Обмен это в биологии: 2. Обмен веществ. Пластический и энергетический обмен

Posted on 28.01.197315.08.2021 by alexxlab

Содержание

Пластический обмен. Репликация, ассимиляция, анаболизм

(анаболизм, ассимиляция).

Автор статьи — Л.В. Окольнова.

Проще говоря, это любые процессы и реакции образования, синтеза веществ.
Примеры:
● репликация ДНК
● синтез и-РНК
● синтез белка
● синтез липидов и углеводов
● фотосинтез
● хемосинтез

Подробно каждый из этих процессов мы будем разбирать в соответствующих темах, здесь же рассмотрим исходные вещества, продукты, получающиеся при энергетическом обмене, место синтеза и организмы, в которых происходят эти процессы.

Репликация (самоудвоение) ДНК.

Из одной молекулы получаются 2 и процесс идет с затратами энергии.

Это основной процесс абсолютно для всех живых ( и неживых систем)

● у вирусов (неживых систем) — он происходит в клетках носителя;
● у бактерий — в цитоплазме (прокариоты)
● у всех других эукариотических организмов — в ядре

Синтез и-РНК (транскрипция).

Так же основной, базовый процесс для всего живого.

Базой, матрицей для синтеза молекулы служит ДНК.
У бактерий (прокриотических организмов) — осуществляется в цитоплазме, у всех эукариотов — в ядре.

Синтез белка.

Все живое потребляет и синтезирует белки.
Процесс построения полимера (белка) из мономеров (аминокислот) происходит в рибосомах.
Рибосомы есть абсолютно во всех клетках — как у бактерий, так и у представителей всех царств эукариотического мира.

Процесс многостадийный и требует большого количества энергии:
1. синтез и-РНК на базе ДНК
2. выход и-РНК из ядра в цитоплазму и прикрепление к рибосоме
3. “считывание” рибосомой информации с и-РНК
4. транспорт соответствующих аминокислот с помощью т-РНК
5. построение белковой нити

Синтез липидов и углеводов.

мономер

полимер

глицерин и жирные кислоты

липиды

моносахариды (глюкоза, фруктоза, рибоза)

полисахариды, т. е. углеводы

Происходит в эндоплазматической сети.

Фотосинтез.

Это прямо классический пример пластического обмена — из неорганических веществ получаются органические.

● у растений — во всех клетках наземной части организма в хлоропластах
● у бактерий — в пигменте — хлорофилле

Хемосинтез.

Это процесс пластического обмена, характерный исключительно для бактерий.

Энергетический обмен, подготовка к ЕГЭ по биологии

Обмен веществ

Обмен веществ (метаболизм) складывается из процессов расщепления и синтеза — диссимиляции и ассимиляции, постоянно протекающих в организме. Чтобы жизнь продолжалась, количество поступающей энергии должно превышать (или как минимум равняться) количеству расходуемой энергии, поэтому диссимиляция и ассимиляция поддерживают определенный баланс друг с другом.

Энергетический обмен

Энергетический обмен (диссимиляция — от лат. dissimilis ‒ несходный) — обратная ассимиляции сторона обмена веществ, совокупность реакций, которые приводят к высвобождению энергии химических связей. Это реакции расщепления жиров, белков, углеводов, нуклеиновых кислот до простых веществ.

Возможно три этапа диссимиляции: подготовительный, анаэробный и аэробный. Среда обитания определяет количество этапов диссимиляции. Их может быть три, если организм обитает в кислородной среде, и два, если речь идет об организме, обитающем в бескислородной среде (к примеру, в кишечнике).

Обсудим этапы энергетического обмена более подробно:

  • Подготовительный этап

    • Подготовительный этап осуществляется ферментами в ЖКТ. В результате действия ферментов сложные вещества превращаются в более простые: полимеры распадаются на мономеры. Это сопровождается разрывом химических связей и выделением энергии, большая часть которой рассеивается в виде тепла.

    Под действием ферментов белки расщепляются на аминокислоты, жиры — на глицерин и жирные кислоты, сложные углеводы — до простых сахаров.

  • Бескислородный этап (анаэробный) — гликолиз

    • Этот этап является последним для организмов-анаэробов, обитающих в условиях, где кислород отсутствует. На этапе гликолиза происходит расщепление молекулы глюкозы: образуется 2 молекулы АТФ и 2 молекулы пировиноградной кислоты (ПВК). Происходит данный этап в цитоплазме клеток.

  • Кислородный этап (аэробный)

    • Этот этап доступен только для аэробов — организмов, живущих в кислородной среде. Из каждой молекулы ПВК, образовавшейся на этапе гликолиза, синтезируется 18 молекул АТФ — в сумме с двух ПВК выход составляет 36 молекул АТФ.

    Таким образом, суммарно с одной молекулы глюкозы можно получить 38 АТФ (гликолиз + кислородный этап).

    Кислородный этап протекает на кристах митохондрий (складках, выпячиваниях внутренней мембраны), где наибольшая концентрация окислительных ферментов. Главную роль в этом процессе играет так называемый цикл Кребса, который подробно изучает биохимия.

АТФ — аденозинтрифосфорная кислота

Трудно переоценить роль в клетке АТФ — универсального источника энергии. Молекула АТФ состоит из азотистого основания — аденина, углевода — рибозы и трех остатков фосфорной кислоты.

Между остатками фосфорной кислоты находятся макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением большого количества энергии. Их принято обозначать типографическим знаком тильда «∽».

АТФ гидролизуется до АДФ (аденозиндифосфорная кислота), а затем и до АМФ (аденозинмонофосфорная кислота).

Гидролиз АТФ сопровождается выделением энергии (E) на каждом этапе и может быть представлен такой схемой:

  • АТФ + H2O = АДФ + H3PO4 + E
  • АДФ + H2O = АМФ + H3PO4 + E
  • АМФ + H2O = аденин + рибоза + H3PO4 + E
Пластический обмен

АТФ является универсальным источником энергии в клетке: энергия макроэргических связей АТФ используется для реакций пластического обмена (ассимиляции), протекающих с затратой энергии: синтеза белка на рибосоме (трансляции), удвоению ДНК (репликации) и т.д.

В результате пластического обмена в нашем организме происходит синтез белков, жиров и углеводов.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Программа вступительных испытаний по биологии

Общие указания

На экзамене по биологии поступающий в высшее учебное заведение должен показать:

  1. знание главнейших понятий, закономерностей и законов, касающихся строения, жизни и развития растительного, животного и человеческого организмов, развития живой природы;
  2. знание строения и жизни растений, животных, человека, основных групп растений и классификации животных;
  3. умение обосновывать выводы, оперировать понятиями при объяснении явлений природы с приведением примеров из практики сельскохозяйственного и промышленного производства, здравоохранения и т. д. Этому умению придается особое значение, так как оно будет свидетельствовать об осмысленности знаний, о понимании излагаемого материала экзаменующимся.

I. Растения

Ботаника — наука о растениях. Растительный мир как составная часть природы, его разнообразие, распространение на Земле. Цветковое растение и его строение.

Семя. Строение семян (на примере двудольного и однодольного растений). Состав семян. Условия прорастания семян. Дыхание семян. Питание и рост проростка. Время посева и глубина заделки семян.

Корень. Развитие корня из зародышевого корешка. Виды корней. Типы корневых систем (стержневая и мочковатая).

Внешнее и внутреннее строение корня в связи с его функциями. Зона корня. Рост корня. Понятие ткани. Поглощение корнями воды и минеральных солей, необходимых растению. Удобрения. Дыхание корня. Значение обработки почвы, внесения удобрений, полива для жизни культурных растений. Корнеплоды (видоизменения корня). Значение корня.

Лист. Внешнее строение листа. Жилкование. Листья простые и сложные. Листорасположение. Особенности внутреннего строения листа в связи с его функциями, кожица и устьица, основная ткань листа, проводящие пучки. Дыхание листьев. Фотосинтез. Испарение воды листьями. Листопад. Значение листьев в жизни растений. Роль зеленых растений в природе и жизни человека.

Стебель. Понятие о побеге. Почки вегетативные и цветочные, их строение и расположение на стебле. Развитие побега из почки. Рост стебля в длину. Ветвление стебля. Формирование кроны. Внутреннее строение древесного стебля в связи с его функциями: кора, камбий, древесина, сердцевина. Рост стебля в толщину. Образование годичных колец. Передвижение минеральных и органических веществ по стеблю. Значение стебля. Видоизмененные побеги: корневища, клубень, луковица, их строение, биологическое и хозяйственное значение.

Вегетативное размножение цветковых растений. Размножение растений посредством побегов, корней, листьев в природе и растениеводстве (видоизмененными побегами, стеблевыми и корневыми черенками, отводками, делением куста, прививкой). Биологическое и хозяйственное значение вегетативного размножения.

Цветок и плод. Строение цветка: цветоножка, цветоложе, околоцветник (чашечка и венчик), тычинки, пестик или пестики. Строение тычинки и пестика. Соцветия и их биологическое значение. Перекрестное опыление насекомыми, ветром. Самоопыление. Оплодотворение. Образование семян и плодов. Значение цветков, плодов и семян в природе и жизни человека.

Растение и окружающая среда. Взаимосвязь органов. Основные жизненные функции растительного организма и его взаимосвязь со средой обитания.

Классификация цветковых растений. Многообразие дикорастущих и культурных цветковых растений и их классификация. Элементарные понятия о систематических (таксономических) категориях — вид, род, семейство, класс. Значение международных названий растений.

Класс двудольных растений. Семейство крестоцветных, розоцветных, бобовых, пасленовых, сложноцветных.

Класс однодольных растений. Семейство злаков, семейство лилейных.

Отличительные признаки растений основных семейств; их биологические особенности и народнохозяйственное значение. Типичные культурные и дикорастущие растения этих семейств. Влияние хозяйственной деятельности на видовое многообразие цветковых растений. Охрана редких видов растений. Красная книга.

Основные группы растений. Водоросли. Строение и жизнедеятельность одноклеточных водорослей (хламидомонада, плеврококк, хлорелла). Размножение водорослей. Нитчатые водоросли. Значение водорослей в природе и хозяйстве.

Мхи. Зеленые мхи. Строение и размножение кукушкина льна. Мох сфагнум, особенности его строения. Образование торфа, его значение.

Хвощ. Плаун. Папоротник. Строение и размножение.

Голосеменные. Строение и размножение голосеменных (на примере сосны и ели). Распространение хвойных, их значение в природе, в народном хозяйстве.

Покрытосеменные (цветковые). Приспособленность покрытосеменных к различным условиям жизни на Земле и господство в современной флоре.

Влияние хозяйственной деятельности человека на видовое многообразие растений. Охрана растений.

Развитие растительного мира на Земле. Основные этапы исторического развития и усложнения растительного мира на Земле. Создание культурных растений человеком. Достижения российских ученых в выведении новых сортов растений.

Бактерии, грибы, лишайники. Бактерии. Строение и жизнедеятельность бактерий. Распространение бактерий в воздухе, почве, воде, живых организмах. Роль бактерий в природе, медицине, сельском хозяйстве и промышленности. Болезнетворные бактерии и борьба с ними.

Грибы. Общая характеристика грибов. Шляпочные грибы, их строение, питание, размножение. Условия жизни грибов в лесу. Съедобные и ядовитые грибы. Плесневые грибы. Дрожжи. Грибы-паразиты, вызывающие болезни растений. Роль грибов в природе и хозяйстве.

Лишайники. Строение лишайника. Симбиоз. Питание. Размножение. Роль лишайника в природе и хозяйстве.

II.

Животные

Зоология — наука о животных. Значение животных в природе и жизни человека. Сходство и отличие животных и растений. Классификация животных.

Одноклеточные. Общая характеристика. Обыкновенная амеба. Среда обитания. Движение. Питание. Дыхание. Выделение. Размножение. Инцистирование.

Зеленая эвглена — одноклеточный организм с признаками животного и растения.

Инфузория-туфелька. Особенности строения и процессов жизнедеятельности. Раздражимость.

Многообразие и значение одноклеточных. Малярийный паразит — возбудитель малярии. Ликвидация малярии как массового заболевания.

Тип Кишечнополостные. Общая характеристика типа. Пресноводный полип — гидра. Среда обитания и внешнее строение. Лучевая симметрия. Внутреннее строение (двухслойность, разнообразие клеток). Питание. Дыхание. Нервная система. Рефлекс. Регенерация. Размножение вегетативное и половое. Морские кишечнополостные (полипы и медузы) и их значение.

Тип Плоские черви. Общая характеристика типа. Внешнее строение. Мускулатура. Питание. Дыхание. Выделение. Нервная система. Размножение. Регенерация.

Тип Круглые черви. Общая характеристика типа. Внешнее строение. Полость тела. Питание. Размножение и развитие. Многообразие паразитических червей и борьба с ними.

Тип Кольчатые черви. Общая характеристика типа. Среда обитания. Внешнее строение. Ткани. Кожно-мускульный мешок. Полость тела. Системы органов пищеварения, кровообращения, выделения. Процессы жизнедеятельности. Нервная система. Регенерация. Размножение.

Тип Моллюски. Общая характеристика типа. Среда обитания и внешнее строение. Особенности процессов жизнедеятельности.

Тип Членистоногие. Общая характеристика типа. Класс Ракообразные. Речной рак. Среда обитания. Внешнее строение. Размножение. Внутреннее строение. Пищеварительная, кровеносная и дыхательная системы. Органы выделения. Питание, дыхание, выделение. Особенности процессов жизнедеятельности. Нервная система и органы чувств.

Класс Паукообразные. Паук-крестовик. Среда обитания. Внешнее строение. Ловчая сеть, ее устройство и значение. Питание, дыхание, размножение. Роль клещей в природе и их практическое значение. Меры защиты человека от клещей.

Класс Насекомые. Майский жук. Внешнее и внутреннее строение. Процесс жизнедеятельности. Размножение. Типы развития.

Отряды насекомых с полным превращением. Чешуекрылые. Капустная белянка. Тутовый шелкопряд. Шелководство. Двукрылые. Комнатная муха, оводы. Перепончатокрылые. Медоносная пчела и муравьи. Инстинкт. Наездники. Биологический способ борьбы с вредителями. Отряд насекомых с неполным превращением. Прямокрылые. Перелетная саранча — опасный вредитель сельского хозяйства. Роль насекомых в природе, их практическое значение. Сохранение их видового многообразия.

Тип Хордовые. Общая характеристика типа. Класс Ланцетники. Ланцетник — низшее хордовое животное. Среда обитания. Внешнее строение. Хорда. Особенности внутреннего строения. Сходство ланцетников с позвоночными и беспозвоночными.

