Hoeveel gene neem dit om 'n persoon te maak?Die eenvoudige boustene van neurone skep saam enorme kompleksiteit. UCI Navorsing / Ardy Rahman, CC BY-NC

Ons mense hou daarvan om van onsself te dink soos op die top van die hoop in vergelyking met al die ander lewende dinge op ons planeet. Die lewe het meer as drie biljoen jaar ontwikkel van eenvoudige een-selle wesens tot multikellulêre plante en diere wat in alle vorme en groottes en vermoëns kom. Benewens die toenemende ekologiese kompleksiteit, het ons ook die evolusie van intelligensie, komplekse samelewings en tegnologiese uitvinding, oor die geskiedenis van die lewe gesien, tot ons vandag by mense kom wat by die 35,000-voete oor die hele wêreld rondkom.

Dit is natuurlik om te dink aan die geskiedenis van die lewe soos dit vorder van die eenvoudige na die kompleks, en om te verwag dat dit weerspieël word in toenemende gengetalle. Ons begeer ons om die weg te lei met ons superieure intellek en globale oorheersing; Die verwagting was dat ons die mees ingewikkelde stel gene sedert ons die mees komplekse skepsel is.

Hierdie vermoede blyk logies, maar die meer navorsers uitvind oor verskeie genome, hoe meer foutief lyk dit. Ongeveer 'n halwe eeu gelede was die beraamde aantal menslike gene in die miljoene. Vandag is ons af na ongeveer 20,000. Ons weet nou byvoorbeeld die piesangs, met hul 30,000 gene, het 50 persent meer gene as wat ons doen.

Soos navorsers nuwe maniere voorstel om te tel, nie net die gene wat 'n organisme het nie, maar ook diegene wat dit oorbodig het, is daar 'n duidelike konvergensie tussen die aantal gene in wat ons nog altyd as die eenvoudigste lewensvorme beskou het - virusse die mees komplekse - ons. Dit is tyd om die vraag oor hoe die kompleksiteit van 'n organisme in sy genoom weerspieël word, te heroorweeg.


innerself teken grafiese in


geengetalleDie samevattende geskatte aantal gene in 'n persoon teenoor 'n reuse-virus. Menslike lyn toon gemiddelde skatting met stippellyn wat die geskatte aantal gene wat benodig word, verteenwoordig. Getalle wat vir virusse getoon word, is vir MS2 (1976), MIV (1985), reuse-virusse van 2004 en gemiddelde T4-getal in die 1990s. Sean Nee, CC BY

Tel die gene op

Ons kan al ons gene saam dink as die resepte in 'n kookboek vir ons. Hulle is geskryf in die letters van die basisse van DNA - afgekort as ACGT. Die gene gee instruksies oor hoe en wanneer om die proteïene wat jy gemaak is saam te stel en wat al die funksies van die lewe binne jou liggaam uit te voer. A tipiese geen benodig ongeveer 1000 letters. Saam met die omgewing en ervaring, is gene verantwoordelik vir wat en wie ons is - so dit is interessant om te weet hoeveel gene tot 'n hele organisme bydra.

As ons praat oor getalle gene, kan ons die werklike telling vir virusse vertoon, maar slegs die ramings vir mense om 'n belangrike rede. een uitdaag genes tel eukariote - wat ons insluit, piesangs en gis soos Candida - is dat ons gene nie soos eendjies in 'n ry gevoer is nie.

Ons genetiese resepte word gereël asof die bladsye van die kookboek almal uitgeskeur en gemeng is met drie biljoen ander briewe, omtrent 50 persent waarvan eintlik geïnactiveerde, dooie virusse beskryf word. So in eukariote is dit moeilik om die gene wat belangrike funksies het, op te tel en te skei van wat vreemd is.

In teenstelling, tel gene in virusse - en bakterieë, wat kan hê 10,000 gene - is relatief maklik. Dit is omdat die rou materiaal van gene - nukleïensure - relatief duur is vir klein wesens, so daar is sterk seleksie om onnodige rye te verwyder. Trouens, die ware uitdaging vir virusse ontdek hulle in die eerste plek. Dit is verbasend dat alles groot virus ontdekkings, insluitend MIV, is nie deur middel van volgordebepaling gemaak nie, maar deur ou metodes soos om hulle visueel te vergroot en na hul morfologie te kyk. Voortgesette vooruitgang In molekulêre tegnologie het ons die merkwaardige geleer diversiteit van die virosfeer, maar kan ons net help om die gene van iets wat ons reeds ken, te tel.

Bloei met nog minder

Die aantal gene wat ons eintlik nodig het vir 'n gesonde lewe is waarskynlik selfs laer as die huidige skatting van 20,000 in ons hele genoom. Een skrywer van 'n onlangse studie het die telling vir noodsaaklike gene vir mense redelik uitgebrei kan heelwat laer wees.

Hierdie navorsers het gekyk na duisende gesonde volwassenes, op soek na natuurlik voorkomende "knockouts" waarin die funksies van bepaalde gene afwesig is. Al ons gene kom in twee afskrifte - een van elke ouer. Gewoonlik kan een aktiewe kopie vergoed indien die ander onaktief is, en dit is moeilik om mense te vind beide kopieë geaktiveer omdat geïaktiveerde gene natuurlik skaars is.

