Biyoloji bilimlerindeki devrimler birçok biçim alabilir. Bazen yeni bir aracın kullanımından veya aniden araştırma için pek çok yeni yol açan radikal bir teorinin icat edilmesinden ortaya çıkarlar ve baş döndürücü hissedebilirler. Bazen, her biri yıllarca süren özenli çalışmayı temsil eden, hakim bilgeliği topluca parçalayan ve daha güçlü, daha iyi bir entelektüel çerçeveyi ortaya çıkaran çalışmaların yavaş yavaş birikmesi yoluyla yavaş yavaş şekillenirler. Her iki tür devrim de hayatın nasıl işlediğine dair anlayışımızı geliştiren yeni fikir ve anlayış çığlarını açığa çıkarıyor.

Geçtiğimiz yıl bunların hiçbir sıkıntısı yaşanmadı. Örneğin araştırmacılar “Embriyo modellerini” başarıyla büyüttük Gerçek embriyolar gibi olgunlaşan, laboratuvarda yetiştirilen ve her zamankinden daha ileri bir gelişim aşamasına ulaşan yapay embriyolar. Bu başarı, insan fetüslerinin nasıl büyüdüğüne dair değerli yeni bilgiler sunabilir; ancak bu modellerin etik statüsüne ilişkin tartışma da muhtemel görünüyor. Bu arada sinir bilimi dünyasında depresyon üzerine çalışan araştırmacılar, teoriden uzaklaş Bu genellikle onlarca yıldır bu hastalığın çoğu araştırmasına ve farmasötik tedavisine rehberlik etmiştir.

Ancak bu tür biyolojik devrimler, yaşam bilimlerindeki araştırmacıların yeni kavrayışlara ulaşmasıyla birlikte insanın yaratıcılığını da içeriyor. Evrim, organizmaların benzeri görülmemiş bir şey yapmasını sağladığında, biyolojinin kendisinde de devrimler meydana gelir. Biyologlar yakın zamanda bu tür ilerlemelerin çok daha fazla örneğini keşfettiler.

Örneğin zamanı takip etmek, bir sonraki hücre bölünmesine kadar zamanını bekleyen mikroorganizmalardan uzuvları ve organları büyüten embriyolara, gece ve gündüzün geçişini takip eden daha karmaşık yaratıklara kadar tüm canlılar için gerekli olan bir işlevdir. Dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda çalışan araştırmacı ekipleri yakın zamanda zaman işleyişinin bazı temel özelliklerinin hücresel metabolizmaya bağlı Bu da mitokondri adı verilen organelin hem jeneratör hem de saat olduğu anlamına geliyor. Zaman işleyişinin diğer yönleri, moleküler bir balenin ilerlemesi burada özelleşmiş proteinler tekrar ayrılmadan önce birlikte dönerler.

Araştırmacılar ayrıca, adı verilen ilkel, uzun süredir kayıp hücrelerin bir kısmını kültürleyebilecekleri için yakında önemli keşifler yapmayı da umuyorlar. Asgard arkeası. Bir milyar yıl önce Asgard arkeleri (ya da onlara çok benzeyen hücreler), mitokondri atalarıyla kalıcı ortaklıklar kurmak gibi korkunç bir adım attı ve böylece ilk karmaşık hücreleri doğurdu. Bu biyolojik atılımın nasıl ve neden gerçekleştiğinin sırları bu egzotik hücre kültürlerinde gizleniyor olabilir. Bu arada diğer araştırmacılar da konuyu inceliyor. “kum kabuğu” mikropları Karada yaşayan ilk hücrelerin nasıl hayatta kaldığına dair ipuçları bulmak için Şili'nin kuraklığıyla meşhur Atacama Çölü'nde yaşayanlar.