Класс Рыбы. Общая характеристика класса. Речной окунь. Среда обитания. Внешнее строение. Скелет и мускулатура. Полость тела. Пищеварительная, кровеносная, дыхательная системы. Плавательный пузырь. Нервная система и органы чувств. Поведение. Размножение и развитие. Забота о потомстве. Многообразие рыб. Отряды рыб: акулы, осетровые, сельдеобразные, карпообразные, кистеперые. Хозяйственное значение рыб. Промысел рыб. Искусственное разведение рыб. Прудовое хозяйство. Влияние деятельности человека на численность рыб. Необходимость рационального использования рыбных богатств, их охраны (защита вод от загрязнения и др.).

Класс Земноводные. Общая характеристика класса. Лягушка. Особенности среды обитания. Внешнее строение. Скелет и мускулатура. Особенности строения внутренних органов и процессов жизнедеятельности. Нервная система и органы чувств. Размножение и развитие. Многообразие земноводных и их значение. Происхождение земноводных.

Класс Пресмыкающиеся. Общая характеристика класса. Прыткая ящерица. Среда обитания. Внешнее строение. Особенности внутреннего строения. Размножение. Регенерация. Многообразие современных пресмыкающихся. Отряд Чешуйчатые. Отряд Черепахи. Древние пресмыкающиеся: динозавры, зверозубые ящеры. Происхождение пресмыкающихся.

Класс Птицы. Общая характеристика класса. Голубь. Среда обитания. Внешнее строение. Скелет и мускулатура. Полость тела. Особенности внутреннего строения и процессов жизнедеятельности. Нервная система и органы чувств. Поведение. Размножение и развитие. Сезонные явления в жизни птиц, гнездование, кочевки и перелеты. Происхождение птиц. Приспособленность птиц к различным средам обитания. Птицы парков, садов, лугов и полей. Птицы леса. Хищные птицы. Птицы болот и побережий водоемов. Птицы степей и пустынь. Роль птиц в природе и их значение в жизни человека. Роль заповедников и зоопарков в сохранении редких видов птиц. Привлечение птиц. Птицеводство.

Класс Млекопитающие. Общая характеристика класса. Домашняя собака. Внешнее строение. Скелет и мускулатура. Полости тела. Система органов. Нервная система и органы чувств. Поведение. Размножение и развитие. Забота о потомстве. Отряды млекопитающих. Первозвери. Происхождение млекопитающих. Рукокрылые: летучие мыши. Грызуны. Хищные: собачьи, кошачьи. Ластоногие. Китообразные. Парнокопытные. Особенности строения пищеварительной системы жвачных. Породы крупного рогатого скота. Кабан. Домашние свиньи. Непарнокопытные. Дикая лошадь. Породы домашних лошадей. Приматы. Роль млекопитающих в природе и в жизни человека. Влияние деятельности человека на численность и видовое многообразие млекопитающих, их охрана.

III. Человек и его здоровье

Анатомия, физиология и гигиена человека — науки, изучающие строение и функции организма человека и условия сохранения его здоровья. Гигиенические аспекты охраны окружающей среды.

Общий обзор организма человека. Общее знакомство с организмом человека (органы и системы органов). Элементарные сведения о строении, функциях и размножении клеток. Рефлекс. Краткие сведения о строении и функциях тканей. Ткани (эпителиальные, соединительные, мышечные и нервная).

Опорно-двигательная система. Значение опорно-двигательной системы. Строение скелета человека. Соединения костей: неподвижные, полуподвижные суставы. Состав, строение (макроскопическое) и рост костей в толщину. Мышцы, их строение и функции. Нервная регуляция деятельности мышц. Движения в суставах. Рефлекторная дуга. Работа мышц. Влияние ритма и нагрузки на работу мышц. Утомление мышц. Значение физических упражнений для правильного формирования скелета и мышц. Предупреждение искривления позвоночника и развития плоскостопия.

Кровь. Внутренняя среда организма: кровь, тканевая жидкость, лимфа. Относительное постоянство внутренней среды. Состав крови: плазма, форменные элементы. Группы крови. Значение переливания крови. Свертывание крови как защитная реакция. Эритроциты и лейкоциты, их строение и функции. Малокровие. Учение И.И.Мечникова о защитных свойствах крови. Борьба с эпидемиями. Иммунитет.

Кровообращение. Органы кровообращения: сердце и сосуды (артерии, капилляры, вены). Большой и малый круги кровообращения. Сердце, его строение и работа. Автоматия сердца. Понятие о нервной и гуморальной регуляции деятельности сердца. Движение крови по сосудам. Пульс. Кровяное давление. Гигиена сердечно-сосудистой системы.

Дыхание. Значение дыхания. Органы дыхания, их строение и функция. Голосовой аппарат. Газообмен в легких и тканях. Дыхательные движения. Понятия о жизненной емкости легких. Понятие о гуморальной и нервной регуляции дыхания. Гигиена дыхания.

Пищеварение. Питательные вещества и пищевые продукты. Пищеварение, ферменты и их роль в пищеварении. Строение органов пищеварения. Пищеварение в полости рта. Глотание. Работы И.П.Павлова по изучению деятельности слюнных желез. Пищеварение в желудке. Понятие о нервно-гуморальной регуляции желудочного сокоотделения. Работы И.П.Павлова по изучению пищеварения в желудке. Печень, поджелудочная железа и их роль в пищеварении. Изменение питательных веществ в кишечнике. Всасывание. Гигиена питания.

Обмен веществ. Водно-солевой, белковый, жировой и углеводный обмен. Распад и окисление органических веществ в клетках. Ферменты. Пластический и энергетический обмен — две стороны единого процесса обмена веществ. Обмен веществ между организмом и окружающей средой. Норма питания. Значение правильного питания. Витамины и их значение для организма.

Выделение. Органы мочевыделительной системы. Функции почек. Значение выделения продуктов обмена веществ.

Кожа. Строение и функции кожи. Роль кожи в регуляции теплоотдачи. Закаливание организма. Гигиена кожи и одежды.

Нервная система. Значение нервной системы. Строение и функции спинного мозга и отделов головного мозга: продолговатого, среднего, промежуточного, мозжечка. Понятие о вегетативной нервной системе. Большие полушария головного мозга. Значение коры больших полушарий.

Анализаторы. Органы чувств. Значение органов чувств. Анализаторы. Строение и функции органов зрения. Гигиена зрения. Строение и функции органа слуха. Гигиена слуха.

Высшая нервная деятельность. Безусловные и условные рефлексы. Образование и биологическое значение условных рефлексов. Торможение условных рефлексов. Роль И.М.Сеченова и И.П.Павлова в создании учения о высшей нервной деятельности; его сущность. Значение слова. Сознание и мышление человека как функции высших отделов головного мозга. Антинаучность религиозных представлений о душе. Гигиена физического и умственного труда. Режим труда и отдыха. Сон, его значение. Вредное влияние курения и употребления спиртных напитков на нервную систему.

Железы внутренней секреции. Значение желез внутренней секреции. Понятие о гормонах. Роль гуморальной регуляции в организме.

Развитие человеческого организма. Воспроизведение организмов. Половые железы и половые клетки. Оплодотворение. Развитие зародыша человека. Особенности развития детского и юношеского организмов.

IV. Общая биология

Общая биология — предмет об основных закономерностях жизненных явлений. Значение биологии для медицины, сельского хозяйства и других отраслей народного хозяйства.

Эволюционное учение

Краткие сведения о додарвиновском периоде развития биологии. Основные положения эволюционного учения Ч.Дарвина. Значение теории эволюции для развития естествознания.

Критерии вида. Популяция — единица вида и эволюции. Понятие сорта растений и породы животных.

Движущие силы эволюции: наследственность, борьба за существование, изменчивость, естественный отбор. Ведущая роль естественного отбора в эволюции.

Искусственный отбор и наследственная изменчивость — основа выведения пород домашних животных и сортов культурных растений. Создание новых высокопродуктивных пород животных и сортов растений.

Возникновение приспособлений. Относительный характер приспособленности.

Микроэволюция. Видообразование.

Результаты эволюции: приспособленность организмов, многообразие видов.

Использование теории эволюции в сельскохозяйственной практике и в деле охраны природы.

Развитие органического мира

Доказательства эволюции органического мира. Главные направления эволюции. Ароморфоз, идиоадаптация. Соотношение различных направлений эволюции. Биологический прогресс и регресс. Краткая история развития органического мира.

Основные ароморфозы в эволюции органического мира.

Основные направления эволюции покрытосеменных, насекомых, птиц и млекопитающих в кайнозойскую эру.

Влияние деятельности человека на многообразие видов, природные сообщества, их охрана.

Происхождение человека

Ч.Дарвин о происхождении человека от животных.

Движущие силы антропогенеза: социальные и биологические факторы. Ведущая роль законов общественной жизни в социальном прогрессе человечества.

Древнейшие, древние и ископаемые люди современного типа.

Человеческие расы, их происхождение и единство. Антинаучная, реакционная сущность социального дарвинизма и расизма.

Основы экологии

Предмет и задачи экологии, математическое моделирование в экологии. Экологические факторы. Деятельность человека как экологический фактор. Комплексное воздействие факторов на организм. Ограничивающие факторы. Фотопериодизм. Вид, его экологическая характеристика.

Популяция. Факторы, вызывающие изменение численности популяций, способы ее регулирования.

Рациональное использование видов, сохранение их разнообразия.

Биогеоценоз. Взаимосвязи популяций в биогеоценозе. Цепи питания. Правило экологической пирамиды. Саморегуляция. Смена биогеоценозов. Агроценозы. Повышение продуктивности агроценозов на основе мелиорации земель, внедрения новых технологий выращивания растений.

Охрана биогеоценозов.

Основы учения о биосфере

Биосфера и ее границы. Биомасса поверхности суши, Мирового океана, почвы. Живое вещество, его газовая, концентрационная, окислительная и восстановительная функции. Круговорот веществ и превращение энергии в биосфере. В.И.Вернадский о возникновении биосферы.

Основы цитологии

Основные положения клеточной теории. Клетка — структурная и функциональная единица живого. Строение и функция ядра, цитоплазмы и ее основных органоидов. Особенности строения клеток прокариот, эукариот.

Содержание химических элементов в клетке. Вода и другие неорганические вещества, их роль в жизнедеятельности клетки. Органические вещества: липиды, АТФ, биополимеры (углеводы, белки, нуклеиновые кислоты), их роль в клетке. Ферменты, их роль в процессах жизнедеятельности. Самоудвоение ДНК.

Обмен веществ и превращение энергии — основа жизнедеятельности клетки. Энергетический обмен в клетке и его сущность. Значение АТФ в энергетическом обмене.

Пластический обмен. Фотосинтез. Пути повышения продуктивности сельскохозяйственных растений. Биосинтез белков. Ген и его роль в биосинтезе. Код ДНК. Реакции матричного синтеза. Взаимосвязь процессов пластического и энергетического обмена.

Вирусы, особенности их строения и жизнедеятельности.

Размножение и индивидуальное развитие организмов

Деление клетки, мейоз и оплодотворение — основа размножения и индивидуального развития организмов. Подготовка клетки к делению. Удвоение молекул ДНК. Хромосомы, их гаплоидный и диплоидный набор, постоянство числа и формы.

Деление клетки и его значение.

Половое и бесполое размножение организмов. Половые клетки. Мейоз. Развитие яйцеклеток и сперматозоидов. Оплодотворение.

Развитие зародыша (на примере животных). Постэмбриональное развитие. Вредное влияние алкоголя и никотина на развитие организма человека.

Возникновение жизни на Земле.

Основы генетики

Основные закономерности наследственности и изменчивости организмов и их цитологические основы.

Предмет, задачи и методы генетики.

Моно- и дигибридное скрещивание. Законы наследственности, установленные Г.Менделем. Доминантные и рецессивные признаки. Аллельные гены. Фенотип и генотип. Гомозигота и гетерозигота. Единообразие первого поколения.

Промежуточный характер наследования. Закон расщепления признаков. Статистический характер явлений расщепления. Цитологические основы единообразия первого поколения и расщепления признаков во втором поколении. Закон независимого наследования и его цитологические основы.

Сцепленное наследование. Нарушение сцепления. Перекрест хромосом.

Генотип как целостная исторически сложившаяся система. Генетика пола. Хромосомная теория наследственности.

Значение генетики для медицины и здравоохранения. Вредное влияние никотина, алкоголя и других наркотических веществ на наследственность человека.

Роль генотипа и условий внешней среды в формировании фенотипа. Модификационная изменчивость. Норма реакции. Статистические закономерности модификационной изменчивости.

Мутации, их причины. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Н.И.Вавилов. Экспериментальное получение мутаций.

Мутации как материал для искусственного и естественного отбора. Загрязнение природной среды мутагенами и его последствия.

Генетика и теория эволюции. Генетика популяций. Формы естественного отбора: движущий и стабилизирующий.

Основы селекции

Генетические основы селекции растений, животных и микроорганизмов.

Задачи современной селекции. Н.И.Вавилов о происхождении культурных растений. Значение исходного материала для селекции.

Селекция растений. Основные методы селекции: гибридизация и искусственный отбор. Роль естественного отбора в селекции. Самоопыление перекрестноопыляемых растений. Гетерозис. Полиплодия и отдаленная гибридизация. Достижения селекции растений.

Селекция животных. Типы скрещивания и методы разведения. Метод анализа наследственных хозяйственно-ценных признаков у животных-производителей. Отдаленная гибридизация домашних животных.

Селекция бактерий, грибов, ее значение для микробиологической промышленности (получение антибиотиков, ферментных препаратов, кормовых дрожжей и др.). Основные направления биотехнологии (микробиологическая промышленность, генная и клеточная инженерия).

Биосфера и научно-технический прогресс

Биосфера в период научно-технического прогресса и здоровье человека. Проблемы окружающей среды: защита от загрязнения, сохранения эталонов и памятников природы, видового разнообразия, биоценозов, ландшафтов.

§24. Общая характеристика обмена веществ и преобразование энергии

 

1. Какие понятия пропущены в биологических «уравнениях» и заменены вопросительными знаками?

Обмен веществ = ? + энергетический обмен

Анаболизм + ? = метаболизм

Ассимиляция + диссимиляция = ?

В первом «уравнении» вопросительным знаком заменено понятие «пластический обмен», во втором – «катаболизм», в третьем – «обмен веществ (метаболизм)».

 

2. Какие процессы называют ассимиляцией и диссимиляцией? Приведите примеры.

