofobna površina izložena kondenzaciji vodene pare, a zagađivači se autonomno uklanjaju samohodnim skakačkim kretanjem rezultirajućeg tečnog kondenzata, koji djelomično prekriva ili u potpunosti zatvara kontaminirajuće čestice. . Skakanje sa superhidrofobne površine pokreće površinska energija koja se oslobađa pri spajanju kondenzirane vodene faze oko zagađivača. Pokazano je da mehanizam skakaćeg kondenzata spontano čisti superhidrofobna krila cikada, gdje se kontaminirajuće čestice ne mogu ukloniti gravitacijom, vibracijama krila ili strujanjem vjetra. Naša otkrića nude uvid u razvoj samočistećih materijala.

Vjeruje se da i prirodne i sintetičke superhidrofobne površine postižu samočišćenje takozvanim “efektom lotosa” (1, 2). Efekat lotosa se obično odnosi na uklanjanje kontaminirajućih čestica udaranjem i/ili kotrljanjem kapljica vode (1, 3). Superhidrofobnost je važna zbog povezanog velikog kontaktnog ugla i male histereze (4), koja pospješuje kretanje kotrljanja odvodeći zagađivače. Prema konvencionalnoj mudrosti o efektu lotosa, funkcija samočišćenja će prestati bez nadolazećih kapljica ili povoljnih vanjskih sila, što predstavlja ozbiljna ograničenja za praktičnu primjenu superhidrofobnih materijala.

Ovdje demonstriramo autonomni mehanizam za postizanje samočišćenja na superhidrofobnim površinama, gdje se zagađivači uklanjaju samohodnim kondenzatom koji se pokreće površinskom energijom. Kada su izložene kondenzovanoj vodenoj pari, kontaminirajuće čestice su ili potpuno zatvorene ili delimično prekrivene nastalim tečnim kondenzatom. Nadovezujući se na naše prethodne publikacije koje pokazuju samohodno skakanje nakon spajanja kapljica (5, 6), prikazujemo uklanjanje čestica spojenom kapljicom kondenzata veličine koja je usporediva ili veća od one kontaminirajuće čestice(a). Nadalje, izvještavamo o jasnom mehanizmu skakanja nakon agregacije čestica, bez kapljice kondenzata uporedive veličine sa česticama, gdje se grupa čestica izloženih vodi kondenzata grupira kapilarno i samopokreće se od superhidrofobne površine.

Mehanizam skakaćeg kondenzata koji je ovdje prikazan nudi jedinstven put ka samočišćenju, s potencijalnim primjenama u rasponu od mikroelektronskog čišćenja vafla do održavanja izmjenjivača topline (7). Uklanjanje čestica se često postiže u struji plina ili tekućini pomoću hidrodinamičkih smičnih napona, koji su paralelni s površinom. Paralelne hidrodinamičke sile nisu idealne u nadmetanju sa adhezivnim mehanizmima kao što su van der Waalsove sile, koje su pretežno okomite na površinu (7 ⇓ –9). S tim u vezi, usmjerenost izvan ravni mehanizma za uklanjanje kondenzata je posebno djelotvorna u uklanjanju zalijepljenih čestica.

Krilo cikada se koristi kao model superhidrofobne površine. Većina cikada, kao i drugih insekata "velikih krila", imaju ekstremitete koji su prekratki da bi aktivno očistili krila (10), ali su izloženi mnoštvu zagađivača, uključujući fragmente tla, industrijsku prašinu, pelud biljaka i patogene mikroorganizme ( npr. bakterije) (1, 10, 11). Za ove insekte, samočišćenje je važno za očuvanje funkcionalnosti krila kao što su one koje uključuju let i antirefleks (10, 12 ⇓ –14). Iako se samočišćenje može postići na krilima s efektom lotosa (10), kiša možda neće biti dostupna tokom dužeg vremenskog perioda i, u ekstremnim okolnostima, može izostati tokom kratkog životnog vijeka (12) insekta. S druge strane, mnogi insekti žive u vlažnom okruženju u kojem se svakodnevno odvija kondenzacija atmosferske pare. Pokazali smo da je kondenzat koji se javlja tokom kondenzacije pare veoma efikasan u uklanjanju i polena i čestica silicijum dioksida na krilima cikade. Kada su drugi mehanizmi uklanjanja neefikasni ili odsutni, očekuje se da mehanizam skakaćeg kondenzata postigne samočišćenje na raznim superhidrofobnim površinama, uključujući vodoodbojne listove biljaka, krila insekata i sintetičke materijale.


NANOBOTI: BUDUĆI TREND U ISPORUČIVANJU LIJEKOVA I TERAPIJE

Naučnici koriste nanobote ili nanorobote za obavljanje određenih funkcija. Jedna od takvih funkcija je isporuka lijekova. Trenutni sistemi za isporuku lijekova isporučuju lijekove cijelom tijelu prije nego što ciljaju na specifično pogođeno područje. Koristeći nanobote, lijek se može usmjeriti na određeno područje zabrinutosti i djelovati samo na bolesne stanice. Ovom tehnologijom nuspojave na normalne ćelije su minimizirane na gotovo nulu.

Nosači lijeka su široki otprilike 50-100 nm. Kada uđu u tijelo, nakon otkrivanja znakova oboljelih stanica, tanke žice na stijenkama nanobota emituju električne signale koji uzrokuju otapanje zidova i oslobađanje lijeka. Ovo je ciljani sistem za isporuku lijekova koji obećava budućnost u liječenju bolesti opasnih po život kao što su rak.

Nanomedicina je budućnost farmaceutske industrije. Bez sumnje, ova tehnologija drži ključ za izlječenje mnogih bolesti uz svoju prednost ciljanog sistema za isporuku lijekova.

Elan Pharmaceuticals je već počeo koristiti ovu tehnologiju u svojim lijekovima Merck's Emend i Wyeth's Rapamune.

Nanoboti ili nanotehnološki roboti su nanoelektrohemijski sistemi koji imaju potencijalne primene u oblasti monitoringa životne sredine i medicine.

NANOBOTI U MEDICINI

Nanoboti djeluju kao teret za isporuku lijeka na određena mjesta, oni također mogu igrati vitalnu ulogu u ubijanju i smanjenju tumora na određenim mjestima blokiranjem dotoka krvi. Trenutne studije su koncentrisane na samohodne nanobotove i druge biorazgradive nano uređaje napravljene od bio-nano komponenti, koji nose teret do ciljanih mesta, odnosno isporučuju lekove do obolelih ćelija. Ovaj aktivni motor baziran sistem obećava efikasan i efikasan sistem za isporuku lekova.

Na primjer, ćelijski nanobotovi koji čiste bakterije i toksine iz krvi. Istraživači su napravili ove nanorobote tako što su zlatne nanožice obložile hibridom membrana trombocita i crvenih krvnih zrnaca. Ovaj hibridni sloj ćelijske membrane omogućava nanorobotima da obavljaju zadatke dvije različite stanice odjednom – trombocita, koji vežu patogene poput MRSA bakterije (soj Staphylococcus aureus otporan na antibiotike), i crvenih krvnih stanica, koje apsorbiraju i neutraliziraju proizvedene toksine. od strane ovih bakterija.

Istraživači sa Državnog univerziteta u Arizoni i Nacionalnog centra za nanonauku i tehnologiju Kineske akademije nauka ubrizgali su nanobote napravljene od presavijenog lista DNK u krvotok miševa. Ciljajući krvne ćelije oko kancerogenih tumora, istraživači su uspjeli prekinuti dotok krvi u tumore ubrizgavanjem faktora zgrušavanja krvi na specifična mjesta tumora. To je rezultiralo oporavkom miševa jer je tumor ili umro ili se vidno smanjio.

NANOBOTI U RANOJ DIJAGNOSTICI RAKA

Rana dijagnoza raka uvijek je od pomoći jer može osigurati potpuni oporavak pacijenta uz minimalne nuspojave. Nanoboti sa hemijskim senzorima mogu pomoći u ranoj dijagnozi raka. Predloženi dizajn trenutno uključuje upotrebu integrisane komunikacione tehnologije, gde se proizvodi dvosmerna signalizacija. To znači da će nanoboti reagirati na akustične signale i primati upute za programiranje putem vanjskih zvučnih valova zajedno s prijenosom podataka koje su akumulirali.

NANOBOTI U OBRANI OD BIOOPASNOSTI

Nanoboti sa biosenzorima zasnovanim na proteinima mogu se koristiti za praćenje bioloških opasnosti u realnom vremenu. Može pomoći u zaustavljanju određenih epidemijskih bolesti jer bismo imali rani izvještaj o bolesti uz pomoć nanobota. Na primjer, u slučaju epidemije gripe, povećane koncentracije alfa-NAGA enzima u krvotoku mogu se koristiti kao biomarker za infekciju gripom. Povećana koncentracija bi pokrenula prognostički protokol nanorobota koji šalje elektromagnetne povratno propagirane signale prenosivoj tehnologiji kao što je mobilni telefon. Informacija bi se zatim ponovo prenosila putem telekomunikacionog sistema dajući informacije o lokaciji zaražene osobe, čime bi se ubrzala karantena kontaminacije.

Nauka napreduje ka budućnosti koja se čini sigurnijom i obećavajućom. Za sada se čini da je nauka ispred u svojoj trci sa smrću, ali koliko dugo ne znam.

Nanoboti tek treba da se koriste kod ljudi, nadam se da će ova tehnologija uspjeti u svemu što obećava na teorijskoj ili eksperimentalnoj razini.


Sadržaj

Bioračunari koriste biološki izvedene materijale za obavljanje računskih funkcija. Biokompjuter se sastoji od puta ili niza metaboličkih puteva koji uključuju biološke materijale koji su projektovani da se ponašaju na određeni način na osnovu uslova (unosa) sistema. Rezultirajući put reakcija koji se odvija predstavlja izlaz, koji se zasniva na inženjerskom dizajnu bioračunara i može se tumačiti kao oblik računske analize. Tri različita tipa biokompjutera uključuju biohemijske računare, biomehaničke računare i bioelektronske računare. [4]

Biohemijski kompjuteri Uredi

Biohemijski računari koriste ogromnu raznolikost povratnih petlji koje su karakteristične za biološke hemijske reakcije kako bi postigli računarsku funkcionalnost. [5] Petlje povratne sprege u biološkim sistemima imaju različite oblike, i mnogi različiti faktori mogu pružiti i pozitivnu i negativnu povratnu informaciju određenom biohemijskom procesu, uzrokujući ili povećanje hemijskog izlaza ili smanjenje hemijskog izlaza, respektivno. Takvi faktori mogu uključivati ​​količinu prisutnih katalitičkih enzima, količinu prisutnih reaktanata, količinu prisutnih proizvoda i prisustvo molekula koji se vezuju za i na taj način mijenjaju hemijsku reaktivnost bilo kojeg od gore navedenih faktora. S obzirom na prirodu ovih biohemijskih sistema koji se regulišu kroz mnogo različitih mehanizama, može se konstruisati hemijski put koji se sastoji od skupa molekularnih komponenti koje reaguju da proizvode jedan određeni proizvod pod jednim skupom specifičnih hemijskih uslova i drugi određeni proizvod pod drugim skupom uslova. . Prisustvo određenog proizvoda koji je rezultat puta može poslužiti kao signal, koji se može tumačiti – zajedno sa drugim hemijskim signalima – kao računski izlaz zasnovan na početnim hemijskim uslovima sistema (ulaz).

Biomehanički računari Uredi

Biomehanički računari su slični biohemijskim računarima po tome što oba izvode specifičnu operaciju koja se može tumačiti kao funkcionalno izračunavanje zasnovano na specifičnim početnim uslovima koji služe kao ulaz. Međutim, razlikuju se po tome šta tačno služi kao izlazni signal. U biohemijskim kompjuterima, prisustvo ili koncentracija određenih hemikalija služi kao ulazni signal. U biomehaničkim kompjuterima, međutim, mehanički oblik određene molekule ili skupa molekula pod skupom početnih uslova služi kao izlaz. Biomehanički računari se oslanjaju na prirodu specifičnih molekula da bi usvojili određene fizičke konfiguracije pod određenim hemijskim uslovima. Mehanička, trodimenzionalna struktura proizvoda biomehaničkog kompjutera se detektuje i interpretira na odgovarajući način kao izračunati rezultat.

Bioelektronski računari Edit

Bioračunari se takođe mogu konstruisati za obavljanje elektronskog računarstva. Opet, kao i biomehanički i biohemijski računari, proračuni se izvode tumačenjem specifičnog izlaza koji se zasniva na početnom skupu uslova koji služe kao ulaz. U bioelektronskim računarima, izmereni izlaz je priroda električne provodljivosti koja se posmatra u bioelektronskom računaru. Ovaj izlaz se sastoji od posebno dizajniranih biomolekula koji provode električnu energiju na vrlo specifične načine zasnovane na početnim uslovima koji služe kao ulaz bioelektronskog sistema.

Bioračunari zasnovani na mreži Uredi

U biokomputaciji zasnovanoj na mrežama, [6] samohodni biološki agensi, kao što su molekularni motorni proteini ili bakterije, istražuju mikroskopsku mrežu koja kodira matematički problem od interesa. Putevi agenata kroz mrežu i/ili njihove krajnje pozicije predstavljaju potencijalna rješenja problema. Na primjer, u sistemu koji su opisali Nicolau et al., [6] mobilni molekularni motorni filamenti se detektuju na "izlazima" mreže koja kodira NP-potpuni problem SUBSET SUM. Svi izlazi koje posjećuju filamenti predstavljaju ispravna rješenja algoritma. Neposjećeni izlazi nisu rješenja. Proteini pokretljivosti su aktin i miozin ili kinezin i mikrotubule. Miozin i kinezin su, respektivno, pričvršćeni za dno mrežnih kanala. Kada se doda adenozin trifosfat (ATP), aktinski filamenti ili mikrotubule se pokreću kroz kanale, istražujući tako mrežu. Pretvaranje energije iz hemijske energije (ATP) u mehaničku energiju (motilitet) je veoma efikasno u poređenju sa npr. elektronsko računarstvo, tako da računar, osim što je masivno paralelan, koristi i redove veličine manje energije po koraku računanja.

