생물학의 혁명은 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 때로는 새로운 도구의 사용이나 연구를 위한 수많은 새로운 길을 갑자기 여는 급진적인 이론의 발명으로 인해 어지러움을 느낄 수도 있습니다. 때때로 그들은 수년간의 고된 작업을 대표하는 연구의 느린 축적을 통해 천천히 형태를 갖추게 되는데, 이는 집단적으로 지배적인 지혜를 조금씩 깎아내고 더 강력하고 더 나은 지적 틀을 드러냅니다. 두 종류의 혁명 모두 삶이 어떻게 작동하는지에 대한 우리의 이해를 향상시키는 새로운 아이디어와 통찰력의 산사태를 불러일으킵니다.

지난 해에는 이것들이 부족하지 않았습니다. 예를 들어 연구자들은 “배아 모델”을 성공적으로 성장시켰습니다 — 실제처럼 성숙하는 실험실에서 배양한 인공 배아 — 그 어느 때보다 더 발전된 발달 단계에 도달했습니다. 비록 그러한 모델의 윤리적 지위에 대한 논쟁도 있을 것 같지만, 이러한 성취는 결국 인간 태아가 어떻게 성장하는지에 대한 귀중한 새로운 통찰력을 제공할 수 있습니다. 한편, 신경과학계에서는 우울증을 연구하는 연구자들이 계속해서 이론에서 벗어나다 이는 일반적으로 수십 년 동안 해당 질병에 대한 많은 연구 및 약물 치료의 지침이 되었습니다.

그러나 그러한 종류의 생물학적 혁명에는 인간의 독창성이 필요하며, 생명과학 연구자들은 새로운 깨달음을 얻게 됩니다. 생물학 자체에서도 혁명이 일어납니다. 진화를 통해 유기체가 전례 없는 일을 할 수 있게 된 것입니다. 생물학자들은 최근 이런 종류의 획기적인 사례를 더 많이 발견했습니다.

예를 들어, 시간을 추적하는 것은 다음 세포 분열까지 시간을 기다리는 미생물부터 사지와 기관이 자라는 배아, 낮과 밤의 흐름을 추적하는 더 복잡한 동물에 이르기까지 모든 생명체에 필수적인 기능입니다. 전 세계 실험실에 참여하는 연구원 팀은 최근 시간 기록의 몇 가지 주요 기능이 다음과 같다는 사실을 발견했습니다. 세포 대사와 관련되어 있음 — 이는 미토콘드리아라고 불리는 세포 소기관이 생성기이자 시계라는 것을 의미합니다. 시간 기록의 다른 측면은 다음과 같이 측정됩니다. 분자 발레의 진행 특수한 단백질이 다시 분리되기 전에 함께 회전하는 방식입니다.

연구자들은 또한 오랫동안 잃어버린 원시 세포 중 일부를 배양할 수 있으므로 곧 중요한 발견을 하게 되기를 바라고 있습니다. 아스가르드 고고학. XNUMX억년 전, 아스가르드 고세균(또는 그들과 매우 유사한 세포)은 미토콘드리아의 조상과 영구적인 파트너십을 형성하는 터무니없는 조치를 취하여 최초의 복잡한 세포를 탄생시켰습니다. 생물학적 혁신이 어떻게, 왜 일어났는지에 대한 비밀이 이국적인 세포 배양에 숨어 있을 수 있습니다. 한편, 다른 연구자들은 그 내용을 면밀히 조사하고 있다. "그릿 껍질"미생물 최초의 육상 거주 세포가 어떻게 살아남았는지에 대한 단서를 찾기 위해 악명 높은 건조한 칠레의 아타카마 사막에 살고 있습니다.

2023년에는 진정한 퍼레이드를 형성할 만큼 충분히 놀라운 생물학적 혁신이 발견되었습니다. 광합성 능력을 강화했습니다. 세포막 중 하나와 지하 미생물의 용도를 변경함으로써 완전한 어둠 속에서 산소를 만들어라. 면역학적 트릭 뱃속의 아기를 보호해주는 제품, 신경학적 속임수 뇌가 물리적 풍경과 같은 사회적 관계를 계획할 수 있게 해줍니다. 개미를 개미로 변화시킨 단순한 돌연변이 복잡한 사회적 기생충 사실상 밤새도록, 그리고 DNA의 전략적 파괴 벌레가 자신의 게놈을 보호하기 위해 사용하는 것입니다.