2023'te gerçek bir geçit töreni oluşturmaya yetecek kadar harika biyolojik yenilik keşfedildi: plankton fotosentetik yeteneklerini güçlendirdi zarlarından birini ve yeraltındaki mikroplardan birini yeniden kullanarak zifiri karanlıkta oksijen üret. Bir immünolojik hile bebekleri rahimde koruyan ve nörolojik numara Bu, beynin fiziksel manzaralar gibi sosyal ilişkilerin haritasını çıkarmasını sağlar. Karıncaları dönüştüren basit bir mutasyon karmaşık sosyal parazitler neredeyse bir gecede ve DNA'nın stratejik yıkımı Solucanların genomlarını korumak için kullandıkları şey.

Kuantum Bunların hepsini ve daha fazlasını bu yıl kayıt altına aldık ve önümüzdeki yıllarda temel biyolojide yeni buluşlar gün yüzüne çıktıkça, biz de onların yanında olacağız.

Fizik bilimcilerin daha karmaşık olayları anlamak için basamak taşları olarak basit model sistemler oluşturmaları gibi, bazı biyologlar da daha basit versiyonlar yaratarak yaşamın nasıl çalıştığını öğrenmeyi tercih ediyorlar. Bu yıl iki cephede ilerleme kaydettiler: büyük ölçeklerde "embriyo modelleri" oluşturmada ve küçük ölçeklerde mümkün olan en az hücreyi incelemede.

Embriyo modelleri veya sentetik embriyolar, embriyonik gelişim sürecinin tamamını yeniden canlandırmadan önce kendi kendine sona ermelerine rağmen, gelişimin erken aşamaları boyunca aslına sadık bir şekilde büyümeye teşvik edilebilen kök hücrelerin laboratuvar ürünleridir. İnsan gelişiminin etik deneysel çalışması için potansiyel araçlar olarak tasarlandılar. Bu yıl İsrail ve Birleşik Krallık'taki araştırma grupları şunları yapabileceklerini gösterdi: embriyo modellerini beslemek canlı insan embriyoları üzerinde araştırmaya yasal olarak izin verilen aşamaya kadar (ve muhtemelen ötesinde). Hatta Çin'deki araştırmacılar, embriyo modelleriyle maymunlarda gebelikleri kısa süreliğine bile başlattılar. Bu başarılar, bilim adamlarının doğum öncesi gelişimle ilgili önemli soruları yanıtlamasına yardımcı olabilecek bir teknik için büyük atılımlar olarak değerlendiriliyor ve sonuçta düşüklerin ve doğum kusurlarının önlenmesinde işe yarayabilir. Aynı zamanda, embriyo modelleri gelişimsel olarak daha gelişmiş hale geldikçe, doğası gereği korunmayı daha hak ediyor gibi görünmeye başlayabilecekleri göz önüne alındığında, deneyler bu araştırma çizgisi hakkındaki etik tartışmaları yeniden uyandırdı.

Sentetik yaşam her zaman etik açıdan tartışmalı değildir. Bu yıl araştırmacılar “minimum” hücrelerin sınırlarını test etti, genomik kemiklerine kadar soyulmuş bakterilerden türetilen basit organizmalar. Bu minimal hücreler çoğalmak için gerekli araçlara sahiptir, ancak başka türlü gerekli olmayan genler kaldırılmıştır. Minimal hücrelerin doğal olarak ne kadar gerçekçi olduğunun önemli bir doğrulamasında araştırmacılar, bu minimal genomun evrimleşebildiğini ve uyum sağlayabildiğini keşfettiler. Laboratuvarda 300 gün süren büyüme ve doğal seçilimin ardından minimal hücreler, türedikleri ata bakterilere karşı başarılı bir şekilde rekabet edebildi. Bulgular, yaşam kurallarının sağlamlığını ortaya koydu; minimal hücreler, neredeyse tüm genetik kaynaklardan mahrum bırakıldıktan sonra bile, daha başarılı yaşam formlarına dönüşmek için doğal seçilimin araçlarını kullanabilirler.

