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Pesquisadores de Harvard descobriram que o aquecimento global gerou a era dos répteis
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Reconstrução técnica da radiação adaptativa de répteis no ecossistema terrestre durante o período mais quente da história da Terra. A imagem mostra um colossal eritrosocoide carnívoro de cabeça grande (um parente de crocodilos e dinossauros) e répteis de pequeno porte de cerca de 240 milhões de anos atrás. Os eritróides rastejantes se perseguem com o crânio fossilizado do extinto Dimetrodon (um ancestral dos primeiros mamíferos) em um vale de rio quente e seco. Crédito: Imagem criada por Henry Sharp
Pesquisadores de Harvard descobriram que a rápida evolução dos répteis foi causada por quase 60 milhões de anos de aquecimento global e mudanças climáticas.
Os pesquisadores podem explorar o impacto das crises ambientais na evolução dos organismos estudando as extinções em massa causadas pelas mudanças climáticas no passado geológico profundo. Um dos principais exemplos é o Permian-[{” attribute=””>Triassic climatic crises. This series of climatic shifts was driven by global warming that occurred between the Middle Permian (265 million years ago) and Middle Triassic (230 million years ago). These climatic shifts caused two of the largest mass extinctions in the history of life at the end of the Permian, the first at 261 million years ago and the other at 252 million years ago, the latter eliminating 86% of all animal species worldwide.
In addition to their magnitude, the end-Permian extinctions are also important because they mark the onset of a new era in the history of the planet when reptiles became the dominant group of vertebrate animals living on land. Synapsids, the ancestors of mammals, dominated the terrestrial vertebrate faunas throughout the Permian. In the Triassic Period (252-200 million years ago), after the Permian extinctions, reptiles evolved at rapid rates, creating an explosion of reptile diversity. This expansion was critical to the construction of modern ecosystems and many extinct ecosystems. Most paleontologists believed these rapid rates of evolution and diversification were due to the extinction of competitors allowing reptiles to take over new habitats and food resources that several synapsid groups had dominated before their extinction.
However, in a new study published on August 19, 2022, in the journal Sciences Advances, researchers in the Department of Organismic and Evolutionary Biology and the Museum of Comparative Zoology at Harvard University and collaborators reveal the rapid evolution and radiation of reptiles began much earlier, before the end of the Permian. This was in connection to the steadily increasing global temperatures through a long series of climatic changes that spanned almost 60 million years in the geological record.
Evolutionary response from reptiles to global warming and fast climatic changes. Rates of evolution (adaptive anatomical changes) in reptiles start increasing early in the Permian (at about 294 million years ago), which also marks the onset of the longest period of successive fast climatic shifts in the geological record. From 261 until 235 million years ago, increased global warming from massive volcanic eruption contributed to further climate change and led to the hottest period in Earth’s history. This resulted in two mass extinctions and the demise of reptile competitors on land (mammalian ancestors). The most intensive period of global warming coincided with the fastest rates of evolution in reptiles, marking the diversification of reptile body plans and the origin of modern reptile groups. Credit: Figure by Tiago Simões
“We found that these periods of rapid evolution of reptiles were intimately connected to increasing temperatures. Some groups changed really fast and some less fast, but nearly all reptiles were evolving much faster than they ever had before,” said lead author postdoctoral fellow Tiago R Simões.
Previous research on the impacts of these changes often neglected terrestrial vertebrates due to limited data availability, focusing mostly on the response from marine animals
In this study, Simões and senior author Professor Stephanie E. Pierce (both at Harvard) worked alongside collaborators Professor Michael Caldwell (University of Alberta, Canada) and Dr. Christian Kammerer (North Carolina Museum of Natural Sciences) to examine early amniotes. They represent the forerunners of all modern mammals, reptiles, birds, and their closest extinct relatives, at the initial phase of their evolution. At this point in time, the first groups of reptiles and mammal ancestors were splitting from each other and evolving along their own separate evolutionary paths.