Ассимиляция (анаболизм, пластический обмен) – совокупность реакций синтеза сложных органических соединений из более простых веществ. Реакции пластического обмена идут с затратами (поглощением) энергии. Процессами ассимиляции являются: фотосинтез, биосинтез ДНК (репликация), биосинтез РНК, белков, липидов, полисахаридов и т.д.

Диссимиляция (катаболизм, энергетический обмен) – процессы расщепления сложных органических соединений до более простых веществ, которые сопровождаются выделением (высвобождением) энергии химических связей расщепляемых соединений. К процессам диссимиляции относится брожение и клеточное дыхание.

 

3. Чем автотрофные организмы принципиально отличаются от гетеротрофных?

Автотрофные организмы (большинство растений и водорослей, некоторые бактерии) способны синтезировать органические вещества из неорганических. Гетеротрофные организмы (животные, грибы, многие протисты и бактерии, бесхлорофилльные растения-паразиты) нуждаются в поступлении готовых органических соединений поскольку не способны синтезировать их из неорганических веществ.

 

4. Для осуществления каких процессов организмы используют энергию АТФ?

Молекулы АТФ, синтезированные в ходе реакций энергетического обмена, служат поставщиками энергии для процессов синтеза органических веществ, активного транспорта веществ через плазмалемму, деления клеток, передачи нервных импульсов. Благодаря энергии АТФ осуществляются все виды движения (в том числе и мышечного), поддерживается постоянная температура тела у птиц и млекопитающих и т.д.

 

5. В каких случаях процессы энергетического обмена в организме преобладают над процессами пластического обмена и наоборот?

Например, в молодых организмах преобладают процессы пластического обмена, благодаря чему обеспечивается запасание веществ, интенсивный рост и развитие организма. В старом организме, как правило, преобладают процессы энергетического обмена. То же самое наблюдается при высоких физических нагрузках и недостатке питательных веществ.

Интенсивность процессов энергетического и пластического обмена регулируется нервной системой и гормонами. Например, адреналин сдвигает баланс в сторону энергетического обмена, а инсулин и соматотропин (гормон роста) – в сторону пластического обмена.

 

6. Приведите примеры преобразования энергии в живом организме.

Например, при расщеплении питательных веществ высвобождается энергия, заключённая в их химических связях. Часть этой энергии рассеивается в виде тепла (т.е. преобразуется в тепловую), другая часть запасается в виде молекул АТФ. Работа мышц сопровождается преобразованием энергии макроэргических связей АТФ в механическую и тепловую энергию. В процессе фотосинтеза происходит преобразование световой энергии в энергию химических связей органических веществ.

 

7. Докажите справедливость утверждения: «Ассимиляция и диссимиляция — две стороны единого процесса обмена веществ и преобразования энергии в живых организмах».

Вещества, образующиеся в ходе энергетического обмена, могут использоваться в пластическом обмене – для синтеза более сложных органических веществ. И наоборот, продукты ассимиляции могут подвергаться расщеплению и служить источником энергии в процессах диссимиляции. АТФ, которая образуется в ходе энергетического обмена, расщепляется до АДФ и H3PO4 и служит источником энергии для реакций пластического обмена.

Таким образом, ассимиляция и диссимиляция – две взаимосвязанные стороны единого процесса обмена веществ и преобразования энергии в живых организмах.

 

8. Суточная норма углеводов для взрослого человека составляет 5—8 г на 1 кг массы тела (в зависимости от энергетических затрат организма). При окислении 5 г углеводов выделяется 88 кДж энергии, что достаточно для нагревания 1 кг тела человека от температуры 36,6ºС до температуры 62ºС. Попробуйте самостоятельно произвести этот несложный расчёт на основании знаний, полученных при изучении физики в 8-м классе. Учтите, что средняя удельная теплоемкость человеческого тела 3,47 кДж/(кг • ºС). К чему могло бы привести разогревание клеток тела человека до такой температуры? Почему этого на самом деле не происходит?

На уроках физики в 8-м классе учащиеся решали задачи, связанные с применением формулы расчёта количества теплоты:

Q = cm (t2 – t1),

где Q – количество теплоты, с – удельная теплоёмкость, m – масса тела, t2 и t1 – конечная и начальная температуры соответственно.

В нашем случае Q = 88 кДж, с = 3,47 кДж/(кг • ºС), m = 1 кг, t1 = 36,6ºС.

● Рассчитаем, на сколько градусов Цельсия могла бы повыситься температура тела человека:

t2 – t1 = Q / cm = 88 кДж : (3,47 кДж/(кг • ºС) × 1 кг) ≈ 25,36ºС.

● Найдём конечную температуру тела человека:

t2 ≈ 36,6ºС + 25,36ºС ≈ 62ºС.

Разогревание клеток тела человека до такой температуры привело бы к денатурации большинства белков, прекращению ферментативных процессов, частичному плавлению ДНК и в конечном итоге, к гибели клеток. Однако на самом деле этого не происходит, т.к. процесс расщепления и окисления углеводов осуществляется постепенно, поэтапно, и лишь часть высвобождаемой энергии преобразуется в тепловую, а другая часть запасается в макроэргических связях молекул АТФ.

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 

< Предыдущая   Следующая >

Биохимические исследования

Биохимические исследования – обширный раздел лабораторных исследований, включающий определение содержания различных органических и неорганических веществ, образующихся в результате биохимических  реакций, а также измерение активности ферментов в сыворотке, плазме, крови, моче, ликворе и других биологических жидкостях.

Биохимические анализы отражают  функциональное состояние различных органов и систем, дают представление о состоянии обмена веществ.

Биохимические маркеры в зависимости от того, какой вид обмена  они характеризуют, делят на следующие группы:

  • Маркеры белкового обмена — общий белок и белковые фракции: альбумин, ?-глобулины классов IgA, IgM, IgG
  • Маркеры углеводного обмена – глюкоза сыворотки крови и мочи, глюкоза крови методом непрерывного мониторирования, гликозилированный гемоглобин
  • Маркеры липидного обмена —  холестерин, триглицериды, липидограмма (ЛПВП, ЛПОНП, ЛПНП), коэффициент атерогенности

Также выделяют группы биохимических тестов, необходимых  для диагностики нарушений функционирования того или иного органа:

  • Показатели функции печени и желчевыводящих путей  — билирубин (общий, прямой, непрямой), аминотрансферазы (АлТ, АсТ), лактатдегидрогеназа (ЛДГ), гамма-глютамилтрансфераза (ГГТ), щелочная фосфатаза
  • Показатели функции почек – электролиты (натрий, калий, хлор), мочевина, креатинин, мочевая кислота в сыворотке крови и моче, клиренс креатинина (проба Реберга), белок, альбумин мочи
  • Показатели функции поджелудочной железы — ? — амилаза сыворотки крови и мочи, липаза сыворотки крови
  • Маркеры кардиопатологии — креатинкиназа общая (КФК), изофермент креатинкиназы (КФК-МВ), миоглобин, тропонин I, ЛДГ, АСТ
  • Диагностические маркеры анемий – железо сыворотки, общая железосвязывающая способность сыворотки (ОЖСС), трансферрин, коэффициент насыщения трансферрина железом, ферритин
  • Маркеры острой фазы воспаления —  прокальцитонин, С — реактивный белок (СРБ)
  • Маркеры остеопороза – щелочная фосфатаза, фосфор, кальций
  • Показатели водно-электролитного обмена — калий, кальций, натрий, магний, фосфор, хлориды в сыворотке крови и моче
  • Исследования кислотно-основного состояния, газового состава и метаболитов крови  — водородный показатель (рН), осмолярность, лактат, электролиты, бикарбонаты крови, общий диоксид углерода

Биохимические исследования выполняются на автоматическом биохимическом анализаторе.

Отделение лабораторной диагностики НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова оснащено самым современным оборудованием для исследований.

Оптимальное время для сдачи крови на исследование  утреннее, не ранее 8 часов после последнего приема пищи. За 3 дня до сдачи анализов желательно исключить употребление жирной пищи и алкоголя, а накануне исключить чрезмерные физические нагрузки. В день сдачи анализа не рекомендуется курение.

Готовность результатов исследований в НМИЦ онкологии им. Н.Н. Петрова в течение суток.

реципрокный обмен — это… Что такое реципрокный обмен?

реципрокный обмен
reciprocal exchange, interchange — реципрокный обмен.

Любой эквивалентный обмен биологическим (генетическим) материалом между двумя организмами, органами, клетками, органеллами клетки.

(Источник: «Англо-русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г.)

.

  • interchange
  • reciprocal genes

Смотреть что такое «реципрокный обмен» в других словарях:

  • реципрокный обмен — Любой эквивалентный обмен биологическим (генетическим) материалом между двумя организмами, органами, клетками, органеллами клетки. [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь генетических терминов 1995 407с.] Тематики генетика EN …   Справочник технического переводчика

  • Реципрокный обмен — * рэцыпрокны абмен * reciprocal exchange or interchange любой эквивалентный обмен генетическим (любым др. биологическим) материалом между двумя биологическими объектами (клетка, органелла клетки, орган и др.) …   Генетика. Энциклопедический словарь

  • Альтруизм — (лат. Alter  другой, другие)  понятие, которым осмысливается активность, связанная с бескорыстной заботой о благополучии других; соотносится с понятием самоотверженность  то есть с приношением в жертву своих выгод в пользу… …   Википедия

  • reciprocal exchange — reciprocal exchange. См. реципрокный обмен. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • interchange — interchange. См. реципрокный обмен. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) …   Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

  • Рекомбиназа — * рэкамбіназа * recombinase фермент изомераза, который катализирует процессы рекомбинации ДНК. Используется в технологии получения рекомбинантных ДНК. Р. узнает специфические последовательности ДНК и катализирует реципрокный обмен нитями ДНК… …   Генетика. Энциклопедический словарь

  • Социобиология животных (animal sociobiology) — Социобиология представляет собой попытку применить принципы эволюционной и популяционной биологии к пониманию законов соц. поведения. Определение этой науки можно понять в ист. контексте. В начале XX в. принципы генетики, популяционной биологии и …   Психологическая энциклопедия

  • взаимный — Обоюдный, круговой, общий, возвратный. Взаимные похвалы, приветствия (обмен комплиментов, приветствий), взаимное страхование; круговая порука. Взаимная услуга (услуга за услугу). .. Ср …   Словарь синонимов

Основной обмен — это… Что такое Основной обмен?

один из показателей интенсивности обмена веществ и энергии в организме; выражается количеством энергии, необходимой для поддержания жизни в состоянии полного физического и психического покоя, натощак, в условиях теплового комфорта. О. о. отражает энергетические траты организма, обеспечивающие постоянную деятельность сердца, почек, печени, дыхательной мускулатуры и некоторых других органов и тканей. Освобождаемая в ходе метаболизма тепловая энергия расходуется на поддержание постоянства температуры тела.

Основной обмен определяют в состоянии бодрствования (во время сна уровень О. о. понижается на 8—10%). Определение О. о. проводят в условиях мышечного покоя; не менее чем через 12—16 ч после последнего приема пищи, при исключении белков из пищевого рациона за 2—3 суток до момента определения О. о.; при внешней температуре комфорта, не вызывающей ощущения холода или жары (18—20°). Величину О. о. обычно выражают количеством тепла в килокалориях (ккал) или в килоджоулях (кДж) в расчете на 1 кг массы тела или на 1 м2 поверхности тела за 1 ч или за 1 сутки. Величина, или уровень, О. о. колеблется у различных людей и зависит от возраста, веса (массы) тела, пола и некоторых других факторов. В среднем величина основного обмена у мужчины весом 70 кг составляет около 1700 ккал в сутки (1 ккал на 1 кг веса в 1 ч). У женщин интенсивность О. о. ниже примерно на 10—15%. У новорожденных величина О. о. составляет 46—54 ккал на 1 кг массы тела в сутки и возрастает в течение первых месяцев жизни, достигая максимума в конце первого — начале второго года. При этом интенсивность О. о. ребенка превышает О. о. взрослого человека в 1,5—2 раза. Затем интенсивность О. о. начинает постепенно уменьшаться, стабилизируясь в возрасте 20—40 лет. У пожилых людей О. о. снижается. Если расчет интенсивности О. о. производить не на единицу веса, а на единицу площади, то выясняется, что индивидуальные различия величины О. о. менее значительны. На основании фактов, свидетельствующих о наличии закономерной связи между интенсивностью обмена веществ и величиной поверхности, немецкий физиолог Рубнер (М. Rubner) сформулировал «закон поверхности тела», согласно которому затраты энергии теплокровными животными пропорциональны величине поверхности тела. Вместе с тем установлено, что этот закон имеет относительное значение и позволяет проводить лишь ориентировочные расчеты высвобождения энергии в организме. Против абсолютного значения «закона поверхности» свидетельствует и тот факт, что интенсивность обмена веществ может значительно различаться у двух индивидуумов с одинаковой поверхностью тела. Уровень окислительных процессов определяется, т.о. не столько теплоотдачей с поверхности тела, сколько теплопродукцией тканей и зависит от биологических особенностей вида животных и состояния организма, которое обусловлено деятельностью нервной и эндокринной систем. Даже в том случае, когда соблюдаются все стандартные условия для определения О. о., интенсивность процессов обмена подвергается суточным колебаниям: она возрастает утром и снижается в ночной период (см. Биологические ритмы). Отмечены сезонные изменения О. о. у человека: повышение его весной и ранним летом и понижение поздней осенью и зимой. Сезонные изменения связаны не столько с температурными факторами, сколько с изменением двигательной активности, колебаниями гормональной активности и т.д. Потребление питательных веществ и их последующее переваривание повышают интенсивность процессов обмена, особенно в том случае, если питательные вещества имеют белковую природу. Такое влияние пищи на уровень обмена веществ и энергии носит название специфического динамического действия пищи. К изменению уровня О. о. ведут также продолжительное ограничение питания, избыточное потребление пищи, повышенное или недостаточное содержание в рационе отдельных питательных веществ.

Температура окружающей среды также влияет на интенсивность процессов О. о.: сдвиги в сторону охлаждения приводят к большему усилению обмена веществ, чем соответствующие сдвиги в сторону повышения температуры (при падении температуры воздуха на 10° уровень О. о. повышается на 2,5%).

