XNUMX億年の進化により、地球上の生命は可能性の限界を探求するための十分な時間を与えられてきました。そのため、生物科学には追いつくことがたくさんあります。 生物学者は、自然淘汰、生物の細胞性、分子生物学のセントラルドグマなど、自分の分野を支配するいくつかの基本的な原理とメカニズムを特定しました。 彼らは、チャールズ・ダーウィンが「最も美しく、最も素晴らしい無限の形」と呼んだものの多様性だけでなく、それらの種の内部の細胞レベルでの複雑さの微視的な銀河もカタログ化するのに苦労しました。 彼らは、細胞、生物、生態系を活気づける複雑な化学的ギブアンドテイクの理解にも前進しました。

それでも、生きている世界は決して驚きを使い果たしません。 土や睡眠のようにありふれたものには秘密が潜んでおり、いくつかの発見は、生物学的にさえ可能であるという科学者の古い仮定を破ります。

たとえば、タンパク質分子の有用な特性は、アミノ酸鎖を正確な形状に折りたたむ方法に大きく依存するというのは、生化学の長年の信条です。 しかし、最近のタンパク質科学で最もホットなトピックのXNUMXつは、 可鍛性タンパク質 と呼ばれるタンパク質分子の塊 コンデンセート 細胞内のさまざまな重要なプロセスを制御し、単一のコンフォメーションに固定されるのではなく流動的であるため、正確に機能します。

2021年には、 クアンタ 記事は、ゲノム、脳、および生物の相互作用とその環境の動的相互作用の研究を含むこれらの驚くべきターンの多くをカバーしました。 私たちの最も野心的なジャーナリズムのいくつかは、COVID-19パンデミックに対処するための科学と社会による進行中の闘争にも注目しました。
 

19年にCOVID-2021に対するワクチンの流通が拡大したことで、デルタ変異体や他の形態のSARS-CoV-2ウイルスの台頭が危機がないことを強調したにもかかわらず、世界の一部がパンデミックの下から一時的に忍び寄り始めました。終わってない。 疫学者の場合、 難しいレッスン 過去XNUMX年間で、彼らが依存していた統計ツール、公衆衛生システム、および通信プロトコルは、これほど困難なウイルスに完全に対処する準備ができていなかったということでした。 彼らは、リアルタイム再生産数Rのような基本変数でさえ発見しました。_t、および生成間隔は 評価が難しい、これはパンデミックの軌道のモデリングを非常に困難にしました。 今でも、世界中のウイルス監視システムが 監視には不十分 SARS-CoV-2の潜在的に危険な新しい亜種の台頭—少なからず、公衆衛生システムはCOVID-19患者の世話の負担でまだ薄く伸びているためです。
 

東南アジア原産の異常な寄生植物は、その生涯のほとんどを他の植物の内部で成長する細胞の糸として過ごし、小さな子供と同じくらいの重さで腐った肉のようなにおいがする巨大な花として咲きます。 しかし、この種の「死体の花」についての最も驚くべき事実は、今年初めに公開されたそのゲノムにあるものとそうでないものである可能性があります。 サプリアヒマラヤナ is 遺伝子のほぼ半分が欠けている 生物学者が不可欠であると考えたものを含む他の植物で高度に保存されています。 これらの減少にもかかわらず、そのゲノムは、ある科学者が他の種から盗み、トランスポゾンと呼ばれる可動遺伝因子の膨大な数のコピーによって膨らませた「DNAの巨大な墓地」と呼ばれるものであるため、依然として予想外に巨大です。

奇妙な サプリア つまり、その気紛れなDNAは、ゲノム発見における最近のいくつかの傾向を具体化しています。 自分自身のコピーを作成し、染色体内および染色体間をジャンプすることにより、トランスポゾンが 生物のゲノムを再配線する 種間のDNAの水平伝達を促進します。 植物と動物の両方で、水平移動は もっと一般的な かつて信じられていたよりも、そして研究者たちはまだ進化における彼らの重要性を理解しようとしています。

地球上の豊かで豊かな生命の複雑さは、過去3.5億年の間に何十回も多細胞生物に運命的なホップをした単細胞生物の系統にその存在を負っています。 多細胞性の進化的利点が初期段階では明らかでないことが多いことを考えると、研究者はまだこれらの移行がどのようにそしてなぜ起こったのかを理解しようとしています。 藻類、酵母、その他の単細胞種を使った実験的研究では、しかしながら、一緒に凝集することで、捕食に対する脆弱性を減らすなど、わずかな一貫した利益さえも得られる場合、それらを次のように動かすことができることが示されています 多細胞になる 驚くほど短時間で。

しかし、多細胞体の開発は最初のステップにすぎません。 他の主要な課題は、協調する細胞を特殊な機能を持つ別個の組織に分化させることにあります。 そのプロセスへの重要な手がかりは、どのように再構築された新しい仕事から現れました 防御腺が進化した カブトムシで。
 