“Reptiles represent an ideal and rare terrestrial system to study this question as they have a relatively good fossil record and survived a series of climatic crises including the ones leading up to the largest extinction in the history of complex life, the Permian-Triassic mass extinction,” said Simões.
Reptiles were relatively rare during the Permian compared to mammalian ancestors. However, things took a major shift during the Triassic when reptiles underwent a massive explosion in the number of species and morphological variety. This led to the appearance of most of the major living groups of reptiles (crocodiles, lizards, turtles) and several groups that are now entirely extinct.
The scientists created a dataset based on extensive first-hand data collection of more than 1,000 fossil specimens from 125 species of reptiles, synapsids, and their closest relatives during approximately 140 million years before and after the Permian-Triassic extinction. They then analyzed the data to detect when these species first originated and how fast they were evolving using state-of-the-art analytical techniques such as Bayesian evolutionary analysis, which is also used to understand the evolution of viruses such as SARS-COVID 19. The researchers then combined the new dataset with global temperature data spanning several million years in the geological record to provide a broad overview of the animals’ major adaptive response toward climatic shifts.
“Our results reveal that periods of fast climatic shifts and global warming are associated with exceptionally high rates of anatomical change in most groups of reptiles as they adapted to new environmental conditions,” said Pierce, “and this process started long before the Permian-Triassic extinction, since at least 270 million years ago, indicating that the diversification of reptile body plans was not triggered by the P-T extinction event as previously thought, but in fact started tens of million years before that.”
“One reptile lineage, the lepidosaurs, which gave rise to the first lizards and tuataras, veered in the opposite direction of most reptile groups and underwent a phase of very slow rates of change to their overall anatomy,” said Simões, “essentially, their body plans were constrained by natural selection, instead of going rogue and radically changing like most other reptiles at the time.” The researchers suggest this is due to pre-adaptations on their body size to better cope with high temperatures.
“The physiology of organisms is really dependent on their body size,” said Simões, “small-bodied reptiles can better exchange heat with their surrounding environment. The first lizards and tuataras were much smaller than other groups of reptiles, not that different from their modern relatives, and so they were better adapted to cope with drastic temperature changes. The much larger ancestors of crocodiles, turtles, and dinosaurs could not lose heat as easily and had to quickly change their bodies in order to adapt to the new environmental conditions.”
Simões, Pierce, and collaborators also mapped out how body size changed across geographical regions during this timeframe. They revealed that climatic pressures on body size were so high there was a maximum body size for reptiles to survive in tropical regions during the lethally hot periods of this time.
“Large-sized reptiles basically took two routes to deal with these climate shifts,” said Pierce, “they either migrated closer to temperate regions or invaded the aquatic world where they didn’t need to worry about overheating because water can absorb heat and maintain its temperature much better than air.”
“This strong association between rising temperatures in the geological past and a biological response by dramatically different groups of reptiles suggests climate change was a key factor in explaining the origin and the explosion of new reptile body plans during the latest Permian and Triassic,” said Simões.
Reference: “Successive climate crises in the deep past drove the early evolution and radiation of reptiles” by Tiago R. Simões, Christian F. Kammerer, Michael W. Caldwell and Stephanie E. Pierce, 19 August 2022, Science Advances.
DOI: 10.1126/sciadv.abq1898
The researchers would like to thank the Museum of Comparative Zoology (MCZ), Harvard University, vertebrate paleontology staff and the curators across 50+ natural history collections worldwide for their help with specimen access. Funding was provided by: Alexander Agassiz Postdoctoral Fellowship, MCZ; National Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) postdoctoral fellowship; Grant KA 4133/1-1 from the Deutsche Forschungsgemeinschaft; NSERC Discovery Grant #23458 and NSERC Accelerator Grant; Faculty of Science, Chairs Research Allowance, University of Alberta; Lemann Brazil Research Fund; Funds made available through Harvard University.
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A nova plataforma de edição de epigenoma permite a programação precisa de modificações epigenéticas
Os investigadores desenvolveram uma nova plataforma de edição de genoma que permite a manipulação precisa das marcas da cromatina, revelando o seu impacto direto na expressão genética e desafiando a compreensão anterior dos mecanismos reguladores dos genes.