Ponašanje biološki izvedenih računarskih sistema kao što su ovi oslanja se na određene molekule koji čine sistem, koji su prvenstveno proteini, ali mogu uključivati ​​i molekule DNK. Nanobiotehnologija pruža sredstva za sintetizaciju više hemijskih komponenti neophodnih za stvaranje takvog sistema. [ potreban citat ] Hemijska priroda proteina je diktirana njegovim redoslijedom aminokiselina — kemijskih gradivnih blokova proteina. Ova sekvenca je zauzvrat diktirana specifičnom sekvencom nukleotida DNK - građevnim blokovima DNK molekula.Proteini se proizvode u biološkim sistemima translacijom nukleotidnih sekvenci od strane bioloških molekula zvanih ribosomi, koji sastavljaju pojedinačne aminokiseline u polipeptide koji formiraju funkcionalne proteine ​​na osnovu nukleotidne sekvence koju ribosom tumači. Ono što to na kraju znači je da se mogu konstruisati hemijske komponente neophodne za stvaranje biološkog sistema sposobnog za izvođenje proračuna projektovanjem DNK nukleotidnih sekvenci za kodiranje neophodnih proteinskih komponenti. Također, sami sintetički dizajnirani molekuli DNK mogu funkcionirati u određenom biokompjuterskom sistemu. Stoga, implementacija nanobiotehnologije za dizajniranje i proizvodnju sintetički dizajniranih proteina – kao i dizajn i sinteza vještačkih molekula DNK – može omogućiti izgradnju funkcionalnih bioračunara (npr. Računalni geni).

Bioračunari također mogu biti dizajnirani sa ćelijama kao njihovim osnovnim komponentama. Hemijski inducirani sistemi dimerizacije mogu se koristiti za pravljenje logičkih kapija od pojedinačnih ćelija. Ove logičke kapije aktiviraju se hemijskim agensima koji induciraju interakcije između proteina koji prethodno nisu bili u interakciji i pokreću neke vidljive promjene u ćeliji. [7]

Bioračunari zasnovani na mreži su projektovani nanoproizvodnjom hardvera iz pločica gde su kanali urezani litografijom elektronskim snopom ili litografijom nano otiska. Kanali su dizajnirani tako da imaju visok omjer poprečnog presjeka tako da će proteinski filamenti biti vođeni. Također, razdvojeni i prolazni spojevi su projektovani tako da će se filamenti širiti u mreži i istraživati ​​dozvoljene putanje. Površinska silanizacija osigurava da se proteini pokretljivosti mogu pričvrstiti na površinu i ostati funkcionalni. Molekuli koji izvode logičke operacije su izvedeni iz biološkog tkiva.

Svi biološki organizmi imaju sposobnost samoreplikacije i samosastavljanja u funkcionalne komponente. Ekonomska korist biokompjutera leži u ovom potencijalu svih biološki izvedenih sistema da se samorepliciraju i sastavljaju pod odgovarajućim uslovima. [4] : 349 Na primjer, svi potrebni proteini za određeni biokemijski put, koji bi se mogli modificirati da služe kao biokompjuter, mogli bi se sintetizirati mnogo puta unutar biološke ćelije iz jednog molekula DNK. Ovaj molekul DNK bi se tada mogao višestruko replicirati. Ova karakteristika bioloških molekula mogla bi njihovu proizvodnju učiniti visoko efikasnom i relativno jeftinom. Dok elektronski računari zahtevaju ručnu proizvodnju, biokompjuteri bi se mogli proizvoditi u velikim količinama iz kultura bez ikakvih dodatnih mašina potrebnih za njihovo sklapanje.

Trenutno postoje bioračunari sa različitim funkcionalnim mogućnostima koje uključuju operacije "binarne" logike i matematičke proračune. [5] Tom Knight iz Laboratorije za umjetnu inteligenciju MIT-a prvi je predložio biohemijsku računsku shemu u kojoj se koncentracije proteina koriste kao binarni signali koji na kraju služe za izvođenje logičkih operacija. [4] : 349 Na ili iznad određene koncentracije određenog biohemijskog proizvoda u hemijskom putu biokompjutera ukazuje na signal koji je ili 1 ili 0. Koncentracija ispod ovog nivoa ukazuje na drugi, preostali signal. Koristeći ovu metodu kao računsku analizu, biohemijski računari mogu izvoditi logičke operacije u kojima će se odgovarajući binarni izlaz pojaviti samo pod specifičnim logičkim ograničenjima na početnim uslovima. Drugim riječima, odgovarajući binarni izlaz služi kao logički izveden zaključak iz skupa početnih uslova koji služe kao premise iz kojih se može donijeti logički zaključak. Pored ovih tipova logičkih operacija, pokazalo se da bioračunari pokazuju i druge funkcionalne sposobnosti, kao što su matematička izračunavanja. Jedan takav primjer dao je W.L. Ditto, koji je 1999. godine stvorio biokompjuter sastavljen od neurona pijavica na Georgia Tech-u koji je bio sposoban za obavljanje jednostavnog sabiranja. [4] : 351 Ovo su samo neke od značajnih upotreba za koje su bioračunari već konstruirani, a mogućnosti bioračunara postaju sve sofisticiranije. Zbog dostupnosti i potencijalne ekonomske efikasnosti povezane s proizvodnjom biomolekula i biokompjutera—kao što je gore navedeno—napredak tehnologije biokompjutera je popularan predmet istraživanja koji brzo raste i koji će vjerovatno vidjeti veliki napredak u budućnosti.

U martu 2013. tim bioinženjera sa Univerziteta Stanford, na čelu sa Drew Endyjem, objavio je da su stvorili biološki ekvivalent tranzistora, koji su nazvali "transkriptor". Izum je bio poslednja od tri komponente neophodne za izgradnju potpuno funkcionalnog računara: skladištenje podataka, prenos informacija i osnovni sistem logike. [8]

Paralelno biološko računanje s mrežama, gdje kretanje bioagensa odgovara aritmetičkom sabiranju, demonstrirano je 2016. godine na SUBSET SUM instanci sa 8 rješenja kandidata. [6]

Dizajnirano je mnogo primjera jednostavnih bioračunara, ali su mogućnosti ovih bioračunara vrlo ograničene u poređenju sa komercijalno dostupnim ne-bio kompjuterima. Neki ljudi vjeruju da bioračunari imaju veliki potencijal, ali to tek treba pokazati. Potencijal za rješavanje složenih matematičkih problema koristeći daleko manje energije od standardnih elektronskih superkompjutera, kao i za izvođenje pouzdanijih proračuna istovremeno, a ne sekvencijalno, motivira dalji razvoj "skalabilnih" bioloških računara, a nekoliko agencija za finansiranje podržava ove napore. [9] [10]


Sadržaj

Samosastavljanje u klasičnom smislu može se definisati kao spontana i reverzibilna organizacija molekularnih jedinica u uređene strukture nekovalentnim interakcijama. Prvo svojstvo samosastavljenog sistema koje ova definicija sugerira je spontanost procesa samosastavljanja: interakcije odgovorne za formiranje samosastavljenog sistema djeluju na strogo lokalnoj razini – drugim riječima, nanostruktura se sama gradi.

Iako se samosastavljanje tipično događa između slabo interakcijskih vrsta, ova organizacija se može prenijeti u snažno vezane kovalentne sisteme. Primjer za to se može uočiti u samosastavljanju polioksometalata. Dokazi upućuju na to da se takvi molekuli sastavljaju putem mehanizma tipa guste faze pri čemu se mali oksometalat ioni prvo nekovalentno sastavljaju u otopini, nakon čega slijedi reakcija kondenzacije koja kovalentno vezuje sastavljene jedinice. [4] Ovaj proces može biti potpomognut uvođenjem šablonskih agenasa za kontrolu formiranih vrsta. [5] Na taj način mogu se formirati visoko organizirani kovalentni molekuli na specifičan način.

Samosastavljena nanostruktura je objekt koji nastaje kao rezultat uređenja i agregacije pojedinačnih objekata nano-razmjere vođenih nekim fizičkim principom.

Posebno kontraintuitivan primjer fizičkog principa koji može pokrenuti samosastavljanje je maksimizacija entropije. Iako se entropija konvencionalno povezuje sa neredom, pod odgovarajućim uslovima [6] entropija može potaknuti objekte na nano-razmjeri da se samosastavljaju u ciljne strukture na način koji se može kontrolirati. [7]

Druga važna klasa samosastavljanja je montaža usmjerena na teren. Primjer za to je fenomen elektrostatičkog hvatanja. U ovom slučaju se između dvije metalne nanoelektrode primjenjuje električno polje. Čestice prisutne u okolini polariziraju se primijenjenim električnim poljem. Zbog dipolne interakcije s gradijentom električnog polja, čestice se privlače u jaz između elektroda. [8] Generalizacije ovog tipa pristupa koji uključuju različite tipove polja, na primjer, korištenje magnetnih polja, korištenje kapilarnih interakcija za čestice zarobljene na sučeljima, elastične interakcije za čestice suspendirane u tekućim kristalima.

Bez obzira na mehanizam koji pokreće samosastavljanje, ljudi uzimaju pristupe samosastavljanju sintezi materijala kako bi izbjegli problem potrebe za konstruiranjem materijala jedan po jedan građevinski blok. Izbjegavanje pristupa jedan po jedan je važno jer je količina vremena potrebnog za postavljanje građevinskih blokova u ciljnu strukturu izuzetno teška za strukture koje imaju makroskopsku veličinu.

Jednom kada se materijali makroskopske veličine mogu samostalno sastaviti, ti materijali mogu naći upotrebu u mnogim aplikacijama. Na primjer, nanostrukture kao što su nano-vakuumske praznine se koriste za skladištenje energije [9] i konverziju nuklearne energije. [10] Samo-sastavljeni podesivi materijali su obećavajući kandidati za elektrode velike površine u baterijama i organskim fotonaponskim ćelijama, kao i za mikrofluidne senzore i filtere. [11]

Prepoznatljive karakteristike Edit

U ovom trenutku, može se tvrditi da bi svaka kemijska reakcija koja pokreće atome i molekule da se sastavljaju u veće strukture, kao što je precipitacija, mogla pasti u kategoriju samosastavljanja. Međutim, postoje najmanje tri karakteristične karakteristike koje čine samosastavljanje posebnim konceptom.

Uredi red

Prvo, struktura koja se sama sklapa mora imati viši red od izolovanih komponenti, bilo da se radi o obliku ili određenom zadatku koji samosastavljeni entitet može obavljati. Ovo generalno nije tačno u hemijskim reakcijama, gde uređeno stanje može da ide ka neuređenom stanju u zavisnosti od termodinamičkih parametara.

Interakcije Uredi

Drugi važan aspekt samosastavljanja je dominantna uloga slabih interakcija (npr. Van der Waalsove, kapilarne, π − π , vodonične veze ili entropijske sile) u poređenju sa "tradicionalnijim" kovalentnim, jonskim ili metalnim vezama. Ove slabe interakcije važne su u sintezi materijala iz dva razloga.

Prvo, slabe interakcije zauzimaju istaknuto mjesto u materijalima, posebno u biološkim sistemima. Na primjer, oni određuju fizička svojstva tekućina, topljivost čvrstih tvari i organizaciju molekula u biološkim membranama. [12]

Drugo, pored snage interakcija, interakcije sa različitim stepenom specifičnosti mogu kontrolisati samosastavljanje. Samosastavljanje koje je posredovano interakcijama uparivanja DNK predstavlja interakcije najviše specifičnosti koje su korištene za pokretanje samosastavljanja. [13] S druge strane, najmanje specifične interakcije su moguće one koje pružaju nastajuće sile koje proizlaze iz maksimizacije entropije. [14]

Građevinski blokovi Uredi

Treća karakteristična karakteristika samosastavljanja je da gradivni blokovi nisu samo atomi i molekuli, već obuhvataju širok spektar nano- i mezoskopskih struktura, s različitim kemijskim sastavima, funkcionalnostima, [15] i oblicima. [16] Istraživanje mogućih trodimenzionalnih oblika samosastavljajućih mikrita ispituje Platonova tijela (pravilni poliedar). Izraz "mikrit" stvorila je DARPA da se odnosi na mikrorobote veličine ispod milimetra, čije se sposobnosti samoorganiziranja mogu usporediti sa sposobnostima sluzave plijesni. [17] [18] Nedavni primjeri novih građevnih blokova uključuju poliedre i čestice neravnina. [19] Primjeri su također uključivali mikročestice složene geometrije, kao što su hemisferične, [20] dimer, [21] diskovi, [22] štapići, molekuli, [23] kao i multimeri. Ovi gradivni blokovi na nanorazmjeri mogu se zauzvrat sintetizirati putem konvencionalnih kemijskih puteva ili drugim strategijama samosastavljanja kao što su usmjerene entropijske sile. U skorije vrijeme, pojavili su se inverzni pristupi dizajnu gdje je moguće popraviti ciljno samo-sastavljeno ponašanje i odrediti odgovarajući gradivni blok koji će to ponašanje realizirati. [24]

Termodinamika i kinetika Edit

Samosastavljanje u mikroskopskim sistemima obično počinje difuzijom, nakon čega slijedi nukleacija sjemena, naknadni rast sjemena i završava se Ostwaldovim sazrijevanjem. Termodinamička slobodna energija može biti entalpijska ili entropijska ili oboje. [25] U entalpijskom ili entropijskom slučaju, samosastavljanje se odvija kroz formiranje i raskidanje veza, [26] moguće uz netradicionalne oblike posredovanja. Kinetika procesa samosastavljanja obično je povezana s difuzijom, za koju brzina apsorpcije/adsorpcije često slijedi Langmuir-ov model adsorpcije koji se u koncentraciji kontroliranoj difuzijom (relativno razrijeđena otopina) može procijeniti Fickovim zakonima difuzije. Brzina desorpcije je određena jačinom veze površinskih molekula/atoma sa energetskom barijerom termalne aktivacije. Stopa rasta je konkurencija između ova dva procesa.

Primjeri Uredi

Važni primjeri samosastavljanja u nauci o materijalima uključuju formiranje molekularnih kristala, koloida, lipidnih dvoslojeva, fazno razdvojenih polimera i samosastavljenih monoslojeva. [27] [28] Preklapanje polipeptidnih lanaca u proteine ​​i savijanje nukleinskih kiselina u njihove funkcionalne forme su primjeri bioloških struktura koje se same sklapaju. Nedavno je trodimenzionalna makroporozna struktura pripremljena samosastavljanjem derivata difenilalanina u kriouslovima, a dobijeni materijal može naći primenu u oblasti regenerativne medicine ili sistema za isporuku lekova. [29] P. Chen et al. demonstrirao metodu samosastavljanja na mikrorazmjeru koristeći sučelje zrak-tečnost uspostavljeno Faradejevim talasom kao šablonom. Ova metoda samosastavljanja može se koristiti za generiranje različitih skupova simetričnih i periodičnih uzoraka od materijala mikrorazmjera kao što su hidrogelovi, ćelije i ćelijski sferoidi. [30] Yasuga et al. demonstrirao kako fluidna međufazna energija pokreće nastanak trodimenzionalnih periodičnih struktura u skelama mikrostubova. [31] Myllymäki et al. demonstrirao je formiranje micela, koje prolaze kroz promjenu morfologije u vlakna i na kraju u sfere, a sve je kontrolirano promjenom rastvarača. [32]

Properties Edit

Samosastavljanje proširuje opseg hemije sa ciljem sinteze proizvoda sa svojstvima reda i funkcionalnosti, proširujući hemijske veze na slabe interakcije i obuhvatajući samosastavljanje građevinskih blokova nanorazmera na svim skalama dužine. [33] U kovalentnoj sintezi i polimerizaciji, naučnik povezuje atome zajedno u bilo koju željenu konformaciju, koja ne mora nužno biti energetski najpovoljnija pozicija, samosastavljajući se molekuli, s druge strane, usvajaju strukturu na termodinamičkom minimumu, pronalazeći najbolja kombinacija interakcija između podjedinica, ali ne i stvaranje kovalentnih veza između njih. U strukturama koje se same sklapaju, naučnik mora predvidjeti ovaj minimum, a ne samo postaviti atome na željenu lokaciju.

