9 de agosto de 2020

Rusian Massive Particle Accelerator: P. ACUÑA VIGIL

 How the Soviets Nearly Built Their Own Massive Particle Accelerator Almost 15 Years Before CERN© Sputnik / Валерий Шустов

RUSSIA

18:20 GMT 09.08.2020(updated 18:35 GMT 09.08.2020)Get short URL

by Ilya Tsukanov

P. CAYETANO ACUÑA VIGIL

Comparto esta información sobre los avances de los científicos rusos en la construcción de su acelerador de particulas. 

The European Organization for Nuclear Research completed the Large Hadron Collider (LHC) – the world’s largest and most powerful particle accelerator, in 2008. However, buried underground near a town outside Moscow are the remnants of a little known, but no less ambitious project which would have rivaled the LHC’s immense scale.

For much of the Cold War, Soviet, European and American scientists raced to build more and more powerful particle accelerators to carry out important experiments in nuclear and particle physics, with the complicated and costly ring-shaped machines using electromagnetic fields to propel charged particles to extremely high speeds and energies and smash them into one another to enable scientists to obtain crucial information in the fields of fundamental sciences, but just as importantly, practical data for research into industrial processes, radiotherapy, biomedicine, X-rays, and much, much more.

Work on the creation of colliders began almost simultaneously in the late 1950s at laboratories in Frascati (Italy), the Stanford Linear Accelerator Center in California, and the Budker Institute of Nuclear Physics in the Siberian town of Akademgorodok (literally ‘Science Town’) outside Novosibirsk.

Between the early 1960s and the mid-1980s, ever more powerful colliders were built in France and Italy, Siberia, California, Massachusetts, Germany, and Japan. Between 1963 and 1974, Soviet physicists built three major colliders – the VEP-1 (‘VEP’ being the Russian acronym for ‘Colliding Electron Beams’), the VEPP-2 (the second P is for 'Positron') and the VEPP-2M.


The control room at the VEPP-2 facility at the Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Soviet Academy of Sciences. 1973.

© SPUTNIK / А. ЛОБОВ


Control room at the VEPP-2 facility at the Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Soviet Academy of Sciences. 1973.

However, as the 1980s rolled around, Soviet efforts seemed to be slowing down. As other countries inaugurated new particle accelerators taking advantage of the information technology revolution, Soviet scientists were stuck with 1970s technology which, although revolutionary at the time of its creation, could no longer on its own meet physicists' increasingly ambitious demands.

In 1983, the government stepped in and approved a new project – the ‘Accelerator-Storage Complex’, or UNK, a massive scientific facility featuring a 21 km long main tunnel (for comparison, the LHC’s tunnel is 27 km in circumference), dozens of support buildings and the capability to provide researchers with up to 3,000 Giga-electron-volts (GEVs) of power, i.e. about three times that of the Fermi National Accelerator Laboratory outside Chicago, Illinois, the most powerful particle accelerator in the world at the time.

About a billion Soviet rubles were poured into the project, and construction of the UNK began about 100 km southwest of Moscow at the Institute for High Energy Physics in Protvino, a major scientific center which gained international prominence in the physics community in the late 1960s after building the U-70 proton synchrotron with the ability to generate proton energy of 76 GeV, a world record at the time.

According to the plan, the U-70 would have been used for the first accelerating stage, with the 21 km-long tunnels to have an inner diameter of 5 meters and be situated between 20-60 meters underground. At intervals of approximately every 1.5 km, massive underground halls containing instrumentation equipment would be placed, with these areas connected to the surface using vertical shafts used for wiring, transport, and other purposes.


Construction of above-ground support facilities for the UNK proton accelerator.

© PHOTO : INSTITUTE FOR HIGH ENERGY PHYSICS

Construction of above-ground support facilities for the UNK proton accelerator.

Between 1983 and 1986, work proceeded at a snail’s pace, with only about 1.5 km of the tunnel complex built. In 1987, work was intensified dramatically, and in what was an unprecedented step at the time, the USSR bought a pair of modern tunnel boring machines from Canadian company Lovat, and construction was accelerated.

By 1989, about 70 percent of the main tunnel ring and over 95 percent of the secondary 2.5 km long ‘injection tunnel’ meant for the transfer of particles from the U-70 to the UNK was completed, with three of the planned 12 engineering support buildings finished and over twenty multi-story industrial buildings connected communications and utilities begun. Thrilled by the accelerated progress, physicists from the Institute hoped to get the facility up and running and carry out their first experiments by the mid-1990s.



Finished section of the tunnel.

© PHOTO : INSTITUTE FOR HIGH ENERGY PHYSICS

Finished section of the tunnel.

Unfortunately, it was at this time that the project began to run into financial difficulties, with bungled economic and political reforms, combined with the loss of many of the USSR’s Council for Mutual Economic Assistance allies, leading to a virtual freeze in funding.

The collapse of the Soviet Union in December 1991 seemed destined to seal the UNK’s fate completely. However, the new government soon calculated that the cost of mothballing the unfinished ring would have been too high, while destroying it by flooding would have posed a threat to the local ecological balance. So, for the next four years, construction continued, and the main tunnel was finally finished in late 1994. Ultimately, the more costly and material-intensive technical components proved to be impossible to complete. For instance, only a few dozen of the 2,500 10 tonne apiece superconducting magnets were delivered for installation.

In 1998, the same year that CERN began construction of the LHC, Russia defaulted on its foreign debts, and the UNK project was closed for good. The main tunnel remains preserved in a mothballed state and contains functioning emergency lighting and ventilation, with groundwater pumped out to prevent tunnel collapse.

CERN signed an agreement with the Institute of High Energy Physics in 1993, and as many as 700 Russian scientists (and many more from other former Soviet Republics) ultimately ended up taking part in the construction of the $4.75 billion LHC project.

Russian Prime Minister Dmitri Medvedev watches the ATLAS particle detector, constructed at the Large Hadron Collider, as he tours CERN in Geneva, Switzerland. First Deputy Minister of Science and Higher Education Grigory Trubnikov, right.

© SPUTNIK / DMITRY ASTAKHOV

Russian Prime Minister Dmitri Medvedev watches the ATLAS particle detector, constructed at the Large Hadron Collider, as he tours CERN in Geneva, Switzerland.