Um estudo do grupo de Hackett no EMBL Roma levou ao desenvolvimento de uma poderosa técnica de edição de genes, que abre a capacidade de programar com precisão modificações na cromatina.
Compreender como os genes são regulados em nível molecular é um grande desafio na biologia moderna. Este mecanismo complexo é impulsionado principalmente pela interação entre proteínas chamadas fatores de transcrição, ADN Regiões reguladoras e modificações epigenéticas – alterações químicas que alteram a estrutura da cromatina. A coleção de modificações epigenéticas no genoma de uma célula é chamada de epigenoma.
Avanços na edição do epigenoma
Em um estudo publicado hoje (9 de maio) em Genética da naturezaCientistas do grupo de Hackett no Laboratório Europeu de Biologia Molecular (EMBL) em Roma desenvolveram uma plataforma modular de edição de genoma – um sistema para programar modificações epigenéticas em qualquer parte do genoma. O sistema permite aos cientistas estudar o efeito de cada modificação da cromatina na transcrição, o mecanismo pelo qual os genes são transcritos em mRNA para catalisar a síntese protéica.
Acredita-se que as modificações da cromatina contribuam para a regulação de processos biológicos importantes, como desenvolvimento, resposta a sinais ambientais e doenças.
Ilustração criativa do Kit de Ferramentas de Edição Epigenética: Cada edifício representa o estado epigenético de um único gene (as janelas escuras são genes silenciosos, as janelas claras são genes ativos). A alavanca demonstra o sistema de edição epigenética que permite a deposição de novo de marcas de cromatina em qualquer sítio genômico. Marzia Monafo
Para compreender os efeitos de marcas específicas da cromatina na regulação genética, estudos anteriores mapearam a sua distribuição nos genomas de tipos de células saudáveis e doentes. Ao combinar estes dados com a análise da expressão genética e dos efeitos conhecidos de genes específicos perturbadores, os cientistas atribuíram funções a estas marcas da cromatina.
No entanto, tem sido difícil determinar a relação causal entre as marcas da cromatina e a regulação genética. O desafio é dissecar as contribuições individuais dos muitos fatores complexos envolvidos em tal regulação – marcas de cromatina, fatores de transcrição e sequências regulatórias de DNA.
Avanço na tecnologia de edição de epigenoma
Cientistas do grupo de Hackett desenvolveram um sistema modular de edição de genoma para programar com precisão nove marcas de cromatina biologicamente importantes em qualquer região desejada do genoma. O sistema é baseado em CRISPR – uma tecnologia de edição de genoma amplamente utilizada que permite aos pesquisadores fazer modificações em locais específicos do DNA com alta precisão e Precisão.
Essas perturbações sutis permitiram-lhes dissecar cuidadosamente as relações de causa e efeito entre as marcas da cromatina e seus efeitos biológicos. Os cientistas também conceberam e utilizaram um “sistema repórter”, que lhes permitiu medir alterações na expressão genética ao nível unicelular e compreender como as alterações na sequência de ADN afectam o efeito de cada marca da cromatina. Seus resultados revelam os papéis causais de um conjunto de marcas de cromatina importantes na regulação genética.
Principais descobertas e direções futuras
Por exemplo, os investigadores descobriram um novo papel para o H3K4me3, uma marca da cromatina que anteriormente se pensava ser uma consequência da transcrição. Eles observaram que o H3K4me3 pode, na verdade, aumentar a transcrição por si só se for adicionado artificialmente a locais específicos do DNA.
“Este foi um resultado muito emocionante e inesperado que contrariou todas as nossas expectativas”, disse Christina Policarpi, investigadora de pós-doutoramento no grupo de Hackett e cientista principal do estudo. “Nossos dados apontam para uma rede regulatória complexa, onde múltiplos fatores governantes interagem para modular os níveis de expressão gênica em uma determinada célula. Esses fatores incluem a estrutura pré-existente da cromatina, a sequência de DNA subjacente e a localização no genoma.