Определение О. о. имеет большое значение в диагностике некоторых заболеваний. На основании результатов обследования большого числа здоровых людей установлена средняя норма О. о. — так называемый должный О. о. Должный О. о. (в ккал за 24 ч) принят в расчетах за 100%. Фактический О. о. выражается в процентах отклонения от должного в сторону повышения со знаком плюс, в сторону понижения — со знаком минус Допустимое отклонение от должной величины колеблется от +10 до +15%. Отклонения в пределах от +15% до +30% считаются сомнительными, требуют контроля и наблюдения; от +30% до +50% относят к отклонениям средней тяжести; от +50% до +70% — к тяжелым, а свыше +70% — к очень тяжелым. Снижение обмена на 10% еще нельзя считать патологическим, При снижении на 30—40% требуется лечение основного заболевания. Для определения О. о. используют методы прямой и непрямой калориметрии. Необходимо учитывать возможность расхождения данных прямой и непрямой калориметрии, что связано с кратковременностью определения потребления кислорода. При более длительных определениях (порядка 24 ч) результаты обоих методов должны, очевидно, совпадать. Искажение представления об О. о. может быть связано с тем, что калорическая ценность кислорода оказывается различной в зависимости от характера субстратов (белки, жиры или углеводы), преимущественно окисляющихся в организме в процессе Газообмена. Величину О. о. можно ориентировочно определить с помощью специальных клинических формул (например, формул Рида, Гейла и др.). По формуле Рида процент отклонения О. о. равен: 75, умноженным на пульс, плюс разница систолического и диастолического артериального давления, умноженная на 0,74—72. По формуле Гейла процент отклонения О. о. равен: пульс плюс разница систолического и диастолического АД минус 111. Общими обязательными условиями при этом являются следующие: подсчет пульса, измерение АД должны осуществляться всегда только в стандартных условиях О. о.; клинические формулы неприменимы к больным с декомпенсированными заболеваниями сердца, почек и печени, гипертонической болезнью, мерцательной аритмией, пароксизмальной тахикардией, недостаточностью клапанов аорты и некоторыми другими тяжелыми заболеваниями и состояниями. Патологическая физиология. Согласно существующим представлениям, общая теплопродукция организма складывается из первичной и вторичной теплоты. Первичная теплота — это результат рассеивания энергии окисления субстратов в цепи транспорта электронов, вторичная — следствие использования для той или иной клеточной функции образующихся в ходе тканевого дыхания макроэргических соединений. Основные клеточные механизмы нарушений О. о. сводятся к изменению интенсивности образования первичной или вторичной теплоты или обоих ее видов вместе. Изменение каждого из этих процессов сопровождается изменением потребления кислорода — наиболее распространенного критерия величины О. о. В случае усиленного расходования макроэргических соединений на различные виды работы клетки вступает в силу дыхательной контроль в митохондриях, сущность которого заключается в том, что продукт дефосфорилирования АТФ является мощным стимулятором тканевого дыхания (см. Дыхание тканевое). При ослаблении или полном снятии дыхательного контроля («рыхлое» сопряжение или разобщение окислительного фосфорилирования) обычно регистрируется усиленное потребление кислорода. Патология нервной системы может обусловить изменение О. о. как в результате прямого нарушения образования первичной теплоты, так и вследствие изменения интенсивности функционирования того или иного органа или ткани. Примером первого механизма являются, по-видимому, поражения диэнцефальных вегетативных центров (травмы, опухоли, кровоизлияния и т.п.), воспроизводимые в эксперименте «тепловыми уколами» в подкорковые образования. Второй механизм обусловливает снижение О. о. при параличах и повышение его при усиленном функционировании органов дыхания, кровообращения, мышц и. по-видимому, печени. Значение изменений деятельности различных органов для возникновения сдвигов в О. о. не одинаково. Так, напряженная деятельность головного мозга или почек относительно мало влияет на общий тепловой баланс организма, тогда как мышечная работа, а также работа сердца и органов дыхания играют определяющую роль в общей теплопродукции организма. Значительное влияние на О. о. оказывает тонус вегетативной (преимущественно симпатической) нервной системы, т.к. вырабатываемые ею медиаторы принимают непосредственное участие в терморегуляции (Терморегуляция). Опухоли хромаффинной ткани (см. Хромаффинома) секретирующей адреналин и норадреналин, сопровождаются резким повышением О. о. Удаление симпатических ганглиев и мозгового вещества надпочечников, наоборот, может снизить О. о. Помимо влияния на функцию внутренних органов, эти вещества, по-видимому, могут действовать и на процессы образования первичной теплоты, но механизм такого эффекта пока не полностью ясен. Причиной изменений О. о. при разнообразных видах эндокринной патологии наиболее часто являются заболевания щитовидной железы, сопровождающиеся повышенной или пониженной секрецией тиреоидных гормонов, выполняющих в организме специфическую роль регуляторов интенсивности тканевого дыхания и энергетического обмена. Повышение О. о. служит наиболее постоянным признаком гипертиреоза, сопровождающего такие эндокринные заболевания, как диффузный токсический зоб, тиреотоксическую аденому и др. (см. Тиреотоксикоз). Снижение функции щитовидной железы (см. Гипотиреоз) обусловливает уменьшение основного обмена. Выраженные изменения О. о. наблюдаются при патологии передней доли гипофиза, например снижение О. о. при гипопитуитаризме (см. Гипоталамо-гипофизарная недостаточность) или удалении гипофиза. Роль других гормонов в генезе механизмов нарушения О. о. недостаточно изучена. Гипокортицизм обычно сопровождается снижением О. о., однако у больных аддисоновой болезнью его снижение является непостоянным симптомом. Гормон поджелудочной железы инсулин снижает О. о. за счет своего угнетающего действия на катаболические процессы. Способность этого гормона уменьшать теплопродукцию используют при экспериментальной гибернации. Удаление поджелудочной железы, а также сахарный диабет приводят к повышению О. о., что, вероятно, обусловлено не только выпадением прямого влияния инсулина на теплопродукцию, но и метаболическими изменениями, в частности повышением уровня свободных жирных кислот и кетоновых тел, которые в больших концентрациях способны угнетать процессы окислительного фосфорилирования. Изменения О. о. часто наблюдаются при различных интоксикациях, инфекционно-лихорадочных заболеваниях. При этом выявлена независимость стимуляции окислительных процессов от самого факта существования лихорадки. Наиболее изученным является действие 2,4-α-динитрофенола, который считается классическим разобщителем окислительного фосфорилирования. Повышение О. о. при динитрофеноловой интоксикации, как и при действии тиреоидных гормонов, характеризуется большим приростом теплопродукции, несоразмерным с потреблением кислорода. Другие токсины могут повышать О. о. либо за счет разобщения окислительного фосфорилирования (дифтерийный, стафилококковый и стрептококковый токсины, салицилаты), либо за счет иных, не до конца выясненных причин (например, эндотоксины). Имеются данные, что повышение О. о., вызываемое инфекционно-токсическими агентами, связано с действием гормонов щитовидной железы. Повышение О. о. характерно для поздних стадий развития злокачественных опухолей и особенно лейкозов. Причины этого не вполне установлены, но, по-видимому, сам клеточный рост как процесс, сопровождающийся усиленным распадом макроэргических соединений с увеличением образования вторичной теплоты, не исчерпывает механизмов повышения теплопродукции в этих случаях. Гипоксия обычно характеризуется повышением О. о. за счет повышения интенсивности деятельности систем органов дыхания и кровообращения, а также накопления токсических продуктов межуточного обмена. Вместе с тем очень тяжелые степени гипоксии сопровождаются снижением О. о. При анализе влияния гипоксии необходимо учитывать ее частое сочетание с гиперкапнией, поскольку значительный избыток углекислоты угнетает теплопродукцию. Анемии обычно протекают с повышением О. о., в генезе которого могут играть роль токсические продукты метаболизма. Фактором, обусловливающим изменение О. о., является длительное голодание, при котором включаются механизмы резкого ограничения энерготрат, приводящие к снижению О. о. Библиогр.: Држевецкая И.А. Основы физиологии обмена веществ и эндокринная система, М., 1977; Мак-Мюррей У. Обмен веществ у человека, пер. с англ., М., 1980; Теппермен Дж. и Теппермен X. Физиология обмена веществ и эндокринной системы, пер. с англ., М., 1989; Физиология человека, под ред. Р. Шмидта и Г. Тевса, пер. с англ., т. 4, М., 1986.

Обмен данными и будущее науки

Кому выгоден обмен данными? Ученые будущего делают это, поскольку обмен данными сегодня открывает новые возможности для науки завтра. Факты показывают, что исследования, основанные на анализе ранее опубликованных данных, не являются простым повторением старых наборов данных, а могут иметь такое же влияние, как и оригинальные проекты.

Обмен данными имеет долгую историю во многих областях исследований.Хотя стремление побудить ученых-социологов и ученых-биологов делиться своими результатами и объединять их результаты появилось недавно (–1), в других областях использование общих данных уже некоторое время является нормой. Например, на протяжении более века значительная часть экономики и метеорологии основывалась на общедоступных данных.

«Есть веские аргументы в пользу того, что отказ от обмена данными является препятствием для ученых будущего».

Однако опасения по поводу обмена данными все еще распространены в научном сообществе, особенно в некоторых дисциплинах.Вопросы, которые заставляют некоторых исследователей неохотно делиться своими данными, широко обсуждались 2 , но исследователи, рассматривающие возможность использования общих данных в качестве основы для своих собственных исследований, также обеспокоены: если я хочу опубликовать высокоэффективную работу, не Мне нужно собрать новые данные? Является ли исследование романом именно благодаря сбору исходных данных?

Может показаться, что преимущества совместного использования данных трудно измерить количественно. Но работа Майкла П. Милхэма и его коллег 3 предоставляет прямые доказательства того, что в области нейровизуализации опубликованные статьи, основанные на общих данных, с такой же вероятностью появятся в высокоэффективных журналах и столь же хорошо цитируются, по сравнению с работами, в которых представлены исходные данные.Хотя цитирование рукописи и престиж журнала, в котором она публикуется, не являются прямыми показателями качества или новизны научных результатов, результаты Милхэма и др., Вероятно, обнадеживают когнитивных нейробиологов, обеспокоенных отсутствием оригинала. сбор данных снизит влияние их работы.

Действительно, обмен данными не только не является препятствием для выполнения новых научных исследований, но и делает возможными новые типы исследований. Рассмотрим, например, исследование с использованием набора данных Human Connectome Project (HCP), одной из инициатив по обмену данными, включенных в Milham et al.изучение. В настоящее время HCP содержит обширные фМРТ, структурные МРТ и поведенческие данные от 1200 здоровых молодых взрослых добровольцев (https://www.humanconnectome.org/study/hcp-young-adult) и расширяется, чтобы охватить мозг детей, подростков и пожилых людей. . Эти данные доступны любому заинтересованному исследователю.

В то время как совместное использование данных в мире когнитивной нейробиологии было довольно трудным началом 4 , успех HCP и многих влиятельных исследований, основанных на нем, показывает, что его время пришло.Без обмена данными для одной исследовательской группы было бы практически невозможно просканировать 1200 человек. МРТ обходятся дорого, а в нейровизуализационных исследованиях с использованием исходных данных обычно принимают участие 20–50 человек. Этих размеров выборки было достаточно для поддержки исследований, которые были передовыми десять лет назад, но сегодня для более продвинутых методов требуется гораздо больше данных.

Обмен данными уже изменил виды исследований, которые могут проводить исследователи, не только в нейробиологии.В генетике, геномике и структурной биологии широко распространены большие общие наборы данных (например, ссылка 5 ), и многие исследователи использовали и повторно использовали ранее опубликованные наборы данных, чтобы сделать новые открытия в этих областях 6 .

В физических науках также все шире применяется обмен данными. Например, в астрономии и астрофизике данные телескопа обычно открыты; 7 без такого обмена большинство исследовательских групп, не имея средств для создания таких больших телескопов, которые требуются для современных астрономических исследований, не смогли бы достичь передовых результатов в открытиях.Совместное использование астрономических данных даже расширилось, охватив персональные компьютеры с программой SETI @ home Калифорнийского университета в Беркли, что позволяет гражданским наукам участвовать в анализе данных 8 .

Область экологии достигла огромных успехов благодаря обмену данными в рамках Сети долгосрочных экологических исследований (LTER) США 9 . Эта сеть, представляющая собой набор длительных наблюдений за различными экосистемами, позволила экологам выявить важные закономерности, разыгрывающиеся во временных масштабах, превышающих продолжительность исследовательских назначений или циклов финансирования.Степень обмена данными в этой области в более широком смысле со временем эволюционировала 10 , но влиятельные публикации в настоящее время больше, чем когда-либо, возникают из баз данных, поддерживаемых большими сетями исследователей 11 .

Эти примеры демонстрируют одно явное преимущество совместного использования данных, поскольку он позволяет отдельным исследователям превысить свой финансовый вес, делая большие или дорогостоящие для сбора наборы данных доступными для всех. Таким образом, обмен данными открывает непредвиденные возможности для исследований.Это верно не только для крупномасштабных инициатив по обмену данными: даже относительно небольшие наборы данных, если они будут совместно использоваться, могут неожиданным образом способствовать созданию больших данных и способствовать будущим научным открытиям. В медицине, например, метаанализ на уровне пациентов большого количества прошлых клинических испытаний выявил многочисленные новые открытия, которые выходят далеко за рамки первоначальной цели исследований, в которых были получены данные (например, ссылка 12 ).

Таким образом, совместное использование данных — это не только способ улучшить воспроизводимость и надежность научных исследований, которые проводятся сегодня 13 , но и способствовать развитию новой науки завтрашнего дня.Учитывая, что сегодня мы не можем предсказать, насколько ценным однажды окажется данный набор данных, есть веские аргументы в пользу того, что отказ от обмена данными станет препятствием для ученых будущего. В самом деле, мы можем представить себе время, когда обмен данными будет рассматриваться не только как подрывная инновация, но и как нормальная и важная часть научного процесса, во многом так же, как мы рассматриваем экспертную оценку.

Хотя SETI @ home пока не обнаружила какой-либо инопланетный интеллект, в нашей галактике есть миллиарды звезд: как еще мы могли бы достичь звезд, если бы не целимся вместе в одиночку? Хотя нейробиологи еще не раскрыли загадки человеческого мозга даже с использованием общих данных, имея около 86 миллиардов нейронов 14 в одном мозге, им придется работать вместе, чтобы охватить их все.

Ссылки

  1. 1.

    Гевин В. Обмен данными: непредвзятость в отношении открытых данных. Природа 529 , 117–119 (2016).

    Артикул PubMed Google Scholar

  2. 2.

    Tenopir, C. et al. Изменения в методах обмена и повторного использования данных, а также в восприятии ученых во всем мире. PLoS ONE 10 , e0134826 (2015).