The UNK project had a website, www.oku.ihep.su, although it is believed to have been lost. Fortunately, snapshots of the site, complete with photographs of the project at various stages of construction, can be found using the Wayback Machine.

The unfinished UNK facility continues to be a source of fascination for ‘diggers’, thrill-seeking Russian youngsters seeking to make their way into secret underground areas. However, any adventurous wanderers out there have been warned – the facility has onsite security, and has taken active measures to stop people from ‘accidentally’ strolling into the vast unfinished underground 'science city'.

https://sputniknews.com/russia/202008091080113676-how-the-soviets-nearly-built-their-own-massive-particle-accelerator-15-years-before-cern/


22 de junio de 2020

La contribución de Galileo

La contribución de Galileo




Comparto con Uds. esta información sobre la contribución de Galileo al conocimiento cintífico.

Galileo vivió entre 1564 y 1642, en plena época de los grandes descubrimientos europeos. Su aporte científico se inicia con su trabajo de observación del universo y con su labor de razonamiento de lo que observaba. Realizó descubrimientos y exploró con su telescopio la superficie de la luna. Con esta actividad científica puso en duda la distinción aristotélica de la dualidad natural / artificial.

Ralizó sus investigaciones sobre la caída de los cuerpos, en Padua desarrolló su teoría del movimiento y realizó sus observaciones astronómicas. Su trabajo dió origen al nacimiento de una nueva física.

Estudio a la luna, jupiter y venus y observo las manchas solares. Los resultados de sus observaciones contradecian los postulados de Aristóteles. 


Sumario
1 El nacimiento de una nueva física
2 Ley de caída libre
3 El argumento de la torre
4 Observaciones de Galileo
5 Galileo observa las lunas de Júpiter
6 Las montañas de la Luna
6.1 Galileo Galilei
7 Galileo y la certeza física

El nacimiento de una nueva física

El modelo copernicano había desafiado a la astronomía aristotélica. Se podía mostrar que los movimientos de los astros podían explicarse (aunque no sin gran desajuste con los datos) si se suponía que la Tierra realizaba un movimiento de giro sobre su eje y a su vez una traslación alrededor del Sol. 

Pero el modelo copernicano nada decía de los movimientos que realizaban los cuerpos aquí en la Tierra. Si las piedras caían porque, según el modelo aristotélico, su lugar natural es el centro del universo, entonces ¿por qué caen hacia el centro de la Tierra si ésta ya no es el centro del universo? Si Copérnico tenía razón, entonces los objetos deben caer por otro motivo.

Galileo se dedicó, entre otras cosas, al estudio de la caída de los cuerpos. No llegó a darnos un motivo por el cual caen los cuerpos, como lo hizo Newton años más tarde, pero nos dejó una nueva manera de estudiar la naturaleza. Galileo observó la naturaleza esperando encontrar regularidades, leyes de la naturaleza. 

La observación y la recolección de datos tenían un papel importante en la obtención de la forma matemática de esas leyes.

Los razonamientos y los experimentos mentales (imaginados), en cambio, le servían de guía para proponer las distintas relaciones entre fenómenos. De su estudio de la caída de los cuerpos Galileo concluyó que, cuando el rozamiento con el aire es despreciable, todos los cuerpos caen con la misma aceleración (en un mismo lugar de la Tierra). 

Para alcanzar esta conclusión Galileo se nutrió, como dijimos, de dos vertientes diferentes. Por un lado, acumuló una gran cantidad de datos midiendo el tiempo de caída de diferentes cuerpos desde una misma altura. Por otra parte, pensó que si un cuerpo más pesado caía más rápidamente, entonces, al atar dos ladrillos iguales, el conjunto caería más rápidamente que cada una de sus dos mitades, y esto le pareció absurdo.

Ley de caída libre
Galileo descubrió que el espacio recorrido por un cuerpo en caída libre (s) a medida que transcurre el tiempo (t) obedece a la ley cuadrática:

s = k.t 2

y la velocidad del cuerpo en la caída se incrementa en la misma cantidad en cada segundo de caída, de modo que la velocidad v y el tiempo de caída t cumplen con la ley lineal: v = a t

La constante de proporcionalidad k y la aceleración a no dependen del cuerpo.

Figura. Gráfica de la ley de Galileo de caída de los cuerpos.

El argumento de la torre
Figura a) Se suelta la piedra desde la torre.




No obstante los avances que pudo realizar con su descubrimiento de la ley de caída libre, Galileo tendría que enfrentar las objeciones de los defensores del geocentrismo. Su descripción de la caída libre parecía oponerse al modelo heliocéntrico. Si la Tierra se mueve según el modelo copernicano al que adhería Galileo, ¿cómo es que una piedra que se suelta desde lo alto de una torre cae al pie de ella y no desplazada?

Figura b) Si la torre se mueve con la Tierra, la piedra debe caer atrasada, según la antigua física.

Si la torre se mueve junto con la Tierra mientras la piedra cae, entonces la piedra deberá caer a cierta distancia hacia atrás de la base de la torre. Galileo propuso que la piedra, por haber estado sostenida en lo alto de la torre, había adquirido el movimiento de la torre, y que la caída no afectaría tal movimiento. 

Así la piedra tendría una inercia que, según Galileo, consiste en que un cuerpo conserva el tipo de movimiento que tenía previamente. Con esto Galileo intentaba compatibilizar el movimiento de una piedra con el de todo el planeta Tierra.

Observaciones de Galileo
Por otra parte, Galileo se dedicó al estudio del cielo con la ayuda de un telescopio que modificó él mismo para mejorarlo. Con ayuda del telescopio, Galileo descubrió que Venus tenía fases como la Luna, que la Luna tenía montañas y valles, que Júpiter tenía lunas, que había más estrellas que las que se podían ver a simple vista y que Saturno tenía unas salientes (como orejas) que cambian con el tiempo (aunque no pudo determinar que eran anillos). Incluso llegó a descubrir y dibujar las manchas solares. Cada uno de estos descubrimientos estaba en contra del modelo aristotélico.

