生物科学における革命にはさまざまな形があります。時には、新しいツールの使用や、研究に突然非常に多くの新しい道を開く急進的な理論の発明によって、それらが噴出することがあるので、めまいがするかもしれません。時にはそれらは研究のゆっくりとした蓄積を通じてゆっくりと形を成し、それぞれが何年にもわたる骨の折れる作業を表しており、それらが集合的に一般的な知恵を削り取り、より強力でより良い知的枠組みを明らかにします。どちらの種類の革命も、人生がどのように機能するかについての私たちの理解を向上させる新しいアイデアや洞察を雪崩のように解き放ちます。

このXNUMX年は、これらに事欠くことはありませんでした。たとえば、研究者は、 「胚モデル」の育成に成功 — 本物と同じように成熟する研究室で培養された人工胚 — これまでよりも高度な発達段階に達しました。この成果は、最終的には人間の胎児がどのように成長するかについての貴重な新たな洞察をもたらす可能性があるが、これらのモデルの倫理的地位についての議論もありそうだ。一方、神経科学の世界では、うつ病を研究する研究者らが継続的に研究を行っている。 理論から離れる それは一般に、数十年にわたってその病気の研究と薬学的治療の多くを導いてきた。

しかし、このような生物学的革命には人間の創意工夫が関与しており、生命科学の研究者たちは新たな認識に達しています。進化によって生物が前例のないことを可能にしたとき、生物学そのものにも革命が起こります。生物学者は最近、この種の画期的な事例をさらに多く発見しました。

たとえば、時間を追跡することは、次の細胞分裂までの時間を待つ微生物から、手足や器官を成長させる胚、そして昼と夜の経過を追跡するより複雑な生き物に至るまで、すべての生き物にとって不可欠な機能です。世界中の研究室で活動している研究者チームは最近、時間管理の重要な特徴が次のようなものであることを発見しました。 細胞代謝に関係する これは、ミトコンドリアと呼ばれる細胞小器官が発電機であると同時に時計であることを意味します。時間管理のその他の側面は、 分子バレエの進歩 この場合、特殊なタンパク質がピルエットして一緒になり、その後再び分離されます。

研究者らはまた、長らく失われていた原始的な細胞「 アスガルド古細菌。 XNUMX億年前、アスガルド古細菌（またはそれによく似た細胞）は、ミトコンドリアの祖先と永続的なパートナーシップを形成するというとんでもない一歩を踏み出し、それによって最初の複雑な細胞を誕生させました。その生物学的画期的な出来事がどのように、そしてなぜ起こったのかの秘密は、これらのエキゾチックな細胞培養に潜んでいる可能性があります。一方、他の研究者は、 「砂殻」微生物 最初の陸上居住細胞がどのように生き残ったのかを知る手がかりとして、悪名高い乾燥したチリのアタカマ砂漠に生息する生物が生息している。

2023 年には、真のパレードを形成するのに十分な驚くべき生物学的革新が発見されました。 彼らの光合成能力をスーパーチャージした 膜の XNUMX つを再利用することによって、そして地下微生物がそのことを学んだのです。 真っ暗闇の中で酸素を作る 免疫学的トリック お腹の中の赤ちゃんを守り、 神経学的トリック これにより、脳は物理的な風景のように社会的関係をマッピングできるようになります。アリを変身させた単純な突然変異 複雑な社会寄生虫 事実上一晩中、 DNAの戦略的破壊 ワームがゲノムを保護するために使用するもの。

クアンタ 今年はこれらすべてを記録し、さらに多くのことを記録しました。今後数年間で基礎生物学の新たな進歩が明らかになったとき、私たちはそれらをサポートするつもりです。

物理科学者がより複雑な現象を理解するための足がかりとして単純なモデル システムを構築するのと同じように、生物学者の中には、より単純なバージョンを作成することで生命がどのように機能するかを学ぶことを好む人もいます。今年、彼らは XNUMX つの面で進歩を遂げました。大規模な「胚モデル」の作成と、小規模な可能な限り最小の細胞の研究です。