Knockout genes is redelik maklik om te studeer met laboratorium rotte, met behulp van moderne genetiese tegnieke tegnieke om beide kopieë van spesifieke gene van ons keuse te inaktiveer, of selfs heeltemal te verwyder, en sien wat gebeur. Maar menslike studies vereis bevolkings van mense wat in gemeenskappe woon met mediese tegnologieë van 21-eeuse en bekende stambome wat geskik is vir die genetiese en statistiese ontledings wat benodig word. Yslanders is een nuttig bevolking, en die Britse-Pakistanse mense van hierdie studie is 'n ander.

Hierdie navorsing het gevind dat 700 gene wat uitgesluit kan word sonder enige ooglopende gevolge vir die gesondheid. Byvoorbeeld, een verrassende ontdekking was dat die PRDM9-geen - wat 'n belangrike rol speel in die vrugbaarheid van muise - ook uitgesluit kan word by mense met geen slegte effekte nie.

Ekstrapolasie van die analise buite die menslike knockouts studie lei tot 'n skatting dat slegs 3,000 menslike gene eintlik nodig is om 'n gesonde mens te bou. Dit is in dieselfde balpark as die aantal gene in "reuse virusse. " Pandoravirus, herwin van 30,000-jaar-oue Siberiese ys in 2014, is die grootste virus wat tot dusver bekend is en het 2,500 gene.

So, watter gene het ons nodig? Ons weet nie eens wat 'n kwart van menslike gene eintlik doen nie, en dit is gevorderd in vergelyking met ons kennis van ander spesies.

Kompleksiteit ontstaan ​​uit die baie eenvoudige

Maar of die finale aantal menslike gene 20,000 of 3,000 of iets anders is, die punt is dat wanneer dit kom by die verstaan ​​van kompleksiteit, die grootte regtig nie saak maak nie. Ons ken dit al vir 'n lang tyd in ten minste twee kontekste, en begin eers die derde te verstaan.

Alan Turing, die wiskundige en Tweede Wêreldoorlog kode breker die teorie van multisellêre ontwikkeling gevestig. Hy het eenvoudige wiskundige modelle bestudeer, nou bekend as "reaksie-diffusie" prosesse, waarin 'n klein aantal chemikalieë - net twee in Turing se model - diffundeer en reageer met mekaar. Met eenvoudige reëls wat hul reaksies reël, is hierdie modelle kan betroubaar genereer baie komplekse, maar samehangende strukture wat maklik gesien word. Die biologiese strukture van plante en diere vereis dus nie komplekse programmering nie.

Net so is dit duidelik dat die 100 triljoen verbindings In die menslike brein, wat ons werklik maak, kan ons nie individueel geneties geprogrammeer word nie. Die onlangse deurbrake in kunsmatige intelligensie is gebaseer op neurale netwerke; dit is rekenaarmodelle van die brein waarin eenvoudige elemente - ooreenstem met neurone - hul eie verbindings vestig deur interaksie met die wêreld. Die resultate is skouspelagtig In toegepaste areas soos handskrifherkenning en mediese diagnose, en Google het die publiek genooi om speel speletjies met en let op die drome van sy AI's.

Mikrobes gaan verder as basies

Dit is dus duidelik dat 'n enkele sel nie baie ingewikkeld hoef te wees vir groot getalle om baie komplekse uitkomste te lewer nie. Dit behoort dus nie so 'n groot verrassing te wees dat menslike geengetalle van dieselfde grootte kan wees as dié van enkellede mikrobes soos virusse en bakterieë nie.

Wat 'n verrassing is, is die omgekeerde - daardie klein mikrobes kan ryk, komplekse lewens hê. Daar is 'n groeiende studieveld - genaamd "sociomicrobiology"- wat die buitengewoon komplekse sosiale lewens van mikrobes ondersoek, wat in vergelyking met ons eie opstaan. My eie bydraes Om hierdie gebiede te maak, is om virusse hul regmatige plek in hierdie onsigbare sepie te gee.

Ons het die afgelope dekade bewus geword dat mikrobes oor 90 persent van hul lewens spandeer biofilms, wat die beste as biologiese weefsel beskou kan word. Inderdaad, baie biofilms het stelsels van elektriese kommunikasie tussen selle, soos breinweefsel, wat hulle 'n model maak vir die bestudering van breinafwykings soos migraine en epilepsie.

Biofilms kan ook beskou word as "stede van mikrobes, "En die integrasie van sociomicrobiology en mediese navorsing is maak vinnige vordering in baie gebiede, soos die behandeling van sistiese fibrose. Die sosiale lewens van mikrobes in hierdie stede - kompleet met samewerking, konflik, waarheid, leuens en selfs selfmoord - word vinnig die belangrikste studiegebied in evolusionêre biologie in die 21ste eeu.

Net soos die biologie van mense sterker geword het as wat ons gedink het, word die wêreld van mikrobes baie interessanter. En die aantal gene lyk niks daarmee te doen nie.

Oor Die Skrywer

Sean Nee, Navorsings Professor van Ekosisteemwetenskap en -bestuur, Pennsylvania State University

Hierdie artikel is oorspronklik gepubliseer op Die gesprek. Lees die oorspronklike artikel.

Verwante Boeke:

at InnerSelf Market en Amazon