    Артикул PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

  3. 3.

    Milham, M. P. et al. Оценка влияния общих данных визуализации мозга на научную литературу. Nat. Commun. 9 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-04976-1.

  4. 4.

    Ван Хорн, Дж. Д. и Газзанига, М. С. Зачем обмениваться данными? Уроки, извлеченные из fMRIDC. Нейроизображение 82 , 677–682 (2013).

    Артикул PubMed Google Scholar

  5. 5.

    База данных агрегирования генома (gnomAD).http://gnomad.broadinstitute.org/.

  6. 6.

    Bonàs-Guarch, S. et al. Повторный анализ общедоступных генетических данных выявил редкий вариант Х-хромосомы, связанный с диабетом 2 типа. Nat. Commun. 9 , 321 (2018).

    ADS Статья PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

  7. 7.

    Как большие данные развивают физику. Марк Чаин 27 июня 2017 г. (запись в блоге). https://www.elsevier.com/connect/how-big-data-advances-physics.

  8. 8.

    SETI @ home. https://setiathome.berkeley.edu/.

  9. 9.

    Сеть долгосрочных экологических исследований (LTER). https://lternet.edu/.

  10. 10.

    Миченер, В. К. Обмен экологическими данными. Ecol. Поставить в известность. 29 , 33–44 (2015).

    Артикул Google Scholar

  11. 11.

    Проект «Микробиом Земли». http://www.earthmicrobiome.org/.

  12. 12.

    Fournier, J.C. et al. Эффекты антидепрессантов и тяжесть депрессии: метаанализ на уровне пациента. JAMA 303 , 47–53 (2010).

    Артикул PubMed PubMed Central CAS Google Scholar

  13. 13.

    О доступности, воспроизводимости и повторном использовании данных. Nat. Cell Biol. 19 , 259 (2017).

  14. 14.

    Азеведо, Ф. А. и др. Равное количество нейронных и ненейрональных клеток делает человеческий мозг изометрически увеличенным мозгом приматов. J. Comp. Neurol. 513 , 532–541 (2009).

    Артикул PubMed Google Scholar

Ссылки для скачивания

Дополнительная информация

Примечание издателя: Springer Nature сохраняет нейтралитет в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​о принадлежности организаций.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 Международная лицензия, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или любом формате, при условии, что вы укажете надлежащую ссылку на первоначального автора (авторов) и источник, предоставите ссылку на лицензию Creative Commons и укажете если были внесены изменения. Изображения или другие материалы третьих лиц в этой статье включены в лицензию Creative Commons для статьи, если иное не указано в кредитной линии для материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons для статьи и ваше предполагаемое использование не разрешено законодательными актами или превышает разрешенное использование, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя.Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатки и разрешения

Об этой статье

Цитируйте эту статью

Обмен данными и будущее науки. Нац Коммуна 9, 2817 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-05227-z

Скачать цитату

Дополнительная литература

  • Изучение актуальности ORCID как источника изучения деятельности по обмену данными на индивидуальном уровне: методологическая дискуссия

    • Сиксто-Костоя Андреа
    • , Робинсон-Гарсия Николас
    • , Леувен ван Тед
    • и Костас Родриго

    Наукометрия (2021 год)

Этика обмена и повторного использования данных в биологии | Бионаука

Аннотация

Недавнее расширение возможностей по сбору, хранению, доступу и совместному использованию данных создает соответствующие возможности для ученых использовать данные, полученные другими, в их собственных исследованиях.Хотя обмен данными и указание источников являются одними из самых основных принципов научной этики, официальные этические принципы повторного использования данных не были сформулированы в сообществе биологических наук. Эта статья предлагает основу для разработки этических принципов повторного использования данных, решения таких вопросов, как цитирование и соавторство, с целью стимулирования обсуждения в научном сообществе и с целью заставить профессиональные сообщества официально включить соображения повторного использования данных в свои кодексы этика.

Так называемый «поток данных» в науке за последние лет привел к огромному увеличению нашей способности собирать, хранить, получать доступ и обмениваться данными (Hey et al. 2009). Эти возможности, в свою очередь, привели к обсуждению возможностей ученых для улучшения своих исследований за счет использования и анализа наборов данных, отличных от их собственных. Совместное использование данных в самом простом смысле — предоставление первичных данных, лежащих в основе опубликованной статьи, тем, кто желает изучить исходные наблюдения, подтверждающие выводы авторов, — представляется одним из самых основных научных этических принципов, и ряд журналов приняли политику, которая требует обмена данными, связанными с публикациями (например,g., консорциум журналов по эволюционной биологии, Ecological Monographs и Science ; Whitlock et al. 2010 г., Эллисон и Болдуин 2011 г., Хансон и др. 2011). Однако сообщество ученых-биологов еще не сформулировало четких этических принципов для обмена и повторного использования данных, включая соответствующие методы цитирования и соавторства (рис. 1). Национальный исследовательский совет (NRC) предоставляет набор принципов для обмена данными, включая обязанности авторов, научных обществ и издателей (NRC 2009), но не предоставляет руководящих принципов по повторному использованию данных.В этой статье мы берем принципы обмена данными в качестве отправной точки и предлагаем некоторые соображения по разработке этических рекомендаций по повторному использованию данных. Практические решения также в конечном итоге должны будут включать рассмотрение юридических ограничений, но из-за их сложности и доступности других публикаций, посвященных им (например, Miller et al. 2008, Reichman and Uhlir 2003), мы не будем рассматривать их здесь.

Рисунок 1.

Критерии авторства.Одно или несколько действий слева (одинарная рамка) плюс два обязательных действия (двойная рамка справа) требуются для авторства. «Сбор данных», выделенный жирным шрифтом, не включен в критерии авторства в большинстве экологических журналов, хотя он есть в большинстве медицинских журналов.

Рисунок 1.

Критерии авторства. Одно или несколько действий слева (одинарная рамка) плюс два требуемых действия (двойная рамка справа) необходимы для авторства.«Сбор данных», выделенный жирным шрифтом, не включен в критерии авторства в большинстве экологических журналов, хотя он есть в большинстве медицинских журналов.

Открытие доступа к данным, поддерживающим публикации, приносит пользу генератору данных, научному сообществу и общественности (таблица 1; Uhlir and Schröder 2007). Заархивированные данные с меньшей вероятностью будут потеряны в результате несчастных случаев или сбоев компьютера, и данные доступны из нескольких мест. Научное сообщество извлекает выгоду из возможности обнаруживать, получать доступ и анализировать несколько наборов данных (например,г., Хэмптон и др. 2013). Кроме того, предоставление данных позволяет проверять документы на наличие ошибок (Whitlock et al. 2010) и может снизить вероятность научного мошенничества (например, South and Duke 2010, Molloy 2011). Точно так же предоставление процедур и данных для всеобщего ознакомления может быть ключевым фактором общественного доверия к ученым и результатам научных исследований, особенно перед лицом противоречий (Beardsley 2010).

Таблица 1.

Почему ученые обязаны делиться данными с этической точки зрения.

Обязательство . Обоснование .
Репликация Возможность репликации результатов анализа является фундаментальным элементом научного процесса, но для многих типов данных об окружающей среде, зависящих от времени, репликация возможна только в том случае, если исходные данные доступны для повторного анализа.
Права человека Статья 15 Международного пакта об экономических, социальных и культурных правах гласит, что каждый имеет право «пользоваться благами научного прогресса и его приложений», но отказ от обмена данными ограничивает это право.
Сохранение данных Данные, которые не архивируются систематически, часто теряются в результате компьютерных сбоев, устаревания программного обеспечения или простой небрежности.
Научный прогресс Научное сообщество в целом извлекает выгоду из способности обнаруживать, получать доступ и анализировать разнообразные наборы данных.
Целостность данных Наличие нескольких пользователей повышает вероятность выявления недостатков в данных.
Общественное доверие Перед лицом противоречий готовность делиться данными может стать ключевым фактором повышения общественного доверия к результатам научных исследований.
Обязательство . Обоснование .
Репликация Возможность репликации результатов анализа является фундаментальным элементом научного процесса, но для многих типов данных об окружающей среде, зависящих от времени, репликация возможна только в том случае, если исходные данные доступны для повторного анализа.
Права человека Статья 15 Международного пакта об экономических, социальных и культурных правах гласит, что каждый имеет право «пользоваться благами научного прогресса и его приложений», но отказ от обмена данными ограничивает это право.
Сохранение данных Данные, которые не архивируются систематически, часто теряются в результате компьютерных сбоев, устаревания программного обеспечения или простой небрежности.
Научный прогресс Научное сообщество в целом извлекает выгоду из способности обнаруживать, получать доступ и анализировать разнообразные наборы данных.
Целостность данных Наличие нескольких пользователей повышает вероятность выявления недостатков в данных.
Общественное доверие Перед лицом противоречий готовность делиться данными может стать ключевым фактором повышения общественного доверия к результатам научных исследований.
Таблица 1.

Почему ученые обязаны делиться данными с этической точки зрения.

Обязательство . Обоснование .
Репликация Возможность репликации результатов анализа является фундаментальным элементом научного процесса, но для многих типов данных об окружающей среде, зависящих от времени, репликация возможна только в том случае, если исходные данные доступны для повторного анализа.
Права человека Статья 15 Международного пакта об экономических, социальных и культурных правах гласит, что каждый имеет право «пользоваться благами научного прогресса и его приложений», но отказ от обмена данными ограничивает это право.
Сохранение данных Данные, которые не архивируются систематически, часто теряются в результате компьютерных сбоев, устаревания программного обеспечения или простой небрежности.
Научный прогресс Научное сообщество в целом извлекает выгоду из способности обнаруживать, получать доступ и анализировать разнообразные наборы данных.
Целостность данных Наличие нескольких пользователей повышает вероятность выявления недостатков в данных.
Общественное доверие Перед лицом противоречий готовность делиться данными может стать ключевым фактором повышения общественного доверия к результатам научных исследований.
Обязательство . Обоснование .
Репликация Возможность репликации результатов анализа является фундаментальным элементом научного процесса, но для многих типов данных об окружающей среде, зависящих от времени, репликация возможна только в том случае, если исходные данные доступны для повторного анализа.
Права человека Статья 15 Международного пакта об экономических, социальных и культурных правах гласит, что каждый имеет право «пользоваться благами научного прогресса и его приложений», но отказ от обмена данными ограничивает это право.
Сохранение данных Данные, которые не архивируются систематически, часто теряются в результате компьютерных сбоев, устаревания программного обеспечения или простой небрежности.
Научный прогресс Научное сообщество в целом извлекает выгоду из способности обнаруживать, получать доступ и анализировать разнообразные наборы данных.
Целостность данных Наличие нескольких пользователей повышает вероятность выявления недостатков в данных.
Общественное доверие Перед лицом противоречий готовность делиться данными может стать ключевым фактором повышения общественного доверия к результатам научных исследований.

Обмен данными также имеет последствия для прав человека. Статья 15 Международного пакта об экономических, социальных и культурных правах требует, чтобы правительства признали право «пользоваться благами научного прогресса и его приложений»; предпринять шаги, необходимые для «сохранения, развития и распространения науки»; «уважать свободу, необходимую для научных исследований»; и «признать выгоды, которые могут быть получены от поощрения и развития международных контактов и сотрудничества» в науке.

Хотя работа по определению подробных последствий статьи 15 продолжается (например, Duke et al. 2011), реализация этого права может предполагать обязательство сделать данные, полученные в результате исследования, финансируемого государством, общедоступным. Эта интерпретация подтверждается растущим вниманием финансирующих агентств к управлению данными — например, недавним требованием Национального научного фонда США о включении плана управления данными в заявки.

Обязанности генераторов данных

В прошлом этическое обязательство ученых по обмену первичными данными ограничивалось технологиями; данные содержались в записных книжках или хранились локально на различных магнитных носителях.Чтобы сделать данные доступными для других, нужно было копировать бумажные или электронные файлы. Технологический прогресс в значительной степени устранил эти барьеры с созданием публичных архивов, таких как GenBank, для данных генетических последовательностей; Банк данных о белках для данных о структурах белков; и Dryad, для данных по экологической и эволюционной биологии. Однако этические кодексы и стандарты публикации биологических наук только начали включать это признание. Например, исследователи протеомики разработали набор принципов для обмена данными в поддержку публикаций, аналогичных тем, которые используются геномным сообществом (Rodriguez et al.2009), а журнал Molecular and Cellular Proteomics требует, чтобы первичные данные из публикации результатов анализа генома и протеома были опубликованы в качестве дополнительных данных на веб-сайте журнала. Экологическое общество Америки (ESA) инструктирует авторов своих журналов, что «редакторы и издатели ожидают, что авторы сделают доступными данные, лежащие в основе опубликованных статей», и призывает авторов регистрировать свои наборы данных. Однако архивирование данных требуется только для одного ( экологических монографий, ) из пяти рецензируемых журналов общества.Этический кодекс ЕКА гласит, что «Исследователи не будут представлять для публикации рукописи, содержащие данные, которые им не разрешено использовать», но не упоминает обмен данными как таковой.

Неспособность многих существующих этических политик решить проблему совместного использования данных в сочетании с растущим спросом на доступ к исходным данным для решения глобальных проблем порождает потребность профессиональных сообществ в пересмотре и расширении своих этических принципов. Это соответствует рекомендации 6 NRC (2009) о том, что стандарты для обмена данными исследований «должны разрабатываться в процессе, в котором участвуют исследователи, исследовательские институты, спонсоры исследований, профессиональные общества, журналы, представители других областей исследований и представители общественности. заинтересованные организации, в зависимости от конкретной области »(стр.7). В настоящей статье мы исходим из того, что исследователи имеют этическое обязательство обнародовать данные, лежащие в основе их публикаций. Разрабатывая это, мы рекомендуем, чтобы генераторы данных предоставляли эти данные своевременно (желательно перед публикацией) и обеспечивали точность и ясность связанных метаданных. Эта рекомендация принимает во внимание, что журнал может разрешить период эмбарго до 1 года (например, Whitlock et al. 2010), в течение которого данные не должны быть доступны широкой публике.Делая данные доступными, производители не должны налагать необоснованные ограничения на использование данных — например, периоды многолетнего эмбарго для данных, связанных с публикациями, — особенно в тех случаях, когда эти ограничения будут ограничивать объем будущего использования.