胚モデルまたは合成胚は、完全な胚発生プロセスを再現する前に自己停止しますが、発生の初期段階を通じて忠実に増殖するように誘導できる幹細胞の実験室産物です。それらは、人類の発達に関する倫理的な実験研究のための潜在的なツールとして考案されました。今年、イスラエルと英国の研究グループは、次のことが可能であることを示した。 胚モデルを育てる 生きたヒト胚の研究が法的に許可される段階までずっと（そしておそらくはそれを超えて）。中国の研究者らは、胚モデルを使ってサルの妊娠を一時的に開始したことさえあった。これらの成功は、出生前発育に関する重要な疑問に科学者が答えるのに役立つ可能性のある技術の大きな進歩と考えられており、最終的には流産や先天性欠損症の予防に効果を発揮する可能性がある。同時に、この実験は、胚モデルがより発達的に進歩するにつれて、本質的に保護に値すると思われ始める可能性があることを考えると、この研究分野に関する倫理的議論を再び呼び起こした。

人工生命体は必ずしも倫理的に議論の対象になるわけではありません。今年、研究者たちは、 「最小」セルの限界をテストしました、ゲノムの最低限の部分まで取り除かれた細菌に由来する単純な生物。これらの最小限の細胞は複製するためのツールを備えていますが、必須ではない遺伝子はすべて削除されています。最小限の細胞がどれほど自然に生きているかを検証する重要な検証において、研究者らは、この最小限のゲノムが進化して適応できることを発見しました。研究室での 300 日間の増殖と自然選択の後、最小限の細胞は、その由来となった祖先細菌とうまく競合することができました。この発見は、ほぼすべての遺伝資源を奪われた後でも、最小限の細胞は自然選択のツールを使用して、より成功した生命体に回復できるという、生命の規則の堅牢性を実証しました。

意識とは存在の感覚、つまり独自の自己、現実のイメージ、そして世界の中での場所を持っているという認識です。これは長い間哲学者の領域でしたが、最近科学者はその神経生物学的基礎の理解において（ある種の）進歩を遂げました。

のインタビューで ジョイ・オブ・ホワイ XNUMX月にリリースされたポッドキャストでは、サセックス大学の神経科学研究者アニル・セス氏は、意識を一種の「制御された幻覚,」という点で、私たちの現実の経験は私たちの内側から現れます。私たちの誰も、世界がどのようなものであるかを直接知ることはできません。実際、すべての生物（および個人）は世界を異なる方法で経験します。私たちの現実感は、私たちが取り入れる感覚情報と、脳がそれを組織して意識の中で構築する方法によって形成されます。その意味では、私たちの経験全体は幻覚ですが、それは制御された幻覚であり、記憶やその他のコード化された情報に基づいて脳が直近の環境やより大きな世界を推測して記述したものです。

私たちの心は常に新しい外部情報を取り入れ、また独自の内部イメージや物語を作り出しています。どうすれば現実と空想を区別できるでしょうか?今年、研究者らは脳には「現実の閾値」を基準として、処理された信号を常に評価します。私たちの心のイメージのほとんどは非常に弱い信号を持っているため、現実の閾値によって簡単にそれらが「偽」の山に分類されてしまいます。しかし、時々、私たちの認識と想像力が混ざり合うことがあり、それらのイメージが十分に強い場合、私たちは混乱し、幻覚を現実の生活と間違えてしまう可能性があります。

意識はどのようにして心の中に現れるのでしょうか？それは思考に関するものなのでしょうか、それとも感覚的な経験の産物なのでしょうか？今年の結果は、 注目を集める敵対的なコラボレーション 意識に関する26つの主要な理論を互いに対立させるものが発表されました。 25 年間にわたり、XNUMX つの研究チーム (XNUMX つは認知に焦点を当てたグローバル ニューロン ワークスペース理論を代表し、もう XNUMX つは知覚に焦点を当てた統合情報理論を代表) が共同で作成し、どちらの理論の予測をテストすることを目的とした実験を主導しました。より正確でした。この結果は、決定的な答えを期待していた人にとっては失望したかもしれません。ニューヨーク市の意識科学研究協会の第XNUMX回会合の壇上で、研究者らは実験が両方の理論に異議を唱え、両者の違いを浮き彫りにした点を認めたが、どちらの理論が勝者であると宣言することは拒否した。しかし、その夜は完全に満足のいくものではなかった。アレン脳科学研究所の神経科学者クリストフ・コッホ氏は、意識の神経相関は今頃特定されているだろうというニューヨーク大学の哲学者デイビッド・チャーマーズ氏とのXNUMX年にわたる賭けを認めた。 。