Lectura: Galileo observa Neptuno

Galileo observa las lunas de Júpiter
Manuscrito de Galileo sobre las observaciones de las lunas de Júpiter

Galileo había observado con su telescopio "astros vagabundos" que giraban alrededor de Júpiter, así como los valles y montañas de la luna y multitud de estrellas que no se observaban a simple vista. Todas estas observaciones fueron publicadas en 1610 bajo el nombre Siderus nuncius ( en latín-que era la lengua que se utilizaba para publicaciones científicas en ese entonces- "mensaje de los astros")

Observación actual de las lunas descubiertas por Galileo

Las montañas de la Luna
Galileo modificó un telescopio para darle mayor poder y con ello poder observar con más detalle la superficie de la Luna. Sin embargo esta modificación también producía efectos no deseados, aberraciones, de modo que era necesario distinguir entre los aspectos de la imagen que eran amplificadas y los aspectos que solamente aparecían como un defecto del instrumento. Para esa época no se disponía de una teoría óptica, sino que el conocimiento sobre las lentes era un conocimiento técnico basado en la tradición de pulir las lentes para obtener diferentes grados de aumento.

Por este motivo era difícil para Galileo respaldar sus observaciones de rasgos en la superficie de la luna que sus oponentes no querían aceptar. Galileo respaldaba el uso del telescopio mostrando que con este instrumento se podían observar detalles de un barco que todavía no llegó a puerto y luego verificar que esos detalles estaban en el barco. Esto constituía un método de prueba que garantizaba que el telescopio no creaba las imágenes sino que las amplificaba.

Sin embargo esta prueba solo sirve para objetos que más tarde podemos inspeccionar de modo directo. Esto restringe el método de prueba a un rango de distancias y objetos de modo que no es el mismo modo respaldo que necesitamos para garantizar las imágenes que nos llegan de la superficie lunar.

Galileo tenía un método de respaldo que no podía extrapolarse al rango en el que era necesario hacer las observaciones. Que el telescopio no crea imágenes sino que las amplifica era algo probado para un rango, pero lo que estaba en discusión no tenía ningún respaldo y sería necesario tener una teoría (óptica) para obtener ese respaldo.

Las observaciones que realizó Galileo le dieron la convicción de que en la superficie de la Luna había cráteres y montañas. Esto no era aceptable para el modelo geocentrista defendida por la mayoría de los científicos de su época. 

Según el geocentrismo la Luna, ubicada en la zona supralunar, debía ser perfectamente esférica. Su superficie no podía tener irregularidades. Estas observaciones entonces constituían una anomalía para el geocentrismo, siempre que se aceptara que lo que estamos viendo con el telescopio es algo que corresponde a la superficie lunar y no que es una imagen creada por el propio telescopio, es decir que no sea una aberración.

Los oponentes de Galileo, con la intención de defender su cosmovisión geocentrista, tenían su mejor objeción en que no tenemos garantía de que lo que se ve por el telescopio realmente exista en la Luna.

Pero una segunda estrategia fue la de generar una hipótesis ad hoc bastante divertida. La estrategia era aceptar que la Luna tenía cráteres y montañas pero estaba rodeada de una capa imperceptible que la rodeaba, y esta capa imperceptible era perfectamente esférica y sin rugosidades.

Se cuenta que Galileo respondió que efectivamente la Luna tenía una capa imperceptible que la rodeaba, pero que esa capa copiaba los cráteres y las montañas. De este modo el recurso a la hipótesis ad hoc se torna totalmente inútil ya que no es posible poner a prueba ninguna afirmación acerca de una capa que es "imperceptible".

Dibujos de la Luna hechos por Galileo.

Galileo Galilei
(1564-1642) nació en Pisa, pero pronto se trasladó a Florencia, en donde al principio estudió dibujo para ser pintor (entusiasmado por el movimiento renacentista). A instancias de su padre inició estudios de medicina, pero finalmente su entusiasmo se dirigió hacia la matemática y la astronomía. En Pisa realizó sus investigaciones sobre la caída de los cuerpos, en Padua desarrolló su teoría del movimiento y realizó sus observaciones astronómicas.

Foto actual de la luna.

Su apoyo al sistema copernicano le trajo un enfrentamiento con los defensores del geocentrismo, entre ellos la Iglesia Romana, que en aquella época intentaba sostener el modelo geocentrista. La tradición de que la Iglesia diera su opinión en materia científica, sumada a la convicción de Galileo de que la Tierra efectivamente se movía, desembocaría en un enfrentamiento más grave. La Iglesia admitía el modelo heliocentrista como una manera de hacer los cálculos, pero se negaba a aceptar la realidad del movimiento terrestre. 

Galileo ya no creía que el modelo era una herramienta de cálculo sino que describía la realidad. Los hombres de aquella Iglesia prohibieron la defensa del copernicanismo y condenaron a Galileo en 1633. Recién en 1822 se permitió la publicación de libros que sustentaran el copernicanismo y en 1992 el papa Juan Pablo II hizo una nueva revisión.

Galileo y la certeza física

El universo aristotélico se dividía en dos regiones, la sublunar y la supralunar. 

Estas regiones se comportaban de modo diferente, por eso las ciencias que versaban sobre ellas diferían entre sí, a cada región le correspondía una ciencia distinta. En el mundo sublunar, donde reinaba el cambio,la irregularidad y la contingencia, era abordado por la física (filosofía natural) mediante una descripción cualitiativa, en la que el comportamiento de los elementos constitutivos de la naturaleza obedecía a su definición esencial (dada tal materia, tal será su movimiento -simulaciones de física aristotélica) 

El acceso a la comprensión del mundo sublunar no podía ser matemático, porque es un mundo de irregularidades y la matemática es la ciencia que versa sobre lo siempre igual, por ello ésta estaba reservada al estudio de los cielos, pues en la región supralunar regían los movimientos perfectos e inmutables . 

Galileo pensaba que no existían dos formas de conocimiento distintos de la naturaleza, sino uno, universal. Pero para que esta idea pudiese ser vislumbrada y profundizada se tuvieron que operar grandes rupturas con la tradición anterior.