Bilinç, var olma hissidir; benzersiz bir benliğe, gerçeklik resmine ve dünyada bir yere sahip olmanın farkındalığıdır. Uzun zamandır filozofların ilgi alanı olmuştur ancak son zamanlarda bilim insanları bunun nörobiyolojik temelini anlama konusunda (bir nevi) ilerleme kaydettiler.

Hakkında bir röportajda Neden Sevinci Sussex Üniversitesi'nden nörobilim araştırmacısı Anil Seth, mayıs ayında yayınlanan podcast'te bilinci bir tür "kontrollü halüsinasyon,“Gerçeklik deneyimimiz içimizden ortaya çıkıyor. Hiçbirimiz dünyanın nasıl bir yer olduğunu doğrudan bilemeyiz; aslında her organizma (ve birey) dünyayı farklı deneyimler. Gerçeklik duygumuz, aldığımız duyusal bilgilerle ve beynimizin onu organize etme ve bilincimizde oluşturma şekliyle şekillenir. Bu anlamda, tüm deneyimimiz bir halüsinasyondur - ancak kontrollü bir halüsinasyondur; beynin, anılarına ve diğer kodlanmış bilgilere dayanarak yakın çevreyi ve daha büyük dünyayı en iyi tahmin eden açıklamasıdır.

Zihnimiz sürekli olarak yeni dış bilgiler alıyor ve aynı zamanda kendi iç imgelerini ve anlatılarını yaratıyor. Gerçekliği fanteziden nasıl ayırt edebiliriz? Bu yıl araştırmacılar beynin bir "gerçeklik eşiği” işlenen sinyalleri sürekli olarak değerlendiriyor. Zihinsel görüntülerimizin çoğu oldukça zayıf bir sinyale sahiptir ve bu nedenle gerçeklik eşiğimiz onları kolaylıkla "sahte" yığına atar. Ancak bazen algılarımız ve hayal gücümüz karışabilir ve eğer bu görüntüler yeterince güçlüyse, kafamız karışabilir ve potansiyel olarak halüsinasyonlarımızı gerçek hayatla karıştırabiliriz.

Bilinç zihinde nasıl ortaya çıkar? Daha çok düşünmeyle mi ilgili yoksa duyusal deneyimlerin bir ürünü mü? Bu yıl bir çalışmanın sonuçları yüksek profilli düşmanca işbirliği iki büyük bilinç teorisini karşı karşıya getiren bir çalışma açıklandı. Beş yıl boyunca, biri bilişe odaklanan küresel nöronal çalışma alanı teorisini, diğeri ise algıya odaklanan entegre bilgi teorisini temsil eden iki araştırmacı ekibi, hangi teorinin tahminlerini test etmeyi amaçlayan deneyleri birlikte yarattı ve yönetti. daha doğruydu. Sonuçlar, kesin yanıtlar almayı uman herkes için hayal kırıklığı yaratmış olabilir. New York City'deki sahnede, Bilimsel Bilinç Araştırmaları Derneği'nin 26. toplantısında araştırmacılar, deneylerin her iki teoriye de meydan okuduğunu ve aralarındaki farkları vurguladığını kabul ettiler, ancak her iki teoriyi de kazanan ilan etmeyi reddettiler. Ancak akşam tamamen tatmin edici değildi: Allen Beyin Bilimi Enstitüsü'nden sinir bilimci Christof Koch, New York Üniversitesi'nden filozof David Chalmers ile bilincin sinirsel bağıntılarının şimdiye kadar tanımlanmış olabileceğine dair 25 yıllık bir iddiayı kabul etti. .