神経科学の入門教科書では、脳はしばしば世界の偏った地球のように描かれ、その表面は知覚、記憶、発話、認識、その他の能力のために明確な領域に鋭く分割されています。 これらのきちんとしたパーティションは、豊富な臨床データと実験データを反映していますが、精神機能の分離可能なカテゴリとしてのこれらのプロセスの主観的な経験も示しています。

しかし、経験は欺くことができます。 増大する証拠は、私たちの能力が 別々の経路に分割 解剖学的に異なる脳領域で。 よく調べてみると、特定の機能に強く関連している脳の部分は、予期せぬ異なる機能にも関連していることがあります。たとえば、脳の知覚センターでの活動のほとんどは、体の動きに関連しています。 神経科学者はまだその発見の重要性を整理していますが、脳の電気信号で測定されたバックグラウンドの「ノイズ」という観察結果を説明するのに役立ちます 情報をエンコードする 体がしていることについて。

今年は、研究者が数十年前に謎を解いたと考えていた別の脳システムでも驚きが明るみに出ました。 研究者たちは、脳内の「グリッドセル」のネットワークにより、私たちが宇宙のどこにいるかをマッピングできることを示しました。また、記憶や抽象的な概念を追跡するのにも役立つようです。 現在、このエレガントなグリッドシステムは XNUMX次元でのマッピング; 私たちや他の哺乳類は、私たちが3Dのどこにいるかを知るために、より複雑であまり理解されていないシステムに依存しているようです。
 

長い間、科学者たちは睡眠を主に神経学的現象として研究していました。私たちが眠りにつくと、私たちの意識と行動は明らかに変化しましたが、私たちの生理機能はリラックスして動かないときとほぼ同じようでした。 しかし、実験で眠りの間に体内の微妙な化学シフトが検出され、初歩的な脳を持つ生き物でさえ眠っているという証拠が見つかったとき、その見方は過去数十年の間に大きく変化しました。 この傾向は、ヒドラ、 小動物 非常に単純なので、集中神経系がなく、XNUMX時間ごとの一部を眠っています。 現在、最初のスヌーズがXNUMX億年前に起こったとき、それは細胞が自分自身を修復するのを助けた代謝機能を果たしたかもしれないようです。
 

1970年代に、神経科学者は非常に単純な動物である回虫のすべてのニューロンを定義するために野心的な努力をしました。 シノラブディス·エレガンス、一緒に配線されています。 理論的には、結果として得られる「コネクトーム」は、ワームの潜在的な動作と応答のすべてを理解するための基礎となるはずです。 XNUMX年後、研究者はワームのための完全で洗練されたコネクトームを持っています—しかし、それはまだそれが言える唯一の動物です。

しかし、2021年に、神経科学者は解放しました いくつかの生き物のための部分的なコネクトーム、人間を含めて、コネクトミクスの分野がどれほど急速に拡大しているかを示しました。 ハーバード大学とGoogleの研究者は、XNUMX立方ミリメートルの人間の脳組織のコネクトームを共有しました。これにより、独特の種類のニューロンやその他の驚きが明らかになりました。 研究者たちはまた、ナビゲーション回路を含むミバエのコネクトームに関する情報を公開しました。 しかし、一部の研究者は、最も重要な進歩は大規模または比較コネクトミクスの出現である可能性があると考えています。複数の個体からの情報を種のコネクトームに折りたたむ機能です。それらの神経回路の変化は生物に影響を及ぼします。
 

今後数十年の間に温室効果ガスによる気候変動の影響を最小限に抑えるために、私たちが得ることができるすべての支援が必要になるでしょう。 そして残念ながら、気候学者は、自然界のXNUMXつのプロセスからどれだけの助けを期待できるかを過大評価している可能性があります。 いつでも大気中の二酸化炭素の量は、化石燃料の燃焼やそれを循環から引き離す「炭素吸収源」などの炭素源の合計効果を表しています。 後者の例は、植物が腐植土と呼ばれる長い炭水化物鎖として土壌中の炭素を隔離する方法です。 腐植土は長い間耐えられるように見えたので、多くの全球気候モデルは、かなりの量の過剰な炭素を拘束するために腐植土を頼りにしてきました。 しかし、過去XNUMX年ほどにわたって、学際的な研究は静かに 土壌科学に革命を起こす 温暖化した自然土壌では、腐植土は予想よりもはるかに早く分解することが日常的に確立されています。 世界中の森林の意図しない土壌は、おそらく過剰な二酸化炭素の多くを保持することはまったく期待できません。 研究者たちは、炭素をより恒久的にトラップするようにいくつかの生物を改変できるかどうかをまだ調査しています。