Lo que estaba en juego era la cuestión sobre cuáles eran los modos legítimos para escrutar la naturaleza, cómo se puede obtener un conocimiento fiable, certero. Hay toda una serie de distinciones aristotélicas que se pusieron en cuestión y que fueron paulatinamente derribadas para ir constituyendo una nueva concepción de la naturaleza y la forma de conocerla.

• La legitimidad del experimento y los artefactos para indagar la naturaleza a partir de la puesta en cuestión de la distinción aristotélica natural/artificial

Según Aristóteles hay en la naturaleza una suerte de animismo, los cuerpos se comportan teleológicamente. Cada cuerpo se mueve naturalmente para realizar su esencia, su finalidad, para alcanzar su lugar natural. Aristóteles distinguía lo natural de lo artificial. Mientras que lo natural contiene en sí su propia finalidad, lo artificial (artefacto) recibe de un artífice externo, la intencionalidad del artesano. Es decir, difieren enormemente respecto de su causa: no es lo mismo a qué se debe el ser una manzana (producido por la naturaleza) que a qué se debe el ser una rueda (fabricado por los hombres). 

De esta distinción se sigue la negación de la legitimidad de indagar el orden natural con medios artificiales. Esta concepción cambia radicalmente en la modernidad. Francis Bacon sostuvo “Lo artificial no difiere de lo natural por su forma o esencia ni importa, con tal que las cosas estén dispuestas para producir un efecto” y Pierre Gassendi (1596-1650) escribió que “no hay diferencia entre las máquinas que construyen los artesanos y los cuerpos diversos que la naturaleza compone”.

Que experiencias montadas artificialmente (experimentos) y artefactos (p.e. telescopio) sirvan para escrutar la naturaleza iba a contrapelo de la distinción aristotélica entre artefacto y naturaleza. Si Copérnico había propuesto un modelo astronómico heliocéntrico basado en el cálculo matemático Galileo ofreció además una apoyatura empírica. Operó una suerte de síntesis entre filosofía natural y matemática, Galileo sostuvo que además de la certeza matemática se contaba también con la certeza sensible.

Al orden natural se accedía por la experiencia y por las demostraciones. El se autodefinía como “filosofo matemático”. Galileo tenía una concepción realista de la ciencia . Para él, el mundo debía interpretarse matemáticamente porque su estructura era matemática (esencialismo matemático)


Bibliografía:
Shapin, Steven (2000) La Revolución Científica. Una interpretación alternativa, FCE: Barcelona

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14 de abril de 2020

GENE:: Modern synthesis and its successors. STRUCTURE. COMPILATIÓN & SYNTHESIS: Cayetano Acuña Vigil.

GENE

WILHELM JOHANSEN


This article is about the heritable unit for the transmission of biological traits. A gene is a sequence of DNA or RNA that codes for a molecule that has a function.
A chromosome unraveling into a long string of DNA, a section of which is highlighted as the gene





Chromosome(107 - 1010 bp) DNAGene(103 - 106 bp )Function

The image above contains clickable links A gene is a region of DNA that encodes function. A chromosome consists of a long strand of DNA containing many genes. A human chromosome can have up to 500 million base pairs of DNA with thousands of genes.

Diagram of a replicated and condensed metaphase eukaryotic chromosome.

(1) Chromatid – one of the two identical parts of the chromosome after the S phase. (2) Centromere – the point where the two chromatids touch. (3) Short arm (p). (4) Longarm (q).
 Hammond CM, Strømme CB, Huang H, Patel DJ, Groth A (March 2017). "Histone chaperone networks shaping chromatin function". Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 

Wilson, John (2002). Molecular biology of the cell: a problems approach. New York: Garland Science




In biology, a gene is a sequence of nucleotides in DNA or RNA that encodes the synthesis of a gene product, either RNA or protein.



During gene expression, the DNA is first copied into RNA. The RNA can be directly functional or be the intermediate template for a protein that performs a function. The transmission of genes to an organism's offspring is the basis of the inheritance of the phenotypic traits. These genes make up different DNA sequences called genotypes. Genotypes along with environmental and developmental factors determine what the phenotypes will be. 

Most biological traits are under the influence of polygenes (many different genes) as well as gene-environment interactions. Some genetic traits are instantly visible, such as eye color or the number of limbs, and some are not, such as blood type, the risk for specific diseases, or the thousands of basic biochemical processes that constitute life.

Genes can acquire mutations in their sequence, leading to different variants, known as alleles, in the population. These alleles encode slightly different versions of a protein, which cause different phenotypical traits. Usage of the term "having a gene" (e.g., "good genes," "hair color gene") typically refers to containing a different allele of the same, shared gene.[1] Genes evolve due to natural selection/survival of the fittest and genetic drift of the alleles.

The concept of a gene continues to be refined as new phenomena are discovered.[2] For example, regulatory regions of a gene can be far removed from its coding regions, and coding regions can be split into several exons. Some viruses store their genome in RNA instead of DNA and some gene products are functional non-coding RNAs. Therefore, a broad, modern working definition of a gene is any discrete locus of heritable, genomic sequence which affects an organism's traits by being expressed as a functional product or by regulation of gene expression.[3][4]

The term gene was introduced by Danish botanist, plant physiologist and geneticist Wilhelm Johannsen in 1909.[5] It is inspired by the ancient Greek: γόνος, Logos, that means offspring and procreation.

History


Photograph of Gregor Mendel
Gregor Mendel

History of genetics
Discovery of discrete inherited units

The existence of discrete inheritable units was first suggested by Gregor Mendel (1822–1884).[6] From 1857 to 1864, in Brno, Austrian Empire (today's Czech Republic), he studied inheritance patterns in 8000 common edible pea plants, tracking distinct traits from parent to offspring. He described these mathematically as 2n combinations where n is the number of differing characteristics in the original peas. Although he did not use the term gene, he explained his results in terms of discrete inherited units that give rise to observable physical characteristics.

This description prefigured Wilhelm Johannsen's distinction between genotype (the genetic material of an organism) and phenotype (the observable traits of that organism). Mendel was also the first to demonstrate independent assortment, the distinction between dominant and recessive traits, the distinction between a heterozygote and homozygote, and the phenomenon of discontinuous inheritance.

