뉴런의 단순한 빌딩 블록은 함께 엄청난 복잡성을 발생시킵니다. UCI Research / Ardy Rahman, CC의 BY-NC

우리 인간은 우리 행성의 다른 모든 생물과 비교하여 힙의 꼭대기에있는 것처럼 자신을 생각하고 싶어합니다. 생명체는 단순한 단세포 생물에서부터 다세포 식물 및 동물에 이르기까지 30 억 년 이상 모든 형태와 크기 및 능력으로 진화했습니다. 생태 학적 복잡성이 증가하는 것 외에도 기내 영화에 대해 논의하는 35,000 피트에서 전 세계를 날아 다니는 사람들에게 오늘날까지 삶의 역사에서 우리는 지능, 복잡한 사회 및 기술적 발명의 진화를 보았습니다.

삶의 역사를 진보적이라고 생각하는 것은 자연스러운 일입니다. 단순한 것에서 복잡한 것까지, 그리고 이것이 증가하는 유전자 수에 반영 될 것으로 기대하는 것이다. 우리는 뛰어난 지적 능력과 세계적인 지배력으로 길을 선도하는 자신을 자랑합니다. 우리가 가장 복잡한 생물이기 때문에 우리는 가장 정교한 유전자 세트를 가지고있을 것이라는 기대가있었습니다.

이 가정은 논리적으로 보입니다. 그러나 많은 연구자들이 다양한 게놈에 대해 알아 내면 더 많은 결함이있는 것처럼 보입니다. 약 반 세기 전에 인간 유전자의 추정 수는 수백만에 달했다. 오늘 우리는 20,000에 관해 이야기합니다.. 우리는 이제 예를 들어, 바나나가 그들의 30,000 유전자우리가하는 것보다 50 % 많은 유전자를 가지고 있습니다.

연구자가 유기체가 가지고있는 유전자뿐만 아니라 그것이 불필요한 유전자를 셀 수있는 새로운 방법을 고안함에 따라, 우리가 항상 생각한 가장 단순한 생명체 - 바이러스 -와 유전자의 수 사이에는 명확한 수렴이 존재한다. 가장 복잡한 - 우리. 이제 유기체의 복잡성이 게놈에 어떻게 반영되는지에 대해 다시 생각해 볼 때입니다.

거대한 바이러스 대 사람의 수렴 된 추정 유전자 수. 인간 계통은 추정 된 유전자 수를 나타내는 점선이있는 평균 추정치를 보여줍니다. 바이러스 숫자는 MS2 (1976), HIV (1985), 2004의 거대한 바이러스 및 4의 평균 T1990 수입니다. 션 니, CC BY

유전자 계산

우리는 모든 유전자를 우리를위한 요리 책의 요리법으로 함께 생각할 수 있습니다. 그들은 DNA 기초 (ACGT로 약칭)의 문자로 쓰여 있습니다. 유전자는 당신이 만든 단백질을 언제 어떻게 만들어야하는지에 대한 지침을 제공하며, 신체 내에서 생명의 모든 기능을 수행합니다. 에이 전형적인 유전자는 1000 글자가 필요합니다. 환경과 경험과 함께 유전자는 우리가 누구인지, 누구인지에 대한 책임이 있습니다. 그래서 얼마나 많은 유전자가 전체 유기체에 합쳐지는지를 아는 것은 흥미 롭습니다.

우리가 수많은 유전자에 관해 이야기 할 때, 바이러스에 대한 실제 카운트를 표시 할 수 있지만, 중요한 이유는 인간에 대한 추정치 만 표시 할 수 있습니다. 하나 도전 유전자 계산 진핵 생물 우리, 바나나, 칸디다 균 같은 효모가 포함되어 있습니다. 우리 유전자가 오리처럼 늘어서 있지 않다는 것입니다.

우리의 유전자 조리법은 요리 책의 페이지가 모두 찢어지고 약 30 억 개의 다른 글자와 섞인 것처럼 정리됩니다. 50 비율 실제로 비활성화 된 죽은 바이러스를 묘사합니다. 그래서 진핵 생물에서는 필수 기능을 가지고있는 유전자를 세고 불필요한 것들과 분리하는 것이 어렵습니다.

대조적으로, 바이러스의 세균 및 세균은 10,000 유전자 - 비교적 쉽다. 이것은 유전자 - 핵산 -의 원료가 작은 생물에게는 상대적으로 비싸기 때문에 불필요한 서열을 삭제하기위한 강력한 선택이 있기 때문입니다. 사실, 바이러스에 대한 진정한 도전은 처음에 바이러스를 발견하는 것입니다. 그 모든 것을 놀라게하고 있습니다. 주요 바이러스 발견HIV를 포함하여, 시퀀싱으로 전혀 만들어지지 않았지만, 시각적으로 확대하고 형태학을 보는 것과 같은 오래된 방법에 의해 만들어졌다. 지속적인 발전 분자 기술에서 주목할만한 것은 비로권의 다양성그러나 우리가 이미 알고있는 어떤 것의 유전자를 세는 데 도움이 될뿐입니다.

보다 적은 숫자로 번영

우리가 건강한 삶을 살기 위해 실제로 필요로하는 유전자의 수는 우리의 전체 게놈에서 20,000의 현재 추정치보다 훨씬 낮을 것입니다. 최근 연구의 한 저자는 인간에게 필수적인 유전자의 수를 합리적으로 추정했다 훨씬 더 낮을지도 모른다..