うつ病は脳内の化学物質の不均衡、具体的には神経細胞間でメッセージを伝える神経伝達物質であるセロトニンの慢性的な欠乏によって引き起こされると、多くの場合当然のことと考えられています。しかし、その理論に基づいて、世界中で何百万人ものうつ病患者がプロザックや選択的セロトニン再取り込み阻害剤（SSRI）として知られる他の薬を服用することで症状が軽減されているにもかかわらず、数十年に及ぶ神経精神医学的研究はそのモデルの仮定を検証できていない。科学的反対意見の騒音はますます大きくなっています。科学者の国際チームが 350 以上の論文を審査し、 説得力のある証拠が見つからなかった セロトニンレベルの低下はうつ病と関連しているということです。

セロトニン欠乏が原因ではない可能性があるという認識により、研究者はうつ病とは何かを根本的に考え直すことを余儀なくされています。 SSRIは、うつ病のより直接的な原因である脳内の他の化学物質やプロセスを変化させることにより、うつ病の一部の症状を軽減する可能性があります。また、私たちが「うつ病」と呼ぶものには、疲労、無関心、食欲の変化、自殺念慮、睡眠障害など、同様の一連の症状が現れるさまざまな障害が含まれている可能性もあります。もしそうなら、この複雑さを明らかにするために、つまりうつ病の種類と原因を区別し、より良い治療法を開発するために、大幅な追加研究が必要になるでしょう。

うつ病は孤立感をもたらすことがあります。しかし、それは、神経科学者が近年より適切に定義した感情状態である孤独とは異なります。孤独は社会的孤立と同じではありません。社会的孤立は、人が関わっている人間関係の数を客観的に測るものです。人は多くの人間関係を持っていても、依然として孤独である可能性があります。また、人間関係や特定の人間関係の経験に対する恐怖である社交不安でもありません。

むしろ、神経生物学的研究の増加により、次のようなことが示唆されています。 孤独は心の偏見である 社会情報を否定的で自罰的な方法で解釈する傾向があります。それはあたかも、私たちが依存している人々との再接続を促すために進化した生存信号がショートし、自己永続的な孤立感のループを生み出しているかのようです。科学者たちはまだ孤独の治療法を発見していませんが、おそらく負のループを理解するだけで、慢性的に孤独な人がそのサイクルから抜け出し、既存のつながりや新しいつながりに安らぎを見つけるのに役立つかもしれません。

私たちはどこから来て、どうやってここに来たのでしょうか？これらの時代を超越した疑問にはさまざまな方法で答えることができ、多くの生物学者が真核生物、つまりすべての動物、植物、菌類と多くの単細胞を含む 2 億年の生命の系統の起源の探求に着手しました。細菌よりも複雑な生き物。

最初の真核生物の探索では、研究者らが海底のヘドロから希少な微生物を苦労して探し出している。最近、XNUMX年間の研究を経て、ヨーロッパの研究所がXNUMX番目に成功した。 アスガルド古細菌のXNUMXつを培養する—真核生物のゲノムと眉をひそめるほどの類似性を持つゲノムを持ち、真核生物の祖先であると考えられている原始的な単細胞生物のグループ。科学者らは、実験室で細胞を直接研究することで、真核生物がどのように進化したのかについて新たな情報が明らかになり、私たちが人類の起源の理解に近づくことを期待している。

その最初の真核生物の進化の旅は謎に包まれています。今年、科学者たちは次の方法を発見しました。 800億年の空白を埋める 最古の真核生物の出現と、今日生きているすべての真核生物の最も新しい祖先の出現との間の分子化石記録。これまで、およそ800億年前から1.6億年前の空白の空間に生息していた真核生物に関する情報を探していた科学者たちは、期待していた分子化石を見つけることができませんでした。しかし、オーストラリアのチームが検索フィルターを微調整して、より原始的な分子の化石化バージョンを探したところ、それらが豊富に見つかりました。この発見により、著者らが真核生物の「失われた世界」と呼んでいるものが明らかになり、これは私たちの古代の祖先の初期の進化の歴史を語るのに役立つものである。

過去 XNUMX 年間にわたる研究により、マイクロバイオーム (腸内や体の他の場所に生息する微生物の集合体) と、それが私たちの健康に与える微妙な影響について、より詳しく特徴づけられるようになりました。今年、科学者たちは、私たちのマイクロバイオームがどこから来て、私たちの生涯を通じてどのように進化するのかを、これまでで最も詳細に明らかにしました。