Prior to Mendel's work, the dominant theory of heredity was one of blending inheritance, which suggested that each parent contributed fluids to the fertilization process and that the traits of the parents blended and mixed to produce the offspring. Charles Darwin developed a theory of inheritance he termed pangenesis, from Greek pan ("all, the whole") and genesis ("birth") / genos ("origin").[7][8] Darwin used the term gemmule to describe hypothetical particles that would mix during reproduction.

Mendel's work went largely unnoticed after its first publication in 1866 but was rediscovered in the late 19th century by Hugo de Vries, Carl Correns, and Erich von Tschermak, who (claimed to have) reached similar conclusions in their own research.[9] Specifically, in 1889, Hugo de Vries published his book Intracellular Pangenesis,[10] in which he postulated that different characters have individual hereditary carriers and that inheritance of specific traits in organisms comes in particles. De Vries called these units "pangenes" (Pangens in German), after Darwin's 1868 pangenesis theory.

Sixteen years later, in 1905, Wilhelm Johannsen introduced the term 'gene'[5] and William Bateson that of 'genetics'[11] while Eduard Strasburger, amongst others, still used the term 'pangene' for the fundamental physical and functional unit of heredity.[10]: Translator's preface, viii

Discovery of DNA

Advances in understanding genes and inheritance continued throughout the 20th century. Deoxyribonucleic acid (DNA) was shown to be the molecular repository of genetic information by experiments in the 1940s to 1950s.[12][13] The structure of DNA was studied by Rosalind Franklin and Maurice Wilkins using X-ray crystallography, which led James D. Watson and Francis Crick to publish a model of the double-stranded DNA molecule whose paired nucleotide bases indicated a compelling hypothesis for the mechanism of genetic replication.[14][15]

In the early 1950s, the prevailing view was that the genes in a chromosome acted like discrete entities, indivisible by recombination and arranged like beads on a string. The experiments of Benzer using mutants defective in the rII region of bacteriophage T4 (1955–1959) showed that individual genes have a simple linear structure and are likely to be equivalent to a linear section of DNA.[16][17]

Collectively, this body of research established the central dogma of molecular biology, which states that proteins are translated from RNA, which is transcribed from DNA. This dogma has since been shown to have exceptions, such as reverse transcription in retroviruses. The modern study of genetics at the level of DNA is known as molecular genetics.

In 1972, Walter Fiers and his team were the first to determine the sequence of a gene: that of Bacteriophage MS2 coat protein.[18] The subsequent development of chain-termination DNA sequencing in 1977 by Frederick Sanger improved the efficiency of sequencing and turned it into a routine laboratory tool.[19] An automated version of the Sanger method was used in the early phases of the Human Genome Project.[20]

Modern synthesis and its successors
Modern synthesis (20th century)

The theories developed in the early 20th century to integrate Mendelian genetics with Darwinian evolution are called the modern synthesis, a term introduced by Julian Huxley.[21]

Evolutionary biologists have subsequently modified this concept, such as George C. Williams' gene-centric view of evolution. He proposed an evolutionary concept of the gene as a unit of natural selection with the definition: "that which segregates and recombines with appreciable frequency."[22]:24 In this view, the molecular gene transcribes as a unit, and the evolutionary gene inherits as a unit. Related ideas emphasizing the centrality of genes in evolution were popularized by Richard Dawkins.[23][24]

DNA

The vast majority of organisms encode their genes in long strands of DNA (deoxyribonucleic acid). DNA consists of a chain made from four types of nucleotide subunits, each composed of: a five-carbon sugar (2-deoxyribose), a phosphate group, and one of the four bases adenine, cytosine, guanine, and thymine.[25]:2.1

Two chains of DNA twist around each other to form a DNA double helix with the phosphate-sugar backbone spiraling around the outside, and the bases pointing inwards with adenine base pairing to thymine and guanine to cytosine.

The specificity of base pairing occurs because adenine and thymine align to form two hydrogen bonds, whereas cytosine and guanine form three hydrogen bonds. The two strands in a double helix must, therefore, be complementary, with their sequence of bases matching such that the adenines of one strand are paired with the thymines of the other strand, and so on.[25]:4.1

Due to the chemical composition of the pentose residues of the bases, DNA strands have directionality. One end of a DNA polymer contains an exposed hydroxyl group on the deoxyribose; this is known as the 3' end of the molecule. 

The other end contains an exposed phosphate group; this is the 5' end. The two strands of a double-helix run in opposite directions. Nucleic acid synthesis, including DNA replication and transcription, occurs in the 5'→3' direction because new nucleotides are added via a dehydration reaction that uses the exposed 3' hydroxyl as a nucleophile.[26]:27.2

The expression of genes encoded in DNA begins by transcribing the gene into RNA, the second type of nucleic acid that is very similar to DNA, but whose monomers contain the sugar ribose rather than deoxyribose. RNA also contains the base uracil in place of thymine. RNA molecules are less stable than DNA and are typically single-stranded.

Genes that encode proteins are composed of a series of three-nucleotide sequences called codons, which serve as the "words" in the genetic "language". The genetic code specifies the correspondence during protein translation between codons and amino acids. The genetic code is nearly the same for all known organisms.[25]:4.1

Chromosomes

A microscopy image of 46 chromosomes striped with red and green bands


Fluorescent microscopy image of a human female karyotype, showing 23 pairs of chromosomes. The DNA is stained red, with regions rich in housekeeping genes further stained in green. The largest chromosomes are around 10 times the size of the smallest.[27]

The total complement of genes in an organism or cell is known as its genome, which may be stored on one or more chromosomes. A chromosome consists of a single, very long DNA helix on which thousands of genes are encoded.[25]:4.2

The region of the chromosome at which a particular gene is located is called its locus. Each locus contains one allele of a gene; however, members of a population may have different alleles at the locus, each with a slightly different gene sequence.