Обязанности пользователей данных

У исследователей есть этические обязательства по предоставлению своих данных, но у пользователей данных также есть этические обязательства, которые принимают несколько форм. Прежде всего, это надлежащая атрибуция (присвоение данных) в форме подтверждения (неструктурированная атрибуция) или цитаты (формальная ссылка на данные) (NRC 2012).Ссылки на данные, аналогичные библиографическим ссылкам, позволяют кратко указать читателям на конкретные ресурсы и отметить вклад поставщиков данных (Parsons et al. 2010, Ball and Duke 2012). Растущая доступность общедоступных репозиториев данных (Nelson 2009, Ball and Duke 2012) и использование постоянных цифровых идентификаторов объектов делают цитирование все более привлекательным вариантом (Brase 2009, Green 2009). Как было отмечено Шофилдом и его коллегами (2009), «такой механизм, как идентификатор цифрового объекта для ресурсов в публичных репозиториях, позволил бы быстро искать в литературе конкретные биоресурсы, что в настоящее время чрезвычайно сложно.Это также добавило бы стимулов для соблюдения политики публикации и депонирования данных за счет присвоения признательности исследователям, которые делятся информацией »(стр. 171).

Однако не все данные, которые могут быть опубликованы, можно цитировать. Слабоструктурированные данные, которыми неофициально обмениваются исследователи, могут не иметь согласованности и настойчивости, необходимых для цитирования. В таком случае можно использовать подтверждение — либо в разделе «Методы» статьи, либо в отдельном разделе «Благодарности». Независимо от формы цитирования или подтверждения, пользователи данных несут этическое обязательство атрибутировать источники данных, как для того, чтобы предоставлять кредиты поставщикам данных, так и для предоставления читателям ссылок, необходимых для воспроизведения результатов анализа в опубликованной работе.Использование наборов данных без цитирования или подтверждения сродни плагиату — признание работы, проделанной другими.

Помимо цитирования, этические обязательства пользователей данных могут включать предложения о соавторстве поставщикам данных, данные которых являются неотъемлемой частью окончательной работы. Для большинства экологов это новая область, которая может потребовать пересмотра руководящих принципов авторства, чтобы сохранить основные принципы, в которые в списки авторов входят лица, внесшие значительный вклад в публикацию и отвечающие за качество и точность работы.В настоящее время руководящие принципы авторства для экологических журналов обычно игнорируют поставщиков данных, возможно, предполагая, что авторы анализируют только данные, которые они собрали сами. Это предположение становится менее обоснованным, когда экологические данные становятся все более распространенными. В области медицины Международный комитет редакторов медицинских журналов публикует документ под названием «Единые требования к рукописям», в котором описываются критерии авторства. В третьем издании этого документа были введены критерии авторства, аналогичные критериям, используемым в большинстве экологических журналов: «Признание авторства должно основываться только на существенном вкладе в (а) концепцию и дизайн или анализ и интерпретацию данных; и (б) составление статьи или ее критический пересмотр на предмет важного интеллектуального содержания; и о (c) окончательном утверждении версии, которая будет опубликована »(ICMJE 1988, стр.402). Однако, когда медицинский журнал The Lancet начал требовать от авторов самоидентификации своего вклада, было обнаружено, что списки авторов часто включали авторов, чей основной вклад заключался в предоставлении данных (Garcia 2004). В знак признания этой практики в 2000 г. было выпущено специальное заявление, и в редакции требований 2004 г. были изменены критерии авторства, так что первый критерий включал «получение данных» (т. Е. «Существенный вклад в концепцию и дизайн или сбор данных или анализ и интерпретация данных »; ICMJE 2004, стр.2). Хотя заявления о приемлемых формах интеллектуального вклада расширились, требования об участии в интерпретации и утверждении окончательной версии рукописи остаются неизменными.

За долгую историю соавторства появились общие практики, которые могут варьироваться в зависимости от сообщества или дисциплины (Weltzin et al. 2006). Основной принцип, согласно которому авторы вносят свой вклад и несут ответственность за свою работу, подлежит определенному толкованию и иногда является источником ожесточенных разногласий.Например, соавторство рукописи часто не предлагается техническим специалистам, которые, возможно, выполнили большую часть сбора данных, но не участвовали в разработке протоколов сбора данных или в анализе. В других случаях соавторство может быть предложено лицам, которые, благодаря помощи в получении финансирования или оборудования, сделали исследование возможным, но не участвовали иным образом по существу в создании рукописи (например, руководители лабораторных групп), хотя такая практика была становится все более и более проблематичным (Kassirer and Angell, 1991).

Руководящие принципы для авторов, такие как «Единые требования к рукописям, представляемым в биомедицинские журналы» (ICMJE 2004), подчеркивают «существенный вклад», но когда вклад данных от поставщика данных повышается до уровня «существенного»? Есть несколько факторов, которые можно учитывать при принятии решения относительно соавторства, включая степень, в которой общие данные являются неотъемлемой частью рукописи, уникальные или новые характеристики данных, а также доступность или готовность потенциального соавтора участвовать в составление и редакция рукописи, а также ответственность за конечный продукт.

Насколько конкретный набор данных является неотъемлемой частью рукописи, часто зависит от количества других источников данных, используемых в исследовании. Если все данные в рукописи взяты из одного источника, можно сделать веские доводы в пользу предложения о соавторстве. Если бы все данные были удалены из рукописи, она, вероятно, стала бы недоступной для публикации. Напротив, если анализируемые данные поступают из большого количества схожих наборов данных из нескольких источников, цитирование источников данных, а не предложение о соавторстве было бы наиболее подходящим.Этот выбор имеет двоякое обоснование. Во-первых, удаление одного набора данных из множества вряд ли повлияет на возможность публикации рукописи. Во-вторых, большинство журналов отказываются от чрезвычайно длинных списков авторов (например, Kassirer and Angell 1991, Weeks et al. 2004).

Рукопись может зависеть от определенного набора данных либо потому, что было бы невозможно выполнить конкретный анализ без данных, либо потому, что результаты анализа были бы другими, если бы эти данные были опущены.При определении желательности соавторства первая причина должна быть более взвешена, поскольку она сосредоточена на способности проводить анализ, который может дать как положительные, так и отрицательные результаты. Такие данные являются неотъемлемой частью рукописи. Последняя причина зависимости менее убедительна, поскольку поставщики данных несут ответственность за доступность и точность своих данных, а конкретные наблюдаемые значения данных являются функцией измеряемого явления. Следовательно, соавторство должно быть предложено для предоставления интегральных данных (позволяющих продолжить анализ), но соавторство может быть предложено не только потому, что один набор данных из многих имел необычные значения данных, которые были важны для определения результатов статистического теста.

Насколько набор данных является неотъемлемой частью рукописи, становится труднее оценить, когда имеется промежуточное количество аналогичных наборов данных или если используемые данные сильно различаются по важности в контексте рукописи. Так же, как существуют серые зоны, окружающие то, что составляет «существенный вклад» исследователей в рукопись, существуют серые зоны относительно того, насколько «центральным» или «неотъемлемым» (NRC 2003) данный набор данных является для рукописи. Поэтому следует учитывать дополнительные факторы.

Второй фактор — новизна данных. Сбор новых типов данных представляет собой больший интеллектуальный вклад. Этот интеллектуальный вклад может принимать форму определения новых способов измерения явления, признания того, что необходимы пространственные или временные обширные данные, или интеграции данных особым образом, что особенно ценно. Существуют различные новизны различных типов данных. Некоторые данные собираются с использованием стандартных инструментов в установленных режимах выборки.Другие данные собираются с использованием инновационных методологий или схем выборки. Точно так же некоторые данные описывают отдельные местоположения в определенный момент времени, тогда как другие данные могут состоять из долгосрочных наблюдений на большой территории. В некоторых случаях данный набор данных может быть получен из других данных, которые были интегрированы или согласованы таким образом, чтобы обеспечить дополнительную ценность для набора. Соавторство более уместно, когда данные в некотором роде новы, будь то методология, с помощью которой они собираются, план выборки, пространственный или временной масштаб или уровень интеграции.

Окончательным и определяющим фактором в том, выступает ли поставщик данных в качестве соавтора, является его или ее готовность выполнить другие требования к авторству: участие в составлении или редактировании рукописи и окончательное утверждение версии, которая будет опубликована. В некоторых случаях поставщик данных может умереть, и в этом случае он или она не сможет соответствовать дополнительным критериям соавторства. В других случаях поставщиком данных может быть учреждение, которое, опять же, не сможет выполнить дополнительные условия авторства.Особый случай возникает, когда поставщиков данных спрашивают, хотят ли они быть соавторами, но отказываются, либо потому, что они не хотят посвящать время и усилия, необходимые для помощи в составлении и редактировании рукописи, либо потому, что они не согласны с выводы или мнения, выраженные в нем. В таких случаях публикация может продолжаться без поставщиков данных в качестве соавторов, а авторы могут просто цитировать или признавать продукт данных.

Для некоторых наборов данных в качестве условия их использования требуется лицензия или соглашение о передаче материала, в котором оговаривается, что поставщики наборов данных должны быть включены в качестве соавторов в любую публикацию, использующую данные.Эта практика была осуждена NRC (2003), поскольку такие ограничения позволили бы поставщикам данных предотвращать публикацию мнений, противоречащих их собственным. Однако, хотя соавторство не должно быть обязательным дополнением к использованию данных, все же может быть этически правильным предлагать соавторство, когда данные являются неотъемлемой частью рукописи, при условии четкого понимания того, что публикация рукописи будет продолжена независимо от того, будет ли поставщик данных принимает предложение. Помимо этических соображений, включение поставщиков данных в качестве соавторов может иметь преимущества для качества рукописи в результате близкого знакомства поставщиков с данными, которые не могут быть полностью отражены в метаданных или другой документации.Это следует за рекомендацией Wolkovich et al. (2012) о том, что «в идеале исследователи, перепрофилирующие данные, должны привлекать держателей данных на протяжении всего проекта — от уточнения гипотез до публикации, — поскольку держатели данных обычно обладают дополнительными знаниями и пониманием своих данных, которые трудно зафиксировать в процессе. метаданные »(стр. 2104).

Применяя эти коэффициенты, полезно рассмотреть несколько примеров (вставка 1a, 1b и 1c). Альтернативная модель, обсуждаемая Weltzin и его коллегами (2006), заключается в замене авторства на «участие», когда каждый, кто вносит вклад в рукопись, перечисляется вместе с описанием ролей, которые каждый человек играл в ее создании.

Коробка 1а. Критерии определения того, уместно ли предложение о соавторстве: Пример 1

Поставщик данных разработал чрезвычайно маленькие трекеры Глобальной системы позиционирования и использовал их для сбора данных с высоким разрешением о местонахождении многих мелких млекопитающих в течение длительного периода. После публикации о методах и базовой статистике перемещений данные становятся доступными через репозиторий другим исследователям. Исследователь загружает эти данные и применяет пространственную статистику для характеристики социальной динамики вида.Следует ли исследователю связываться с поставщиком данных по поводу соавторства? (См. Рисунок 2.)

Рисунок 2.

Критерии соавторства со стороны поставщика данных. Для включения поставщика данных в качестве соавтора должны быть соблюдены все критерии. Независимо от того, сделано или принято предложение о соавторстве, публикация может продолжаться путем включения цитат или благодарностей за источник данных.

Рисунок 2.

Критерии соавторства со стороны поставщика данных. Для включения поставщика данных в качестве соавтора должны быть соблюдены все критерии.Независимо от того, сделано или принято предложение о соавторстве, публикация может продолжаться путем включения цитат или благодарностей за источник данных.

Данные необходимы для успеха рукописи, потому что они единственные данные, используемые в статье, вероятно, из-за их новых характеристик (местоположения с высоким разрешением). Таким образом, можно привести веские доводы в пользу того, что поставщикам данных следует предоставить возможность сотрудничать над рукописью в качестве соавторов. Однако, даже если они отказываются участвовать, публикация может продолжаться, и авторы могут цитировать или подтверждать набор данных.

Коробка 1б. Критерии определения того, уместно ли предложение о соавторстве: Пример 2

Исследователь собрал данные об уровнях питательных веществ из трех потоков и использовал их для проверки гипотезы о сезонности нагрузки питательными веществами. Данные для каждого из потоков поступают из разных источников. Один набор данных получен от аспиранта; другой — от старшего профессора, ныне покойного; а третий исходит от государственного агентства. Следует ли исследователю связываться с поставщиками данных по поводу соавторства? (См. Рисунок 2.)

Здесь решение сложнее, чем в примере 1 (см. Вставку 1a). Исследователю необходимо решить, можно ли было бы опубликовать документ, если бы использовались только два источника данных, существуют ли другие наборы данных о питательных веществах, которые можно было бы с таким же успехом заменить, или есть ли новые характеристики этих конкретных данных, которые делают их важными. к бумаге. Если исследователь придет к выводу, что все три набора данных необходимы для успеха статьи, он или она может пожелать предложить аспиранту предложение о соавторстве.Умерший профессор больше не может соответствовать дополнительным требованиям авторства. Точно так же правительственное агентство, вероятно, не в состоянии участвовать в составлении и редактировании рукописи. Если исследователь приходит к выводу, что рукопись будет опубликована с использованием только двух наборов данных или что существует много аналогичных наборов данных, которые можно заменить, может быть уместным цитирование, но не соавторство. Как и в случае выше (вставка 1а), даже если потенциальный соавтор отказывается от участия, публикация рукописи должна продолжаться.

Ящик 1с. Критерии определения того, уместно ли предложение о соавторстве: Пример 3

Исследователь разрабатывает модель для прогнозирования движения шторма и тестирует ее, используя метеорологические данные с 250 различных станций, каждая из которых работает независимо. Следует ли исследователю связываться с поставщиками данных по поводу соавторства? (См. Рисунок 2.)

Исходя из наших критериев, ответ: , конечно, не . Удаление любой из 250 станций может повлиять на результаты проверки модели, но не сделает тестирование модели невозможным; следовательно, ни один из отдельных наборов данных не является неотъемлемой частью документа.Точно так же данные метеорологических станций относительно стандартизированы, поэтому вряд ли можно сделать вывод, что какой-либо конкретный набор данных является новым или уникальным. Наконец, большинство журналов не принимают статьи с 251 автором. Тем не менее, источники данных все же следует указывать или указывать.