Aplicações potenciais e pesquisas futuras
Hackett e seus colegas estão atualmente explorando maneiras de aproveitar essa tecnologia por meio de um projeto inicial promissor. O próximo passo será confirmar e ampliar estas conclusões, visando genes em diferentes tipos de células e em larga escala. Como as marcas da cromatina afetam a transcrição através da diversidade genética e os mecanismos a jusante ainda precisam ser elucidados.
“Nosso kit de ferramentas modular de edição epigenética constitui uma nova abordagem experimental para dissecar as inter-relações entre o genoma e o epigenoma”, disse Jamie Hackett, líder do grupo EMBL Roma. “O sistema poderia ser usado no futuro para compreender com mais precisão a importância das mudanças epigenômicas na influência da atividade genética durante o desenvolvimento e em doenças humanas. Por outro lado, esta tecnologia também abre a capacidade de programar níveis de expressão genética desejados de uma forma altamente. maneira ajustável. Este é um caminho interessante para aplicações.” Benefícios de saúde precisos podem ser úteis em casos de doença.
Referência: “A edição do genoma do caule captura a função instrutiva dependente do contexto das modificações da cromatina” 9 de maio de 2024, Genética da natureza.
doi: 10.1038/s41588-024-01706-s
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resumo: Os pesquisadores desenvolveram um modelo inovador chamado Brain Language Model (BrainLM), usando inteligência artificial generativa para mapear a atividade cerebral e suas implicações no comportamento e nas doenças. O BrainLM aproveita 80.000 exames de 40.000 indivíduos para criar um modelo básico que captura a dinâmica da atividade cerebral sem exigir dados específicos relacionados a doenças.
Este modelo reduz significativamente o custo e o volume de dados necessários para estudos tradicionais do cérebro e fornece uma estrutura poderosa que pode prever condições como depressão, ansiedade e TEPT de forma mais eficaz do que outras ferramentas. O BrainLM está mostrando aplicação eficaz em ensaios clínicos, reduzindo potencialmente os custos pela metade ao identificar os pacientes com maior probabilidade de se beneficiarem de novos tratamentos.
Principais fatos:
- Modelo de IA generativo: BrainLM usa IA generativa para analisar padrões de atividade cerebral a partir de conjuntos de dados em grande escala, aprendendo a dinâmica subjacente sem detalhes específicos do paciente.
- Custo e eficiência em pesquisa: O modelo reduz a necessidade de inscrever pacientes em grande escala em ensaios clínicos, o que poderia reduzir significativamente os custos ao utilizar as suas capacidades preditivas para selecionar candidatos apropriados para estudos.
- Ampla aplicação: Testado em diferentes scanners e dados demográficos, o BrainLM mostrou desempenho superior na previsão de vários problemas de saúde mental e é promissor para auxiliar futuras pesquisas e estratégias de tratamento.
fonte: Faculdade de Medicina de Baylor
Uma equipe de pesquisadores do Baylor College of Medicine e da Universidade de Yale combinou inteligência artificial generativa (IA) para criar um modelo básico de atividade cerebral. O Brain Language Model (BrainLM) foi desenvolvido para modelar o cérebro in silico e determinar como as atividades cerebrais se relacionam com o comportamento humano e as doenças cerebrais.
A pesquisa foi publicada como um artigo de conferência no ICLR 2024.
“Sabemos há muito tempo que a atividade cerebral está ligada ao comportamento de uma pessoa e a muitas doenças, como convulsões ou doença de Parkinson”, diz o Dr. Shadi Abdullah, professor associado do Departamento Menninger de Psiquiatria e Ciências do Comportamento da Universidade Baylor e Universidade Baylor. Coautor do artigo.
“A imagem funcional do cérebro, ou fMRI, permite-nos observar a atividade cerebral em todo o cérebro, mas anteriormente não conseguimos capturar totalmente a dinâmica dessas atividades no tempo e no espaço usando ferramentas tradicionais de análise de dados.