The majority of eukaryotic genes are stored on a set of large, linear chromosomes. The chromosomes are packed within the nucleus in complex with storage proteins called histones to form a unit called a nucleosome. DNA packaged and condensed in this way is called chromatin.[25]:4.2 

The manner in which DNA is stored on the histones, as well as chemical modifications of the histone itself, regulate whether a particular region of DNA is accessible for gene expression. In addition to genes, eukaryotic chromosomes contain sequences involved in ensuring that the DNA is copied without degradation of end regions and sorted into daughter cells during cell division: replication origins, telomeres, and the centromere.[25]:4.2

Replication origins are the sequence regions where DNA replication is initiated to make two copies of the chromosome. Telomeres are long stretches of repetitive sequences that cap the ends of the linear chromosomes and prevent degradation of coding and regulatory regions during DNA replication.

The length of the telomeres decreases each time the genome is replicated and has been implicated in the aging process.[28] The centromere is required for binding spindle fibers to separate sister chromatids into daughter cells during cell division.[25]:18.2

Prokaryotes (bacteria and archaea) typically store their genomes on a single large, circular chromosome. Similarly, some eukaryotic organelles contain a remnant circular chromosome with a small number of genes.[25]:14.4

Prokaryotes sometimes supplement their chromosome with additional small circles of DNA called plasmids, which usually encode only a few genes and are transferable between individuals. For example, the genes for antibiotic resistance are usually encoded on bacterial plasmids and can be passed between individual cells, even those of different species, via horizontal gene transfer.[29]



Whereas the chromosomes of prokaryotes are relatively gene-dense, those of eukaryotes often contain regions of DNA that serve no obvious function. Simple single-celled eukaryotes have relatively small amounts of such DNA, whereas the genomes of complex multicellular organisms, including humans, contain an absolute majority of DNA without an identified function.[30] 

This DNA has often been referred to as "junk DNA". However, more recent analyses suggest that, although protein-coding DNA makes up barely 2% of the human genome, about 80% of the bases in the genome may be expressed, so the term "junk DNA" may be a misnomer.[4]



Structure and function Structure

The structure of a gene consists of many elements of which the actual protein-coding sequence is often only a small part. These include DNA regions that are not transcribed as well as untranslated regions of the RNA.

Flanking the open reading frame, genes contain a regulatory sequence that is required for their expression. First, genes require a promoter sequence. The promoter is recognized and bound by transcription factors that recruit and help RNA polymerase bind to the region to initiate transcription.[25]:7.1 The recognition typically occurs as a consensus sequence like the TATA box.

A gene can have more than one promoter, resulting in messenger RNAs (mRNA) that differ in how far they extend in the 5' end.[32] Highly transcribed genes have "strong" promoter sequences that form strong associations with transcription factors, thereby initiating transcription at a high rate. Other genes have "weak" promoters that form weak associations with transcription factors and initiate transcription less frequently.[25]:7.2 Eukaryotic promoter regions are much more complex and difficult to identify than prokaryotic promoters.[25]:7.3

Additionally, genes can have regulatory regions many kilobases upstream or downstream of the open reading frame that alters expression. These act by binding to transcription factors which then cause the DNA to loop so that the regulatory sequence (and bound transcription factor) become close to the RNA polymerase binding site.[33] For example, enhancers increase transcription by binding an activator protein which then helps to recruit the RNA polymerase to the promoter; conversely, silencers bind repressor proteins and make the DNA less available for RNA polymerase.[34]

The transcribed pre-mRNA contains untranslated regions at both ends which contain a ribosome binding site, terminator and start and stop codons.[35] In addition, most eukaryotic open reading frames contain untranslated introns which are removed before the exons are translated. The sequences at the ends of the introns dictate the splice sites to generate the final mature mRNA which encodes the protein or RNA product.[36]

Many prokaryotic genes are organized into operons, with multiple protein-coding sequences that are transcribed as a unit.[37][38] The genes in an operon are transcribed as a continuous messenger RNA, referred to as a polycistronic mRNA. The term cistron in this context is equivalent to genes. The transcription of an operon's mRNA is often controlled by a repressor that can occur in an active or inactive state depending on the presence of specific metabolites.[39] 

When active, the repressor binds to a DNA sequence at the beginning of the operon, called the operator region, and represses transcription of the operon; when the repressor is an inactive transcription of the operon can occur (see e.g. Lac operon). The products of operon genes typically have related functions and are involved in the same regulatory network.[25]:7.3

https://en.wikipedia.org/wiki/Gene

Deoxyribonucleic acid (/diːˈɒksɪˌraɪboʊnjuːˌkliːɪk, -ˌkleɪ-/ (About this sound listen);[1] DNA) is a molecule composed of two polynucleotide chains that coil around each other to form a double helix carrying genetic instructions for the development, functioning, growth, and reproduction of all known organisms and many viruses. DNA and ribonucleic acid (RNA) are nucleic acids. Alongside proteins, lipids and complex carbohydrates (polysaccharides), nucleic acids are one of the four major types of macromolecules that are essential for all known forms of life.

The two DNA strands are known as polynucleotides as they are composed of simpler monomeric units called nucleotides.[2][3] Each nucleotide is composed of one of four nitrogen-containing nucleobases (cytosine [C], guanine [G], adenine [A] or thymine [T]), a sugar called deoxyribose, and a phosphate group. The nucleotides are joined to one another in a chain by covalent bonds (known as the phospho-diester linkage) between the sugar of one nucleotide and the phosphate of the next, resulting in an alternating sugar-phosphate backbone. 

The nitrogenous bases of the two separate polynucleotide strands are bound together, according to base-pairing rules (A with T and C with G), with hydrogen bonds to make double-stranded DNA. The complementary nitrogenous bases are divided into two groups, pyrimidines, and purines. In DNA, the pyrimidines are thymine and cytosine; the purines are adenine and guanine.

Reference Link
https://en.wikipedia.org/wiki/DNA}

Ribonucleic acid (RNA) is a polymeric molecule essential in various biological roles in coding, decoding, regulation, and expression of genes. RNA and DNA are nucleic acids, and, along with lipids, proteins and carbohydrates, constitute the four major macromolecules essential for all known forms of life. Like DNA, RNA is assembled as a chain of nucleotides, but unlike DNA, RNA is found in nature as a single-strand folded onto itself, rather than a paired double-strand.