Još jedna karakteristika zajednička za skoro sve sisteme koji se sami sastavljaju je njihova termodinamička stabilnost. Da bi se samosastavljanje odvijalo bez intervencije vanjskih sila, proces mora dovesti do niže Gibbsove slobodne energije, tako da su samosastavljene strukture termodinamički stabilnije od pojedinačnih, nesastavljenih komponenti. Direktna posljedica je opća tendencija samomontažnih konstrukcija da budu relativno bez nedostataka. Primjer je formiranje dvodimenzionalnih superrešetki sastavljenih od urednog rasporeda sfera polimetilmetakrilata (PMMA) veličine mikrometara, počevši od otopine koja sadrži mikrosfere, u kojoj se otapalo ostavlja da polako ispari u odgovarajućim uvjetima. U ovom slučaju, pokretačka sila je kapilarna interakcija, koja potiče od deformacije površine tekućine uzrokovane prisustvom plutajućih ili potopljenih čestica. [34]

Ova dva svojstva – slabe interakcije i termodinamička stabilnost – mogu se prisjetiti da bi se racionaliziralo još jedno svojstvo koje se često nalazi u samosastavljajućim sistemima: osetljivost na perturbacije pod uticajem spoljašnje sredine. To su male fluktuacije koje mijenjaju termodinamičke varijable koje mogu dovesti do značajnih promjena u strukturi, pa čak i kompromitovati je, bilo tokom ili nakon samomontaže. Slaba priroda interakcija odgovorna je za fleksibilnost arhitekture i omogućava preuređenje strukture u smjeru koji određuje termodinamika. Ako fluktuacije vrate termodinamičke varijable u početno stanje, struktura će se vjerovatno vratiti u svoju početnu konfiguraciju. To nas navodi da identificiramo još jedno svojstvo samosastavljanja, koje se općenito ne opaža u materijalima sintetiziranim drugim tehnikama: reverzibilnost.

Samomontaža je proces na koji lako utiču vanjski parametri. Ova karakteristika može učiniti sintezu prilično složenom zbog potrebe za kontrolom mnogih slobodnih parametara. Ipak, samosastavljanje ima prednost u tome što se može dobiti veliki izbor oblika i funkcija na mnogim skalama dužine. [35]

Osnovni uslov koji je potreban da bi se nanorazmjerni građevinski blokovi sami sastavili u uređenu strukturu je istovremeno prisustvo odbojnih i privlačnih sila kratkog dometa. [36]

Odabirom prekursora sa odgovarajućim fizičko-hemijskim svojstvima, moguće je izvršiti finu kontrolu nad procesima formiranja koji proizvode složene strukture. Jasno je da je najvažnije oruđe kada je u pitanju dizajniranje strategije sinteze materijala poznavanje hemije građevinskih jedinica. Na primjer, pokazano je da je moguće koristiti diblok kopolimere s različitim blok reaktivnostima kako bi se selektivno ugradile nanočestice maghemita i stvorile periodične materijale s potencijalnom upotrebom kao valovoda. [37]

Godine 2008. predloženo je da svaki proces samosastavljanja predstavlja komontažu, što čini prethodni termin pogrešnim. Ova teza je izgrađena na konceptu međusobnog uređenja samosastavljajućeg sistema i njegovog okruženja. [38]

Najčešći primjeri samosastavljanja na makroskopskoj skali mogu se vidjeti na sučeljima između plinova i tekućina, gdje se molekule mogu ograničiti na nanoskali u vertikalnom smjeru i širiti na velike udaljenosti bočno. Primeri samosastavljanja na interfejsu gas-tečnost uključuju figure daha, samosastavljene monoslojeve i Langmuir-Blodgett filmove, dok je kristalizacija brkova fulerena primer makroskopskog samosastavljanja između dve tečnosti. [39] [40] Još jedan izuzetan primjer makroskopskog samosastavljanja je formiranje tankih kvazikristala na međuprostoru zrak-tečnost, koji se mogu izgraditi ne samo od neorganskih, već i od organskih molekularnih jedinica. [41] [42]

Procesi samosastavljanja se takođe mogu posmatrati u sistemima makroskopskih građevnih blokova. Ovi građevinski blokovi mogu biti na vanjski pogon [43] ili samohodni. [44] Od 1950-ih, naučnici su izgradili sisteme za samomontažu koji su izlagali komponente veličine centimetra u rasponu od pasivnih mehaničkih dijelova do mobilnih robota. [45] Za sisteme na ovoj skali, dizajn komponenti se može precizno kontrolisati. Za neke sisteme, preferencije interakcije komponenti su programabilne. Procese samosastavljanja mogu lako pratiti i analizirati same komponente ili vanjski posmatrači. [46]

U aprilu 2014. 3D štampana plastika je kombinovana sa "pametnim materijalom" koji se sam sastavlja u vodi, [47] što je rezultiralo "4D štampanjem". [48]

Ljudi redovno koriste izraze "samoorganizacija" i "samosastavljanje" naizmjenično. Kako nauka o složenim sistemima postaje sve popularnija, postoji sve veća potreba da se jasno razlikuju razlike između ova dva mehanizma kako bi se razumio njihov značaj u fizičkim i biološkim sistemima. Oba procesa objašnjavaju kako se kolektivni poredak razvija iz "dinamičkih interakcija malih razmjera". [49] Samoorganizacija je neravnotežni proces gdje je samosastavljanje spontani proces koji vodi ka ravnoteži. Samosastavljanje zahteva da komponente ostanu suštinski nepromenjene tokom celog procesa. Osim termodinamičke razlike između njih, postoji i razlika u formiranju. Prva razlika je ono što "kodira globalni poredak cjeline" u samosastavljanju, dok u samoorganizaciji ovo početno kodiranje nije neophodno. Još jedan blagi kontrast odnosi se na minimalni broj jedinica potrebnih za narudžbu. Čini se da samoorganizacija ima minimalan broj jedinica, dok samoorganiziranje nema. Koncepti mogu imati posebnu primenu u vezi sa prirodnom selekcijom. [50] Na kraju, ovi obrasci mogu formirati jednu teoriju formiranja obrazaca u prirodi. [51]


Novootkrivena struktura virusa ukazuje na kontinuitet u evoluciji virusa

Međunarodni tim naučnika predvođen istraživačima na Institutu Wistar kombinirao je dvije različite tehnike snimanja kako bi otkrio okvir na molekularnom nivou uobičajenog bakteriofaga, virusa koji inficira bakterije. Rezultati, objavljeni u oktobarskom izdanju časopisa Nature Structural Biology, sugeriraju da su virusi razvili kontinuum progresivno složenijih arhitektonskih strategija kako bi se nosili sa svojom sve većom veličinom kako su evoluirali. Slika iz studije nalazi se na naslovnici časopisa.

Nova otkrića mogu otvoriti novi pristup razvoju terapija za određene infekcije koje je teško liječiti. Proučeni bakteriofag, nazvan PRD1, inficira sojeve bakterija E. coli otporne na antibiotike, uključujući sojeve odgovorne za desetke hiljada slučajeva trovanja hranom u Sjedinjenim Državama svake godine. Intimno znanje o strukturi PRD1 koje pruža trenutna studija moglo bi pomoći naučnicima da razviju tretman za infekcije E. coli koje uključuju PRD1.

Strukturni detalji pokazuju da bakteriofag ima sličnosti s virusima manjim od sebe, jednostavnim biljnim i životinjskim virusima čiji su vanjski omotači formirani od proteina koji se drže zajedno povezanim “rukama.” Osim toga, međutim, koristi i mali “ljepak& #8221 proteini za cementiranje većih proteina zajedno. Ova karakteristika ga čini sličnijim ljudskim adenovirusima, većim i složenijim virusima koji inficiraju respiratorni trakt i uzrokuju druge bolesti. Uzeti zajedno, ove karakteristike postavljaju bakteriofag u međutačku na virusnom evolucionom stablu i pomažu u rasvjetljavanju cjelokupnog evolucijskog puta kojim su krenule porodice virusa.

Nove slike pokazuju ne samo vanjski omotač bakteriofaga, već otkrivaju i detalje njegove unutrašnje membrane, slabo shvaćenog masnog dvostrukog sloja ispod omotača koji čini zaštitnu barijeru oko genetskog materijala ili DNK.

“Zaintrigirale su nas paralele između PRD1 i adenovirusa otkako smo otkrili zapanjujuće sličnosti u njihovoj ukupnoj strukturi u ranijim studijama,” kaže strukturni biolog Roger M. Burnett, Ph.D., profesor na Institutu Wistar i viši autor studije o strukturnoj biologiji prirode. “Naši rezultati otkrivaju da PRD1 također ima sličnosti sa jednostavnijim virusima i potvrđuju ideju da postoji kontinuum virusnih arhitektura koje prolaze kroz viruse koji inficiraju različite domaćine kao što su bakterije, biljke i životinje, uključujući ljude. Uvažavanje ovih paralela je važno, jer nalazi u jednom virusnom sistemu mogu pružiti vrijedan uvid u drugi. Također smo naučili više o membranama, koje je vrlo teško proučavati konvencionalnim tehnikama, a sada vidimo kako one mogu biti uključene u pakovanje virusne DNK.”

Dvije tehnike snimanja koje su istraživači koristili za seciranje strukture PRD1 su elektronska mikroskopija i rendgenska kristalografija. Kompjutersko modeliranje je korišćeno za kombinovanje slika cele virusne čestice dobijene tehnikom elektronske mikroskopije relativno niske rezolucije sa molekularnom strukturom visoke rezolucije proteina omotača dobijenom rendgenskom kristalografijom. Rezultirajuća “kvaziatomska” struktura proteina koji formiraju vanjsku ovojnicu virusa je zatim uklonjena nekom vrstom grafičke “operacije” kako bi se otkrili detalji o drugim molekulima koji formiraju unutrašnjost virusa.


Pet stvari koje trebate znati o slepim miševima, bolestima i koronavirusu

Samo na osnovu veličine, slepi miševi bi trebali živjeti oko četiri godine, ali u stvari mogu dostići i 40 godina. Zasluge: pikist.com/licenced pod CC0

Šišmiši su ovih dana u centru pažnje jer se priča da su oni izvor SARS-CoV-2, virusa koji je izazvao pandemiju koronavirusa. Ali to je samo dio njihove priče. Ispostavilo se da su šišmiši čudesna stvorenja. Njihova sposobnost da stare bez dotrajalosti ili raka, kao i da se bore protiv mnoštva infekcija, daju nam naznake o tome kako to isto učiniti za sebe.

Profesor Emma Teeling je suosnivač Bat 1K, inicijative za sekvenciranje genoma svih vrsta slepih miševa. Ona je zoolog i genetičar na Univerzitetskom koledžu u Dablinu u Irskoj i razgovarala je za Horizon o tome šta je otkrila.

1. Šišmiši imaju mnogo genetskih trikova protiv starenja

Normalno, što je sisavac veći, to duže živi. Ako bi slijedili ovaj obrazac, najdugovječniji šišmiš bi živio samo do četiri godine. Ali oni prkose ovom pravilu i mogu živjeti preko 40 godina, što ih čini najdugovječnijim sisarima po veličini tijela. Konzorcij Bat 1K odabrao je šest genoma slepih miševa, otkrivajući da su geni za koje već znamo da su povezani sa starenjem kod ljudi, promijenjeni kod slepih miševa. Ovi geni – a vjerovatno i drugi, još neotkriveni – stoje iza mnogih stvari koje slepi miševi rade u borbi protiv starenja.

Jedan od njihovih trikova je da marljivo 'brišu' i odlažu detritus koji leži oko ćelija kako stare - proces poznat kao autofagija. Oni također održavaju svoje telomere - kapice na krajevima hromozoma koje se postepeno raspliću kako godine prolaze, što dovodi do efekata starenja ili raka.

„Ono što je prilično neobično je da smo otkrili da oni zapravo pojačavaju održavanje DNK kako stare – suprotno onome što se dešava kod drugih sisara“, rekao je prof. Teeling.

Ljudi pate od pojačane upale kako stare, što uzrokuje stanja kao što je reumatoidni artritis. Ali prof. Teeling i njen tim su otkrili da su slepi miševi izgubili neke od gena koji su uključeni u upalu. Čini se da uravnotežuju svoj imunološki sistem između upalnih i protuupalnih odgovora kako bi ga držali pod kontrolom.

Neki naučnici misle da su slepi miševi razvili ove mehanizme da bi mogli da lete – oni su jedini sisar koji je sposoban za samohodan let i za to je potrebno mnogo energije. Kada su organele odgovorne za proizvodnju energije - mitohondrije - vrlo aktivne, to može uzrokovati veliku štetu DNK. Teorija profesora Teelinga – još nedokazana – je da su oni možda razvili sve ove popravke kako bi se nosili s tim.

2. Šišmiši ne obolijevaju od virusa

Šišmiši također imaju mnogo gena odgovornih za antivirusno djelovanje i uvijek imaju uključene antivirusne mehanizme. To je vjerovatno razlog zašto, uprkos tome što se zaraze bolešću Marburg virusom, teškim akutnim respiratornim sindromom (SARS) ili respiratornim sindromom Bliskog istoka (MERS), oni zapravo ne obolijevaju: čim ovi virusi napadnu, slepi miševi mogu spretno modulirati svoje imuni sistem da ih neutrališe.

Zapravo, čini se da je imunološki sistem slepih miševa u beskrajnoj evolucijskoj utrci s virusima, koji se mijenjaju kako bi nadmudrili drugog. Tragovi nekih od ovih istorijskih bitaka, u obliku isječaka genetskog materijala iz virusa, mogu se naći razbacani unutar DNK šišmiša.

3. Još nije dokazano da su slepi miševi prenijeli virus iza COVID-19 na ljude

Neki istraživači misle da jedinstveni imunološki sistem slepih miševa tjera viruse da se brzo razvijaju unutar njih, stvarajući jedinstveno tlo za razmnožavanje virusa koji bi potencijalno mogli skakati između vrsta. Drugi istraživači ističu da su mnogi sisari prenijeli viruse na ljude, uključujući svinje (svinjska gripa) i čimpanze (HIV).