콴타 올해 그 모든 것 이상을 기록했으며, 앞으로 기초 생물학의 새로운 돌파구가 밝혀질 때 우리도 그 자리에 있을 것입니다.

물리학자가 더 복잡한 현상을 이해하기 위한 디딤돌로 간단한 모델 시스템을 구축하는 것과 마찬가지로 일부 생물학자는 더 간단한 버전을 만들어 생명이 어떻게 작동하는지 배우는 것을 선호합니다. 올해 그들은 두 가지 측면에서 진전을 이루었습니다. 대규모로는 '배아 모델'을 만드는 것이고, 소규모로는 가능한 가장 작은 세포를 연구하는 것입니다.

배아 모델, 즉 합성 배아는 전체 배아 발달 과정을 재현하기 전에 자체 종료되지만 발달 초기 단계를 통해 충실하게 성장하도록 유도할 수 있는 줄기세포의 실험실 제품입니다. 그들은 인간 발달에 대한 윤리적 실험 연구를 위한 잠재적인 도구로 고안되었습니다. 올해 이스라엘과 영국의 연구 그룹은 그들이 할 수 있는 일이 있음을 보여주었습니다. 배아 모델 육성 살아있는 인간 배아에 대한 연구가 법적으로 허용되는 단계까지(그리고 어쩌면 그 이상까지). 중국의 연구자들은 배아 모델을 사용하여 원숭이의 임신을 잠시 시작하기도 했습니다. 이러한 성공은 과학자들이 태아기 발달에 관한 중요한 질문에 대답하는 데 도움이 될 수 있는 기술의 주요 혁신으로 간주되며 결국 유산 및 선천적 결함을 예방하는 데 도움이 될 수 있습니다. 동시에, 배아 모델이 발달적으로 더욱 발전할수록 본질적으로 보호받을 가치가 더 높아지는 것처럼 보이기 시작할 수 있다는 점을 고려하면, 실험은 이러한 연구 계열에 대한 윤리적 논쟁을 다시 불러일으켰습니다.

합성 생명체가 항상 윤리적으로 논쟁을 불러일으키는 것은 아닙니다. 올해 연구진은 "최소" 셀의 한계를 테스트했습니다., 게놈의 기본 골격까지 제거된 박테리아에서 파생된 단순한 유기체입니다. 이러한 최소 세포에는 재생산 도구가 있지만, 필수적이지 않은 유전자는 모두 제거되었습니다. 최소한의 세포가 얼마나 자연적으로 실물과 같은지에 대한 중요한 검증에서 연구자들은 이 최소한의 게놈이 진화하고 적응할 수 있다는 것을 발견했습니다. 실험실에서 300일 동안 성장하고 자연 선택을 거친 후, 최소 세포는 자신이 파생된 조상 박테리아와 성공적으로 경쟁할 수 있었습니다. 연구 결과는 생명 규칙의 견고성을 입증했습니다. 즉, 거의 모든 유전자 자원을 빼앗긴 후에도 최소한의 세포는 자연 선택 도구를 사용하여 보다 성공적인 생명체로 회복할 수 있다는 것입니다.

의식은 존재에 대한 느낌, 즉 독특한 자아, 현실의 모습, 세계 속의 위치에 대한 인식입니다. 이는 오랫동안 철학자들의 영역이었지만 최근 과학자들은 신경생물학적 기초를 이해하는 데 일종의 진전을 이루었습니다.

인터뷰에서 기쁨의 이유 지난 XNUMX월 발표된 팟캐스트에 따르면 서식스 대학의 신경과학 연구자 아닐 세스(Anil Seth)는 의식을 일종의 "통제된 환각,” 현실에 대한 우리의 경험은 우리 내부에서 나온다는 점에서요. 우리 중 누구도 세상이 어떤 것인지 직접적으로 알 수 없습니다. 실제로 모든 유기체(및 개인)는 세상을 다르게 경험합니다. 우리의 현실감은 우리가 받아들이는 감각 정보와 뇌가 이를 조직하고 의식 속에서 구성하는 방식에 따라 형성됩니다. 그런 의미에서 우리의 전체 경험은 환각입니다. 그러나 그것은 통제된 환각, 기억과 기타 암호화된 정보를 기반으로 즉각적인 환경과 더 큰 세계에 대한 뇌의 최선의 추측 설명입니다.