“Recentemente, as pessoas começaram a usar o aprendizado de máquina para capturar a complexidade do cérebro e como ele se relaciona com certas doenças, mas isso acaba exigindo um registro e triagem completos de milhares de pacientes com um comportamento ou doença específica, o que é um processo muito caro.”
O poder das novas ferramentas generativas de IA reside na sua utilização para criar modelos básicos independentes de uma tarefa específica ou de um grupo específico de pacientes. A IA generativa pode atuar como um detetive que revela padrões ocultos em um conjunto de dados.
Ao analisar os pontos de dados e as relações entre eles, estes modelos podem aprender a dinâmica subjacente – como e por que as coisas mudam ou evoluem.
Esses modelos básicos são então ajustados para compreender uma variedade de tópicos. Os pesquisadores usaram IA generativa para capturar como funciona a atividade cerebral, independentemente de um distúrbio ou doença específica.
Isso pode se aplicar a qualquer população sem a necessidade de conhecer o comportamento de uma pessoa ou informações sobre sua doença, histórico ou idade. A atividade cerebral só é necessária para ensinar ao computador e ao modelo de IA como a atividade cerebral evolui no espaço e no tempo.
A equipe realizou 80 mil exames de 40 mil pessoas e treinou o modelo para ver como as atividades cerebrais se relacionam entre si ao longo do tempo, criando o modelo básico de atividade cerebral, BrainLM. Agora, os pesquisadores podem usar o BrainLM para definir uma tarefa específica e fazer perguntas em outros estudos.
“Se você quiser fazer um ensaio clínico para desenvolver um medicamento para depressão, por exemplo, isso pode custar centenas de milhões de dólares porque é preciso inscrever um grande número de pacientes e tratá-los por um longo tempo.
“Com o poder do BrainLM, podemos reduzir esse custo pela metade, matriculando apenas metade das pessoas e usando o poder do BrainLM para selecionar os indivíduos mais dispostos a se beneficiar do tratamento. Portanto, o BrainLM pode aplicar o conhecimento de 80.000 exames em casos específicos. assuntos de estudo.”
A primeira etapa, o pré-processamento, resume os sinais e remove ruídos não relacionados à atividade cerebral. Os pesquisadores colocaram os resumos em um modelo de aprendizado de máquina e mascararam uma porcentagem dos dados para cada pessoa. Quando o modelo aprendeu a dinâmica, eles a testaram em um conjunto de testes negligenciado.
Eles também o testaram em diferentes amostras para entender até que ponto o modelo poderia generalizar para dados obtidos usando diferentes scanners e em diferentes populações, como adultos mais velhos e jovens.
Eles descobriram que o BrainLM teve um bom desempenho em diferentes amostras. Eles também descobriram que o BrainLM prevê a gravidade da depressão, ansiedade e TEPT melhor do que outras ferramentas de aprendizado de máquina que não usam IA generativa.
“Descobrimos que o BrainLM funciona muito bem. Ele prevê a atividade cerebral em uma nova amostra que foi ocultada durante o treinamento e também funciona bem com dados de novos scanners e novas populações”, disse Abdullah.
“Estes resultados impressionantes foram alcançados através de inquéritos a 40.000 pessoas. Estamos agora a trabalhar para aumentar significativamente o conjunto de dados de formação.
“Quanto mais forte for o modelo que pudermos construir, mais poderemos fazer para ajudar a cuidar dos pacientes, como desenvolver um novo tratamento para doenças mentais ou orientar a neurocirurgia para convulsões ou estimulação cerebral profunda.”
Os pesquisadores planejam aplicar este modelo em pesquisas futuras para prever doenças relacionadas ao cérebro.
Sobre notícias de pesquisa em inteligência artificial e neurociência
autor: Homa Warren
fonte: Faculdade de Medicina de Baylor
comunicação: Homa Warren – Faculdade de Medicina de Baylor
foto: Imagem creditada ao Neuroscience News
Pesquisa original: Os resultados serão exibidos em Conferência Internacional sobre Pesquisa Agrícola 2024
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As luzes do norte provavelmente serão visíveis na maior parte dos Estados Unidos devido à tempestade solar
Espera-se que uma intensa tempestade solar torne a aurora boreal mais poderosa na sexta-feira, e as previsões indicam que a aurora boreal poderá ser vista tão ao sul dos Estados Unidos quanto no Alabama.