Ipak, šišmiši nose veliki broj koronavirusa i za koje se sumnja da su rezervoar za mnoge bolesti, uključujući infekcije virusima Nipah i Hendra, bolest Marburg virusa i sojeve virusa gripe A.

Među stručnjacima za slepe miševe raspravlja se o tome jesu li imali ulogu u prenošenju SARS-CoV-2 ljudima.

Prof. Teeling je bio dio tima koji je nedavno objavio istraživanje koje postavlja pitanje da li bi slepi miševi mogli biti direktni krivci. Poznato je da virus ulazi u ljudske ćelije tako što se hvata za ACE2 receptore na njihovoj površini. Tim, predvođen profesorom Harrisom Lewinom sa Kalifornijskog univerziteta u SAD-u, predvidio je da se ACE2 receptori na ćelijama šišmiša ne mogu 'otključati' novim koronavirusom.

"Izgleda da virus ne može ući u ćelije slepih miševa. To je zapravo bolest primata", rekao je prof.Teeling. Nema apsolutno nikakvih objavljenih dokaza da slepi miševi mogu biti prirodno zaraženi SARS-Cov-2, dodaje ona.

Ali druga istraživanja su pokazala da je neposredni predak SARS-CoV-2 vjerovatno nastao od vrste šišmiša. Jedna mogućnost je, dakle, da su slepi miševi prenijeli ovog pretka na drugu vrstu, gdje je evoluirao u SARS-CoV-2, a taj posredni domaćin ga je potom prenio na ljude.

Međutim, postoji konsenzus da kada se zemljište pretvori za ljudsku upotrebu, slepi miševi (i drugi sisari) bliže se susreću s drugim vrstama, pružajući mogućnost virusima da preskaču između njih. Slepi miševi se, posebno, mogu voziti u blizini ljudskih staništa zbog veštačkog svetla, voćnjaka i mesta za gnežđenje.

4. Šišmiši nam mogu pomoći da produžimo svoj životni vijek i borimo se protiv bolesti

Razumijevanjem kako slepi miševi uspijevaju izbjeći da se razbole od virusnih infekcija, naučnici bi mogli smisliti terapije za ljude. Konkretno, znanstvenici žele razumjeti osjetljiv način na koji uspijevaju brzo neutralizirati viruse, ali zatim isključiti njihovu upalu prije nego što postane toliko jaka da sama može uzrokovati štetu. "Oni će nas naučiti kako možemo da moduliramo sopstvene imunološke odgovore da bismo bolje tolerisali infekcije i živeli sa njima", rekao je prof. Teeling.

Možda bi bilo moguće iskoristiti i tajne njihove mladosti, kaže ona. Osim što različito izražavaju neke gene starenja, slepi miševi imaju i gene koje ljudi nemaju. Neki od njih su izraženiji kako stare – a drugi manje.

5. Šišmiši održavaju zdravu životnu sredinu za ljude

Šišmiši su ubijeni, spaljeni u svojim skloništima i napadnuti vodenim topovima iz straha da šire virus SARS-Cov-2 – ali oni su neophodni za mnoge ekosisteme. Oni su glavni oprašivači u tropima – uključujući i vrijedne usjeve kao što su banane, mango i guava. Oni također raspršuju sjeme stotina biljaka.

Šišmiši su "ključni grabežljivci", što znači da njihove različite aktivnosti pomažu u održavanju ravnoteže ekosistema. Oni regulišu insekte, jedući u njima svoju tjelesnu težinu svake noći. Mnogi od njih su insekti koji uništavaju usjeve, kao što su lisne uši. Na mjestima gdje određeni pesticidi su zabranjeni, oni su sve važniji agens biološke kontrole. Na nekim mjestima, slepi miševi plene insekte koji prenose bolesti na ljude, kao što su komarci koji prenose malariju ili Zika virus. "Oni su vrlo, vrlo važni za višestruke razloga“, rekao je prof. Teeling


Sadržaj

Grupa životinja koje bježe od grabežljivca pokazuje prirodu ponašanja stada. Godine 1971., u često citiranom članku "Geometrija za sebično stado", evolucijski biolog W. D. Hamilton je ustvrdio da svaki pojedinačni član grupe smanjuje opasnost za sebe tako što se kreće što bliže centru grupe koja bježi. Tako se stado pojavljuje kao jedinica u zajedničkom kretanju, ali njegova funkcija proizlazi iz nekoordiniranog ponašanja jedinki koje služe sebi. [4]

Edit

Asimetrična agregacija životinja u paničnim uslovima uočena je kod mnogih vrsta, uključujući ljude, miševe i mrave. [5] Teorijski modeli su demonstrirali razbijanje simetrije slično opažanjima u empirijskim studijama. Na primjer, kada su panične osobe zatvorene u prostoriju s dva jednaka i jednako udaljena izlaza, većina će favorizirati jedan izlaz, dok će manjina favorizirati drugi.

Mogući mehanizmi za ovakvo ponašanje uključuju Hamiltonovu sebičnu teoriju stada, kopiranje susjeda ili nusproizvod komunikacije društvenih životinja ili odbjegle pozitivne povratne informacije.

Karakteristike panike za bijeg uključuju:

  • Pojedinci pokušavaju da se kreću brže od uobičajenog.
  • Interakcije između pojedinaca postaju fizičke.
  • Izlazi postaju zakrivljeni i začepljeni.
  • Bjekstvo usporavaju pale osobe koje služe kao prepreka.
  • Pojedinci pokazuju sklonost masovnom ili kopiranom ponašanju.
  • Alternativni ili manje korišteni izlazi se zanemaruju. [4][6]

Filozofi Søren Kierkegaard i Friedrich Nietzsche bili su među prvima koji su kritizirali ono što su nazvali "gomila" (Kierkegaard) i "moral stada" i "instinkt krda" (Nietzsche) u ljudskom društvu. Moderna psihološka i ekonomska istraživanja identificirala su ponašanje krda kod ljudi kako bi objasnila fenomen velikog broja ljudi koji se ponašaju na isti način u isto vrijeme. Britanski hirurg Wilfred Trotter popularizirao je frazu "ponašanje stada" u svojoj knjizi, Instinkti krda u miru i ratu (1914). U Teorija slobodnog časa, Thorstein Veblen je objasnio ekonomsko ponašanje u smislu društvenih utjecaja kao što je "emulacija", gdje neki članovi grupe oponašaju druge članove višeg statusa. U "Metropolis i mentalni život" (1903), rani sociolog George Simmel osvrnuo se na "impuls društvenosti u čovjeku" i pokušao opisati "oblike udruživanja pomoću kojih se puki zbir odvojenih pojedinaca pretvara u "društvo". ' ". Drugi društveni naučnici istraživali su ponašanja povezana sa stočarstvom, kao što su Sigmund Freud (psihologija gomile), Carl Jung (kolektivno nesvjesno), Everett Dean Martin (Ponašanje gomile) i Gustave Le Bon (popularni um).

Teorija rojeva uočena u neljudskim društvima je srodan koncept i istražuje se kako se javlja u ljudskom društvu. Škotski novinar Charles Mackay identificira više aspekata ponašanja krda u svom djelu iz 1841. Vanredne popularne zablude i ludilo gomile.

Valutne krize Uredi

Valutne krize imaju tendenciju da ispolje stočarsko ponašanje kada strani i domaći investitori pretvaraju državnu valutu u fizičku imovinu (kao što je zlato) ili strane valute kada shvate da vlada nije u stanju da otplati svoje dugove. To se zove špekulativni napad i ima tendenciju da izazove umjerenu inflaciju u kratkom roku. Kada potrošači shvate da se inflacija potrebnih roba povećava, počet će gomilati i gomilati robu, što će još brže ubrzati stopu inflacije. Ovo će na kraju srušiti valutu i vjerovatno dovesti do građanskih nemira.

Burzovni baloni Uredi

Veliki trendovi na berzi često počinju i završavaju periodima bjesomučne kupovine (mjehurići) ili prodaje (padovi). Mnogi posmatrači navode ove epizode kao jasne primjere ponašanja stada koje je iracionalno i vođeno emocijama – pohlepa u mjehurićima, strah u sudarima. Individualni investitori se pridružuju gomili drugih u žurbi da uđu ili izađu sa tržišta. [7]

Neki sljedbenici škole tehničke analize ulaganja vide stado ponašanje investitora kao primjer ekstremnog tržišnog raspoloženja. [8] Akademska studija bihevioralnih finansija identifikovala je stado u kolektivnoj iracionalnosti investitora, posebno rad nobelovaca Vernona L. Smitha, Amosa Tverskyja, Daniela Kahnemana i Roberta Shillera. [9] [a] Hey i Morone (2004) analizirali su model ponašanja krda u kontekstu tržišta.

Neki empirijski radovi o metodama za otkrivanje i mjerenje obima stada uključuju Christie i Huang (1995) i Chang, Cheng i Khorana (2000). Ovi rezultati se odnose na tržište sa dobro definisanom fundamentalnom vrednošću. Značajan incident mogućeg uzgoja stada je balon uranijuma iz 2007. godine, koji je započeo poplavom rudnika Cigar Lake u Saskatchewanu, tokom 2006. [10] [11] [12]

Ekonomska teorija stočarstva Edit

Postoje dva pravca rada u ekonomskoj teoriji koji razmatraju zašto se stado dešava i daju okvire za ispitivanje njegovih uzroka i posljedica.

Prvi od ovih pravaca je onaj o ponašanju stada u netržišnom kontekstu. Osnovne reference su Banerjee (1992) i Bikhchandani, Hirshleifer i Welch (1992), od kojih su oba pokazala da ponašanje stada može biti rezultat privatnih informacija koje se ne dijele javno. Konkretnije, oba ova rada pokazala su da pojedinci, djelujući uzastopno na osnovu privatnih informacija i javnih saznanja o ponašanju drugih, mogu na kraju izabrati društveno nepoželjnu opciju. Velika kasnija literatura ispitivala je uzroke i posljedice takvih "krda" i informacijskih kaskada. [13]

Drugi dio se tiče agregacije informacija u tržišnim kontekstima. Vrlo rana referenca je klasični rad Grossmana i Stiglitza (1976) koji je pokazao da neinformisani trgovci u tržišnom kontekstu mogu dobiti informacije kroz cijenu na takav način da se privatne informacije agregiraju ispravno i efikasno. Naknadni rad je pokazao da tržišta mogu sistematski imati preveliku težinu u javnim informacijama [14], a proučavala je i ulogu strateškog trgovanja kao prepreke efikasnom agregiranju informacija. [15]

U gužvi Uredi

Gomile koje se okupljaju u ime pritužbe mogu uključivati ​​ponašanje stada koje postaje nasilno, posebno kada se suoči s suprotstavljenom etničkom ili rasnom grupom. Neredi u Los Anđelesu iz 1992. godine, nemiri u Njujorku i rasne pobune u Tulsi su ozloglašeni u istoriji SAD. Ideju o "grupnom umu" ili "ponašanju rulje" iznijeli su francuski socijalni psiholozi Gabriel Tarde i Gustave Le Bon.

Sheeple Edit

Sheeple ( / ˈ ʃ iː p əl / [16] portmanteau od "ovce" i "ljudi") je pogrdni izraz koji naglašava pasivno ponašanje stada ljudi koje lako kontroliše vladajuća sila ili tržišni hir koji ih poredi sa ovcama, krdo životinja koje se "lako" vodi. Termin se koristi da opiše one koji dobrovoljno pristaju na prijedlog bez ikakve značajne kritičke analize ili istraživanja, velikim dijelom zbog toga što većina populacije ima sličan način razmišljanja. [17] Word Spy ga definira kao "ljude koji su krotki, lako uvjerljivi i skloni da slijede gomilu (ovce + ljudi)".[18] Merriam-Webster definiše pojam kao "ljude koji su poslušni, popustljivi ili na koje se lako može utjecati: ljudi koji se porede s ovcama". [16] Riječ je pluralia tantum, što znači da nema oblik jednine.

Iako je njeno porijeklo nejasno, riječ je upotrijebio W. R. Anderson u svojoj kolumni Round About Radio, objavljen u Londonu 1945., gdje je napisao:

Jednostavna istina je da se u vladi možete izvući sa bilo čim. To pokriva skoro sva zla tog vremena. Kada jednom uđete, očigledno vas niko ne može izbaciti. Narod će, kao i uvijek (ja ga pišem "Ovca"), podnijeti sve. [19]

Još jedna rana upotreba bila je od Ernesta Rogersa, čija je knjiga iz 1949 The Old Hokum Bucket sadržavao je poglavlje pod naslovom "Mi ovce". [20] Wall Street Journal prvi put objavio etiketu u štampi 1984. godine, reporter je čuo riječ koju je koristio vlasnik knjižare American Opinion. [21] Termin je prvi put popularizirao kasnih 1980-ih i ranih 1990-ih od strane teoretičara zavjere i emitera Billa Coopera u svom radijskom programu Sat vremena koji se emitovao na međunarodnom nivou putem kratkotalasnih radio stanica. Program je stekao malo, ali posvećeno pratioce, inspirirajući mnoge pojedince koji će kasnije emitovati vlastite radijske programe kritične prema vladi Sjedinjenih Država. To je potom dovelo do njegove redovne upotrebe u radijskom programu Od obale do obale prijepodne Art Bell-a tokom 1990-ih i ranih 2000-ih. Ovi kombinovani faktori značajno su povećali popularnost te riječi i doveli do njene široke upotrebe.

Termin se također može koristiti za one koji izgledaju pretjerano tolerantni ili dobrodošli prema široko rasprostranjenoj politici. U kolumni pod naslovom "Nacija ovaca", kolumnista Walter E. Williams piše: "Amerikanci su sramežljivo prihvatili sve vrste gluposti Uprave za sigurnost transporta. U ime sigurnosti, dozvolili smo škaricama za nokte, šrafcigerima za naočare i vojnicima igračkama da biti oduzet od nas prije ulaska u avion." [22]

Svakodnevno donošenje odluka Uredi

"Benigno" ponašanje stada može se često pojaviti u svakodnevnim odlukama zasnovanim na učenju iz informacija drugih, kao kada osoba na ulici odlučuje u kojem od dva restorana će večerati. Pretpostavimo da oba izgledaju privlačno, ali oba su prazna jer je rano večer tako nasumično, ova osoba bira restoran A. Uskoro par prošeta istom ulicom u potrazi za mjestom za jelo. Oni vide da restoran A ima mušterije dok je B prazan, i biraju A pod pretpostavkom da je to što ga ima mušterija bolji izbor. Budući da drugi prolaznici rade istu stvar uveče, restoran A te noći više posluje nego B. Ovaj fenomen se naziva i kaskada informacija. [23] [24] [25] [26]

Ponašanje stada je često korisno oruđe u marketingu i, ako se pravilno koristi, može dovesti do povećanja prodaje i promjena u strukturi društva. [ potreban citat ] Dok se pokazalo da finansijski poticaji izazivaju akciju kod velikog broja ljudi, mentalitet stada često pobjeđuje u slučaju "U korak sa Jonesima".

