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あなたが秘密のメッセージだったら、ヒトゲノムのどこに隠しますか?

人々がSETI(地球外知的生命体の探索)について考えるとき、ラジオ経由で送信されるメッセージを想像します。ジョディ・フォスターはアンテナを調整し、カール・セーガンが熟考した「何十億もの」星系からの信号を拾うことを望んでいます。潜在的な地球外生命体が宇宙にメッセージを送信している可能性があります。もちろん、可能な限り最速の信号キャリアである光を使用したとしても、最も近い星からのメッセージでさえも、何年も待たなければなりません。そしてそれは、私たちが宇宙の 138 億年の歴史のちょうどいいタイミングで耳を傾けていることを前提としています。 今すぐ聞くことができるほど、銀河全体のさまざまな文明が正確に重なっている可能性があります。 エイリアンのメッセージへのメッセージは非常に低い可能性があります.

しかし、宇宙全体に信号を送信する別の潜在的な方法がありますが、それにはかなりの忍耐と専門知識が必要です。それは、遺伝物質内にメッセージを保存することです。メッセージを生物またはウイルスにエンコードし、それを恒星間航海で他の惑星に送信するには、長い待ち時間が必要です。メッセージが待っている目的地の惑星で知的生命体が進化するには、何百年もかかる場合があります。メッセージ、忍耐強く、繁殖力があります。彼らは静かに再生し、情報のバックボーンに隠されたメッセージを伝え、コピーします。ある日、知性ある存在がその周囲 (またはそれ自体の内部) にある重大なメッセージに気付くまで:「あなたは一人じゃない .」

これがサイエンスフィクションの何かのように聞こえる場合、それはそうです.小中学生の頃はスタートレック:ネクストジェネレーションが大好きでした .私はそれで育ちました。そして後のシーズンの 1 つで、この考えを検討したエピソードが放映されました。

この特定のエピソードの筋書きは、スタートレックで一般的に見られる多くの知的種族の中に存在することが判明した遺伝物質の断片を収集するための追跡を中心に展開しています .人間、クリンゴン人、ロミュラン人などはすべて、共通の祖先に関連していることが判明しました。共通の祖先は、私たちの起源に関する情報を配置しました。つまり、私たちの惑星はすべて、この祖先によって生物学的情報がシードされたということです。遺伝子パズルを組み立てるのに必要な生物学的サンプルを求めて、キャラクターをインディ・ジョーンズ風の冒険に駆り立てるという楽しいアイデアです。

この話は、この概念の唯一の例ではなく、SF でパロディの主題になるのに十分なほど登場しています。オンライン コミック ストリップ Dresden Codak の登場人物は、星間鎖であることが判明した地球の DNA に隠されたメッセージを見つけます。この手紙は、「これを [sic] 好きな惑星のうち少なくとも 2 つに転送する」人には「素晴らしい賞品」を約束するものです。

しかし、この概念には明確な科学的系統もあります。 DNA 構造の共同発見者であるフランシス クリックは、指向性パンスペルミアについて考えました。 —生物は地球外生命体によって恒星間を移動したという考え—そして、次のステップへの短い精神的なホップにすぎません。これらの生物の内部でメッセージを送信することです。実際、1970 年代に最初の完全なゲノムが解読された直後に、宇宙人のメッセージについてテストされました。

解読された最初のゲノムは、ΦX174 として知られるバクテリオファージ (細菌に感染するウイルス) の短くて単純な遺伝子配列でした。 大腸菌に感染します 、または調査の著者が刺激的にそれを述べたように、「地球上で唯一の知的な存在の結腸に生息する腸内細菌」。著者らは、2 つの異なるタンパク質のコーディングを担うゲノムのチャンクを取得し、潜在的なメッセージについてその情報を調べようとしました。 DNA のこのセクションは、121 のアミノ酸 (各アミノ酸に 3 つのヌクレオチド、または DNA の「文字」) をコードします。これは、2 つの素数の倍数であるという点で特別な数です。このセクションでは、各アミノ酸が 1 ピクセルで表されるため、常に横 11 ピクセル、下 11 ピクセルになります。分ける以外に方法はありません。研究者たちは、この DNA のストレッチを視覚化するさまざまな方法を試みました。彼らはまた、ゲノムの他の部分も調べました。残念ながら、何も飛び出しませんでした。著者らは、自分たちの研究の欠点のいくつかを指摘しました.1つの特定の惑星上の1つの特定の種に感染するように調整されたウイルスは、バクテリアや真菌のように独立して生きることができるものよりも、星間メッセージの伝達手段として選択される可能性がはるかに低いです.当時、他に調べるゲノムはありませんでした。彼らは持っていたものにとらわれていました。しかし、捜索は始まっていました。