우리의 마음은 끊임없이 새로운 외부 정보를 받아들이고 자신만의 내부 이미지와 이야기를 만들어냅니다. 현실과 환상을 어떻게 구별할 수 있습니까? 올해 연구자들은 뇌에 다음과 같은 기능이 있다는 사실을 발견했습니다.현실 문턱” 처리된 신호를 지속적으로 평가합니다. 우리의 정신적 이미지의 대부분은 매우 약한 신호를 갖고 있으므로 현실 임계값은 이를 쉽게 "가짜" 더미로 분류합니다. 그러나 때때로 우리의 인식과 상상이 뒤섞일 수 있고, 그러한 이미지가 충분히 강하면 우리는 혼란스러워질 수 있습니다. 잠재적으로 우리의 환각을 실제 생활과 혼동할 수 있습니다.

의식은 어떻게 마음 속에 나타나는가? 그것은 생각에 관한 것인가, 아니면 감각적 경험의 산물인가? 올해는 한 가지 결과를 세간의 이목을 끄는 적대적 협력 의식에 관한 두 가지 주요 이론을 서로 대립시키는 것이 발표되었습니다. 26년에 걸쳐 인지에 초점을 맞춘 글로벌 신경 작업 공간 이론을 대표하는 팀과 인지에 초점을 맞춘 통합 정보 이론을 대표하는 팀 등 두 팀의 연구자가 공동 제작한 후 어떤 이론의 예측이 맞는지 테스트하기 위한 실험을 주도했습니다. 더 정확했습니다. 확실한 답변을 원하는 사람에게는 결과가 실망스러울 수도 있습니다. 뉴욕시에서 열린 의식에 대한 과학적 연구 협회의 제25차 회의에서 연구자들은 실험이 두 이론에 도전하고 두 이론 사이의 차이점을 강조한 방식을 인정했지만 어느 이론이 승자라고 선언하는 것을 거부했습니다. 그러나 그 저녁은 완전히 만족스럽지 않았습니다. Allen 뇌 과학 연구소의 신경 과학자 Christof Koch는 의식의 신경 상관 관계가 지금쯤 밝혀졌을 것이라는 XNUMX년 전 뉴욕 대학의 철학자 David Chalmers와의 내기를 인정했습니다. .

우울증이 뇌의 화학적 불균형, 특히 신경 세포 사이에 메시지를 전달하는 신경 전달 물질인 세로토닌의 만성 결핍으로 인해 발생한다는 것은 종종 당연하게 받아들여집니다. 그러나 전 세계 수백만 명의 우울한 사람들이 Prozac과 이 이론에 기초한 선택적 세로토닌 재흡수 억제제(SSRI)로 알려진 다른 약물을 복용함으로써 안도감을 얻었음에도 불구하고 수십 년에 걸친 신경 정신 의학 연구는 해당 모델의 가정을 검증하지 못했습니다. 과학적 반대의 소리가 점점 커지고 있습니다. 국제 과학자 팀이 350개 이상의 논문을 심사하고 설득력 있는 증거를 찾지 못했다 낮은 수준의 세로토닌은 우울증과 관련이 있습니다.

세로토닌 결핍이 원인이 아닐 수도 있다는 인식은 연구자들로 하여금 우울증이 무엇인지 근본적으로 다시 생각하게 만들고 있습니다. SSRI는 우울증의 보다 직접적인 원인이 되는 뇌의 다른 화학 물질이나 과정을 변경하여 우울증의 일부 증상을 완화할 수 있습니다. 또한 우리가 "우울증"이라고 부르는 것은 피로, 무관심, 식욕 변화, 자살 충동, 수면 문제 등 유사한 증상으로 나타나는 다양한 장애를 포함할 수도 있습니다. 그렇다면 우울증의 종류와 원인을 구별하고 더 나은 치료법을 개발하기 위해 이러한 복잡성을 풀기 위해 상당한 추가 연구가 필요할 것입니다.

우울증은 고립된 경험이 될 수 있습니다. 그러나 이는 신경과학자들이 최근 몇 년간 더 잘 정의한 감정적 상태인 외로움과는 다릅니다. 외로움은 사람이 맺고 있는 관계의 수를 객관적으로 측정하는 사회적 고립과 동일하지 않습니다. 어떤 사람은 많은 관계에 속해 있으면서도 여전히 외로울 수 있습니다. 관계나 특정 관계 경험에 대한 두려움인 사회적 불안도 아닙니다.