U uspjehu brenda i proizvoda Uredi

Komunikacijske tehnologije doprinijele su proliferaciji izbora potrošača i „moći gomile“, [27] Potrošači sve više imaju pristup mišljenjima i informacijama kako vođa mišljenja, tako i onih koji su ih činili na platformama koje uglavnom imaju sadržaj koji generiraju korisnici, te stoga imaju više alati pomoću kojih možete završiti bilo koji proces donošenja odluka. Popularnost se smatra pokazateljem boljeg kvaliteta, a potrošači će koristiti mišljenja drugih objavljena na ovim platformama kao moćan kompas koji će ih voditi prema proizvodima i brendovima koji su u skladu s njihovim predubeđenjima i odlukama drugih u njihovim grupama vršnjaka. [28] Uzimajući u obzir razlike u potrebama i njihovu poziciju u procesu socijalizacije, Lessig & Park je ispitivao grupe studenata i domaćica i uticaj koji ove referentne grupe imaju jedna na drugu. Po mentalitetu stada, učenici su jedni druge ohrabrivali na pivo, hamburger i cigarete, dok su se domaćice međusobno podsticale na namještaj i deterdžent. Iako je ova studija urađena 1977. godine, ne mogu se zanemariti njeni nalazi u današnjem društvu. Studija koju su 2014. godine uradili Burke, Leykin, Li i Zhang o društvenom utjecaju na ponašanje kupaca pokazuje da su kupci pod utjecajem direktne interakcije s prijateljima, a kako veličina grupe raste, ponašanje stada postaje očiglednije. Diskusije koje stvaraju uzbuđenje i interesovanje imaju veći uticaj na učestalost dodira i verovatnoća kupovine raste sa većom uključenošću koju izaziva velika grupa. [29] Kupci u ovom trgovačkom centru na srednjem zapadu Amerike su praćeni i njihove kupovine zabilježene, te je do određene točke utvrđeno da su potencijalni kupci radije bili u trgovinama koje su imale umjeren promet. Ostali ljudi u prodavnici nisu samo služili kao kompanija, već su i predstavljali tačku zaključka na kojoj su potencijalni kupci mogli modelirati svoje ponašanje i donositi odluke o kupovini, kao kod bilo koje referentne grupe ili zajednice.

Društveni mediji također mogu biti moćno oruđe u održavanju ponašanja krda. [ potreban citat ] Njegova nemjerljiva količina sadržaja kreiranog od strane korisnika služi kao platforma za vođe mišljenja da izađu na pozornicu i utiču na odluke o kupovini, a preporuke kolega i dokazi o pozitivnom online iskustvu služe kao pomoć potrošačima u donošenju odluka o kupovini. [30] Gunawan i Huarngova studija iz 2015. zaključila je da je društveni utjecaj bitan u oblikovanju stavova prema brendovima, što zauzvrat vodi do namjere kupovine. [31] Influenceri formiraju norme koje njihovi vršnjaci slijede, a ciljanje na ekstrovertne ličnosti još više povećava šanse za kupovinu. [30] To je zato što jače ličnosti imaju tendenciju da budu više angažovane na potrošačkim platformama i na taj način efikasnije šire informacije od usta do usta. [32] Mnogi brendovi su počeli shvaćati važnost ambasadora brenda i uticajnih osoba, i jasnije se pokazuje da se ponašanje stada može koristiti za eksponencijalno povećanje prodaje i profita u korist bilo kojeg brenda kroz ispitivanje ovih slučajeva.

U društvenom marketingu Edit

Marketing može lako prevazići komercijalne korijene, u tome što se može koristiti za podsticanje aktivnosti koje se odnose na zdravlje, zaštitu životne sredine i općenito društvo. Mentalitet stada često zauzima prvo mjesto kada je u pitanju društveni marketing, utirući put kampanjama kao što je Dan planete Zemlje, te raznim kampanjama protiv pušenja i gojaznosti koje se mogu vidjeti u svakoj zemlji. Unutar kultura i zajednica, trgovci moraju imati za cilj da utiču na lidere mišljenja koji zauzvrat utiču jedni na druge, [33] jer je mentalitet stada bilo koje grupe ljudi ono što osigurava uspeh društvene kampanje. Kampanja koju je vodio Som la Pera u Španiji za borbu protiv gojaznosti tinejdžera pokazala je da su kampanje koje se vode u školama efikasnije zbog uticaja nastavnika i vršnjaka, te velike vidljivosti učenika i njihove međusobne interakcije. Lideri mišljenja u školama kreirali su logo i brendiranje za kampanju, napravili sadržaj za društvene mreže i vodili prezentacije u školi kako bi uključili interakciju sa publikom. Stoga je zaključeno da je uspjeh kampanje ukorijenjen u činjenici da je njeno sredstvo komunikacije bila sama publika, dajući ciljnoj publici osjećaj vlasništva i osnaživanja. [34] Kao što je ranije pomenuto, studenti imaju visok nivo uticaja jedni na druge, a podsticanjem snažnijih ličnosti da vode mišljenja, organizatori kampanje su uspeli da obezbede pažnju drugih studenata koji su se identifikovali sa referentnom grupom.

Ponašanje u krdu ne odnosi se samo na učenike u školama u kojima su vrlo vidljivi, već i na zajednice u kojima percipirano djelovanje igra snažnu ulogu. Između 2003. i 2004. godine, Kalifornijski državni univerzitet je sproveo studiju za mjerenje očuvanja energije u domaćinstvu i motivacije za to. Utvrđeno je da faktori poput očuvanja životne sredine, štednje novca ili društvene odgovornosti nisu imali toliko veliki uticaj na svako domaćinstvo kao što je to percipirano ponašanje njihovih komšija. [35] Iako se finansijski poticaji štednje novca, koji su usko praćeni moralnim poticajima zaštite okoliša, često smatraju najvećim vodećim kompasom zajednice, više domaćinstava je odgovorilo na poticaj da štede energiju kada im je rečeno da 77% njihovi susjedi su koristili ventilatore umjesto klima-uređaja, dokazujući da je veća vjerovatnoća da će se zajednice upustiti u ponašanje ako misle da svi drugi već učestvuju.

Ponašanje stada prikazano u dva primjera pokazuje da ono može biti moćno oruđe u društvenom marketingu, i ako se pravilno iskoristi, ima potencijal da postigne velike promjene. Jasno je da lideri javnog mnijenja i njihov utjecaj postižu ogroman doseg među svojim referentnim grupama i stoga se mogu koristiti kao najglasniji glasovi za ohrabrivanje drugih u bilo kojem kolektivnom pravcu.


Sadržaj

Organizacija za hranu i poljoprivredu (FAO) je definisala pesticida kao:

bilo koju tvar ili mješavinu tvari namijenjenu sprječavanju, uništavanju ili kontroli bilo koje štetočine, uključujući vektore ljudskih ili životinjskih bolesti, neželjene vrste biljaka ili životinja, koje uzrokuju štetu tijekom ili na drugi način ometaju proizvodnju, preradu, skladištenje, transport ili marketing hrane, poljoprivrednih proizvoda, drveta i proizvoda od drveta ili stočne hrane ili supstanci koje se mogu davati životinjama za kontrolu insekata, pauka ili drugih štetočina u ili na njihovim tijelima. Pojam uključuje tvari namijenjene upotrebi kao regulator rasta biljaka, defolijans, sredstvo za sušenje ili sredstvo za stanjivanje plodova ili sprječavanje preranog opadanja plodova. Također se koristi kao tvari koje se primjenjuju na usjeve prije ili nakon žetve kako bi se roba zaštitila od propadanja tokom skladištenja i transporta. [4]

Pesticidi se mogu klasifikovati prema ciljnom organizmu (npr. herbicidi, insekticidi, fungicidi, rodenticidi i pedikulicidi [5] – vidi tabelu), hemijskoj strukturi (npr. organski, neorganski, sintetički ili biološki (biopesticidi), [6] iako razlika ponekad može biti nejasna), i fizičko stanje (npr. gasovito (fumigant)). [6] Biopesticidi uključuju mikrobne pesticide i biohemijske pesticide. [7] Pesticidi biljnog porijekla, ili "botanički proizvodi", brzo su se razvijali. To uključuje piretroide, rotenoide, nikotinoide i četvrtu grupu koja uključuje strihnin i scilirozid. [8] : 15

Mnogi pesticidi se mogu grupirati u hemijske porodice. Istaknute porodice insekticida uključuju organohlorne, organofosfate i karbamate. Organohlorni ugljovodonici (npr. DDT) mogu se razdvojiti na dihlorodifenil etane, ciklodienska jedinjenja i druga srodna jedinjenja. Djeluju tako što narušavaju ravnotežu natrijuma i kalija u nervnim vlaknima, prisiljavajući živac da kontinuirano prenosi. Njihova toksičnost se uvelike razlikuje, ali su postupno ukinuta zbog njihove postojanosti i potencijala bioakumulacije. [8] : 239–240 Organofosfati i karbamati su u velikoj mjeri zamijenili organohlorne. Oba djeluju tako što inhibiraju enzim acetilkolinesterazu, dopuštajući acetilkolinu da prenosi nervne impulse neograničeno i uzrokujući niz simptoma kao što su slabost ili paraliza. Organofosfati su prilično toksični za kralježnjake i u nekim slučajevima su zamijenjeni manje toksičnim karbamatima. [8] : 136–137 Tiokarbamat i ditiokarbamati su podklase karbamata. Istaknute porodice herbicida uključuju fenoksi i herbicide benzojeve kiseline (npr. 2,4-D), triazine (npr. atrazin), uree (npr. diuron) i hloroacetanilid (npr. alahlor). Fenoksi jedinjenja imaju tendenciju da selektivno ubijaju širokolisne korove, a ne trave. Herbicidi fenoksi i benzojeve kiseline funkcionišu slično hormonima rasta biljaka i rastu ćelije bez normalne deobe ćelija, uništavajući sistem za transport hranljivih materija biljke. [8] : 300 Triazini ometaju fotosintezu. [8] : 335 Mnogi pesticidi koji se obično koriste nisu uključeni u ove porodice, uključujući glifosat.

Primjena sredstava za suzbijanje štetočina obično se provodi dispergiranjem hemikalije u (često baziranom na ugljovodoniku) sistemu rastvarač-tenzid kako bi se dobio homogeni preparat. Studija smrtonosnosti virusa izvedena 1977. godine pokazala je da određeni pesticid nije povećao smrtnost virusa, međutim, kombinacije koje su uključivale neke surfaktante i otapalo jasno su pokazale da je predtretman njima značajno povećao virusnu smrtnost kod test miševa. [9]

Pesticidi se mogu klasificirati prema njihovoj funkciji biološkog mehanizma ili načinu primjene. Većina pesticida djeluje tako što truje štetočine. [10] Sistemski pesticid se kreće unutar biljke nakon što ga biljka apsorbira. Kod insekticida i većine fungicida ovo kretanje je obično prema gore (kroz ksilem) i prema van. Rezultat može biti povećana efikasnost. Sistemski insekticidi, koji truju polen i nektar u cvijeću, mogu ubiti pčele i druge potrebne oprašivače. [11]

Godine 2010. najavljen je razvoj nove klase fungicida pod nazivom paldoksini. Oni rade tako što iskorištavaju prirodne obrambene kemikalije koje oslobađaju biljke zvane fitoaleksini, koje gljive zatim detoksifikuju pomoću enzima. Paldoksini inhibiraju enzime za detoksikaciju gljiva. Vjeruje se da su sigurniji i zeleniji. [12]

Od prije 2000. godine prije Krista, ljudi su koristili pesticide za zaštitu svojih usjeva. Prvi poznati pesticid bio je prašina elementarnog sumpora korištena u starom Sumeru prije oko 4.500 godina u staroj Mezopotamiji. Rigveda, stara oko 4000 godina, spominje upotrebu otrovnih biljaka za kontrolu štetočina. [13] Do 15. vijeka, toksične hemikalije kao što su arsen, živa i olovo su se primjenjivale na usjeve za ubijanje štetočina. U 17. veku nikotin sulfat je ekstrahovan iz listova duvana za upotrebu kao insekticid. U 19. veku uvedena su još dva prirodna pesticida, buhač, koji se dobija od krizantema, i rotenon, koji se dobija iz korena tropskog povrća. [14] Do 1950-ih, pesticidi na bazi arsena bili su dominantni. [15] Paul Müller je otkrio da je DDT veoma efikasan insekticid. Hlorinati kao što je DDT bili su dominantni, ali su u SAD-u zamijenjeni organofosfatima i karbamatima do 1975. Od tada su jedinjenja piretrina postala dominantni insekticid. [15] Herbicidi su postali uobičajeni 1960-ih, predvođeni "triazinom i drugim spojevima na bazi dušika, karboksilnim kiselinama kao što su 2,4-dihlorofenoksi sirćetna kiselina i glifosat". [15]

Prvi zakon koji daje saveznu vlast za regulaciju pesticida donesen je 1910. [16] međutim, decenijama kasnije tokom 1940-ih proizvođači su počeli proizvoditi velike količine sintetičkih pesticida i njihova upotreba je postala široko rasprostranjena. [17] Neki izvori smatraju da su 1940-te i 1950-te bile početak "ere pesticida". [18] Iako je američka Agencija za zaštitu životne sredine osnovana 1970. godine i amandmanima na zakon o pesticidima 1972. godine, [16] upotreba pesticida se povećala 50 puta od 1950. godine i sada je 2,3 miliona tona (2,5 miliona kratkih tona) industrijskih pesticida [ kada? ] se koristi svake godine. [14] Sedamdeset pet posto svih pesticida u svijetu koristi se u razvijenim zemljama, ali upotreba u zemljama u razvoju raste. [19] Studija o trendovima upotrebe pesticida u SAD do 1997. godine objavljena je 2003. od strane Centra za integrisano upravljanje štetočinama Nacionalne naučne fondacije. [15] [20]

Šezdesetih godina prošlog stoljeća otkriveno je da DDT sprječava razmnožavanje mnogih ptica koje jedu ribu, što je predstavljalo ozbiljnu prijetnju biodiverzitetu. Rachel Carson napisala je najprodavanu knjigu Silent Spring o biološkom uvećanju. Upotreba DDT-a u poljoprivredi sada je zabranjena Stokholmskom konvencijom o postojanim organskim zagađivačima, ali se još uvijek koristi u nekim zemljama u razvoju za sprječavanje malarije i drugih tropskih bolesti prskanjem na unutrašnje zidove kako bi se ubili ili otjerali komarci. [21]

Pesticidi se koriste za kontrolu organizama za koje se smatra da su štetni ili štetni za njihovu okolinu. [22] Na primjer, koriste se za ubijanje komaraca koji mogu prenijeti potencijalno smrtonosne bolesti poput virusa Zapadnog Nila, žute groznice i malarije. Također mogu ubiti pčele, ose ili mrave koji mogu izazvati alergijske reakcije. Insekticidi mogu zaštititi životinje od bolesti koje mogu izazvati paraziti kao što su buhe. [22] Pesticidi mogu spriječiti bolesti kod ljudi koje bi mogle biti uzrokovane pljesnivom hranom ili bolesnim proizvodima. Herbicidi se mogu koristiti za čišćenje korova pored puta, drveća i grmlja. Oni također mogu ubiti invazivne korove koji mogu uzrokovati štetu okolišu. Herbicidi se obično primjenjuju u ribnjacima i jezerima za kontrolu algi i biljaka kao što su vodene trave koje mogu ometati aktivnosti poput plivanja i ribolova i uzrokovati da voda izgleda ili miriše neugodno. [23] Nekontrolirane štetočine kao što su termiti i plijesan mogu oštetiti strukture kao što su kuće. [22] Pesticidi se koriste u trgovinama i objektima za skladištenje hrane za upravljanje glodavcima i insektima koji napadaju hranu poput žitarica. Svaka upotreba pesticida nosi određeni rizik. Pravilna upotreba pesticida smanjuje ove povezane rizike na nivo koji regulatorne agencije za pesticide smatraju prihvatljivim kao što su Agencija za zaštitu životne sredine Sjedinjenih Država (EPA) i Regulatorna agencija za borbu protiv štetočina (PMRA) Kanade.

