Hvor mange gener tager det for at skabe en person?

Hvor mange gener tager det for at skabe en person?De enkle byggesten i neuroner sammen skaber enorm kompleksitet. UCI Research / Ardy Rahman, CC BY-NC

Vi mennesker kan lide at tænke på os selv som på toppen af ​​bunken sammenlignet med alle de andre levende ting på vores planet. Livet har udviklet sig over tre milliarder år fra enkle encellede skabninger til flercellede planter og dyr, der kommer i alle former og størrelser og evner. Ud over den voksende økologiske kompleksitet har vi gennem livets historie også set udviklingen af ​​intelligens, komplekse samfund og teknologiske opfindelser, indtil vi i dag ankommer til mennesker, der flyver rundt i verden på 35,000 fod og diskuterer filmen under flyvning.

Det er naturligt at tænke på livets historie som fremskridt fra det enkle til det komplekseog at forvente, at dette afspejles i stigende genantal. Vi har lyst til at gå foran med vores overlegne intellekt og globale dominans; forventningen var, at da vi er den mest komplekse væsen, ville vi have det mest detaljerede sæt gener.

Denne formodning virker logisk, men jo mere forskere finder ud af forskellige genomer, jo mere mangelfuld ser det ud. For omkring et halvt århundrede siden var det anslåede antal menneskelige gener i millioner. I dag er vi nede på omkring 20,000. Vi ved nu for eksempel, at bananer med deres 30,000 generhar 50 procent flere gener, end vi har.

Da forskere udtænker nye måder at tælle ikke kun de gener, en organisme har, men også dem, den har, der er overflødige, er der en klar konvergens mellem antallet af gener i det, vi altid har betragtet som de enkleste livsformer - vira - det mest komplekse - os. Det er tid til at genoverveje spørgsmålet om, hvordan en organisms kompleksitet afspejles i dens genom.

gennumreDet konvergerende estimerede antal gener i en person versus en kæmpe virus. Human linje viser gennemsnitligt estimat med stiplet linje, der repræsenterer estimeret antal nødvendige gener. Numrene vist for vira er for MS2 (1976), HIV (1985), gigantiske vira fra 2004 og gennemsnitligt T4-antal i 1990'erne. Sean Nee, CC BY

Optælling af generne

Vi kan tænke på alle vores gener sammen som opskrifterne i en kogebog for os. De er skrevet med bogstaverne i DNA-baserne - forkortet ACGT. Genene giver instruktioner om, hvordan og hvornår de proteiner, du er lavet af, og som udfører alle livets funktioner i din krop, skal samles. EN typisk gen kræver ca. 1000 bogstaver. Sammen med miljøet og erfaringen er gener ansvarlige for hvad og hvem vi er - så det er interessant at vide, hvor mange gener der udgør en hel organisme.

Når vi taler om antal gener, kan vi vise det faktiske antal for vira, men kun estimaterne for mennesker af en vigtig grund. En udfordre tæller gener i eukaryoter - som inkluderer os, bananer og gær som Candida - er, at vores gener ikke er opstillet som ænder i træk.

Vores genetiske opskrifter er arrangeret, som om kogebogens sider alle er blevet revet ud og blandet med tre milliarder andre breve, ca. 50 procent hvoraf faktisk beskriver inaktiverede, døde vira. Så i eukaryoter er det svært at tælle op de gener, der har vitale funktioner, og adskille dem fra det, der er fremmet.

I modsætning hertil tæller gener i vira - og bakterier, som kan have 10,000 gener - er relativt let. Dette skyldes, at råmaterialet i gener - nukleinsyrer - er relativt dyrt for små skabninger, så der er et stærkt valg for at slette unødvendige sekvenser. Faktisk er den virkelige udfordring for vira at opdage dem i første omgang. Det er forbløffende, at alt sammen store virusopdagelser, inklusive HIV, er slet ikke lavet ved sekventering, men ved gamle metoder som forstørrelse af dem visuelt og se på deres morfologi. Fortsatte fremskridt inden for molekylær teknologi har lært os det bemærkelsesværdige mangfoldigheden af ​​virosfæren, men kan kun hjælpe os med at tælle generne for noget, vi allerede ved, eksisterer.


 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

Blomstrer med endnu færre

Antallet af gener, vi faktisk har brug for for et sundt liv, er sandsynligvis endnu lavere end det nuværende skøn på 20,000 i hele vores genom. En forfatter af en nylig undersøgelse har med rimelighed ekstrapoleret, at antallet af essentielle gener for mennesker kan være meget lavere.

Disse forskere kiggede på tusinder af raske voksne, på udkig efter naturligt forekommende "knockouts" hvor funktionerne til bestemte gener er fraværende. Alle vores gener kommer i to kopier - en fra hver forælder. Normalt kan en aktiv kopi kompensere, hvis den anden er inaktiv, og det er svært at finde folk med både kopier inaktiveret, fordi inaktiverede gener er naturligt sjældne.

Knockout-gener er ret nemme at studere med laboratorierotter ved hjælp af moderne gentekniske teknikker til at inaktivere begge kopier af bestemte gener efter eget valg eller endda fjerne dem helt og se, hvad der sker. Men menneskelige studier kræver befolkninger af mennesker, der bor i samfund med medicinske teknologier fra det 21. århundrede og kendte stamtavler, der er egnede til de krævede genetiske og statistiske analyser. Islændinge er en nyttig befolkning, og det britisk-pakistanske folk i denne undersøgelse er en anden.

Denne forskning fandt over 700 gener, som kan slås ud uden tydelige sundhedsmæssige konsekvenser. For eksempel var en overraskende opdagelse, at PRDM9-genet - som spiller en afgørende rolle i musens fertilitet - også kan slås ud hos mennesker uden skadelige virkninger.

Ekstrapolering af analysen ud over den menneskelige knockouts-undersøgelse fører til et skøn at der kun er brug for 3,000 humane gener for at opbygge et sundt menneske. Dette er i samme ballpark som antallet af gener i “kæmpe vira". Pandoravirus, udvundet af 30,000 år gammel sibirisk is i 2014, er den største hidtil kendte virus og har 2,500 gener.

Så hvilke gener har vi brug for? Vi ved ikke engang, hvad en fjerdedel af menneskelige gener faktisk gør, og dette er avanceret sammenlignet med vores viden om andre arter.

Kompleksitet stammer fra det meget enkle

Men uanset om det endelige antal menneskelige gener er 20,000 eller 3,000 eller noget andet, er pointen, at når det kommer til forståelse af kompleksitet, betyder størrelse virkelig ikke noget. Vi har kendt dette i lang tid i mindst to sammenhænge og er lige begyndt at forstå den tredje.

Alan Turing, matematikeren og WWII kode breaker etablerede teorien om multicellular udvikling. Han studerede enkle matematiske modeller, nu kaldet “reaktionsdiffusion” -processer, hvor et lille antal kemikalier - kun to i Turings model - diffunderer og reagerer med hinanden. Med enkle regler for deres reaktioner, disse modeller kan generere pålideligt meget komplekse, men alligevel sammenhængende strukturer der let ses. Så de biologiske strukturer af planter og dyr kræver ikke kompleks programmering.

Tilsvarende er det indlysende, at 100 billioner forbindelser i den menneskelige hjerne, som virkelig gør os til, hvem vi er, kan umuligt genetisk programmeres individuelt. Det nylige gennembrud inden for kunstig intelligens er baseret på neurale netværk; disse er computermodeller i hjernen, hvor enkle elementer - svarende til neuroner - etablerer deres egne forbindelser gennem interaktion med verden. Det resultaterne har været spektakulære inden for anvendte områder såsom håndskriftgenkendelse og medicinsk diagnose, og Google har inviteret offentligheden til spille spil med og observere drømme af dets AI'er.

Mikrober går ud over grundlæggende

Så det er klart, at en enkelt celle ikke behøver at være meget kompliceret for et stort antal af dem for at producere meget komplekse resultater. Derfor bør det ikke komme som en stor overraskelse, at antallet af humane gen kan have samme størrelse som enkeltcellede mikrober som vira og bakterier.

Hvad der kommer overraskende er det omvendte - at små mikrober kan have rige, komplekse liv. Der er et voksende studieretning - kaldet “sociomikrobiologi”- der undersøger mikrobernes ekstraordinært komplekse sociale liv, som står op i sammenligning med vores egne. Mine egne bidrag til disse områder vedrører at give vira deres retmæssige plads i denne usynlige sæbeopera.

Vi er blevet opmærksomme i det sidste årti, at mikrober bruger over 90 procent af deres liv som biofilm, som bedst kan betragtes som biologisk væv. Faktisk har mange biofilm systemer til elektrisk kommunikation mellem celler, som hjernevæv, hvilket gør dem til en model til at studere hjernesygdomme som migræne og epilepsi.

Biofilm kan også betragtes som ”byer med mikrober, ”Og integrationen af sociomikrobiologi og medicinsk forskning er gør hurtige fremskridt inden for mange områder, såsom behandling af cystisk fibrose. Det sociale liv for mikrober i disse byer - komplet med samarbejde, konflikt, sandhed, løgne og endda selvmord - bliver hurtigt det største studieområde i evolutionær biologi i det 21. århundrede.

Ligesom menneskers biologi bliver stærkt mindre fremragende, end vi havde troet, bliver mikrobernes verden meget mere interessant. Og antallet af gener ser ikke ud til at have noget at gøre med det.

Om forfatteren

Sean Nee, forskningsprofessor i økosystemvidenskab og ledelse, Pennsylvania State University

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den The Conversation. Læs oprindelige artikel.

Relaterede Bøger:

at InnerSelf Market og Amazon

 

Du vil måske også kunne lide

følg InnerSelf på

facebook ikontwitter-ikonyoutube-ikoninstagram ikonpintrest ikonrss ikon

 Få det nyeste via e-mail

Ugeblad Daglig inspiration

TILGÆNGELIGE SPROG

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeeliwhihuiditjakomsnofaplptroruesswsvthtrukurvi

MEST LÆS

mindfulness og dans mental sundhed 4 27
Hvordan Mindfulness og dans kan forbedre mental sundhed
by Adrianna Mendrek, Bishop's University
I årtier blev den somatosensoriske cortex anset for kun at være ansvarlig for behandling af sensoriske...
oplader ude af stand 9 19
Ny USB-C-opladerregel viser, hvordan EU-regulatorer træffer beslutninger for verden
by Renaud Foucart, Lancaster University
Har du nogensinde lånt en vens oplader kun for at finde ud af, at den ikke er kompatibel med din telefon? Eller…
social stress og aldring 6 17
Hvordan social stress kan fremskynde immunsystemets aldring
by Eric Klopack, University of Southern California
Efterhånden som mennesker bliver ældre, begynder deres immunsystem naturligt at falde. Denne ældning af immunsystemet,...
fødevarer sundere, når de tilberedes 6 19
9 grøntsager, der er sundere, når de koges
by Laura Brown, Teesside University
Ikke al mad er mere nærende, når den spises rå. Nogle grøntsager er faktisk mere...
intermetten faste 6 17
Er intermitterende faste faktisk godt for vægttab?
by David Clayton, Nottingham Trent University
Hvis du er en person, der har tænkt på at tabe dig eller har ønsket at blive sundere i de sidste par...
mand. kvinde og barn på stranden
Er dette dagen? Fars dag-omlægning
by Will Wilkinson
Det er fars dag. Hvad er den symbolske betydning? Kunne der ske noget livsændrende i dag i din...
problemer med at betale regninger og mental sundhed 6 19
Besvær med at betale regninger kan tage hårdt på fædres mentale helbred
by Joyce Y. Lee, Ohio State University
Tidligere fattigdomsforskning er primært blevet udført med mødre, med et overvejende fokus på lav...
sundhedsvirkninger af bpa 6 19
Hvilke årtiers forskning dokumenterer sundhedseffekterne af BPA
by Tracey Woodruff, University of California, San Francisco
Uanset om du har hørt om det kemiske stof bisphenol A, bedre kendt som BPA, viser undersøgelser, at...

Nye holdninger - nye muligheder

InnerSelf.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | InnerSelf Marked
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf-publikationer. Alle rettigheder forbeholdes.