Cellular organisms use messenger RNA (mRNA) to convey genetic information (using the nitrogenous bases of guanine, uracil, adenine, and cytosine, denoted by the letters G, U, A, and C) that directs the synthesis of specific proteins. Many viruses encode their genetic information using an RNA genome.

Some RNA molecules play an active role within cells by catalyzing biological reactions, controlling gene expression, or sensing and communicating responses to cellular signals. One of these active processes is protein synthesis, a universal function in which RNA molecules direct the synthesis of proteins on ribosomes. 

This process uses transfer RNA (tRNA) molecules to deliver amino acids to the ribosome, where ribosomal RNA (rRNA) then links amino acids together to form coded proteins.

Reference Link 

https://en.wikipedia.org/wiki/RNA

Sources
Main textbook

Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2002). Molecular Biology of the Cell (Fourth ed.). New York: Garland Science. ISBN 978-0-8153-3218-3. – A molecular biology textbook available free online through NCBI Bookshelf

Genética: Cayetano Acuña Vigil

Genética


Ronald A. Fisher


Publicado por primera vez el martes 13 de agosto de 2019

Evelyn Fox Keller llamó a la década de 1900 el "siglo del gen", y por buenas razones (Fox Keller 2002). Durante un período de 100 años que comenzó con entusiasmo por la investigación que Mendel realizó décadas antes y cerró con el Proyecto Genoma Humano, las disciplinas que van desde la anatomía comparada hasta la oncología se infundieron con conceptos genéticos, principios genéticos y metodologías genéticas. Las dos primeras décadas del siglo XXI han visto esta tendencia expandirse.


Por lo tanto, no debería sorprender que los filósofos se hayan inclinado por la genética en un intento por comprender cómo funciona esa ciencia, qué dice sobre el mundo y qué impacto tiene en las personas que viven en una sociedad donde hay tanto enfoque en los genes. Esta enciclopedia representa bien este importante interés filosófico.

Más de 100 entradas discuten algunos aspectos de la genética, y esas entradas involucran una amplia gama de preguntas filosóficas: preguntas sobre la explicación científica, preguntas sobre el proceso de evolución, preguntas sobre la discapacidad, preguntas sobre la raza.

Con un interés filosófico tan diverso en la genética, ninguna entrada en la enciclopedia podría hacer justicia al alcance total de esa ciencia y la rica atención filosófica que ha recibido. En cambio, esta entrada sirve como una puerta a ese mundo filosófico. Después de una introducción históricamente guiada a la ciencia de la genética y su impacto transformador, la pieza revisa una muestra de las preguntas filosóficas que la genética ha generado, con instrucciones para las entradas donde esos temas se discuten en mayor detalle. 

La esperanza es que la entrada sirva como orientación a la diversidad del pensamiento filosófico sobre la genética que se distribuye en toda la enciclopedia. (La entrada sobre evolución proporciona una guía similar al conjunto de entradas que revisan las discusiones filosóficas sobre ese tema).

Tabery, James, "Genetics", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2019 Edition), Edward N. Zalta (ed.)

1. La ciencia de la genética

La genética se dedica al estudio y la manipulación de la herencia y la variación en los organismos vivos. La genética es tan generalizada en la ciencia del siglo XXI, en las tecnologías de detección reproductiva como el diagnóstico genético preimplantacional, en las evaluaciones de qué especies están en peligro, en los programas de salud pública que rastrean las bacterias resistentes a los antibióticos, por nombrar algunas, que es fácil de olvidar. qué tienen en común estas prácticas dispares: un enfoque en los patrones y mecanismos de transmisión de rasgos de una generación a la siguiente para comprender y potencialmente controlar ese proceso. Este enfoque contemporáneo se remonta a los primeros años del siglo XX, cuando la genética tomó forma como un campo de estudio único.

1.1 Nacimiento de una disciplina


Gregor Mendel, el monje austriaco que ahora se conoce comúnmente como el "padre de la genética", nunca pronunció los términos "gen" o "genética" porque esos términos no se introdujeron hasta décadas después de su muerte.

En 1865, informó sobre los resultados de los experimentos de reproducción que realizó hibridando plantas de guisantes durante las cuales rastreó cómo una serie de rasgos (por ejemplo, guisantes redondos contra arrugados, flores blancas contra moradas) pasaron de generación en generación. Mendel observó ciertos patrones de herencia; por ejemplo, los rasgos parecían transmitirse independientemente uno del otro (Mendel 1866). Mendel murió en 1884, momento en el cual había pocos indicios de que terminaría en los libros de texto de biología (Olby 1985).

No fue sino hasta 1900 que la comunidad científica absorbió toda la fuerza de las observaciones de Mendel. Ese año, tres botánicos europeos diferentes informaron sobre los resultados de sus propios experimentos de reproducción y vincularon sus resultados con el trabajo de Mendel décadas antes. La investigación de Mendel, en este momento, se caracterizó como una herencia reveladora que implicaba la transmisión de factores hereditarios discretos que obedecían a principios fundamentales: que los organismos obtienen una copia de cada factor de cada padre y, a su vez, pasan una copia a su propia descendencia ( la ley de segregación), que los factores se segregan independientemente entre sí (la ley de surtido independiente), y que ciertos factores dominan otros factores a la hora de expresar el rasgo asociado con ese factor (la ley de dominación) (: gen )

William Bateson
William Bateson, biólogo de la Universidad de Cambridge en ese momento, estaba entusiasmado con las implicaciones del trabajo de Mendel para las teorías de la evolución; reclutó a un número de jóvenes científicos, mujeres en particular, a Cambridge para realizar experimentos que demostraran que los principios de Mendel se extendían por los reinos de plantas y animales (Richmond 2001). Llamó a esta nueva disciplina "genética", y "gen" se convirtió en el término para el factor que se heredó (entrada: la distinción genotipo / fenotipo).

Con la genética tallada como un campo de estudio único, se produjeron dos hilos de investigación genética. Un hilo se centró en identificar la unidad física de herencia que se pasó de generación en generación, para descubrir qué genes estaban, dónde estaban ubicados, cómo operaban y cómo esa operación producía los patrones hereditarios consistentes con los principios de Mendel (entrada: epigénesis). y preformacionismo). La investigación de Thomas Hunt Morgan en la Universidad de Columbia contribuyó más a este trabajo. Morgan estudió las moscas de la fruta, en parte porque se criaron rápidamente y eran fáciles de mantener.