DDT, prskan po zidovima kuća, je organoklor koji se koristi u borbi protiv malarije od 1950-ih. Nedavne političke izjave Svjetske zdravstvene organizacije dale su snažniju podršku ovom pristupu. [24] Međutim, DDT i drugi organoklorni pesticidi su zabranjeni u većini zemalja širom svijeta zbog njihove postojanosti u okolišu i toksičnosti za ljude. Upotreba DDT-a nije uvijek efikasna, jer je otpornost na DDT identificirana u Africi još 1955. godine, a do 1972. godine devetnaest vrsta komaraca širom svijeta bilo je otporno na DDT. [25] [26]

U 2006. i 2007. godini svijet je koristio približno 2,4 megatone (5,3 × 10 9 lb) pesticida, pri čemu su herbicidi činili najveći dio svjetske upotrebe pesticida sa 40%, a slijede insekticidi (17%) i fungicidi (10%). U 2006. i 2007. SAD su koristile približno 0,5 megatona (1,1 × 10 9 lb) pesticida, što čini 22% ukupnog svjetskog, uključujući 857 miliona funti (389 kt) konvencionalnih pesticida, koji se koriste u poljoprivrednom sektoru (80 % konvencionalne upotrebe pesticida) kao i industrijski, komercijalni, državni i kućni i baštenski sektori. Samo država Kalifornija potrošila je 117 miliona funti. Pesticidi se takođe nalaze u većini američkih domaćinstava sa 88 miliona od 121,1 miliona domaćinstava koji su pokazali da koriste neki oblik pesticida 2012. [27] [28] Od 2007. godine, bilo je više od 1055 aktivnih sastojaka registrovanih kao pesticidi, [16] koji daju preko 20.000 pesticidnih proizvoda koji se prodaju u Sjedinjenim Državama.[29]

SAD su koristile oko 1 kg (2,2 funte) po hektaru obradive zemlje u poređenju sa: 4,7 kg u Kini, 1,3 kg u Velikoj Britaniji, 0,1 kg u Kamerunu, 5,9 kg u Japanu i 2,5 kg u Italiji. Upotreba insekticida u SAD-u opala je za više od polovine od 1980. godine (0,6% godišnje), uglavnom zbog skorog ukidanja organofosfata. Na poljima kukuruza, pad je bio još strmiji, zbog prelaska na transgeni Bt kukuruz. [30]

Za globalno tržište proizvoda za zaštitu bilja, tržišni analitičari predviđaju prihod od preko 52 milijarde US$ u 2019. [31]

Pesticidi mogu uštedjeti novac poljoprivrednika sprečavajući gubitak usjeva od insekata i drugih štetočina u SAD-u, a procjenjuje se da farmeri dobijaju četverostruki povrat novca koji potroše na pesticide. [32] Jedna studija je otkrila da nekorištenje pesticida smanjuje prinose usjeva za oko 10%. [33] Druga studija, sprovedena 1999. godine, otkrila je da zabrana pesticida u Sjedinjenim Državama može dovesti do rasta cijena hrane, gubitka poslova i povećanja gladi u svijetu. [34]

Postoje dva nivoa koristi od upotrebe pesticida, primarni i sekundarni. Primarne koristi su direktne koristi od upotrebe pesticida, a sekundarne su efekti koji su dugoročniji. [35]

Primarne pogodnosti Uredi

Suzbijanje štetočina i vektora biljnih bolesti

Kontrola vektora bolesti ljudi/stoke i smetnji

  • Ljudski životi spašeni, a bolest smanjena. Bolesti koje se kontroliraju uključuju malariju [35] s milionima života koji su spašeni ili poboljšani samo upotrebom DDT-a. [36]
  • Životinjski životi spašeni, a bolest smanjena

Kontrolisanje organizama koji štete drugim ljudskim aktivnostima i strukturama

  • Pogled vozačima nesmetan
  • Spriječene opasnosti od drveća/četka/lišća
  • Drvene konstrukcije zaštićene [35]

Monetary Edit

U jednoj studiji, procijenjeno je da svaki dolar (1$) koji se potroši na pesticide za usjeve može donijeti do četiri dolara (4$) ušteđenih usjeva. [37] To znači da, na osnovu iznosa novca koji se godišnje troši na pesticide, 10 milijardi dolara, postoji dodatnih 40 milijardi dolara uštede u usjevima koji bi bili izgubljeni zbog štete od insekata i korova. Općenito, poljoprivrednici imaju koristi od povećanja prinosa usjeva i mogućnosti uzgoja raznih usjeva tokom cijele godine. Potrošači poljoprivrednih proizvoda također imaju koristi od mogućnosti da priušte ogromne količine proizvoda koji su dostupni tijekom cijele godine. [35]

Na strani troškova upotrebe pesticida mogu biti troškovi za životnu sredinu, troškovi za ljudsko zdravlje, [38] kao i troškovi razvoja i istraživanja novih pesticida.

Zdravstveni efekti Uredi

Pesticidi mogu izazvati akutne i odložene zdravstvene efekte kod ljudi koji su izloženi. [39] Izloženost pesticidima može uzrokovati razne štetne zdravstvene efekte, u rasponu od jednostavne iritacije kože i očiju do ozbiljnijih efekata kao što su utjecaj na nervni sistem, sluh, [40] oponašanje hormona koji uzrokuje reproduktivne probleme, a također uzrokuje rak. [41] Sistematski pregled iz 2007. godine otkrio je da je "većina studija o ne-Hodgkin limfomu i leukemiji pokazala pozitivne povezanosti s izloženošću pesticidima" i stoga je zaključeno da kozmetičku upotrebu pesticida treba smanjiti. [42] Postoje značajni dokazi o povezanosti između izlaganja organofosfatnim insekticidima i neurobihejvioralnih promjena. [43] [44] [45] [46] Postoje ograničeni dokazi i za druge negativne ishode izloženosti pesticidima, uključujući neurološke, urođene mane i fetalnu smrt. [47]

Američka akademija za pedijatriju preporučuje ograničavanje izloženosti djece pesticidima i korištenje sigurnijih alternativa: [48]

Zbog neadekvatne regulative i sigurnosnih mjera opreza, 99% smrtnih slučajeva povezanih s pesticidima događa se u zemljama u razvoju koje čine samo 25% upotrebe pesticida. [49]

Jedna studija je otkrila da pesticid samotrovanje metodom izbora kod jedne trećine samoubistava širom svijeta i preporučila je, između ostalog, više ograničenja na vrste pesticida koji su najštetniji za ljude. [50]

Epidemiološki pregled iz 2014. otkrio je povezanost između autizma i izloženosti određenim pesticidima, ali je napomenulo da dostupni dokazi nisu dovoljni da se zaključi da je veza uzročna. [51]

Profesionalna izloženost poljoprivrednih radnika Edit

Svjetska zdravstvena organizacija i Program UN-a za okoliš procjenjuju da 3 miliona poljoprivrednika u zemljama u razvoju svake godine doživi teško trovanje pesticidima, što rezultira 18.000 smrtnih slučajeva. [52] Prema jednoj studiji, čak 25 miliona radnika u zemljama u razvoju može pretrpjeti blago trovanje pesticidima godišnje. [53] Ostala profesionalna izloženost osim poljoprivrednih radnika, uključujući timare za kućne ljubimce, čuvare zemljišta i fumigatore, također može dovesti pojedince u rizik od uticaja pesticida na zdravlje. [54]

Upotreba pesticida je široko rasprostranjena u Latinskoj Americi, jer se svake godine u regionu potroši oko 3 milijarde američkih dolara. Evidencija ukazuje na povećanje učestalosti trovanja pesticidima u posljednje dvije decenije. Smatra se da su najčešći slučajevi trovanja pesticidima posljedica izlaganja organofosfatnim i karbamatnim insekticidima. [55] Upotreba pesticida kod kuće, upotreba neregulisanih proizvoda i uloga radnika bez dokumentacije u poljoprivrednoj industriji čine karakterizaciju istinske izloženosti pesticidima izazovom. Procjenjuje se da je 50-80% slučajeva trovanja pesticidima neprijavljeno.

Nedovoljno prijavljivanje trovanja pesticidima posebno je uobičajeno u područjima gdje je manje vjerovatno da će poljoprivrednici tražiti njegu u zdravstvenim ustanovama koje mogu pratiti ili pratiti učestalost akutnog trovanja. Obim nenamjernog trovanja pesticidima može biti mnogo veći nego što sugeriraju dostupni podaci, posebno među zemljama u razvoju. Globalno, poljoprivreda i proizvodnja hrane ostaju jedna od najvećih industrija. U istočnoj Africi, poljoprivredna industrija predstavlja jedan od najvećih sektora privrede, sa skoro 80% stanovništva koje se za prihod oslanja na poljoprivredu. [56] Poljoprivrednici u ovim zajednicama oslanjaju se na proizvode pesticida kako bi održali visoke prinose usjeva.

U nekim zemljama istočne Afrike, vlade se okreću ka komercijalnoj poljoprivredi, a mogućnosti stranih konglomerata da upravljaju komercijalnim farmama dovele su do pristupačnijeg istraživanja upotrebe pesticida i izloženosti među radnicima. U drugim područjima u kojima se veliki dio stanovništva oslanja na egzistenciju, malu poljoprivredu, procjenjivanje upotrebe pesticida i izloženosti je teže.

Trovanje pesticidima Uredi

Pesticidi mogu pokazati toksične učinke na ljude i druge neciljne vrste, čija težina ovisi o učestalosti i veličini izloženosti. Toksičnost takođe zavisi od brzine apsorpcije, distribucije u telu, metabolizma i eliminacije jedinjenja iz organizma. Obično korišteni pesticidi poput organofosfata i karbamata djeluju tako što inhibiraju aktivnost acetilholinesteraze, koja sprječava razgradnju acetilholina u neuralnoj sinapsi. Višak acetilholina može dovesti do simptoma kao što su grčevi u mišićima ili drhtanje, zbunjenost, vrtoglavica i mučnina. Istraživanja pokazuju da radnici na farmama u Etiopiji, Keniji i Zimbabveu imaju smanjene koncentracije acetilkolinesteraze u plazmi, enzima odgovornog za razgradnju acetilkolina koji djeluje na sinapse u cijelom nervnom sistemu. [57] [58] [59] Druge studije u Etiopiji su uočile smanjenu respiratornu funkciju kod poljoprivrednika koji prskaju usjeve pesticidima. [60] Brojni putevi izloženosti poljoprivrednih radnika povećavaju rizik od trovanja pesticidima, uključujući dermalnu apsorpciju hodanja po poljima i nanošenje proizvoda, kao i izlaganje udisanjem.

Mjerenje izloženosti pesticidima Uredi

Postoji više pristupa za mjerenje izloženosti osobe pesticidima, od kojih svaki daje procjenu unutrašnje doze pojedinca. Dva široka pristupa uključuju mjerenje biomarkera i markera biološkog efekta. [61] Prvo uključuje direktno mjerenje matičnog jedinjenja ili njegovih metabolita u različitim vrstama medija: urinu, krvi, serumu. Biomarkeri mogu uključivati ​​direktno mjerenje jedinjenja u tijelu prije nego što se biotransformira tokom metabolizma. Drugi pogodni biomarkeri mogu uključivati ​​metabolite matičnog jedinjenja nakon što su bili biotransformisani tokom metabolizma. [61] Toksikokinetički podaci mogu pružiti detaljnije informacije o tome koliko se brzo jedinjenje metabolizira i eliminira iz tijela, te pružiti uvid u vrijeme izlaganja.

Markeri biološkog efekta daju procjenu izloženosti na osnovu ćelijskih aktivnosti povezanih s mehanizmom djelovanja. Na primjer, mnoge studije koje istražuju izloženost pesticidima često uključuju kvantifikaciju enzima acetilholinesteraze u neuralnoj sinapsi kako bi se odredila veličina inhibitornog efekta organofosfatnih i karbamatnih pesticida. [62] [63] [64] [65]

Druga metoda kvantifikacije izloženosti uključuje mjerenje, na molekularnom nivou, količine pesticida koji stupa u interakciju s mjestom djelovanja. Ove metode se češće koriste za profesionalna izlaganja gdje je mehanizam djelovanja bolje shvaćen, kao što je opisano u smjernicama SZO objavljenim u “Biološkom praćenju izloženosti kemikalijama na radnom mjestu”. [66] Potrebno je bolje razumijevanje kako pesticidi izazivaju svoje toksične efekte. prije nego što se ova metoda procjene izloženosti može primijeniti na profesionalnu izloženost poljoprivrednih radnika.