当然のことですが、私たちのマイクロバイオームの最初の種は通常母親から来ます。出産時や授乳を通じても伝わります。今年発表された研究では、母親の貢献は微生物全体だけでなく、 DNAの小さな断片 可動性遺伝要素と呼ばれます。生後 XNUMX 年まで、これらの移動性の遺伝要素は、水平遺伝子伝達と呼ばれるプロセスを通じて、母親の細菌から赤ちゃんの細菌に飛び移ります。この発見は研究者らを驚かせたが、母親のマイクロバイオームと赤ちゃんのマイクロバイオームの間で高度な共進化が生後これほど長期間続くとは予想していなかった。

話はこれで終わりではありません。マイクロバイオームは私たちの生涯を通して進化します。同じく今年発表された、ヒトのマイクロバイオームの伝播に関するこれまでで最大の分析結果は、どのようにして明らかになったのかを明らかにした。 マイクロバイオームはシャッフルして再集合する 何十年にもわたって。これは、マイクロバイオーム微生物が人々、特に家族、パートナー、ルームメイトなど、最も多くの時間を一緒に過ごす人々の間で広がるという明確な証拠を提供しました。そしてこの研究は、伝染性がないと考えられている一部の病気が、実際には腸内細菌叢を介して、時には微妙な方法で伝染する可能性があるという興味深い可能性を提起しました。

日時計、時計、原子時計が発明されるずっと前から、生物は時間を計るための生物学的ツールを進化させてきました。彼らは、代謝プロセスを昼と夜のサイクルと同期させることができる体内時計と、発育プロセスを順調に保つためのカレンダーに似た時計を必要としています。今年、研究者らは両方の理解において重要な進歩を遂げた。

新しい幹細胞技術によって可能になった過去数年間の相次ぐ研究により、 新しい説明を提供した いわゆる発達テンポについてです。すべての脊椎動物は単純な胚として生命を開始しますが、胚の発育速度とその組織が成熟するタイミングは種によって大きく異なり、最終的な形態を決定します。何が発達時計の動きを制御しているのでしょうか?今年、世界中の研究室でさまざまな生物種やシステムに焦点を当てた一連の注意深く実験が行われ、生化学反応やその基礎となる遺伝子発現を含む基本的な代謝プロセスがすべてのペースを決めるという共通の説明が示された。これらの代謝プロセスは基本的にミトコンドリアによって組織化されているようで、ミトコンドリアは複雑な細胞のタイムキーパーと動力源として二重の役割を果たす可能性が非常に高いと考えられます。

これらの研究者は世界中に散らばっていましたが、概日時計に関する新しい研究は、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の生化学者キャリー・パーチという一人の科学者の研究室で行われました。 Partch は、時計の基本的なステップだけでなく、 複雑なダンス 時計タンパク質は、それらが構築されるとき、および相互作用して分解するときに機能します。他の時計職人と同じように、彼女は歯車や歯車が何であるかを知るだけでは満足できません。また、それらがどのように組み合わされるのかを理解する必要もあります。彼女はキャリアを通じて単一のシステムに細心の注意を払う中で、時計タンパク質のダンスについて、より広範な真実を表す発見をしてきました。たとえば、構造化されていないタンパク質や無秩序なタンパク質さえも生物学的プロセスの基本であるということです。

神経科学の進歩の兆候の XNUMX つは、神経科学の精度が継続的に高まっていることです。科学者は、音響科学に基づいた新しいツールを使用して、個々の脳細胞の癖を定義することに集中できるようになりました。今年彼らは、 社会地図を見つけた コウモリの物理的環境の地図にコウモリの地図が重ね合わされていることが判明しました。海馬のまったく同じ脳細胞が複数の種類の環境情報をコード化しています。他の研究者らは、脳のグリア細胞の一部（歴史的には、より権威のあるニューロンを埋める程度にしかすぎないと考えられていた）が、 電気信号を刺激する。神経科学者と臨床研究者のチームは、医療を改善するために電極を埋め込まれたてんかん患者の支援を受けて、脳が 異なるシステム 小さい数と大きい数を表すために使用されます。そして、研究者らは初めて、嗅覚受容体がどのように機能するかを三次元で視覚化しました。 匂い分子を捕らえます これは、鼻と脳がどのようにして空気中の化学物質を遮断し、環境に関する重要な感覚情報を取得するかを理解する上で重要な一歩です。