Особую проблему для правильного цитирования представляют наборы данных, которые интегрируют, агрегируют или иным образом изменяют существующие наборы данных для обеспечения дополнительной ценности. Например, исследователь может создать набор данных, объединив большое количество наборов потоковых химических данных, каждый в своем собственном формате, с разными единицами измерения и взятыми на разных временных шагах, в единый набор данных с согласованным форматом, единицами измерения и временные шаги и с дополнительным контролем качества и гарантийным тестированием.Результирующий набор данных существенно отличается от данных, используемых для его создания, особенно при использовании агрегирования или интерполяции, поскольку может оказаться невозможным воссоздать или извлечь исходные данные из интегрированного набора данных. Этот интегрированный набор данных может быть опубликован в общедоступном хранилище данных. При определении авторства интегрированного набора данных могут применяться ранее обсужденные критерии. Однако существует дополнительное обязательство, что метаданные, связанные с интегрированным набором данных, включают информацию о происхождении данных, такую ​​как список наборов данных, которые были интегрированы.Компьютерные системы, используемые в репозиториях, все чаще поддерживают автоматизированную или полуавтоматическую запись информации о происхождении (Servilla et al. 2008, Michener et al. 2011). Однако эта тема носит достаточно технический характер, поэтому мы не будем рассматривать ее дальше, за исключением того, что, как и в обзорных статьях, исследователи, использующие такие интегрированные или дополнительные наборы данных, обычно ссылаются на интегрированный набор данных, а не на все отдельные наборы данных, из которых он составлен.

Выводы

Рост спроса и увеличения ресурсов для обмена общедоступными данными поднимает важные этические вопросы для генераторов данных и для тех, кто использует данные, созданные другими (вставка 2).Обмен данными становится все более важным для науки, как для целостности науки (т. Е. Репликации), так и для разработки продуктов синтетических данных, которые позволяют применять существующие данные для решения новых задач. Однако степень, в которой исследователи готовы делиться данными, в значительной степени зависит от ответственного поведения их коллег, которые повторно используют эти данные. Крайне важно, чтобы пользователи данных уважали доверие, оказанное им теми, кто делает их доступными, обеспечивая надлежащую атрибуцию или соавторство и принимая разумные ограничения на использование данных.Формальные этические руководящие принципы (для любых целей), разработанные сообществом для сообщества, могут помочь определить границы таких ограничений и могут облегчить принятие людьми решений о том, как действовать в конкретных обстоятельствах. Расширение этих этических принципов для решения проблем, связанных с повторным использованием данных, поможет поддержать культуру обмена данными. Мы надеемся, что предлагаемые здесь руководящие принципы будут стимулировать обсуждение в научном сообществе с целью заставить профессиональные сообщества официально включить соображения повторного использования данных в свои этические кодексы.

Вставка 2. Этические принципы повторного использования данных

Издателям следует пересмотреть руководящие принципы в отношении авторства с учетом вклада поставщиков данных, а профессиональные сообщества должны изучить возможность формального включения рассмотрения повторного использования данных в свои этические кодексы.

Генераторы данных должны своевременно публиковать данные, лежащие в основе их публикаций, и должны обеспечивать точность и ясность связанных метаданных.

Условия использования данных никогда не должны включать ограничения, ограничивающие диапазон научных выводов, которые могут быть сделаны.

Пользователи данных обязаны ссылаться на источники данных, используя официальные ссылки, когда это возможно, или в противном случае.

Соавторство должно быть предложено поставщикам данных, если их данные являются неотъемлемой частью рукописи и если они могут соответствовать другим условиям авторства, таким как участие в подготовке рукописи и принятие ответственности за сделанные выводы.

Если поставщик данных отказывается принять соавторство, возможно, из-за научных разногласий, использование данных и публикация должны продолжаться в любом случае.

Обмен данными является этическим обязательством ученых, поскольку своевременный обмен научными данными приносит пользу как науке, так и обществу.

Благодарности

Эта статья является продуктом Рабочей группы по вовлечению и обучению сообщества DataONE, которая была поддержана наградой DataONE No. OCI-0830944. JP был поддержан грантом Национального научного фонда США № ДЭБ-0621014. Венди Грэм, Стефани Хэмптон, Карли Штрассер и другие члены рабочей группы по обучению и вовлечению сообщества DataONE, а также три анонимных рецензента предоставили множество полезных и проницательных комментариев.

Цитированные источники

.

2012

.

Как цитировать наборы данных и давать ссылки на публикации

.

Цифровой кулинарный центр

.

.

2010

.

Бремя биолога

.

BioScience

60

:

483

.

.

2009

.

DataCite: глобальное агентство по регистрации исследовательских данных

. Страницы

257

—

261

в

Труды Четвертой Международной конференции по сотрудничеству и продвижению информационных ресурсов в науке и технологиях (COINFO 2009)

.

Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике

.

.

2011

.

Редакционная

.

Экологические монографии

81

:

1

—

2

.

.

2011

.

Наука как право человека: ЕКА и коалиция AAAS по науке и правам человека

.

Бюллетень Экологического общества Америки

92

:

61

—

63

.

.

2004

.

Шестая версия Единых требований к рукописям, представляемым в биомедицинские журналы

.

Журнал эпидемиологии и общественного здравоохранения

58

:

731

—

733

.

.

2009

.

Нам нужны стандарты публикации наборов данных и таблиц данных

.

Организация экономического сотрудничества и развития

.

.

2013

.

Большие данные и будущее экологии

.

Границы экологии и окружающей среды

11

:

156

—

162

.

.

2011

.

Максимально доступность данных

.

Наука

331

:

649

.

.ред

2009

.

Четвертая парадигма: научное открытие с большим объемом данных

.

Исследования Microsoft

.

[ICMJE] Международный комитет редакторов медицинских журналов

.

1988

.

Единые требования к рукописям, представляемым в биомедицинские журналы

.

Британский медицинский журнал

296

:

401

—

405

.

[ICMJE] Международный комитет редакторов медицинских журналов

.

2004

.

Единые требования к рукописям, представляемым в биомедицинские журналы: написание и редактирование для биомедицинских публикаций

.

ICMJE

.

.

1991

.

Об авторстве и благодарностях

.

Медицинский журнал Новой Англии

325

:

1510

—

1512

.

.

2011

.

Долгосрочные экологические исследования и управление информацией

.

Экологическая информатика

6

:

13

—

24

.

.

2008

.

Open data commons, лицензия на открытые данные

. В , ред.

Proceedings of the Linked Data on the Web Workshop, Пекин, Китай, 22 апреля 2008 г., Протоколы семинара CEUR

,

.

2011

.

Фонд открытых знаний: открытые данные — лучшая наука

.

PLOS Biology

9

.

.

2009

.

Обмен данными: пустые архивы

.

Природа

461

:

160

—

163

.

[NRC] Национальный исследовательский совет

.

2003

.

Совместное использование данных и материалов, связанных с публикациями: ответственность авторов в области наук о жизни

.

Издательство национальных академий

.

[NRC] Национальный исследовательский совет

.

2009

.

Обеспечение целостности, доступности и рационального использования исследовательских данных в эпоху цифровых технологий

.

Издательство национальных академий

.

[NRC] Национальный исследовательский совет

.

2012

.

Для атрибуции: разработка практик и стандартов атрибуции и цитирования

.

Издательство национальных академий

.

.

2010

.

Цитирование данных и экспертная оценка

.

Eos, Transactions, Американский геофизический союз

91

:

297

—

298

.

.

2003

.

Реконструируемое по контракту исследовательское сообщество для научных данных в строго протекционистской среде интеллектуальной собственности

.

Право и современные проблемы

66

:

315

—

462

.

и другие. .

2009

.

Рекомендации международного саммита 2008 г. по политике публикации и обмена протеомными данными: Амстердамские принципы

.

Журнал протеомных исследований

8

:

3689

—

3692

.

и другие. .

2009

.

Обмен данными и инструментами после публикации

.

Природа

461

:

171

—

173

.

.

2008

.

Веб-портал ECOTRENDS: архитектура для обнаружения и исследования данных

. Страницы

139

—

144

в , ред.

Труды конференции по управлению экологической информацией 2008 г. (EIM 2008)

.

Национальный центр экологического анализа и синтеза США

.

.

2010

.

Повысит ли реестр данных профессиональную честность?

Лесной журнал

108

:

370

—

371

.

.

2007

.

Открытые данные для мировой науки

.

Журнал Data Science

6

:

OD36

—

OD53

.

.

2004

.

Изменения в структуре авторства в престижных медицинских журналах США

.

Социальные науки и медицина

59

:

1949

—

1954

.

.

2006

.

Авторство в экологии: авторство, подотчетность и ответственность

.

Границы экологии и окружающей среды

4

:

435

—

441

.

.

2010

.

Архивирование данных

.

Американский натуралист

175

:

145

—

146

.

.

2012

.

Успехи в исследованиях глобальных изменений требуют открытой науки отдельных исследователей

.

Биология глобальных изменений

18

:

2102

—

2110

.

Заметки автора

© Американский институт биологических наук, 2013 г.

Сотрудничество с нашим сообществом для расширения совместного использования кода

Образец цитирования: Cadwallader L, Papin JA, Mac Gabhann F, Kirk R (2021) Сотрудничество с нашим сообществом для расширения совместного использования кода.PLoS Comput Biol 17 (3): e1008867. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008867

Опубликовано: 30 марта 2021 г.

Авторские права: © 2021 Cadwallader et al. Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Финансирование: Авторы не получали специального финансирования на эту работу.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

PLOS Computational Biology был запущен в 2005 году как журнал, созданный сообществом исследователей вычислительной биологии и придерживающийся принципа «открытый доступ гарантирует не только то, что все, что мы публикуем, будет немедленно бесплатно доступно для всех и в любой точке мира, но также и то, что содержание этого журнала можно распространять и повторно использовать способами, повышающими их ценность.«[1] Реализация этого важного открытого видения опиралась на энтузиазм и целостность более широкого сообщества вычислительной биологии в качестве редакторов, рецензентов и преданных делу авторов, представляющих в журнал отличные работы. Это видение открытости, перераспределения и повторного использования настолько важно, потому что большая часть научного прогресса опирается на предыдущие усилия. Такой прогресс возможен, потому что как ученые мы делимся не только результатами наших исследований, но также нашими методами, протоколами и ключевыми исследовательскими инструментами. Открытый обмен позволяет другим проверять и воспроизводить наши наблюдения, а также развивать нашу работу, придавая ей со временем еще большее влияние.Эта ценность совместного использования актуальна не только в экспериментальной работе, где необходимо разделить ключевое антитело или плазмиду, чтобы обеспечить возможность тщательного изучения и дальнейших исследований; это также верно в отношении вычислительной биологии, где вычислительный код является ключевым реагентом. Учитывая, насколько важным может быть недавно разработанный код для исследований в области вычислительной биологии, мы сотрудничаем с редакционным советом журнала PLOS Computational Biology и консультируемся с исследователями вычислительной биологии, чтобы разработать новую более строгую политику в отношении кода, которая предназначена для увеличения совместного использования кода при публикации статей. .

Совместное использование кода не новость для многих наших авторов, и в 2019 году более 40% исследовательских статей, опубликованных в журнале, сообщали о совместном использовании кода. [2] Предполагая, что этот процент является базовой линией поведения при совместном использовании кода, и после консультации с отдельными исследователями об их практике совместного использования кода мы опросили наших авторов и других сотрудников, работающих в области вычислительной биологии. Целью этого опроса было определить, какая часть статей имеет связанный с ними код, а какая часть этого кода не использовалась открыто в прошлом.Мы также стремились лучше понять проблемы, которые приходится преодолевать исследователям, чтобы поделиться своим кодом, и то, как более строгая политика совместного использования кода может повлиять на их мнение о журнале. [3] Результаты показали, что около 70% статей имеют связанный с ними код, основанный на когорте, заполнившей опрос. Однако примерно для трети этих статей авторы ранее не делились кодом. Причины этого несоответствия варьируются от практических вопросов, таких как нехватка времени, до юридических и этических причин, которые подтверждаются предыдущими исследованиями совместного использования кода.[4] Анализ данных опроса показал, что около 5% статей не могут использовать общий код по юридическим и этическим причинам, и поэтому больше статей, опубликованных в PLOS Computational Biology, могут иметь общий код, чем на сегодняшний день.

Несмотря на то, что существуют законные ограничения на совместное использование некоторого кода, мы знаем, что доступность кода способствует воспроизводимости исследований, а политика журналов является эффективным решением для обеспечения доступа к результатам исследований. [5] Объединив эти элементы, мы разработали новую политику кодекса для журнала, которая будет применяться к статьям, представленным с 30 марта 2021 года.Политика требует, чтобы авторы публично раскрывали любой код, который они создали и который напрямую связан с результатами, описанными в документе, если нет юридических или этических ограничений на распространение кода. Такие исключения можно запросить при подаче заявки. Хотя мы поддерживаем этот процесс, давая рекомендации и поощряя передовой опыт, окончательная версия политики, что важно, по-прежнему дает нашим авторам возможность выбирать, как делиться своим кодом, какую лицензию использовать и когда в процессе публикации делиться — до тех пор, пока поскольку код публикуется при публикации статьи.А для обеспечения прозрачности и потенциального повторного использования авторы должны будут включить заявление о совместном использовании кода в заявление о доступности данных в каждой рукописи.

Разработка или адаптация вычислительного кода занимает центральное место в исследованиях в области вычислительной биологии, и по этой причине важно, чтобы он был доступен другим исследователям. Как академические журналы, мы несем ответственность за поддержку открытых исследований в этой области путем разработки надежных и строгих политик и предоставления нашим авторам четких руководящих принципов и поддержки для их соблюдения.Создание этой политики было результатом партнерства между редакционной коллегией PLOS по вычислительной биологии, членами сообщества вычислительной биологии, которые уделяли свое время и отзывы в ходе интервью, теми, кто заполнил опрос, и PLOS. Политика предназначена для увеличения совместного использования кода в нашем журнале, и мы намерены сообщать о прогрессе в достижении этой цели. Реализуя эту политику, мы надеемся способствовать большей открытости и воспроизводимости исследований, а также ускорить научные открытия за счет более широкого (и более эффективного) повторного использования кода.Мы продолжим работать в партнерстве с нашими авторами, чтобы отвечать потребностям и целям их исследований, и мы с нетерпением ждем появления множества приложений и вариантов использования кода, которые будут опубликованы в наших опубликованных статьях.

Благодарности

Авторы признают вклад редакционной коллегии PLOS по вычислительной биологии в разработку политики, включая многих заместителей редакторов и младших редакторов, которые предоставили комментарии. Авторы также благодарят Йорга Хебера и Иэна Гринашкевича за их поддержку в инициировании и развитии этой политики.