Con un equipo de jóvenes científicos, cruzó miles y miles de moscas de la fruta, rastreando cómo los rasgos como el color de los ojos y la forma de las alas se transmiten de generación en generación. También indujeron mutaciones usando una variedad de intervenciones químicas y de radiación (ver la entrada sobre experimento en biología). Esta investigación demostró que los genes estaban ubicados en los cromosomas, y mostró cómo la física de la acción cromosómica durante la meiosis impactó el proceso hereditario; por ejemplo, los genes más cercanos entre sí en los cromosomas se heredaron con mayor frecuencia juntos, mientras que los genes que estaban más separados se separaron con mayor frecuencia durante la recombinación cromosómica.

Thomas Hunt Morgan
Esta comprensión permitió a Morgan y a sus alumnos producir los primeros mapas genéticos (gráficos de las ubicaciones relativas de los genes entre sí) y también determinar que ciertos rasgos estaban relacionados con el sexo debido a su ubicación en los cromosomas sexuales (Darden 1991; Kohler 1994).

El otro hilo de la investigación genética que surgió se ocupó de las implicaciones evolutivas de la herencia mendeliana.

Charles Darwin publicó Sobre el origen de las especies en 1859, y el hecho de la evolución fue ampliamente reconocido en 1900; sin embargo, la naturaleza del proceso evolutivo seguía siendo cuestionada (Darwin 1859). Según Darwin, la evolución fue un proceso muy lento y gradual, con una selección natural que favorecía diferencias sutiles entre organismos (patas ligeramente más largas, por ejemplo) que inclinaban a uno a tener más éxito en la reproducción en algún entorno particular (entrada: darwinismo).

CARLES DARWIN
Los principios de la herencia de Mendel, cuando fueron aclamados a principios del siglo XX, fueron considerados por muchos genetistas como incompatibles con la evolución darwiniana porque la herencia mendeliana parecía más discreta (por ejemplo, guisantes redondos o arrugados, flores moradas o blancas), y así fue favorecido por los científicos que abogaron por un proceso de evolución más rápido y más discontinuo. De hecho, una de las razones por las que Bateson defendió con tanto entusiasmo el trabajo de Mendel fue porque era un defensor de esta interpretación menos gradual (: evolución, estado físico).

La aparente incompatibilidad entre la evolución darwiniana y la herencia mendeliana persistió hasta 1918 cuando el biólogo británico R.A. Fisher indicó primero cómo podrían relacionarse las dos ciencias; Si se suponía que los rasgos eran el producto de muchos factores mendelianos, entonces la selección natural darwiniana podría favorecer variaciones sutiles en los rasgos, y las poblaciones sometidas a esa presión de selección evolucionarían gradualmente mientras los organismos de esa población obedecieran los principios de herencia mendelianos (Fisher 1918).

RONALD AYLMER FISHER


La contribución de Fisher fue la primera de una serie de obras, especialmente por él, J.B.S. Haldane y Sewall Wright: para concebir la evolución como cambios en las frecuencias genéticas de la población. La unión de Mendel y Darwin se denominó "la síntesis moderna", y los modelos matemáticos que desarrollaron Fisher, Haldane y Wright lanzaron el campo de la genética de poblaciones (Provine 1971; : genética de poblaciones).

La biología evolutiva, que durante mucho tiempo se había formado de argumentos cualitativos sobre, por ejemplo, la similitud entre la selección de cultivos / ganado domesticado y la selección en la naturaleza, de repente se preocupó por los argumentos matemáticos sobre las influencias cuantificables de la migración, la deriva genética, la mutación y selección natural en poblaciones (entradas: genética evolutiva; heredabilidad; deriva genética).

Tabery, James, "Genetics", The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2019 Edition), Edward N. Zalta (ed.)

https://plato.stanford.edu/entries/genetics/

CONTINUA...

Evelyn Fox Keller (born March 20, 1936) is an American physicist, author[3] and feminist. She is currently Professor Emerita of History and Philosophy of Science at the Massachusetts Institute of Technology. Keller's early work concentrated at the intersection of physics and biology. Her subsequent research has focused on the history and philosophy of modern biology and on gender and science.


One of her major works was a contribution to the book The Gender and Science Reader. Keller's article, entitled "Secrets of God, Nature, and Life" links issues in feminism back to the Scientific Revolution in the 17th Century and the Industrial Revolution in the 18th Century. In this work, she quotes Boyle. "It may seem an ingrateful and unfilial thing to dispute against nature, that is taken by mankind for the common parent of us all. But although it is as an undutiful thing, to express a want of respect for an acknowledged parent, yet I know not, why it may not be allowable to question one, that a man looks upon but as a pretend one; and it appears to me, that she is so, I think it my duty to pay my gratitude, not to I know not what, but to that deity, whose wisdom and goodness...designed to make me a man." (pg. 103)

By Keller addressing Boyle's quote in this aspect, she alludes to how as soon as questionable aspects are displayed in nature, "nature" becomes "nature" and is then feminine.

Evelyn Fox Keller has documented how the masculine-identified public sphere and the feminine-identified private sphere have structured thinking in two areas of evolutionary biology: population genetics and mathematical ecology. Her concern is to show how the selection process that occurs in the context of discovery limits what we come to know. Keller argues that the assumption that the atomistic individual is the fundamental unit in nature has led population geneticists to omit sexual reproduction from their models. Though the critique of misplaced individualism is nothing new, the gender dynamics Keller reveals are. 

According to Keller, geneticists treat reproduction as if individuals reproduce themselves, effectively bypassing the complexities of sexual difference, the contingencies of mating, and fertilization. She likens the biologists' atomistic individual to heuristic individuals portrayed by mainstream Western political and economic theorists. Keller argues further that biologists use-values ascribed to the public sphere of Western culture to depict relations between individuals (while values generally attributed to the private sphere to describe relations are confused to the interior of an individual organism.) 

https://en.wikipedia.org/wiki/Evelyn_Fox_Keller

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