Depresyonun beyindeki kimyasal bir dengesizlikten kaynaklandığı sıklıkla kabul edilir: özellikle, sinir hücreleri arasında mesajları taşıyan bir nörotransmitter olan serotoninin kronik eksikliği. Ancak dünya çapında milyonlarca depresyonlu insan Prozac ve seçici serotonin geri alım inhibitörleri veya bu teoriye dayanan SSRI'lar olarak bilinen diğer ilaçları alarak rahatlasa da, onlarca yıldır yapılan nöropsikiyatrik araştırmalar bu modelin varsayımlarını doğrulamada başarısız oldu. Bilimsel muhalefetin uğultusu giderek artıyor: Bilim insanlarından oluşan uluslararası bir ekip, 350'den fazla makaleyi taradı ve ikna edici kanıt bulunamadı düşük serotonin düzeylerinin depresyonla ilişkili olduğu.

Sebebin serotonin eksikliğinin olmayabileceğinin anlaşılması, araştırmacıları depresyonun ne olduğunu temelden yeniden düşünmeye zorluyor. SSRI'ların, depresyonun daha doğrudan nedenleri olan beyindeki diğer kimyasalları veya süreçleri değiştirerek bazı depresyon semptomlarını hafifletmesi mümkündür. Ayrıca "depresyon" dediğimiz şeyin, yorgunluk, ilgisizlik, iştah değişiklikleri, intihar düşünceleri ve uyku sorunları gibi benzer semptomlarla kendini gösteren çeşitli bozuklukları kapsaması da mümkündür. Durum böyleyse, bu karmaşıklığı ortaya çıkarmak, depresyonun türlerini ve nedenlerini ayırt etmek ve daha iyi tedaviler geliştirmek için önemli ek araştırmalara ihtiyaç duyulacaktır.

Depresyon izole edici bir deneyim olabilir. Ancak bu, sinir bilimcilerin son yıllarda daha iyi tanımladığı duygusal bir durum olan yalnızlıktan farklıdır. Yalnızlık, bir kişinin içinde bulunduğu ilişki sayısının nesnel bir ölçüsü olan sosyal izolasyonla aynı şey değildir: Bir kişi birçok ilişkide olmasına rağmen yine de yalnız olabilir. İlişkilerden veya belirli ilişkisel deneyimlerden duyulan korku olan sosyal kaygı da değildir.

Bunun yerine, giderek artan sayıda nörobiyolojik araştırma şunu öne sürüyor: yalnızlık zihindeki bir önyargıdır sosyal bilgiyi olumsuz, kendini cezalandırıcı bir şekilde yorumlamaya yönelme. Sanki bizi güvendiğimiz insanlarla yeniden bağlantı kurmaya teşvik etmek için gelişen bir hayatta kalma sinyali kısa devre yapmış ve kendi kendini sürdüren bir keçe izolasyon döngüsü yaratmış gibi. Bilim insanları yalnızlık için henüz tıbbi bir tedavi bulamadı, ancak belki de bu olumsuz döngünün anlaşılması, kronik yalnızlığın döngüden kaçmasına ve mevcut bağlantılarında veya yeni bağlantılarında rahatlık bulmasına yardımcı olabilir.

Nereden geldik ve buraya nasıl geldik? Bu zamansız sorular pek çok şekilde yanıtlanabilirdi ve bunlar, çok sayıda biyologu, tüm hayvanları, bitkileri, mantarları ve birçok tek hücreliyi içeren 2 milyar yıllık yaşam soyu olan ökaryotların kökenlerini araştırmaya yöneltti. bakterilerden daha karmaşık canlılar.

İlk ökaryot arayışı, araştırmacıların deniz dibindeki çamurdaki nadir mikropları titizlikle ikna etmelerini gerektiriyor. Son zamanlarda, altı yıllık bir çalışmanın ardından, Avrupa laboratuvarı başarılı bir şekilde yalnızca ikinci laboratuvar oldu. Asgard arkelerinden birini yetiştirin- genomları ökaryotlarla hayret verici benzerliklere sahip olan ve onların atası olduğu düşünülen bir grup ilkel tek hücreli organizma. Bilim insanları, hücreleri laboratuvarda doğrudan incelemenin, ökaryotların nasıl evrimleştiğine dair yeni bilgiler ortaya çıkaracağını ve bizi kökenlerimizi anlamaya daha da yaklaştıracağını umuyor.