대신, 점점 늘어나는 신경생물학적 연구에서는 다음과 같은 사실을 시사합니다. 외로움은 마음 속의 편견이다 사회적 정보를 부정적이고 자기 처벌적인 방식으로 해석하는 경향이 있습니다. 마치 우리가 의존하는 사람들과 다시 연결되도록 촉구하기 위해 진화한 생존 신호가 단락되어 스스로 지속되는 고립감을 느끼는 고리를 만드는 것과 같습니다. 과학자들은 아직 외로움에 대한 의학적 치료법을 찾지 못했지만, 부정적인 고리를 이해하는 것만으로도 만성적으로 외로움을 느끼는 사람들이 이 고리에서 벗어나 기존 관계나 새로운 관계에서 위안을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다.

우리는 어디서 왔으며, 어떻게 여기까지 왔는가? 이러한 시대를 초월한 질문은 여러 가지 방법으로 답할 수 있으며 수많은 생물학자들은 모든 동물, 식물, 균류와 많은 단세포 생물을 포함하는 2억 년 된 생명의 계통인 진핵생물의 기원을 찾기 위해 노력했습니다. 박테리아보다 더 복잡한 생물.

최초의 진핵생물을 찾기 위해 연구자들은 해저 슬러지에서 희귀한 미생물을 힘들게 끌어내었습니다. 최근 XNUMX년간의 연구 끝에 유럽의 한 연구소는 두 번째로 성공적인 연구를 진행했습니다. 아스가르드 고고학 중 하나를 재배— 진핵생물의 게놈과 눈살을 찌푸릴 만큼 유사한 게놈을 갖고 있으며 진핵생물의 조상으로 생각되는 원시 단세포 유기체 그룹입니다. 과학자들은 실험실에서 세포를 직접 연구하면 진핵생물이 어떻게 진화했는지에 대한 새로운 정보가 밝혀지고 인간의 기원을 이해하는 데 더 가까워지길 바라고 있습니다.

최초의 진핵생물의 진화 여정은 수수께끼에 싸여 있습니다. 올해 과학자들은 다음과 같은 방법을 찾았습니다. 800억년의 공백을 메우다 가장 초기의 진핵생물의 출현과 오늘날 살아 있는 모든 진핵생물의 가장 최근 조상의 출현 사이의 분자화석 기록에서. 기존에는 약 800억~1.6억년 전 빈 공간에 살았던 진핵생물에 대한 정보를 찾아봐도 과학자들이 기대했던 분자화석을 찾을 수 없었다. 그러나 호주 팀이 더 원시적인 분자의 화석화된 버전을 찾기 위해 검색 필터를 조정했을 때 그 분자가 풍부하다는 사실을 발견했습니다. 이 발견은 저자들이 고대 조상의 초기 진화 역사에 대한 이야기를 전달하는 데 도움이 되는 진핵생물의 "잃어버린 세계"라고 부르는 것을 밝혀냈습니다.

지난 XNUMX년 동안의 연구를 통해 우리 내장과 신체 다른 곳에 사는 미생물 집합인 미생물군집과 이것이 우리의 건강에 영향을 미치는 미묘한 방식을 더 잘 특성화할 수 있었습니다. 올해 과학자들은 우리의 미생물군집이 어디서 왔는지, 우리 삶 전반에 걸쳐 어떻게 진화하는지 가장 자세하게 밝혀냈습니다.

당연히, 우리 미생물군집의 첫 번째 씨앗은 대개 엄마에게서 나오며, 출산 중이나 모유 수유를 통해 전달됩니다. 올해 발표된 연구에 따르면 엄마의 기여는 전체 미생물 유기체뿐만 아니라 DNA의 작은 조각 이동 유전 요소라고 합니다. 생후 첫해까지 이러한 이동성 유전 요소는 수평 유전자 전달이라는 과정을 통해 산모의 박테리아에서 아기의 박테리아로 이동합니다. 이 발견은 엄마의 미생물군집과 아기의 미생물군집 사이의 높은 수준의 공진화가 출생 후 오랫동안 지속될 것이라고 예상하지 못한 연구자들을 놀라게 했습니다.

이것이 이야기의 끝이 아닙니다. 미생물군집은 우리 삶 전반에 걸쳐 진화합니다. 올해 발표된 인간 미생물군집 전파에 대한 최대 규모의 분석 결과는 다음과 같습니다. 미생물군집은 섞이고 재조립된다 수십 년에 걸쳐. 이는 미생물군집 유기체가 사람들, 특히 가족, 파트너, 룸메이트 등 우리가 가장 많은 시간을 보내는 사람들 사이에 퍼진다는 명확한 증거를 제공했습니다. 그리고 이 연구는 비전염성으로 간주되는 일부 질병이 때로는 미묘한 방식으로 장내 세균총을 통해 실제로 전염될 수 있다는 흥미로운 가능성을 제기했습니다.