Uma série de erupções solares e erupções solares podem levar a intensas tempestades geomagnéticas e “exibições espetaculares de aurora boreal” na Terra desde a noite de sexta-feira até o fim de semana, disse o Centro de Previsão do Clima Espacial da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica na quinta-feira.
Esta foi a primeira hora de uma forte tempestade geomagnética A agência emitiu Desde 2005.
“Temos um evento raro em mãos”, disse Sean Dahl, coordenador de serviços do Centro de Previsão do Clima Espacial em Boulder, Colorado. “Estamos um pouco preocupados. Faz muito tempo que não vemos isso.”
Dado que fortes tempestades geomagnéticas têm o potencial de perturbar as comunicações e as redes eléctricas na Terra, bem como os satélites no espaço, os operadores de satélites e de redes foram instruídos a prepararem-se.
Ele disse que os meteorologistas esperam que a tempestade chegue por volta das 20h, horário do leste dos EUA, na sexta-feira.
“Temos menos certeza sobre o momento destes eventos, porque estamos a falar de algo a 150 milhões de quilómetros de distância”, disse Dahl, referindo-se à distância do Sol à Terra.
Uma espaçonave da NASA orbitando a cerca de um milhão de milhas da Terra, chamada Advanced Composition Explorer, ajudará os meteorologistas a medir o vento solar e a compreender o momento e os impactos potenciais com mais precisão.
As luzes do norte, ou aurora boreal, vêm de partículas carregadas liberadas pelo sol durante tempestades solares. As exibições coloridas são criadas quando nuvens dessas partículas energéticas colidem com o campo magnético da Terra e interagem com átomos e moléculas na atmosfera superior do planeta.
As luzes do norte normalmente iluminam o céu noturno em altas latitudes, mas durante períodos de intensa atividade solar, elas podem ser vistas mais ao sul do que o normal.
o Previsões do Centro de Previsão do Clima Espacial Ele disse que era possível ver a aurora boreal na noite de sexta-feira “no extremo sul do Alabama e no norte da Califórnia”.
A agência mantém b Painel Aurora Que fornece previsões de curto prazo para a aurora boreal. Se as condições estiverem claras, a aurora boreal será melhor visualizada em locais escuros, longe das luzes da cidade.
Os smartphones podem ser capazes de capturar imagens da aurora boreal em locais ao sul, onde o olho humano não consegue ver nada incomum, disse Dahl.
De acordo com o Centro de Previsão do Clima Espacial, várias erupções solares “moderadas a fortes” foram detectadas desde a manhã de quarta-feira. As explosões solares liberam nuvens de plasma e partículas carregadas, chamadas ejeções de massa coronal, no espaço. O centro disse que pelo menos cinco explosões e ejeções de massa coronal associadas parecem estar direcionadas para a Terra.
“Erupções solares adicionais podem levar a condições persistentes de tempestade geomagnética durante o fim de semana”, disse ela em comunicado.
Quando direcionada para a Terra, esta radiação geomagnética e solar pode induzir correntes em linhas de transmissão de alta tensão e causar problemas aos transformadores da rede elétrica.
Uma das tempestades geomagnéticas mais prejudiciais ocorreu em 1989, quando quase 6 milhões de pessoas em Montreal, Canadá, ficaram sem energia durante nove horas. De acordo com a NASA. Algumas partes do nordeste dos Estados Unidos e da Suécia também foram afetadas por este evento.
Em 2002, ocorreu uma ejeção de massa coronal Ele derrubou 38 satélites comerciais.
O Sol passa por ciclos de 11 anos, da atividade mínima à máxima. O ciclo atual, iniciado no final de 2019, é Espera-se que atinja o pico com atividade máxima em julho de 2025De acordo com as projeções da NOAA e da NASA.
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