Bu ilk ökaryotun evrimsel yolculuğu gizemle örtülüyor. Bu yıl bilim insanları bunun bir yolunu buldu 800 milyon yıllık boşluğu dolduracak Moleküler fosil kayıtlarında, en eski ökaryotun ortaya çıkışı ile bugün yaşayan tüm ökaryotların en yeni atası arasındaki dönem. Daha önce bilim insanları, yaklaşık 800 milyondan 1.6 milyar yıl öncesine kadar boşlukta yaşayan ökaryotlar hakkında bilgi ararken umdukları moleküler fosilleri bulamıyordu. Ancak Avustralyalı bir ekip, daha ilkel moleküllerin fosilleşmiş versiyonlarını aramak için arama filtresini değiştirdiğinde, bunları bol miktarda buldu. Bulgular, yazarların ökaryotların "kayıp dünyası" olarak adlandırdığı, eski atalarımızın erken evrimsel tarihinin öyküsünü anlatmaya yardımcı olan şeyi ortaya çıkardı.

Son on yılda yapılan araştırmalar, mikrobiyomu (bağırsaklarımızda ve vücudumuzun başka yerlerinde yaşayan mikroorganizmaların toplamı) ve sağlığımızı nasıl etkilediğini daha iyi tanımladı. Bu yıl bilim insanları mikrobiyomlarımızın nereden geldiğini ve yaşamımız boyunca nasıl evrimleştiğini şimdiye kadarki en detaylı şekilde ortaya çıkardı.

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, mikrobiyomumuzu oluşturan ilk tohumlar genellikle anneden gelir; doğum sırasında ve ayrıca emzirme yoluyla bulaşır. Bu yıl yayınlanan araştırma, bir annenin katkılarının yalnızca tüm mikrobiyal organizmalar olmadığını, aynı zamanda küçük DNA parçacıkları mobil genetik elementler denir. Yaşamın ilk yılı boyunca bu hareketli genetik öğeler, yatay gen transferi adı verilen bir süreçle annenin bakterilerinden bebeğe geçer. Bu keşif, annenin mikrobiyomu ile bebeğin mikrobiyomu arasındaki yüksek derecede birlikte evrimin doğumdan sonra bu kadar uzun süre devam etmesini beklemeyen araştırmacıları şaşırttı.

Hikayenin sonu bu değil: Mikrobiyom yaşamımız boyunca gelişir. Yine bu yıl yayınlanan insan mikrobiyom aktarımına ilişkin şimdiye kadarki en büyük analiz, bunun nasıl gerçekleştiğini ortaya çıkardı. Mikrobiyomlar karışıyor ve yeniden birleşiyor onlarca yıldır. Mikrobiyom organizmalarının insanlar arasında, özellikle de aile üyeleri, partnerler ve oda arkadaşları gibi en çok zaman geçirdiğimiz kişiler arasında yayıldığına dair açık kanıtlar sağladı. Ve çalışma, bulaşıcı olmadığı düşünülen bazı hastalıkların aslında bağırsak florası aracılığıyla bazen incelikli yollarla da bulaşabileceği yönündeki ilgi çekici olasılığı ortaya çıkardı.

Güneş saatlerinin, saatlerin ve atom saatlerinin icadından çok önce, organizmalar zamanı ölçecek biyolojik araçlar geliştirdiler. Metabolik süreçlerini gece ve gündüz döngüsüyle senkronize tutabilecek dahili sirkadiyen saatlere ve ayrıca gelişim süreçlerini yolunda tutmak için takvime benzer saatlere ihtiyaçları var. Bu yıl araştırmacılar her ikisini de anlama konusunda önemli ilerlemeler kaydetti.