이 연구자들은 수천 명의 건강한 성인을 보았습니다. 자연스럽게 발생하는 "녹아웃"을 찾고 특정 유전자의 기능이 결여되어있다. 우리의 모든 유전자는 두 개의 사본으로 나옵니다. 일반적으로 하나의 활성 사본은 다른 사본이 비활성 상태 인 경우이를 보완 할 수 있으며 두 불 활성화 된 유전자는 자연적으로 드물기 때문에 비활성화된다.

녹아웃 유전자는 현대의 유전자 조작 기술을 사용하여 우리가 선택한 특정 유전자의 복제본을 모두 비활성화하거나 완전히 제거하고 무슨 일이 일어나는지를 실험실 쥐와 함께 연구하는 것은 상당히 쉽습니다. 그러나 인간의 연구는 21st 세기 의학 기술과 필요한 유전 적 및 통계 학적 분석에 적합한 혈통을 가진 공동체에 사는 사람들의 인구를 필요로합니다. 아이슬랜드는 유용하다. 인구 및이 연구의 영국 - 파키스탄 사람들은 또 다른 사람들입니다.

이 연구는 700 유전자에 대해 명백한 건강상의 결과가 없으면 기절 될 수 있음을 발견했습니다. 예를 들어, 놀라운 발견 중 하나는 PRDM9 유전자가 생쥐의 번식력에 결정적인 역할을하는 것으로서 질병에 걸리지 않은 사람들에게도 노크 될 수 있다는 것입니다.

인간 knockouts 연구 저쪽에 분석 해석 견적을 이끌어 내다 건강한 인간을 만들기 위해서는 실제로 3,000 유전자 만 필요합니다. 이것은 "유전자 변형 생물체의 유전자 수와 동일한 야적장에있다.자이언트 바이러스. " 판도라 바이러스30,000에서 2014 살짜리 시베리아 얼음에서 발견 된 가장 큰 바이러스는 현재까지 알려진 가장 큰 바이러스이며 2,500 유전자를 가지고있다..

그렇다면 우리는 어떤 유전자가 필요합니까? 우리는 인간 유전자의 4 분의 1이 실제로 무엇을하는지조차 모릅니다. 우리 종의 다른 종에 대한 지식과 비교했을 때.

복잡성은 매우 간단합니다.

그러나 인간 유전자의 최종 개수가 20,000인지 3,000인지 여부는 복잡성을 이해할 때 크기가 중요하지 않다는 점입니다. 우리는 적어도 두 가지 맥락에서 오랫동안 이것을 알고 있었고, 세 번째 상황을 이해하기 시작했습니다.

Alan Turing, 수학자 및 WWII 코드 차단기 다세대 개발 이론을 확립했다. 그는 지금 "반응 확산"과정이라고 불리는 간단한 수학적 모델을 연구했습니다. 소수의 화학 물질 (단지 Turing의 모델에서 2 개)이 확산되어 서로 반응합니다. 그들의 반응을 지배하는 간단한 규칙으로,이 모델들 확실하게 생성 할 수있다. 매우 복잡하면서도 일관된 구조 쉽게 볼 수있는. 따라서 식물과 동물의 생물학적 구조는 복잡한 프로그래밍을 필요로하지 않습니다.

마찬가지로, 100 조 연결 인간의 두뇌에서 우리가 실제로 우리를 만드는 것인데, 아마도 유전자가 개별적으로 프로그램 될 수는 없습니다. 그만큼 최근 인공 지능의 돌파구 ~에 근거하다 신경망; 이들은 단순한 요소 (뉴런에 해당)가 세계와 상호 작용을 통해 자신 만의 연결 고리를 형성하는 뇌의 컴퓨터 모델입니다. 그만큼 결과는 훌륭했다. 필기 인식 및 의료 진단과 같은 응용 분야에서 Google은 일반인을 ~으로 게임하기 과 꿈을 꾼다. 그것의 인공위성의.

미생물은 기본 이상으로 나아 간다.

따라서 단일 세포가 매우 복잡한 결과를 산출하기 위해서는 매우 복잡 할 필요가 없습니다. 따라서 인간 유전자 번호가 바이러스 및 박테리아와 같은 단세포 세균과 동일한 크기 일 수 있다는 것은 놀랄만 한 일이 아닙니다.

작은 미생물이 풍부하고 복잡한 삶을 누릴 수 있다는 사실에 놀라운 사실이 있습니다. 성장하는 분야의 연구가 있습니다 - "사회 미생물학"- 그것은 우리 자신과 비교하여 일어나는 미생물의 매우 복잡한 사회 생활을 조사합니다. 내 자신의 공헌 이 영역에 바이러스가 보이지 않는 연속극에 정당한 자리를 제공 할까 우려합니다.

우리는 지난 10 년 동안 미생물이 그들의 삶의 90 %를 생물막이것은 생물학적 조직으로 가장 잘 생각 될 수 있습니다. 사실 많은 바이오 필름은 전기 통신 두뇌 조직과 같은 세포 사이에서, 편두통 및 간질과 같은 뇌 질환을 연구하기위한 모델로 만들어줍니다.

바이오 필름은 또한 "미생물 도시, "그리고 사회 미생물학 의학 연구는 급속한 진전 낭성 섬유증의 치료와 같은 많은 분야에서. 그만큼 미생물의 사회 생활 이 도시에서 - 협력, 갈등, 진실, 거짓말, 심지어는 자살 - 21st 세기에 진화 생물학의 주요 연구 분야로 빠르게 자리 매김하고 있습니다.

인간의 생물학이 우리가 생각한 것보다 훨씬 덜 탁월 해지 듯이, 미생물의 세계는 훨씬 더 흥미 진진합니다. 그리고 유전자의 수는 그것과 아무 상관이없는 것처럼 보입니다.

저자에 관하여

Sean Nee, 생태계 과학 및 관리 연구 교수, 펜실베니아 주립 대학

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