Ang simpleng mga bloke ng gusali ng mga neuron ay magkakasama na bumuo ng napakalawak na pagiging kumplikado. UCI Research / Ardy Rahman, CC BY-NC

Gusto namin ng mga tao na isipin ang ating sarili bilang nasa tuktok ng magbunton kumpara sa lahat ng iba pang mga nabubuhay na bagay sa ating planeta. Ang buhay ay nagbago ng higit sa tatlong bilyong taon mula sa simpleng isang cell na nilalang sa pamamagitan ng mga multicellular na mga halaman at hayop na nagmumula sa lahat ng mga hugis at laki at kakayahan. Bilang karagdagan sa lumalagong ekolohiya na kumplikado, sa kasaysayan ng buhay nakita din natin ang ebolusyon ng katalinuhan, kumplikadong lipunan at teknolohikal na pag-imbento, hanggang sa dumating tayo ngayon sa mga taong lumilipad sa buong mundo sa 35,000 paa na tinatalakay ang in-flight movie.

Ito ay natural na isipin ang kasaysayan ng buhay bilang progressing mula sa simple hanggang sa komplikadong, at inaasahan na ito ay masasalamin sa pagtaas ng mga numero ng gene. Nagtatampok kami ng mga sarili na humahantong sa paraan sa aming superyor pag-iisip at pandaigdigang dominasyon; ang inaasahan ay dahil tayo ang pinaka kumplikadong nilalang, magkakaroon tayo ng pinaka masalimuot na hanay ng mga gene.

Ang pag-aakala na ito ay tila lohikal, ngunit ang mas maraming mga mananaliksik ay nag-iisip tungkol sa iba't ibang mga genome, ang higit pang mga depektong ito ay tila. Mga kalahating siglo na ang nakalipas ang tinatayang bilang ng mga tao na gene ay nasa milyun-milyon. Ngayon kami pababa sa tungkol sa 20,000. Alam natin ngayon, halimbawa, na mga saging, kasama ang kanilang 30,000 genes, may 50 porsiyento ng higit pang mga gene kaysa sa ginagawa namin.

Tulad ng mga mananaliksik gumawa ng mga bagong paraan upang mabilang hindi lamang ang mga gene na mayroon ang organismo, kundi pati na rin ang mga ito ay may mga kalabisan, mayroong isang malinaw na tagpo sa pagitan ng bilang ng mga genes sa kung ano ang lagi naming naisip bilang ang pinakasimpleng buhayforms - virus - at ang pinaka-kumplikado - sa amin. Panahon na upang pag-isipang muli ang tanong kung paano nakikita ang pagiging kumplikado ng isang organismo sa genome nito.

Ang nagtatagpo ng tinatayang bilang ng mga gene sa isang tao kumpara sa isang higanteng virus. Ang linya ng tao ay nagpapakita ng average na pagtatantya na may dashed line na kumakatawan sa tinatayang bilang ng mga genes na kinakailangan. Ang mga numero na ipinapakita para sa mga virus ay para sa MS2 (1976), HIV (1985), higanteng mga virus mula sa 2004 at average na T4 na numero sa 1990s. Sean Nee, CC BY

Bilangin ang mga gene

Maaari naming isipin ang lahat ng aming mga gene magkasama bilang ang mga recipe sa isang cookbook para sa amin. Ang mga ito ay nakasulat sa mga titik ng mga base ng DNA - na dinaglat na ACGT. Ang mga gene ay nagbibigay ng mga tagubilin kung paano at kung kailan magtipun-tipon ang mga protina na ginawa mo at na isinasagawa ang lahat ng mga function ng buhay sa loob ng iyong katawan. A kaugalian Ang gene ay nangangailangan ng tungkol sa 1000 na mga titik. Kasama ang kapaligiran at karanasan, ang mga gene ay may pananagutan sa kung ano at kung sino tayo - kaya kawili-wiling malaman kung gaano karaming mga gene ang nagdaragdag sa isang buong organismo.

Kapag pinag-uusapan natin ang tungkol sa mga bilang ng mga genes, maaari nating ipakita ang aktwal na bilang para sa mga virus, ngunit lamang ang mga pagtatantya para sa mga tao para sa isang mahalagang dahilan. Isa tutulan pagbibilang ng mga gene sa eukaryotes - na kasama sa amin, saging at pampaalsa tulad ng Candida - ay ang aming mga gene ay hindi naka-linya tulad ng mga duck sa isang hilera.

Ang aming mga genetic recipe ay nakaayos na kung ang mga pahina ng cookbook ay lahat ay natastas at halo-halong up sa tatlong bilyong iba pang mga titik, tungkol sa 50 porsiyento kung saan talagang naglalarawan ng hindi aktibo, patay na mga virus. Kaya sa mga eukaryote mahirap na mabilang ang mga gene na may mga mahahalagang function at paghiwalayin ang mga ito mula sa kung ano ang labis.

Sa kaibahan, ang pagbibilang ng mga gene sa mga virus - at bakterya, na maaaring magkaroon 10,000 gene - ay medyo madali. Ito ay dahil ang raw na materyal ng mga gene - nucleic acids - ay medyo mahal para sa mga maliliit na nilalang, kaya mayroong malakas na seleksyon upang tanggalin ang hindi kinakailangang mga pagkakasunud-sunod. Sa katunayan, ang tunay na hamon para sa mga virus ay ang pagtuklas sa kanila sa unang lugar. Nakakatakot na lahat pangunahing pagtuklas ng virus, kabilang ang HIV, ay hindi ginawa sa pamamagitan ng sequencing sa lahat, ngunit sa pamamagitan ng lumang paraan tulad ng magnifying them visually at pagtingin sa kanilang morpolohiya. Patuloy na pagsulong sa molecular technology ay itinuro sa amin ang kapansin-pansin pagkakaiba-iba ng virosphere, ngunit makakatulong lamang sa amin na mabilang ang mga genes ng isang bagay na alam na natin.

Nagbubuhay na may mas kaunti

Ang bilang ng mga genes na talagang kailangan namin para sa isang malusog na buhay ay marahil mas mababa kaysa sa kasalukuyang pagtatantya ng 20,000 sa aming buong genome. Ang isang may-akda ng isang kamakailang pag-aaral ay may makatuwirang nagpapahayag na ang bilang para sa mga mahahalagang genes para sa mga tao ay maaaring mas mababa.

Ang mga mananaliksik ay tumingin sa libu-libong mga malusog na matatanda, naghahanap ng natural na nagaganap na "knockouts," kung saan ang mga pag-andar ng mga partikular na gene ay wala. Ang lahat ng aming mga gene ay dumating sa dalawang kopya - isa mula sa bawat magulang. Karaniwan, maaaring magbayad ang isang aktibong kopya kung ang iba ay hindi aktibo, at mahirap hanapin ang mga tao kapwa Ang mga kopya ay hindi aktibo sapagkat ang mga inactivate na gene ay natural na bihirang.

Ang mga Knockout na gene ay medyo madaling mag-aral sa mga daga ng lab, gamit ang modernong mga teknik sa genetic engineering upang i-activate ang parehong mga kopya ng partikular na mga gene na aming pinili, o kahit na alisin ang mga ito nang buo, at tingnan kung ano ang mangyayari. Ngunit ang pag-aaral ng tao ay nangangailangan ng mga populasyon ng mga taong naninirahan sa mga komunidad na may 21st siglo medikal na teknolohiya at mga kilalang pedigrees na angkop sa kinakailangan sa genetic at statistical na pagsusuri. Ang mga Icelanders ay isang kapaki-pakinabang populasyon, at ang mga taong British-Pakistani ng pag-aaral na ito ay isa pa.

Ang pananaliksik na ito ay natagpuan sa paglipas ng mga genes na 700 na maaaring maubusan ng hindi malinaw na mga kahihinatnan sa kalusugan. Halimbawa, ang isang kamangha-manghang pagtuklas ay ang PRDM9 gene - na may mahalagang papel sa pagkamayabong ng mga daga - maaari ring mahulog sa mga taong walang masamang epekto.

Pinapalitan ang pag-aaral na lampas sa pag-aaral ng knockout ng tao hahantong sa isang pagtatantya na tanging 3,000 na mga gene ng tao ang talagang kailangan upang bumuo ng isang malusog na tao. Ito ay nasa parehong ballpark bilang bilang ng mga genes sa "higanteng mga virus. " Pandoravirus, nakuha mula sa 30,000-taong-gulang na Siberian yelo sa 2014, ay ang pinakamalaking virus na kilala sa petsa at May 2,500 genes.

Kaya ano ang mga gene na kailangan natin? Hindi namin alam kung ano ang isang-kapat ng mga genes ng tao ay talagang ginagawa, at ito ay advanced kumpara sa aming kaalaman sa iba pang mga species.

Ang pagiging kumplikado ay mula sa napaka-simple

Ngunit kung ang huling bilang ng mga tao gene ay 20,000 o 3,000 o iba pang bagay, ang punto ay na pagdating sa pag-unawa sa pagiging kumplikado, sukat talagang hindi mahalaga. Alam namin ito sa loob ng mahabang panahon sa hindi bababa sa dalawang konteksto, at nagsisimula pa lamang na maunawaan ang pangatlo.

Alan Turing, ang dalub-agbilang at WWII code breaker itinatag ang teorya ng multicellular development. Nag-aral siya ng simpleng mga modelo ng matematika, na tinatawag na "reaksyon-pagsasabog" na proseso, kung saan ang isang maliit na bilang ng mga kemikal - dalawa lamang sa modelo ng Turing - nagkakalat at gumanti sa bawat isa. Sa mga simpleng patakaran na namamahala sa kanilang mga reaksyon, ang mga modelong ito maaaring mapagkakatiwalaan bumuo napaka-kumplikado, ngunit magkakaugnay na istruktura na madaling makita. Kaya't ang mga biological na istruktura ng mga halaman at hayop ay hindi nangangailangan ng kumplikadong programming.

Katulad nito, maliwanag na ang Koneksyon 100 trilyon sa utak ng tao, na kung saan ay talagang gumagawa sa amin kung sino tayo, ay hindi posibleng maging genetically programmed nang paisa-isa. Ang kamakailang mga breakthroughs sa artificial intelligence ay batay sa neural network; ang mga ito ay mga modelo ng computer ng utak na kung saan ang mga simpleng elemento - na tumutugma sa neurons - ay nagtatatag ng kanilang sariling mga koneksyon sa pamamagitan ng pakikipag-ugnay sa mundo. Ang ang mga resulta ay kahanga-hanga sa mga lugar na ginamit tulad ng pagkilala ng sulat-kamay at pagsusuri sa medisina, at inanyayahan ng Google ang publiko Maglaro ng mga laro at pagmasdan ang mga pangarap ng mga AIS nito.

Ang mga mikrobyo ay lampas sa pangunahing

Kaya malinaw na ang isang solong cell ay hindi kailangang maging lubhang kumplikado para sa malaking bilang ng mga ito upang makabuo ng mga kumplikadong resulta. Samakatuwid, hindi ito dapat dumating bilang isang malaking sorpresa na ang mga numero ng tao gen ay maaaring sa parehong sukat ng mga single-celled microbes tulad ng mga virus at bakterya.

Ang isang darating na sorpresa ay ang pakikipag-usap - na ang mga maliliit na microbes ay maaaring may masaganang, masalimuot na buhay. May isang lumalaking larangan ng pag-aaral - na tinatawag na "sociomicrobiology"- Sinusuri nito ang sobrang komplikadong mga buhay na panlipunan ng mga mikrobyo, na tumayo kumpara sa ating sarili. Aking sariling kontribusyon sa mga lugar na ito ang pag-aalala sa pagbibigay ng mga virus sa kanilang nararapat na lugar sa invisible soap opera na ito.

Nalaman natin sa huling dekada na ang mga microbes ay gumastos sa 90 na porsiyento ng kanilang buhay bilang biofilms, na maaaring pinakamahusay na maisip bilang biological tissue. Sa katunayan, maraming mga biofilms ang may mga sistema ng elektrikal na komunikasyon sa pagitan ng mga selula, tulad ng tisyu ng utak, na ginagawa itong isang modelo para sa pag-aaral ng mga sakit sa utak tulad ng sobrang sakit ng ulo at epilepsy.

Ang biofilms ay maaari ring iisipin bilang "mga lungsod ng mga mikrobyo, "At ang pagsasama ng sociomicrobiology at medikal na pananaliksik ay mabilis na pag-unlad sa maraming lugar, tulad ng paggamot ng cystic fibrosis. Ang panlipunan buhay ng microbes sa mga lunsod na ito - kumpleto sa kooperasyon, kontrahan, katotohanan, kasinungalingan at kahit na pagpapakamatay - ay mabilis na naging pangunahing lugar ng pag-aaral sa evolutionary biology sa 21st century.

Tulad ng biology ng mga tao ay nagiging mas mababa natitirang kaysa sa aming naisip, ang mundo ng mga microbes ay makakakuha ng higit pang mga kagiliw-giliw. At ang bilang ng mga genes ay hindi mukhang may kinalaman dito.

Tungkol sa Ang May-akda

Sean Nee, Propesor ng Pananaliksik sa Agham at Pamamahala ng Ecosystem, Pennsylvania State University

Ang artikulong ito ay orihinal na na-publish sa Ang pag-uusap. Basahin ang ang orihinal na artikulo.

Mga Kaugnay na Libro:

at InnerSelf Market at Amazon