ニューロンの単純なビルディングブロックは、ともに非常に複雑です。 UCI Research / Ardy Rahman、 BY-NC CC
我々人間は、地球上の他のすべての生き物と比較して、自分自身をヒープの上にあると考えるのが好きです。 生命は、単細胞の生き物から多細胞の植物や動物まで、あらゆる形や大きさ、能力で30億年以上の進化を遂げました。 環境の複雑さの増大に加えて、私たちは今日、飛行機の映画を論じている35,000の足で世界を飛び回る人々に到着するまで、人生の歴史を通じて、知性、複雑な社会、技術的発明の進化を見てきました。
人生の歴史を進歩的なものと考えるのは自然です 単純なものから複雑なものまでこれが遺伝子数の増加に反映されることを期待する。 私たちは優れた知性と世界的支配力で道をリードしています。 私たちは最も複雑な生物であるため、最も精巧な遺伝子群が得られると予想されていました。
この推定は論理的であると思われるが、より多くの研究者が様々なゲノムについて理解するにつれて、より欠陥があるように見える。 約半世紀前には、ヒト遺伝子の推定数は何百万にものぼっていました。 今日は20,000について語っています。 例えば、バナナは、 X私たちよりも50％多い遺伝子を持っています。
研究者は、生物が持つ遺伝子だけでなく、それが余分なものを数える新しい方法を考案するにつれて、我々が常に考えていた最も単純な生命体 - ウイルス - の数と、最も複雑な - 私たち。 生物の複雑さがどのようにそのゲノムに反映されているかという問題を再考する時が来ました。
1人の巨大なウイルスに対する遺伝子の収束の推定数。 ヒトの系統は、必要とされる遺伝子の推定数を表す破線の平均推定値を示す。 ウイルスにはMS2（1976）、HIV（1985）、2004の巨大ウイルス、4の平均T1990番号が表示されています。 ショーン・ニー、 CC BY
遺伝子を数える
私たちは、すべての遺伝子を一緒に、私たちの料理本のレシピとして考えることができます。 それらはDNAの塩基の文字で書かれています - ACGTと略されています。 遺伝子は、あなたが作ったタンパク質をどのようにしていつ組み立てるのか、体内での生活のすべての機能を果たすための指示を提供します。 A 典型的な 遺伝子には1000文字が必要です。 環境や経験と合わせて、遺伝子は私たちが何をしているのかを担当しています。それで、遺伝子がどれくらい多くの生物に加わるのか知ることは面白いです。
私たちが数多くの遺伝子について話しているとき、ウイルスの実際の数を表示することができますが、重要な理由で人間の推定値のみを表示できます。 1 挑戦する 遺伝子を数える 真核生物 - 私たち、バナナ、カンジダのような酵母が含まれます - 私たちの遺伝子はアヒルのように並んでいません。
私たちの遺伝子レシピは、料理本のページがすべて切り取られ、30億の他の手紙と混ざっているかのように整理されています。 50パーセント 実際には不活性化され死んでいるウイルスを記述している。 したがって、真核生物では、重要な機能を持つ遺伝子を数え、無関係な遺伝子と区別することは困難です。
これとは対照的に、ウイルス中の遺伝子を数えます。 10,000 遺伝子は比較的容易である。 これは、遺伝子 - 核酸 - の原材料が小さな生物にとって比較的高価であるため、不要な配列を削除するための強力な選択肢があるためです。 実際、ウイルスに対する真の課題は、最初にウイルスを発見することです。 それはすべてが驚いている 主要なウイルス発見（HIVを含む）は、配列決定によってではなく、それらを視覚的に拡大し、それらの形態を見るなどの古い方法によって作製されている。 継続的な進歩 分子技術では、 ビロスフェアの多様性しかし、私たちがすでに知っている何かの遺伝子を数えるのに役立つだけです。
より少ないもので繁栄する
健康な生活のために実際に必要とする遺伝子の数は、ゲノム全体の20,000の現在の推定値よりもおそらく低いです。 最近の研究の1人の著者は、人間にとって不可欠な遺伝子の数を合理的に見積もっています はるかに低いかもしれない.