Ссылки

  1. 1. Bourne PE, Brenner SE, Eisen MB. PLoS Computational Biology: новый журнал сообщества. PLoS Comput Biol. 2005 июн; 1 (1): e4. pmid: 16103905
  2. 2. Boudreau M, Poline J-B, Bellec P, Stikov N. Об открытых исходных кодах в вычислительной биологии PLOS. PLoS Comput Biol. 2021, 11 февраля; 17 (2): e1008725. pmid: 33571204
  3. 3. Харни Дж., Гринашкевич И., Кадвалладер Л. Исследование совместного использования кода 2020 — Вычислительная биология PLOS.Фигшер https://doi.org/10.6084/m9.figshare.13366025
  4. 4. AlNoamany Y, Borghi JA. На пути к вычислительной воспроизводимости: взгляды исследователей на использование и совместное использование программного обеспечения. PeerJ Computer Science 2018 4: e163 https://doi.org/10.7717/peerj-cs.163
  5. 5. Стодден В., Зайлер Дж., Ма З. Эмпирический анализ эффективности политики журнала для воспроизводимости вычислений. Proc Natl Acad Sci USA. 2018 13 марта; 115 (11): 2584–9. pmid: 29531050

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Обнаружение общей биологии когнитивных признаков, определяемых генетическим совпадением

Основные моменты

•

Структура, направленная на познание, рассматривая биологическую конвергенцию в ее генетических и функциональных основах мозга.

•

Рамки для более точной характеристики биологических основ, движущих познание в отношении здоровья и болезней.

•

Использование общедоступных больших данных и метааналитических ресурсов.

Abstract

Изучение вклада биологии в познание человека предполагает восходящий каскад причинно-следственных связей, когда гены влияют на системы мозга, которые активируют, общаются и, в конечном итоге, управляют поведением. Тем не менее, несколько исследований напрямую проверяли, зависят ли когнитивные особенности с перекрывающимися генетическими основами от перекрывающихся систем мозга.Здесь мы сообщаем о поэтапном исследовательском анализе совпадений генетической и функциональной визуализации среди когнитивных характеристик. Мы использовали генетический анализ на основе близнецов в наборе данных проекта коннектомов человека (HCP) (N = 486), в котором мы количественно оценили наследуемость показателей когнитивных функций и проверили, были ли они обусловлены общими генетическими факторами, используя попарные генетические корреляции. . Впоследствии мы составили карты активации, связанные с когнитивными задачами, с помощью метаанализа функциональной визуализации в BrainMap (N = 4484) и проверили, демонстрируют ли когнитивные черты, которые имеют общие генетические вариации, перекрывающуюся активацию мозга.Наш генетический анализ показал, что шесть когнитивных показателей (когнитивная гибкость, непрерывная производительность, подвижный интеллект, скорость обработки данных, декодирование чтения и понимание словаря) были наследственными (0,3 2 <0,5) и генетически коррелированными. по крайней мере с одним другим наследуемым когнитивным показателем (0,2 <ρ г <0,35). Метаанализ показал, что две генетически коррелированные черты, когнитивная гибкость и подвижный интеллект (ρ г = 0.24), также имели значительное перекрытие активации мозга ( ρ perm = 0,29). Эти результаты показывают, что подвижный интеллект и когнитивная гибкость зависят от перекрывающихся биологических характеристик как на уровне нейронных систем, так и на молекулярном уровне. Предлагаемый нами междисциплинарный подход обеспечивает конкретную основу для количественной оценки на основе данных биологической конвергенции между генетикой, функцией мозга и поведением при здоровье и болезни.

Ключевые слова

Общая генетика

Метаанализ функциональной визуализации

Перекрытие активации мозга

Познание

Биологическая конвергенция

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2019 Авторы.Опубликовано Elsevier Inc.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Синтетическая биология и ее потенциальные последствия для биоторговли, доступа и совместного использования выгод

Синтетическая биология была определена как возникающая проблема, заслуживающая дальнейшего изучения на первом заседании Руководящего комитета заинтересованных сторон Инициативы биоторговли ЮНКТАД в 2018 году. Это первое исследование, посвященное значению синтетической биологии для биоторговли, было разработано на основе этого запроса с целью предоставления рекомендаций и дальнейшее понимание темы, особенно ее значения для биоторговли.Ожидается, что партнеры BioTrade и в дальнейшем будут поддерживать это направление работы для расширения знаний и предоставления практического опыта, который обогатит результаты этого исследования.

Хотя универсально согласованного определения термина «синтетическая биология» не существует, 13-я Конференция Сторон (КС) Конвенции о биологическом разнообразии признала следующее определение полезной отправной точкой для дальнейших дискуссий: «дальнейшее развитие и новое измерение современной биотехнологии, объединяющее науку, технологию и инженерию, чтобы облегчить и ускорить понимание, разработку, перепроектирование, производство и / или модификацию генетических материалов, живых организмов и биологических систем.«Как таковая, она подпадает под действие Конвенции и Протоколов к ней по биобезопасности и доступу к генетическим ресурсам и совместному использованию выгод (ДГРСИВ).

С помощью этого исследования, в частности тематических исследований, ЮНКТАД стремится показать потенциальные последствия синтетической биологии для биоторговли и ABS. Проведенные исследования показывают, что синтетическая биология не окажет прямого влияния на все сектора биоторговли, поскольку существующие технологии в основном нацелены на определенные секторы рынка, такие как сектор косметики, продуктов питания и парфюмерии, а также фармацевтический / фитофармацевтический сектор.Наиболее предсказуемым последствием для биоторговли является вытеснение натуральных ингредиентов ингредиентами, произведенными с использованием синтетической биологии. Однако вытеснение в секторе биоторговли может быть ограниченным, поскольку потребители, покупающие продукты с ингредиентами биоторговли, скорее всего, будут стремиться покупать продукты, произведенные в соответствии с критериями экономической, социальной и экологической устойчивости, и вряд ли на них повлияет экономия средств в результате использования синтетические биологические ингредиенты.Эта тенденция особенно сильна среди молодых потребителей.

Многие из последствий синтетической биологии для биоторговли остаются перспективными, поскольку большинство компаний, занимающихся синтетической биологией, еще не производят экономически конкурентоспособные продукты. Учитывая это, сейчас подходящее время для участников биоторговли занять активную позицию в этом вопросе. На основании анализа, проведенного в исследовании, можно дать несколько рекомендаций для BioTrade. Эти рекомендации предлагают различные возможные подходы к рассмотрению синтетической биологии в пересмотренных Принципах и критериях биоторговли (BT P&C), а также к рассмотрению ее последствий для устойчивого использования биоразнообразия в более широком смысле.

Рекомендации:

  1. Страны-поставщики могут пожелать рассмотреть возможность проведения оценки социально-экономического воздействия для важных для страны цепочек создания стоимости, когда на рынке появится альтернатива синтетической биологии, чтобы определить ее потенциальное влияние на рабочие места и средства к существованию.

  2. Там, где существует значительный риск для рабочих мест и средств к существованию, странам-поставщикам может быть целесообразно помочь производителям перейти на различные цепочки создания стоимости биоторговли, чтобы предотвратить воздействие на средства к существованию и биоразнообразие, которое может возникнуть в результате отхода от существующей цепочки создания стоимости.

  3. Рассмотреть необходимость и потенциальные последствия определения «натуральный продукт» или «товары и услуги, полученные из местного биоразнообразия» в контексте биоторговли. Это было бы сложной задачей, и, возможно, было бы предпочтительнее оставить ее на усмотрение лиц, принимающих решения, и органов, устанавливающих стандарты.

  4. Рассмотрите возможность рассмотрения того, как Принципы и критерии биоторговли касаются конкретных типов технологий или продуктов, подпадающих под широкую сферу применения синтетической биологии.Это может включать вопрос о том, предпочтительнее ли общий подход или подходит ли индивидуальный подход, основанный на критериях устойчивости.

  5. Рассмотрите, подходит ли индивидуальный подход к использованию продуктов, изготовленных из генетически модифицированных / синтетических биологических организмов, в продуктах BioTrade, если они явно более устойчивы, чем их естественные аналоги (например, когда существует запрет на торговлю в соответствии с СИТЕС, внесен в Красный список Международного союза охраны природы (МСОП)).

  6. Если будет принят индивидуальный подход, рассмотрите возможность разработки механизма отслеживания ингредиентов, полученных из видов, внесенных в список СИТЕС, чтобы доказать, что они были изготовлены с использованием процессов SynBio, а не непосредственно из этих видов.

Биология | DCC

Атлас живой Австралии

Совокупность информации обо всех известных в Австралии видах, собранная из музеев, гербариев, общественных групп, государственных ведомств, отдельных лиц и университетов.Все данные конвертируются в Darwin Core.

BioCASE — Служба доступа к биологическим коллекциям для Европы

Сеть биологических подразделений BioCASE обеспечивает доступ к транснациональной сети биологических коллекций; его протокол требует, чтобы провайдеры использовали схему ABCD в своих файлах конфигурации.

База данных биомоделей

Репозиторий, в котором размещены вычислительные модели биологических систем с использованием минимальных требований к метаданным MIRIAM и MIASE, зарегистрированных в MIBBI.

BODC — Библиотека опубликованных данных Британского центра океанографических данных

Этот национальный центр для наблюдения и распространения данных, касающихся морской среды, требует, чтобы наборы данных использовали хорошо документированный формат, такой как CF-совместимый NetCDF, и сопровождались Dublin Core запись, а также метаданные обнаружения в признанном стандарте, таком как DIF или FGDC / CDGM.

CARMEN

Виртуальная лаборатория нейрофизиологии, позволяющая обмениваться и совместно использовать данные, анализ, код и знания.Метаданные должны включать рекомендации MINI, зарегистрированные в MIBBI.

Примечание. Веб-сайт этого ресурса больше не доступен.

База данных CHD7
База данных с открытым доступом, которая содержит анонимизированные данные как об опубликованных, так и неопубликованных вариациях и фенотипах CHD7.
Chem-BLAST

Веб-сервис для поиска и визуализации химических структур. Он использует данные из банка данных Protein Data Bank, преобразованного в RDF.

dbEST — База данных выраженных тегов последовательности

Разработанная репозиторием схема метаданных для данных EST в Genbank.

FlowRepository

База данных экспериментов по проточной цитометрии, где можно запрашивать и загружать данные, собранные и аннотированные в соответствии со стандартом MIFlowCyt, зарегистрированным в MIBBI.

GBIF — Глобальный информационный фонд по биоразнообразию

Созданный глобальной сетью стран и организаций, GBIF представляет собой веб-портал, содействующий мобилизации, доступу, обнаружению и использованию данных о биоразнообразии.Предпочтительным форматом для публикации данных в сети GBIF является Darwin Core Archive, а его Integrated Publishing Toolkit использует EML в качестве стандарта данных.

База данных LINCS Гарвардской медицинской школы

Один из двух исследовательских центров в США, создающих библиотеки сигнатур, описывающих, как клетки реагируют на возмущение, он использует стандарт ISA-TAB для описания своих данных.

Международный регистр пациентов с дистрофическим ЭБ
Международный регистр пациентов с дистрофическим буллезным эпидермолизом (DEB) и связанными с ним мутациями COL7A1.
Международный консорциум по молекулярному обмену

Международное сотрудничество по обеспечению доступа к неизбыточному набору данных белок-белкового взаимодействия от широкого таксономического диапазона организмов. Базы данных партнеров IMEx требуют, чтобы данные были совместимы с MIMIx (стандартом, зарегистрированным в MIBBI).

ISA Commons

Сеть систем и проектов, которые используют формат файлов ISA-Tab и / или работают на компонентах программного пакета ISA.

ISA Commons

Сеть систем и проектов, которые используют формат файлов ISA-Tab и / или работают на компонентах программного пакета ISA.

JCB Data Viewer

Репозиторий для просмотра и анализа данных многомерных изображений, связанных со статьями, опубликованными в The Journal of Cell Biology. Его собственный формат метаданных — OME-XML.

KNB — Сеть знаний о биокомплексе

Сеть федеративных учреждений, которые согласились обмениваться данными и метаданными с использованием общей структуры, в основном вращающейся вокруг использования языка экологических метаданных в качестве общего языка для описания экологических данных.

Сеть долгосрочных экологических исследований

Сеть, предоставляющая научные знания, исследовательские платформы и долгосрочные наборы данных, необходимые для документирования и анализа изменений окружающей среды, она использует язык экологических метаданных для описания своих данных.

MetaboLights

База данных метаболомических экспериментов и полученная информация в формате ISA-Tab.

Реестр пациентов MVID
Международный реестр пациентов с микроворсинкой инклюзионной болезнью (MVID) и связанными с ней мутациями MYO5B.
Национальный центр экологического анализа и синтеза

Этот американский центр междисциплинарных исследований, разработчик EML, использует существующие данные для решения основных фундаментальных проблем экологии и смежных областях.

Репозиторий данных национальной научной цифровой библиотеки

Интернет-портал для обучения и исследований в области науки, технологий, инженерии и математики, использующий профиль элементов метаданных Dublin Core для метаданных ресурсов и коллекций.

NEBC ISA Network BioIndexationIndex

Центр экологической биоинформатики NERC Индекс ISA Network, содержащий данные об окружающей среде, соответствующие требованиям ISA-Tab и MIBBI.

OBIS — Океанская биогеографическая информационная система

Хранилище данных для наборов данных о морских видах со всех океанов мира; он использует расширение Darwin Core 2 в качестве стандарта данных.

PRIDE — База данных PRoteomics IDEntifications

Централизованное, соответствующее стандартам MIBBI, общедоступное хранилище данных для протеомических данных, посттрансляционных модификаций и подтверждающих спектральных свидетельств.

Rebioma

Веб-портал, использующий Darwin Core для описания данных о биоразнообразии, собранных на Мадагаскаре.

Клетка: библиотека изображений

Ресурсная база данных изображений, видео и анимаций клеток, охватывающая большое разнообразие организмов, типов клеток и клеточных процессов. Его собственный формат метаданных для изображений — OME-XML.

UK Polar Data Center

Организация, координирующая управление данными, собранными учеными, финансируемыми Великобританией, в полярных регионах, используя профиль приложения, который соответствует стандартам ISO 19115 и DIF.

VertNet

Четыре сети распределенных баз данных (MaNIS, HerpNET, ORNIS и FishNet), использующие механизм Darwin Core, чтобы сделать данные биоинформатических образцов совместимыми, отображаемыми и общедоступными.

Worldwide Protein Data Bank

Архив Protein Data Bank (PDB) — это всемирное архивное хранилище информации о трехмерных структурах белков, нуклеиновых кислот и сложных ансамблях. Организация Worldwide PDB (wwPDB) управляет архивом PDB и обеспечивает свободный и публичный доступ к PDB для мирового сообщества.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *