Vitalu rahisi vya ujenzi wa neurons pamoja hutoa ugumu mkubwa. Utafiti wa UCI / Ardy Rahman, CC BY-NC

Sisi wanadamu tunapenda kujifikiria sisi wenyewe juu ya lundo ikilinganishwa na vitu vingine vyote vilivyo hai kwenye sayari yetu. Maisha yamebadilika zaidi ya miaka bilioni tatu kutoka kwa viumbe rahisi vyenye chembe moja hadi mimea na wanyama wenye seli nyingi na kila sura na saizi na uwezo. Mbali na kuongezeka kwa ugumu wa ikolojia, juu ya historia ya maisha tumeona pia uvumbuzi wa akili, jamii ngumu na uvumbuzi wa kiteknolojia, hadi tutakapofika leo kwa watu wanaoruka ulimwenguni kote kwa miguu 35,000 wakijadili sinema ya ndege.

Ni kawaida kufikiria historia ya maisha ikiendelea kutoka rahisi hadi ngumu, na kutarajia hii itaonyeshwa katika kuongeza idadi ya jeni. Tunajivunia kuongoza njia na akili yetu bora na utawala wa ulimwengu; matarajio yalikuwa kwamba kwa kuwa sisi ni kiumbe mgumu zaidi, tungekuwa na seti ya jeni iliyofafanuliwa zaidi.

Dhana hii inaonekana kuwa ya busara, lakini watafiti zaidi wanajua juu ya jenomu anuwai, inaonekana kuwa na kasoro zaidi. Karibu nusu karne iliyopita idadi inayokadiriwa ya jeni za kibinadamu ilikuwa katika mamilioni. Leo tumeshuka hadi karibu 20,000. Sasa tunajua, kwa mfano, kwamba ndizi, na zao Jeni za 30,000, kuwa na jeni kwa asilimia 50 kuliko sisi.

Kama watafiti wanavyounda njia mpya za kuhesabu sio tu jeni zilizo na kiumbe, lakini pia zile zilizo na ambazo hazina maana, kuna muunganiko wazi kati ya idadi ya jeni katika kile tumekuwa tukifikiria kama aina rahisi zaidi za maisha - virusi - na ngumu zaidi - sisi. Ni wakati wa kutafakari tena swali la jinsi ugumu wa kiumbe unavyoonekana katika genome yake.

Idadi inayokadiriwa ya jeni kwa mtu dhidi ya virusi kubwa. Mstari wa kibinadamu unaonyesha makadirio ya wastani na laini iliyopigwa inayowakilisha idadi inayokadiriwa ya jeni zinazohitajika. Nambari zilizoonyeshwa kwa virusi ni za MS2 (1976), VVU (1985), virusi vikubwa kutoka 2004 na wastani wa namba T4 miaka ya 1990. Sean Nee, CC BY

Kuhesabu jeni

Tunaweza kufikiria jeni zetu zote pamoja kama mapishi katika kitabu cha kupika kwetu. Imeandikwa katika herufi za besi za DNA - zilizofupishwa kama ACGT. Jeni hutoa maagizo juu ya jinsi na wakati wa kukusanya protini ambazo umetengenezwa na ambazo hufanya majukumu yote ya maisha ndani ya mwili wako. A mfano jeni inahitaji karibu barua 1000. Pamoja na mazingira na uzoefu, jeni zinawajibika kwa nini na sisi ni nani - kwa hivyo inafurahisha kujua ni jeni ngapi zinaongeza kwa kiumbe chote.

Wakati tunazungumza juu ya idadi ya jeni, tunaweza kuonyesha hesabu halisi ya virusi, lakini makadirio tu ya wanadamu kwa sababu muhimu. Moja changamoto kuhesabu jeni katika eukaryoti - ambayo ni pamoja na sisi, ndizi na chachu kama Candida - ni kwamba jeni zetu hazijapangwa kama bata mfululizo.

Mapishi yetu ya maumbile yamepangwa kama kurasa za kitabu cha upishi zimechakachuliwa na kuchanganywa na barua zingine bilioni tatu, karibu 50 asilimia ambayo kwa kweli inaelezea virusi visivyoamilishwa, vilivyokufa. Kwa hivyo katika eukaryotes ni ngumu kuhesabu jeni ambazo zina kazi muhimu na kuzitenganisha na zile za nje.

Kwa upande mwingine, kuhesabu jeni katika virusi - na bakteria, ambayo inaweza kuwa nayo 10,000 jeni - ni rahisi. Hii ni kwa sababu malighafi ya jeni - asidi ya kiini - ni ghali kwa viumbe vidogo, kwa hivyo kuna uteuzi mkubwa wa kufuta mlolongo usiohitajika. Kwa kweli, changamoto ya kweli kwa virusi ni kugundua hapo kwanza. Inashangaza kwamba yote uvumbuzi mkubwa wa virusi, pamoja na VVU, hazijafanywa kwa mpangilio wakati wote, lakini kwa njia za zamani kama vile kuzikuza kwa kuibua na kuangalia mofolojia yao. Kuendelea maendeleo katika teknolojia ya Masi wametufundisha ajabu utofauti wa virosphere, lakini inaweza tu kutusaidia kuhesabu jeni ya kitu ambacho tunajua tayari kipo.

Inakua na hata chache

Idadi ya jeni tunayohitaji kwa maisha yenye afya labda ni ya chini hata kuliko makadirio ya sasa ya 20,000 katika genome yetu yote. Mwandishi mmoja wa utafiti wa hivi karibuni ameelezea zaidi kwamba hesabu ya jeni muhimu kwa wanadamu inaweza kuwa chini sana.

Watafiti hawa waliangalia maelfu ya watu wazima wenye afya, kutafuta "kugonga" kwa kawaida ambayo kazi za jeni fulani hazipo. Jeni zetu zote zinakuja katika nakala mbili - moja kutoka kwa kila mzazi. Kawaida, nakala moja inayotumika inaweza kulipa fidia ikiwa nyingine haifanyi kazi, na ni ngumu kupata watu walio nayo wote nakala ambazo hazikuamilishwa kwa sababu jeni ambazo hazijaamilishwa kawaida ni nadra.

Jeni la kugonga ni rahisi kusoma na panya za maabara, kwa kutumia mbinu za kisasa za uhandisi maumbile ili kuzima nakala zote mbili za jeni fulani za chaguo letu, au hata kuziondoa kabisa, na kuona kinachotokea. Lakini masomo ya wanadamu yanahitaji idadi ya watu wanaoishi katika jamii zilizo na teknolojia za matibabu za karne ya 21 na uzao unaojulikana unaofaa kwa uchambuzi wa maumbile na takwimu unaohitajika. Icelanders ni moja muhimu idadi ya watu, na watu wa Uingereza-Pakistani wa utafiti huu ni mwingine.

Utafiti huu uligundua zaidi ya jeni 700 ambazo zinaweza kutolewa bila matokeo dhahiri ya kiafya. Kwa mfano, ugunduzi mmoja wa kushangaza ni kwamba jeni ya PRDM9 - ambayo ina jukumu muhimu katika uzazi wa panya - inaweza pia kutolewa kwa watu wasio na athari mbaya.

Kuongeza uchambuzi zaidi ya utafiti wa kugonga binadamu husababisha makadirio kwamba ni jeni za wanadamu 3,000 tu zinahitajika kujenga mwanadamu mwenye afya. Hii iko kwenye uwanja wa mpira sawa na idadi ya jeni katika "virusi kubwa". Pandoravirus, iliyopatikana kutoka kwa barafu ya Siberia ya miaka 30,000 mnamo 2014, ni virusi kubwa zaidi inayojulikana hadi sasa na ina jeni 2,500.

Kwa hivyo tunahitaji jeni gani? Hatujui hata robo ya jeni za kibinadamu hufanya nini, na hii imeendelea ikilinganishwa na ufahamu wetu wa spishi zingine.

Utata hutoka kwa rahisi sana

Lakini ikiwa idadi ya mwisho ya jeni za kibinadamu ni 20,000 au 3,000 au kitu kingine chochote, ukweli ni kwamba linapokuja suala la kuelewa ugumu, saizi haijalishi. Tumejua hii kwa muda mrefu katika mazingira angalau mawili, na tunaanza kuelewa ya tatu.

Alan Turing, mtaalam wa hesabu na Mvunjaji msimbo wa WWII ilianzisha nadharia ya maendeleo ya seli nyingi. Alisoma mifano rahisi ya hisabati, ambayo sasa inaitwa michakato ya "mmenyuko-usambazaji", ambayo idadi ndogo ya kemikali - mbili tu katika mfano wa Turing - zinaenea na kujibizana. Na sheria rahisi zinazosimamia athari zao, mifano hii inaweza kuaminika miundo tata sana, lakini madhubuti ambazo zinaonekana kwa urahisi. Kwa hivyo miundo ya kibaolojia ya mimea na wanyama haiitaji programu ngumu.

Vivyo hivyo, ni dhahiri kwamba Uunganisho wa trilioni 100 katika ubongo wa mwanadamu, ambayo ndiyo ambayo kwa kweli hutufanya tuwe jinsi tulivyo, haiwezekani kusanifiwa kwa maumbile mmoja mmoja. The mafanikio ya hivi karibuni katika akili ya bandia ni msingi mitandao ya neural; hizi ni mifano ya kompyuta ya ubongo ambayo vitu rahisi - vinavyolingana na neurons - huanzisha unganisho lao kwa kushirikiana na ulimwengu. The matokeo yamekuwa ya kushangaza katika maeneo yaliyotumika kama utambuzi wa mwandiko na utambuzi wa matibabu, na Google imealika umma cheza michezo na na angalia ndoto ya AI zake.

Vidudu huenda zaidi ya msingi

Kwa hivyo ni wazi kuwa seli moja haiitaji kuwa ngumu sana kwa idadi kubwa yao kutoa matokeo magumu sana. Kwa hivyo, haipaswi kushangaa sana kwamba nambari za jeni za kibinadamu zinaweza kuwa sawa na zile za vijidudu vyenye seli moja kama virusi na bakteria.

Kinachokuja kama mshangao ni mazungumzo - kwamba viini vidogo vinaweza kuwa na maisha tajiri na magumu. Kuna uwanja unaokua wa masomo - unaitwa "nadharia ya jamii”- ambayo inachunguza maisha magumu ya kijamii ya vijidudu, ambayo husimama ikilinganishwa na yetu. Michango yangu mwenyewe kwa maeneo haya wasiwasi kutoa virusi mahali pao halali katika opera hii isiyoonekana ya sabuni.

Tumegundua katika muongo mmoja uliopita kwamba vijidudu hutumia zaidi ya asilimia 90 ya maisha yao kama biofilms, ambayo inaweza kufikiriwa vizuri kama tishu za kibaolojia. Hakika, biofilms nyingi zina mifumo ya mawasiliano ya umeme kati ya seli, kama tishu za ubongo, na kuzifanya kielelezo cha kusoma shida za ubongo kama vile kipandauso na kifafa.

Biofilms pia inaweza kudhaniwa kama "miji ya vijidudu, ”Na ujumuishaji wa nadharia ya jamii na utafiti wa kimatibabu ni kufanya maendeleo ya haraka katika maeneo mengi, kama vile matibabu ya cystic fibrosis. The maisha ya kijamii ya vijidudu katika miji hii - kamili na ushirikiano, migogoro, ukweli, uwongo na hata kujiua - inakuwa haraka kuwa eneo kuu la utafiti katika biolojia ya mabadiliko katika karne ya 21.

Kama vile biolojia ya wanadamu inavyozidi kuwa bora kuliko vile tulivyofikiria, ulimwengu wa vijidudu hupendeza zaidi. Na idadi ya jeni haionekani kuwa na uhusiano wowote nayo.

Kuhusu Mwandishi

Sean Nee, Profesa wa Utafiti wa Sayansi na Usimamizi wa Ekolojia. Pennsylvania Chuo Kikuu cha Jimbo

Makala hii ilichapishwa awali Mazungumzo. Soma awali ya makala.

Vitabu kuhusiana:

at InnerSelf Market na Amazon