Alternativne metode za procjenu izloženosti uključuju upitnike za razlučivanje od sudionika da li imaju simptome povezane s trovanjem pesticidima. Simptomi koji sami prijavljuju mogu uključivati ​​glavobolje, vrtoglavicu, mučninu, bolove u zglobovima ili respiratorne simptome. [67]

Izazovi u procjeni izloženosti pesticidima Edit

Postoji više izazova u procjeni izloženosti pesticidima u općoj populaciji, kao i mnogi drugi koji su specifični za profesionalnu izloženost poljoprivrednih radnika. Osim radnika na farmi, procjena izloženosti članova porodice i djece predstavlja dodatne izazove i može se desiti kroz izloženost „ponijeti kući“ ostacima pesticida prikupljenim na odjeći ili opremi koja pripada roditeljskim radnicima na farmi i nehotice unesenim u kuću. Djeca također mogu biti izložena pesticidima prenatalno od majki koje su bile izložene pesticidima tokom trudnoće. [68] Karakterizacija izloženosti djece koja nastaje kao rezultat nanošenja pesticida u zraku i prskanja je sličan izazov, ali je dobro dokumentirana u zemljama u razvoju. [69] Zbog kritičnih razvojnih perioda fetusa i novorođene djece, ove neradne populacije su podložnije djelovanju pesticida i mogu biti izložene povećanom riziku od razvoja neurokognitivnih efekata i narušenog razvoja. [70] [71]

Dok mjerenje biomarkera ili markera bioloških efekata može pružiti preciznije procjene izloženosti, prikupljanje ovih podataka na terenu je često nepraktično i mnoge metode nisu dovoljno osjetljive da otkriju niske koncentracije. Kompleti za brzi test holinesteraze postoje za prikupljanje uzoraka krvi na terenu. Provođenje velikih procjena poljoprivrednih radnika u udaljenim regijama zemalja u razvoju čini implementaciju ovih kompleta izazovom. [72] Test kolinesteraze je koristan klinički alat za procjenu individualne izloženosti i akutne toksičnosti. Međutim, značajna varijabilnost u osnovnoj aktivnosti enzima među pojedincima otežava poređenje terenskih mjerenja aktivnosti holinesteraze sa referentnom dozom kako bi se odredio zdravstveni rizik povezan s izloženošću. [72] Još jedan izazov s kojim se istraživači suočavaju u izvođenju referentne doze je identificiranje zdravstvenih krajnjih tačaka koje su relevantne za izlaganje. Potrebno je više epidemioloških istraživanja kako bi se identifikovale kritične zdravstvene krajnje tačke, posebno među populacijama koje su profesionalno izložene.

Prevencija Edit

Minimiziranje štetne izloženosti pesticidima može se postići pravilnom upotrebom lične zaštitne opreme, odgovarajućim vremenom ponovnog ulaska u nedavno prskana područja i efikasnim označavanjem proizvoda za opasne supstance u skladu sa propisima FIFRA. Obuka visokorizične populacije, uključujući poljoprivredne radnike, o pravilnoj upotrebi i skladištenju pesticida, može smanjiti učestalost akutnog trovanja pesticidima i potencijalnih kroničnih zdravstvenih efekata povezanih s izloženošću. Kontinuirano istraživanje toksičnih efekata pesticida na zdravlje ljudi služi kao osnova za relevantne politike i primjenjive standarde koji štite zdravlje za sve populacije.

Efekti na životnu sredinu Edit

Upotreba pesticida izaziva brojne zabrinutosti za životnu sredinu. Preko 98% prskanih insekticida i 95% herbicida stiže na odredište koje nije ciljna vrsta, uključujući neciljne vrste, zrak, vodu i tlo. [19] Odnošenje pesticida nastaje kada pesticidi suspendirani u zraku kao čestice se prenose vjetrom u druga područja, potencijalno ih kontaminirajući. Pesticidi su jedan od uzroka zagađenja vode, a neki pesticidi su postojani organski zagađivači i doprinose kontaminaciji tla i cvijeća (pelud, nektar). [73] Nadalje, upotreba pesticida može negativno utjecati na susjedne poljoprivredne aktivnosti, budući da sami štetočine odlaze i štete obližnjim usjevima na kojima se pesticid ne koristi. [74]

Osim toga, upotreba pesticida smanjuje biodiverzitet, doprinosi opadanju oprašivača, [75] uništava stanište (posebno za ptice), [76] i ugrožava ugrožene vrste. [19]
Štetočine mogu razviti otpornost na pesticid (otpornost na pesticide), zbog čega je potreban novi pesticid. Alternativno, veća doza pesticida može se koristiti za suzbijanje otpornosti, iako će to uzrokovati pogoršanje problema zagađenja okoline.

Stokholmska konvencija o postojanim organskim zagađivačima navela je 9 od 12 najopasnijih i najopornijih organskih hemikalija koje su (sada uglavnom zastarjeli) organoklorni pesticidi. [5] [77] Budući da se klorirani ugljikovodični pesticidi otapaju u mastima i ne izlučuju se, organizmi imaju tendenciju da ih zadržavaju gotovo neograničeno. Biološko uvećanje je proces kojim su ovi klorovani ugljovodonici (pesticidi) više koncentrisani na svakom nivou lanca ishrane. Među morskim životinjama, koncentracije pesticida su veće u ribama mesožderima, a još više u pticama i sisavcima koji se hrane ribom na vrhu ekološke piramide. [78] Globalna destilacija je proces kojim se pesticidi transportuju iz toplijih u hladnije dijelove Zemlje, posebno na Polove i planinske vrhove. Pesticidi koji ispare u atmosferu na relativno visokoj temperaturi mogu se odnijeti vjetrom na znatne udaljenosti (hiljade kilometara) u područje niže temperature, gdje se kondenzuju i vraćaju na tlo pod kišom ili snijegom. [79]

Kako bi se smanjili negativni utjecaji, poželjno je da pesticidi budu razgradivi ili barem brzo deaktivirani u okolišu. Takav gubitak aktivnosti ili toksičnosti pesticida je zbog urođenih hemijskih svojstava jedinjenja i procesa ili uslova okoline. [80] Na primjer, prisustvo halogena unutar hemijske strukture često usporava degradaciju u aerobnom okruženju. [81] Adsorpcija na tlo može usporiti kretanje pesticida, ali također može smanjiti bioraspoloživost mikrobnim degradatorima. [82]

Economics Edit

Šteta Godišnji američki trošak
Zdravstvo 1,1 milijardu dolara
Otpornost na pesticide kod štetočina 1,5 milijardi dolara
Gubici usjeva uzrokovani pesticidima 1,4 milijarde dolara
Gubitak ptica zbog pesticida 2,2 milijarde dolara
Kontaminacija podzemnih voda 2,0 milijarde dolara
Ostali troškovi 1,4 milijarde dolara
Ukupni troškovi 9,6 milijardi dolara

U jednoj studiji, troškovi zdravlja ljudi i okoliša zbog pesticida u Sjedinjenim Državama procijenjeni su na 9,6 milijardi dolara: nadoknađeno za oko 40 milijardi dolara povećane poljoprivredne proizvodnje. [83]

Dodatni troškovi uključuju proces registracije i troškove kupovine pesticida: koje obično snose agrohemijske kompanije, odnosno farmeri. Proces registracije može potrajati nekoliko godina (postoji 70 različitih vrsta terenskih testova) i može koštati 50-70 miliona dolara za jedan pesticid. [83] Početkom 21. stoljeća, Sjedinjene Države su godišnje trošile oko 10 milijardi dolara na pesticide. [83]

Dostupne su alternative pesticidima i uključuju metode uzgoja, korištenje bioloških kontrola štetočina (kao što su feromoni i mikrobni pesticidi), genetski inženjering i metode ometanja uzgoja insekata. [19] Primjena kompostiranog dvorišnog otpada također se koristila kao način kontrole štetočina. [84] Ove metode postaju sve popularnije i često su sigurnije od tradicionalnih hemijskih pesticida. Osim toga, EPA registruje konvencionalne pesticide smanjenog rizika u sve većem broju.

Prakse uzgoja uključuju polikulturu (uzgoj više vrsta biljaka), plodored, sadnju usjeva u područjima gdje ne žive štetnici koji ih oštećuju, vrijeme sadnje prema tome kada će štetočine biti najmanje problematične i korištenje usjeva zamka koji odvlače štetočine od pravi usev. [19] Zamke su uspješno kontrolisale štetočine u nekim komercijalnim poljoprivrednim sistemima dok smanjuju upotrebu pesticida [85] međutim, u mnogim drugim sistemima, usevi zamke ne mogu da smanje gustinu štetočina na komercijalnom nivou, čak i kada usev zamke funkcioniše u kontrolisanim eksperimentima . [86]

Oslobađanje drugih organizama koji se bore protiv štetočina je još jedan primjer alternative upotrebi pesticida. Ovi organizmi mogu uključivati ​​prirodne grabežljivce ili parazite štetočina. [19] Mogu se koristiti i biološki pesticidi na bazi entomopatogenih gljiva, bakterija i virusa koji uzrokuju bolesti kod vrsta štetočina. [19]

Ometanje reprodukcije insekata može se postići sterilizacijom mužjaka ciljne vrste i puštanjem na slobodu, tako da se pare sa ženkama, ali ne proizvode potomstvo. [19] Ova tehnika je prvi put korišćena na mušici puzača 1958. godine i od tada se koristi kod medušice, muhe cece, [87] i ciganskog moljca. [88] Međutim, ovo može biti skup, dugotrajan pristup koji radi samo na nekim vrstama insekata. [19]

Push pull strategija Uredi

Termin "push-pull" ustanovljen je 1987. godine kao pristup za integrisano upravljanje štetočinama (IPM). Ova strategija koristi mješavinu stimulansa koji modificiraju ponašanje kako bi manipulirali distribucijom i obiljem insekata. "Push" znači da se insekti odbijaju ili odvraćaju od bilo kojeg resursa koji se štiti. "Povlačenje" znači da se određeni stimulansi (semiohemijski stimulansi, feromoni, aditivi u hrani, vizuelni stimulansi, genetski izmijenjene biljke, itd.) koriste za privlačenje štetočina da zarobe usjeve gdje će biti ubijeni. [89] Brojne su različite komponente uključene u implementaciju Push-Pull strategije u IPM.

Mnoge studije slučaja koje testiraju efikasnost push-pull pristupa urađene su širom sveta. Najuspješnija push-pull strategija razvijena je u Africi za samoodrživu poljoprivredu.Urađena je još jedna uspješna studija slučaja o kontroli Helicoverpa u usevima pamuka u Australiji. U Evropi, na Bliskom istoku i u Sjedinjenim Državama, push-pull strategije su uspešno korišćene u kontrolisanju Sitona lineatus u poljima pasulja. [89]

Neke prednosti korištenja push-pull metode su manja upotreba kemijskih ili bioloških materijala i bolja zaštita od navikavanja insekata na ovu metodu suzbijanja. Neki nedostaci push-pull strategije su da ako postoji nedostatak odgovarajućeg znanja o ponašanju i hemijskoj ekologiji interakcija između domaćina i štetočina, onda ova metoda postaje nepouzdana. Nadalje, zbog toga što push-pull metoda nije vrlo popularna metoda operativnog IPM-a i troškovi registracije su veći.

Efikasnost Edit

Neki dokazi pokazuju da alternative pesticidima mogu biti jednako efikasne kao i upotreba hemikalija. Studija polja kukuruza u sjevernoj Floridi otkrila je da je primjena kompostiranog dvorišnog otpada s visokim omjerom ugljika i dušika na poljoprivredna polja bila vrlo efikasna u smanjenju populacije biljnih parazitskih nematoda i povećanju prinosa, s povećanjem prinosa u rasponu od 10% do U 212% uočeni efekti su bili dugoročni, često se nisu pojavljivali do treće sezone studije. [84] Dodatna ishrana silikonom skoro u potpunosti štiti neke hortikulturne kulture od gljivičnih bolesti, dok nedovoljna količina silicijuma ponekad dovodi do teške infekcije čak i kada se koriste fungicidi. [90]

Otpornost na pesticide raste i to može učiniti alternative privlačnijim.

Pesticidi se često nazivaju prema vrsti štetočina koje suzbijaju. Pesticidi se također mogu smatrati ili biorazgradivim pesticidima, koje će mikrobi i druga živa bića razgraditi u bezopasna jedinjenja, ili postojanim pesticidima, za koje mogu proći mjeseci ili godine prije nego što se razgrade: to je bila postojanost DDT-a, na primjer , što je dovelo do njegovog nakupljanja u lancu ishrane i njegovog ubijanja ptica grabljivica na vrhu lanca ishrane. Drugi način razmišljanja o pesticidima je razmatranje onih koji su hemijski pesticidi izvedeni iz zajedničkog izvora ili metode proizvodnje. [91]

Insekticidi Edit

Neonikotinoidi su klasa neuroaktivnih insekticida hemijski sličnih nikotinu. Imidakloprid, iz porodice neonikotinoida, je najčešće korišten insekticid na svijetu. [92] Kasnih 1990-ih neonikotinoidi su bili pod sve većim nadzorom zbog njihovog uticaja na životnu sredinu i bili su povezani u nizu studija sa štetnim ekološkim efektima, uključujući poremećaj kolapsa pčelinjih kolonija (CCD) i gubitak ptica usled smanjenja populacije insekata . Godine 2013. Evropska unija i nekoliko zemalja koje nisu članice EU ograničile su upotrebu određenih neonikotinoida. [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99]

Organofosfatni i karbamatni insekticidi imaju sličan način djelovanja. Oni utiču na nervni sistem ciljnih štetočina (i neciljanih organizama) tako što ometaju aktivnost acetilholinesteraze, enzima koji reguliše acetilholin, u nervnim sinapsama. Ova inhibicija uzrokuje povećanje sinaptičkog acetilholina i pretjeranu stimulaciju parasimpatičkog nervnog sistema. [100] Mnogi od ovih insekticida, koji su prvi put razvijeni sredinom 20. stoljeća, vrlo su otrovni. Iako su se uobičajeno koristile u prošlosti, mnoge starije hemikalije su uklonjene s tržišta zbog njihovog utjecaja na zdravlje i okoliš (npr. DDT, hlordan i toksafen). [101] [102] [103] Međutim, mnogi organofosfati nisu postojani u okolišu.