해시계, 시계, 원자시계가 발명되기 오래 전부터 유기체는 시간을 유지하기 위한 생물학적 도구를 진화시켰습니다. 그들은 낮과 밤의 주기와 동기화된 신진대사 과정을 유지할 수 있는 내부 생체 시계가 필요하며, 발달 과정을 추적하기 위해 달력과 유사한 시계도 필요합니다. 올해 연구자들은 두 가지를 모두 이해하는 데 중요한 진전을 이루었습니다.

새로운 줄기세포 기술을 통해 지난 몇 년 동안 이루어진 수많은 연구가 가능해졌습니다. 새로운 설명을 제시했다 발달 템포라고 알려진 것에 대해. 모든 척추동물은 단순한 배아에서 생명을 시작합니다. 그러나 배아가 발달하는 속도와 조직이 성숙하는 시기는 종마다 극적으로 다르며 최종 형태를 결정합니다. 발달 시계의 똑딱거림을 제어하는 ​​것은 무엇입니까? 올해 전 세계 실험실에서 다양한 종과 시스템에 초점을 맞춘 일련의 신중한 실험을 통해 공통된 설명이 제시되었습니다. 즉, 생화학 반응과 그 기초가 되는 유전자 발현을 포함한 기본적인 대사 과정이 모두 속도를 결정한다는 것입니다. 이러한 대사 과정은 근본적으로 미토콘드리아에 의해 조직되는 것으로 보이며, 미토콘드리아는 복잡한 세포의 시간 기록원이자 동력원이라는 이중 역할을 수행할 수 있습니다.

연구자들이 전 세계에 흩어져 있는 동안, XNUMX시간 주기 시계에 대한 새로운 연구가 단 한 명의 과학자, 즉 캘리포니아 대학교 산타 크루즈 캠퍼스의 생화학자 캐리 파치(Carrie Partch)의 연구실에서 이루어졌습니다. Partch는 시계의 기본 단계뿐만 아니라 난해한 춤 시계 단백질은 만들어지고 상호작용하고 분해될 때 기능을 수행합니다. 다른 시계공과 마찬가지로 그녀도 기어와 톱니바퀴가 무엇인지 아는 것만으로는 만족하지 않습니다. 그녀는 또한 이들이 어떻게 결합되는지 이해해야 합니다. 그녀는 경력 전반에 걸쳐 단일 시스템에 세심한 관심을 기울임으로써 예를 들어 구조화되지 않거나 심지어 무질서한 단백질이 생물학적 과정의 기본이라는 더 넓은 진실을 나타내는 시계 단백질의 춤에 대해 발견했습니다.

신경과학 발전의 한 가지 징후는 그것이 지속적으로 더 정확해진다는 것입니다. 건전한 과학에 보다 확고하게 기반을 둔 새로운 도구를 사용하여 과학자들은 이제 개별 뇌 세포의 특징을 정의하는 데 관심을 집중할 수 있습니다. 올해 그들은 소셜 지도를 찾았습니다 이는 박쥐의 물리적 환경 지도에 겹쳐진 것으로 밝혀졌습니다. 해마에 있는 똑같은 뇌 세포는 여러 종류의 환경 정보를 암호화합니다. 다른 연구자들은 역사적으로 더 유명한 뉴런을 위한 패딩에 지나지 않는 것으로 간주되었던 뇌의 신경교세포 중 일부가 기능을 수행할 수 있는지에 대한 30년 간의 논쟁을 해결한 것으로 보입니다. 전기 신호를 자극하다. 의료 개선을 위해 전극을 이식한 간질 환자의 도움을 받은 신경과학자 및 임상 연구자 팀은 뇌가 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 다른 시스템 작은 숫자와 큰 숫자를 표현하는 데 사용됩니다. 그리고 처음으로 연구자들은 후각 수용체가 어떻게 작동하는지 XNUMX차원으로 시각화했습니다. 냄새 분자를 붙잡는다 — 코와 뇌가 어떻게 공기 중 화학물질을 차단하고 환경에 대한 중요한 감각 정보를 얻을 수 있는지 이해하는 데 중요한 단계입니다.