Mutationen in der DNA können auftreten aus verschiedenen Gründen. Zum Beispiel schädigt radioaktive Strahlung genetische Buchstaben, die stickstoffhaltige Basen sind. Da sie den genetischen Code bilden, verursachen ihre Schäden Fehler in der DNA, wodurch Mutationen auftreten. Kosmische Strahlung zum Beispiel ist dafür bekannt, den genetischen Code leicht zu beschädigen. Außerdem stellen sie eine Gefahr dar, vor der man sich nur sehr schwer schützen kann. Unabhängig davon, wie geschützt die ISS ist, ist die Strahlung auf ihr 100-mal höher als auf der Erde. Dies erschwert Langzeit-Weltraumflüge erheblich. Aber wie sich herausstellte, ist die kosmische Strahlung nicht die einzige Gefahr, die den genetischen Code im Weltraum bedroht. Es stellt sich heraus, dass die Abwesenheit der Schwerkraft auch Mutationen verursachen kann, wie von amerikanischen Wissenschaftlern berichtet.
In Abwesenheit der Schwerkraft treten Fehler in der DNA auf
Ohne Schwerkraft, DNA beim Kopieren treten Fehler auf
Fehler im genetischen Code können auch ohne Mutagene, also von selbst, auftreten. Dies liegt daran, dass die für das Kopieren der DNA verantwortlichen Enzyme, es sind auch DNA-Polymerasen, ihre Aufgabe nicht hundertprozentig genau erfüllen. Es ähnelt einer Person, die einen Text neu schreibt. Theoretisch sollten Original und Kopie identisch sein, in der Praxis können sich jedoch Fehler in die Kopie einschleichen. Darüber hinaus sind solche Mutationen möglicherweise nicht nur ein Fehler der Natur, sondern haben eine praktische Bedeutung. Einigen Wissenschaftlern zufolge sind sie die Hauptantriebskraft der Evolution und nicht die natürliche Auslese.
Aber was hat die Schwerkraft damit zu tun, fragen Sie? Nach Angaben der Mitarbeiter der University of Toronto und der University of Queens beeinflusst die Schwerkraft die Genauigkeit des Kopierens des genetischen Codes durch die DNA-Polymerase. Zu diesem Schluss kamen sie als Ergebnis einer Studie, die in einem Düsenflugzeug durchgeführt wurde. Es stieg auf eine Höhe von 8 km und fiel dann innerhalb von 20 Sekunden frei auf eine Höhe von 3,3 km. Infolgedessen entstand an Bord Schwerelosigkeit, oder besser gesagt Mikrogravitation, ähnlich der, die Fallschirmspringer im freien Flug erleben, bevor sich der Fallschirm öffnet.
Unter Bedingungen des freien Falls machten DNA-Polyerasen viele Fehler beim Kopieren des DNA-Codes
Die Autoren der Arbeit verwendeten einen speziellen Apparat, der es ermöglicht, einen Teil der DNA mit einer Länge von tausend Nukleotiden in einem halbautomatischen Modus zu kopieren. Während der Studie verdoppelte die DNA-Polymerase den genetischen Code von E. coli. Details wurden in Frontiers in Cell and Developmental Biology veröffentlicht. Den Autoren des Artikels zufolge machte die DNA-Polymerase in der Schwerelosigkeit viel mehr Fehler als unter normalen terrestrischen Bedingungen. Außerdem stieg der Fehlerprozentsatz auf 140 %.
Die Fehler waren sehr unterschiedlich. Manchmal fügte das kopierende Enzym den falschen genetischen Buchstaben in den genetischen Code ein. Er übersprang auch Buchstaben oder fügte ein paar zusätzliche Buchstaben statt eines ein. Es stimmt, die meisten dieser Mutationen wurden durch die Fehlerprüffunktion eliminiert, die mit einer Person verglichen werden kann, die einen Text liest, nachdem er ihn umgeschrieben hat. Trotzdem blieben einige Fehler bestehen.
Die Schwerkraft beeinflusst alle Mechanismen, die in lebenden Organismen auf der Erde vorkommen
Warum das Fehlen von Schwerkraft verursacht Mutationen
Die Ergebnisse einer Studie amerikanischer Wissenschaftler werfen die Frage auf – warum beeinflusst die Schwerkraft die Genauigkeit des Kopierens des genetischen Jahres? Tatsache ist, dass Leben unter Bedingungen konstanter Schwerkraft entstand und sich entwickelt hat. Wie die Autoren der Studie vermuten, beeinflusste die Schwerkraft alle Mechanismen, die in lebenden Organismen vorkommen, einschließlich Molekülen. Dies ist jedoch nur eine allgemeine Annahme. Wissenschaftler können noch nicht genau sagen, wie die Schwerkraft DNA-Polymerasen beeinflusst.
Eine noch interessantere und aktuellere Frage ist, ob der Einfluss der Schwerkraft auf DNA-Kopiermechanismen für Astronauten gefährlich ist? Sehr wahrscheinlich nicht. Tatsache ist, dass sich unsere Zellen von Bakterienzellen unterscheiden und molekulare Prozesse in ihnen anders ablaufen.
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Der hohe Fehler der DNA-Polymerase in der Schwerelosigkeit ist für Astronauten wahrscheinlich nicht gefährlich
In In unseren Zellen gibt es spezielle Mechanismen, die Mutationen korrigieren. Darüber hinaus haben Wissenschaftler als Ergebnis anderer Studien festgestellt, dass sie hochwirksam sind. Zum Beispiel haben Samenzellen, die sich schon lange in der Umlaufbahn befinden, die Fähigkeit zur Befruchtung gezeigt. Darüber hinaus entstehen durch die Befruchtung einer Eizelle völlig gesunde Embryonen. Ausführliche Informationen dazu wurden von den Wissenschaftlern des Yamanashi Institute in Science Advances veröffentlicht.
Abschließend möchte ich Sie daran erinnern, dass Mutationen nicht nur negativ sein können und zu verschiedenen Gesundheitsproblemen führen können, wie beispielsweise der Onkologie, sondern auch positiv. Einigen Wissenschaftlern zufolge kann die Mutation insbesondere die Lebenserwartung um 23 % erhöhen.