Son birkaç yıldır yeni kök hücre teknolojilerinin mümkün kıldığı bir araştırma dalgası, yeni açıklamalar sundu gelişimsel tempo olarak bilinen şey için. Tüm omurgalılar hayata basit bir embriyo olarak başlar; ancak bir embriyonun gelişme hızı ve dokularının olgunlaşma zamanlaması türler arasında önemli ölçüde farklılık gösterir ve nihai şeklini belirler. Gelişim saatinin işleyişini ne kontrol eder? Bu yıl, dünyanın dört bir yanındaki laboratuvarlarda farklı türlere ve sistemlere odaklanan bir dizi dikkatli deney, ortak bir açıklamaya işaret etti: biyokimyasal reaksiyonlar ve bunların altında yatan gen ifadesi de dahil olmak üzere temel metabolik süreçlerin tümü, hızı belirliyor. Bu metabolik süreçlerin temel olarak mitokondri tarafından organize edildiği görülüyor; mitokondri, karmaşık hücrenin zaman tutucusu ve güç kaynağı olarak ikili rollere pekala hizmet edebiliyor.

Bu araştırmacılar dünyanın dört bir yanına dağılmışken, sirkadiyen saat üzerine yeni çalışmalar tek bir bilim insanının laboratuvarında yapıldı: Kaliforniya Üniversitesi, Santa Cruz'dan biyokimyacı Carrie Partch. Partch, yalnızca saatin temel adımlarına değil aynı zamanda saatin temel adımlarına karşı benzersiz bir takıntıya sahiptir. karmaşık dans saat proteinleri oluşturuldukça, etkileşime girdikçe ve bozuldukça performans gösterir. Her saatçi gibi o da dişlilerin ve dişlilerin ne olduğunu bilmekle yetinmiyor; aynı zamanda bunların birbirine nasıl uyduğunu da anlaması gerekiyor. Kariyeri boyunca tek bir sisteme bu kadar yakından ilgi göstererek, daha geniş gerçekleri temsil eden saat proteinlerinin dansı hakkında keşifler yaptı; örneğin yapılandırılmamış ve hatta düzensiz proteinlerin biyolojik süreçler için temel olduğu.

Sinirbilimdeki ilerlemenin bir işareti, giderek daha kesin hale gelmesidir. Bilim insanları artık sağlam bilime daha sıkı dayanan yeni araçlar kullanarak dikkatlerini bireysel beyin hücrelerinin tuhaflıklarını tanımlamaya odaklayabiliyorlar. Bu yıl onlar sosyal haritayı buldum Yarasaların fiziksel çevre haritasının üzerine yerleştirildiği ortaya çıkan yarasaların sayısı; hipokampustaki aynı beyin hücrelerinin birden fazla çevresel bilgiyi kodladığı ortaya çıktı. Diğer araştırmacılar, beyindeki bazı glial hücrelerin (tarihsel olarak daha prestijli nöronlar için dolgudan çok az olduğu düşünülen) beyindeki bazı glial hücrelerin, beyindeki beyin hücrelerinin işlevini yerine getirip getiremeyeceği konusunda 30 yıldır devam eden bir tartışmayı çözmüş görünüyor. elektrik sinyallerini uyarmak. Tıbbi bakımlarını iyileştirmek için elektrotlar implante edilen epilepsi hastalarının yardım ettiği sinir bilimcilerden ve klinik araştırmacılardan oluşan bir ekip, beynin farklı sistemler küçük ve büyük sayıları temsil etmek için. Araştırmacılar ilk kez bir koku alma reseptörünün nasıl olduğunu üç boyutlu olarak görselleştirdiler. bir koku molekülüne tutunur — Burun ve beynin havadaki kimyasalları nasıl yakaladığını ve çevre hakkında önemli duyusal bilgileri nasıl elde ettiğini anlamada önemli bir adım.