Piretroidni insekticidi razvijeni su kao sintetička verzija prirodnog pesticida piretrina, koji se nalazi u krizantemama. Oni su modificirani kako bi se povećala njihova stabilnost u okruženju. Neki sintetički piretroidi su toksični za nervni sistem. [104]

Herbicidi Edit

Brojne sulfoniluree su komercijalizovane za suzbijanje korova, uključujući: amidosulfuron, flazasulfuron, metsulfuron-metil, rimsulfuron, sulfometuron-metil, terbacil, [105] nikosulfuron, [106] i triflusulfuron-metil. [107] Ovo su herbicidi širokog spektra koji ubijaju biljne korove ili štetočine inhibirajući enzim acetolaktat sintazu. Šezdesetih godina prošlog veka obično se primenjivalo više od 1 kg/ha (0,89 lb/acre) hemikalije za zaštitu bilja, dok sulfonilureati dozvoljavaju samo 1% manje materijala za postizanje istog efekta. [108]

Biopesticidi Edit

Biopesticidi su određene vrste pesticida dobivenih od prirodnih materijala kao što su životinje, biljke, bakterije i određeni minerali. Na primjer, ulje kanole i soda bikarbona imaju pesticidnu primjenu i smatraju se biopesticidima. Biopesticidi spadaju u tri glavne klase:

    pesticidi koji se sastoje od bakterija, entomopatogenih gljivica ili virusa (a ponekad uključuju i metabolite koje proizvode bakterije ili gljive). Entomopatogene nematode se takođe često klasifikuju kao mikrobni pesticidi, iako su višećelijske. [109][110]
  • Biohemijski pesticidi ili biljni pesticidi [111] su prirodne supstance koje kontrolišu (ili prate u slučaju feromona) štetočine i mikrobne bolesti.
  • Sredstva za zaštitu biljaka (PIP) imaju genetski materijal drugih vrsta ugrađen u njihov genetski materijal (tj.GM usjevi). Njihova upotreba je kontroverzna, posebno u mnogim evropskim zemljama. [112]

Klasificirano prema vrsti štetočina Uredi

Pesticidi koji su vezani za vrstu štetočina su:

Tip Akcija
Algicidi Kontrolišite alge u jezerima, kanalima, bazenima, rezervoarima za vodu i drugim lokacijama
Sredstva protiv obrastanja Ubijte ili otjerajte organizme koji se vežu za podvodne površine, poput dna čamaca
Antimikrobna sredstva Ubijaju mikroorganizme (kao što su bakterije i virusi)
Atraktanti Privucite štetočine (na primjer, da namamite insekta ili glodara u zamku). (Međutim, hrana se ne smatra pesticidom kada se koristi kao atraktant.)
Biopesticidi Biopesticidi su određene vrste pesticida dobivenih od prirodnih materijala kao što su životinje, biljke, bakterije i određeni minerali
Biocidi Ubijte mikroorganizme
Sredstva za dezinfekciju i dezinfekciju Ubiti ili inaktivirati mikroorganizme koji stvaraju bolesti na neživim objektima
Fungicidi Ubijte gljivice (uključujući gljivice, plijesan, plijesan i rđu)
Fumiganti Proizvodi plin ili paru namijenjenu uništavanju štetočina u zgradama ili zemljištu
Herbicidi Ubijte korov i druge biljke koje rastu tamo gdje nisu željene
Insekticidi Ubijte insekte i druge člankonošce
Miticidi Ubijte grinje koje se hrane biljkama i životinjama
Mikrobni pesticidi Mikroorganizmi koji ubijaju, inhibiraju ili potiskuju konkurentske štetočine, uključujući insekte ili druge mikroorganizme
Moluscicidi Ubijte puževe i puževe
Nematicidi Ubijte nematode (mikroskopske, crvolike organizme koji se hrane korijenjem biljaka)
Ovicidi Ubijte jaja insekata i grinja
Feromoni Biokemikalije koje se koriste za ometanje parenja insekata
Repelenti Otjerajte štetočine, uključujući insekte (kao što su komarci) i ptice
Rodenticidi Kontrolirajte miševe i druge glodare
Slimicides Ubijte mikroorganizme koji proizvode sluz kao što su alge, bakterije, gljivice i plijesni

Ostali tipovi Uredi

Termin pesticid uključuje i ove supstance:

    : Uzrokovati opadanje lišća ili drugog lišća sa biljke, obično da bi se olakšala žetva. : Promoviše sušenje živih tkiva, kao što su neželjeni biljni vrhovi. : Ometaju linjanje, zrelost od stadija kukuljice do odrasle osobe ili druge životne procese insekata. : Supstance (isključujući đubriva ili druge biljne hranljive materije) koje menjaju očekivani rast, cvetanje ili stopu reprodukcije biljaka.
  • Soil sterilant: hemikalija koja privremeno ili trajno sprečava rast svih biljaka i životinja, u zavisnosti od hemikalije. Sredstva za sterilizaciju tla moraju biti registrovana kao pesticidi. [113] : Koriste se za pravljenje drveta otpornog na insekte, gljivice i druge štetočine.

International Edit

U mnogim zemljama, pesticide mora odobriti državna agencija za prodaju i upotrebu. [114] [115]

Širom svijeta, 85% zemalja ima zakone o pesticidima za pravilno skladištenje pesticida, a 51% uključuje odredbe koje osiguravaju pravilno odlaganje svih zastarjelih pesticida. [116]

U Europi je odobreno zakonodavstvo EU koje zabranjuje upotrebu visoko toksičnih pesticida, uključujući one koji su kancerogeni, mutageni ili toksični za reprodukciju, one koji remete endokrini sustav, te one koji su postojani, bioakumulativni i toksični (PBT) ili vrlo postojani i vrlo bioakumulativan (vPvB) i odobrene su mjere za poboljšanje opće sigurnosti pesticida u svim državama članicama EU. [117]

Iako se propisi o pesticidima razlikuju od zemlje do zemlje, pesticidima i proizvodima na kojima su korišteni trguju se preko međunarodnih granica. Kako bi se pozabavili nedosljednostima u propisima među zemljama, delegati na konferenciji Organizacije Ujedinjenih nacija za hranu i poljoprivredu usvojili su Međunarodni kodeks ponašanja o distribuciji i upotrebi pesticida 1985. godine kako bi stvorili dobrovoljne standarde regulative pesticida za različite zemlje. [114] Kodeks je ažuriran 1998. i 2002. [118] FAO tvrdi da je kodeks podigao svijest o opasnostima pesticida i smanjio broj zemalja bez ograničenja upotrebe pesticida. [4]

Tri druga nastojanja da se poboljša regulacija međunarodne trgovine pesticidima su Londonske smjernice Ujedinjenih nacija za razmjenu informacija o hemikalijama u međunarodnoj trgovini i Komisija Ujedinjenih nacija Codex Alimentarius. Prvi nastoji implementirati procedure za osiguranje postojanja prethodnog informiranog pristanka između zemalja koje kupuju i prodaju pesticide, dok drugi nastoji stvoriti jedinstvene standarde za maksimalne nivoe ostataka pesticida među zemljama učesnicama. [119]

Obrazovanje o sigurnosti pesticida i propisi o primjeni pesticida dizajnirani su da zaštite javnost od zloupotrebe pesticida, ali ne eliminišu svaku zloupotrebu. Smanjenje upotrebe pesticida i odabir manje toksičnih pesticida može smanjiti rizike koji se stavljaju na društvo i okoliš od upotrebe pesticida. [23] Integrirano upravljanje štetočinama, korištenje višestrukih pristupa u kontroli štetočina, postaje široko rasprostranjeno i s uspjehom se koristi u zemljama kao što su Indonezija, Kina, Bangladeš, SAD, Australija i Meksiko. [19] IPM pokušava da prepozna šire uticaje djelovanja na ekosistem, tako da se prirodna ravnoteža ne naruši. [17] Novi pesticidi se razvijaju, uključujući biološke i botaničke derivate i alternative za koje se smatra da smanjuju rizike po zdravlje i životnu sredinu. Osim toga, aplikatori se ohrabruju da razmotre alternativne kontrole i usvoje metode koje smanjuju upotrebu hemijskih pesticida.

Mogu se stvoriti pesticidi koji su ciljani na životni ciklus određene štetočine, što može biti ekološki prihvatljivije. [120] Na primjer, nematode ciste krompira izlaze iz svojih zaštitnih cista kao odgovor na hemikaliju koju izlučuje krompir, kojom se hrane krompirom i oštećuju usev. [120] Slična hemikalija se može primeniti na polja rano pre nego što se krompir zasadi, uzrokujući da se nematode rano pojavljuju i gladuju u nedostatku krompira. [120]

Sjedinjene Američke Države Edit

Studije se moraju sprovesti kako bi se utvrdili uslovi u kojima je materijal bezbedan za upotrebu i efikasnost protiv predviđenih štetočina. [122] EPA reguliše pesticide kako bi se osiguralo da ovi proizvodi ne izazivaju štetne efekte na ljude ili okolinu, s naglaskom na zdravlje i sigurnost djece. [123] Pesticidi proizvedeni prije novembra 1984. nastavljaju se ponovno procjenjivati ​​kako bi zadovoljili trenutne naučne i regulatorne standarde. Svi registrovani pesticidi se pregledavaju svakih 15 godina kako bi se osiguralo da ispunjavaju odgovarajuće standarde. [121] Tokom procesa registracije, kreira se oznaka. Naljepnica sadrži upute za pravilnu upotrebu materijala uz sigurnosna ograničenja. Na osnovu akutne toksičnosti, pesticidi se svrstavaju u klasu toksičnosti. Pesticidi su najtemeljitije testirane hemikalije nakon lijekova u Sjedinjenim Državama koji se koriste u hrani zahtijevaju više od 100 testova kako bi se odredio niz potencijalnih utjecaja. [123]

Neki pesticidi se smatraju previše opasnim za prodaju široj javnosti i označeni su kao pesticidi ograničene upotrebe. Samo certificirani aplikatori, koji su položili ispit, mogu kupovati ili nadzirati primjenu pesticida ograničene upotrebe. [114] Evidencije o prodaji i upotrebi moraju se održavati i mogu biti revidirane od strane vladinih agencija zaduženih za provođenje propisa o pesticidima. [124] [125] Ovi zapisi moraju biti dostupni zaposlenima i državnim ili teritorijalnim regulatornim agencijama za okoliš. [126] [127]

Uz EPA, Ministarstvo poljoprivrede Sjedinjenih Država (USDA) i Uprava za hranu i lijekove Sjedinjenih Država (FDA) postavili su standarde za nivo ostataka pesticida koji je dozvoljen na ili u usjevima. [128] EPA razmatra koji bi potencijalni efekti na zdravlje ljudi i okoliš mogli biti povezani s upotrebom pesticida. [129]

Pored toga, Američka agencija za zaštitu životne sredine koristi proces Nacionalnog istraživačkog saveta u četiri koraka za procenu rizika po ljudsko zdravlje: (1) Identifikacija opasnosti, (2) Procena doze i odgovora, (3) Procena izloženosti i (4) Karakterizacija rizika. [130]

Nedavno je okrug Kaua'i (Havaji) usvojio zakon br. 2491 kojim se dodaje članak u Poglavlje 22 okružnog zakona koji se odnosi na pesticide i GMO. Prijedlog zakona jača zaštitu lokalnih zajednica u Kaua'iju gdje mnoge velike kompanije za pesticide testiraju svoje proizvode. [131]

Kanada Edit

EU Edit

Ostaci pesticida se odnose na pesticide koji mogu ostati na hrani ili u njoj nakon što se nanesu na usjeve. [132] Maksimalno dozvoljene nivoe ovih ostataka u hrani često propisuju regulatorna tijela u mnogim zemljama. Propisi kao što su intervali prije žetve također često sprječavaju žetvu usjeva ili stočnih proizvoda ako su nedavno tretirani kako bi se omogućilo da se koncentracije ostataka s vremenom smanje na sigurne razine prije žetve. Izloženost opće populacije ovim ostacima najčešće se događa kroz konzumaciju tretiranih izvora hrane ili u bliskom kontaktu sa područjima tretiranim pesticidima kao što su farme ili travnjaci. [133]

Mnogi od ovih hemijskih ostataka, posebno derivati ​​hlorisanih pesticida, pokazuju bioakumulaciju koja se može nagomilati do štetnih nivoa u telu, kao iu okolini. [134] Postojane hemikalije mogu se povećati kroz lanac ishrane i otkrivene su u proizvodima u rasponu od mesa, peradi i ribe, do biljnih ulja, orašastih plodova i različitog voća i povrća. [135]

Kontaminacija pesticidima u okolišu može se pratiti putem bioindikatora kao što su pčelinji oprašivači. [73]


Otvorene prijave za HHMI Interfaces Scholar Award predavača

Program kvantitativne biologije na Univerzitetu Brandeis, podržan grantom Medicinskog instituta Howard Hughes, sada prima prijave za nagradu za pripremu izvanrednog skupa od tri pedagoška predavanja na temu na spoju fizičkih i biomedicinskih nauka. Ova predavanja će se održati na Kvantitativnom biološkom kampu, od 26. januara do 27. januara 2013. Nagrada se sastoji od novčane nagrade od 2.000 dolara.

Svaki diplomirani student ili postdoktorski istraživač-saradnik koji je trenutno u Brandeisu ima pravo da se prijavi. Paket aplikacije treba da se sastoji od kratkih curriculum vitae i pregled na jednoj stranici tri predavanja. QB fakultet će raditi sa uspešnim aplikantom u pripremi predavanja. Prijave se podnose Jen Scappini, (jscappin at brandeis dot edu). O terminu će se raspravljati na sastanku.

Informativna sesija za potencijalne kandidate održaće se u petak, 26. oktobra, 9:30-10:00 u Kosow 207

Spisak prošlih pobednika i linkove na njihove prezentacije predavanja možete pronaći na http://www.brandeis.edu/programs/quantbio/interdisciplinary.html


Abstract

Lančana reakcija polimeraze kontinuiranog protoka (CF-PCR) u mikrofluidnim uređajima ima veliki potencijal za detekciju različitih patogena i vrsta hrane na licu mjesta zbog njihove velike brzine amplifikacije deoksiribo nukleinske kiseline (DNK). Međutim, pumpe s kontroliranim protokom, kao što su špriceve pumpe, su apsolutno neophodne, što uzrokuje složene i teške operacije. Ovdje predstavljamo samohodni CF-PCR (SP-CF-PCR) u mikrofluidnom uređaju koji ne zahtijeva vanjske pumpe za kontrolu protoka. PCR rastvor se jednostavno ispušta na ulaz i autonomno se transportuje kapilarnim silama. Jedna od poteškoća u rješavanju kapilarnog toka u PCR mikrofluidnom uređaju je da se temperatura PCR otopine periodično mijenja. Za razliku od prethodnih teorijskih pristupa koji se bave jednom stabilnom temperaturnom zonom, po prvi put je pomak kapilarnog toka tokom promjene temperature matematički formuliran i simuliran korištenjem eksperimentalnih vrijednosti viskoziteta i kapilarnih pritisaka na svakoj temperaturi kao parametara za simulaciju. . Na osnovu odličnog poklapanja između simuliranih i eksperimentalnih podataka kapilarnog toka, uspjeli smo otkriti optimizirani dizajn mikrokanala širine 150 μm i dubine 150 μm koji je uspješno transportirao preko 1600 mm za izvođenje PCR-a u roku od manje od 14 min isključivo kapilarnim silama. Također smo demonstrirali SP-CF-PCR za verifikaciju našeg koncepta. Specifična pojačanja od 295 bp β-aktin iz ljudskog genoma, 232 bp virusa gripe AH1pdm i 95 bp 16S rDNK Escherichia coli genomske DNK su uspješno postignute, što je dokazalo mogućnosti primjene našeg uređaja.