これらの研究者は、何千人もの健康な成人を見て、 天然に存在する「ノックアウト」を探している 特定の遺伝子の機能が欠如している。 私たちの遺伝子はすべて、2つのコピー（各親からのもの）で提供されます。 通常、1つのアクティブコピーは、他のアクティブコピーが非アクティブである場合にこれを補うことができ、 両言語で 不活性化された遺伝子は天然にはまれであるため、不活性化される。
ノックアウト遺伝子は、現代の遺伝子工学技術を用いて、選択した特定の遺伝子の両方のコピーを不活性化するか、またはそれらを完全に除去し、何が起こるかを見るために、ラットラットで研究することはかなり容易である。 しかし、ヒトの研究では、21st世紀の医療技術と、必要とされる遺伝的および統計的解析に適した既知の家系図を持つコミュニティに住む人々の集団が必要です。 アイスランドは便利です 人口、そしてこの研究の英国 - パキスタン人は別です。
この研究は明らかな健康上の影響を及ぼさずにノックアウトすることができる700遺伝子を発見しました。 例えば、驚くべき発見の1つは、PRDM9遺伝子（マウスの受精能に重大な役割を果たす）が病気の影響を受けていない人々でもノックアウトされることである。
人間のノックアウト研究を超えて分析を外挿する 見積もりにつながる 健康な人間を作るためには3,000ヒト遺伝子だけが実際に必要であるということです。 これは、遺伝子の数が "巨大なウイルスに設立された地域オフィスに加えて、さらにローカルカスタマーサポートを提供できるようになります。」 Pandoravirus、30,000で2014歳のシベリア氷から回収された、現在までに知られている最大のウイルスであり、 2,500遺伝子を有する.
だから、どんな遺伝子が必要ですか？ 私たちは人間の遺伝子の4分の1が実際に何をするのか知りません。 私たちの他の種の知識と比較して.
複雑さは非常に単純なものから生じる
しかし、ヒト遺伝子の最終的な数が20,000か3,000なのかどうかは、複雑さを理解することになるとサイズは本当に重要ではないということです。 私たちは少なくとも2つの状況でこれを長い間知っており、第3の状況を理解し始めています。
Alan Turing、数学者および WWIIコードブレーカ 多細胞発達の理論を確立した。 彼は現在、「反応拡散」プロセスと呼ばれる簡単な数学モデルを研究しました。少数の化学物質（チューリングのモデルではわずか2種類）が拡散して反応します。 彼らの反応を支配する簡単なルールで、これらのモデル 確実に生成することができる 非常に複雑な、しかし一貫した構造 見やすい。 したがって、植物や動物の生物学的構造は複雑なプログラミングを必要としません。
同様に、 100兆コネクション 人間の脳の中で、本当に私たちを誰にするのかは、遺伝子的に個別にプログラムすることはできません。 ザ 最近の人工知能のブレークスルー 〜に基づいています ニューラルネットワーク; これらは単純な要素（ニューロンに対応する）が世界と相互作用することで独自のつながりを確立する脳のコンピュータモデルです。 ザ 結果はすばらしかった 手書き認識や医療診断などの応用分野では、Googleは でゲームをする & 夢を見る そのAIの。
微生物は基本的なものを超えます
したがって、非常に複雑な結果を生み出す多数の人にとって、単一のセルが非常に複雑である必要はないことは明らかです。 したがって、ヒトの遺伝子数は、ウイルスやバクテリアのような単細胞の微生物数と同じである可能性があることは、大きな驚きではありません。
微生物が豊かで複雑な生活を送ることができるということは、驚くべきことです。 研究の分野が拡大しています。社会微生物学" - これは微生物の非常に複雑な社会生活を調べるもので、私たちと比較して立ち上がっています。 私自身の貢献 これらの領域への懸念は、この目に見えないドラマにウイルスが正当な場所を与えることを懸念しています。
ここ10年間で、微生物は生命の90％を バイオフィルムこれは生物学的組織として最もよく考えられるかもしれない。 実際、多くのバイオフィルムは 電気通信 脳組織のような細胞間に存在し、片頭痛やてんかんなどの脳疾患を研究するモデルにしています。
バイオフィルムはまた、微生物の都市、 "との統合 社会微生物学 医学研究は 急速な進展 嚢胞性線維症の治療など、多くの分野で使用されている。 ザ 微生物の社会生活 これらの都市では、協力、紛争、真実、嘘、そしてさらに 自殺 - 21st世紀の進化生物学における主要な研究領域に急速に浸透しています。
人間の生物学が、私たちが思ったよりもはるかに優れたものにならないように、微生物の世界ははるかに興味深いものになります。 そして、遺伝子の数はそれと関係がないようです。
著者について
Sean Nee、生態系科学と経営学の教授、 ペンシルベニア州立大学
関連書籍：
at InnerSelfMarketとAmazon