数年後、サル ウイルスがその中の星図の証拠を求めて検査されました。さらに最近では、物理学者の Paul Davies が、それ以降に生成された膨大な量のゲノム情報からメッセージを探すことを提案しました。彼はこれを SETI@Home になぞらえて、市民の家庭用コンピューターを使用して情報を確認する NASA のプロジェクトになぞらえています。知的エイリアンの兆候に関する望遠鏡データの山。

遺伝学者のジョージ・チャーチは、情報が DNA に簡単に保存できることを示しました。彼と彼のチームは、DNA マイクロチップを使用して、本全体を 700 億回も DNA に書き込みました。バクテリオファージを調べた研究者が賢いエイリアンが情報を暗号化しているのではないかと疑ったのと同様に、彼らは情報の各ビットに対して単一のヌクレオチドを使用し、バイナリでエンコードされます.

DNA は室温で安定しており、長期間保存できるため、優れた情報保存メカニズムになる可能性があります。しかし、チャーチが説明するように、ここに問題があります。有機体では、メッセージは細胞全体のごく一部であるため、多くの無駄なスペースがあります.しかし、もっと重要なことは、DNA が細胞に取り込まれるとすぐに、その DNA が維持されず、進化的に有利でなければ、細胞は DNA を変異させ始め、最終的には細胞が DNA を完全に削除することです。」

DNA 結晶の塊が何万年もの間、どこかに留まっているのは 1 つのことです。しかし、そのチャンクは、どんなに安定していても小さいものです。メッセージの伝達手段として実際に機能させたい場合は、複製して広める必要があります。だからあなたはそれを何か生きているものに入れる必要があります。しかし、そうすることで、メッセージが有機体にとっても役に立たない場合、それはすぐに忘却に変わります.

ゲノムの余分な部分にメッセージを書き込むと、これらのセクションは無作為に突然変異する可能性があります。数百万年後に戻ってきてメッセージを読んでみると、情報全体にエラーが落書きされていることがわかります。一方、メッセージが生物の機能にとって重要なものにエンコードされている場合、それは時間の経過とともに保存される可能性がありますが、メッセージの構築方法が大幅に制限されます。重要なタンパク質も作る必要がある場合、「Hello World」を遺伝子配列に書き込むのは困難です。しかし、おそらくそれがこの種のことを実現する唯一の方法です.

バクテリアウイルスを調べた研究者はこれを予想していました.1つではなく2つのタンパク質に関与するゲノムの領域を調べた理由の1つはそれでした.時間の経過とともに変化しないようにする進化的圧力があるため、特に安定している必要があります。

このアイデアに初めて出会ってから何年も経ち、計算生物学の博士号を取得した後、楽しい思考実験としてこのアイデアに戻ってきました。私は、特定の種類の生物学的情報である超保存元素についてテストすることにしました。これらは、200 文字の DNA よりも長いゲノムの数百ストレッチであり、ヒトからラットまで、何億年にもわたる分岐進化によって分離された、さまざまな動物間で完全またはほぼ同一です。メッセージを保持できる場所があるとすれば、それは、10 年以上前に最初に研究された一連の情報かもしれません。 121 のようにたまたま 2 つの素数の積の長さである DNA 塩基のシーケンスのいくつかを調べました。この場合、きれいな正方形または長方形の画像を作成できるシーケンスに興味がありました。 DNA の 4 つの塩基のそれぞれを異なる色で表して、データを視覚化してみました。繰り返しますが、この大ざっぱな検査の後、飛び出したものは何もありませんでした.

しかし、スタートレックのエピソード わかった:祖先の種が多くの惑星の原始的なスープのために開発した種子(最終的にヒューマノイドの生命につながった)にもメッセージが含まれていた.超保存元素に関して言えば、これらの多くは重要な生物学的機能を持っているように思われるため、その中のメッセージは重要な二重の役割を果たします.もちろん、何の役にも立たなくても、ゲノム内にメッセージのコピーを大量に作成すれば、メッセージを持続させることは可能かもしれません。しかし、機能と情報のオーバーラップは、恒星間の長い旅と、誰かがメッセージを読むことができるのを待っている進化の時間による長い遅延の間、はるかに持続する可能性が高い.

繰り返しになりますが、これはサイエンスフィクションにすぎず、私たちの心理に訴えるものにすぎない可能性があります.サイエンス ライターのデニス オーバーバイは、DNA の秘密を見つけたいという私たちの願望を、ビートルズのレコードを逆再生して不可解なメッセージを聞くことにたとえています。本棚の裏に隠された通路や、ニコラス・ケイジのように独立宣言の裏に走り書きされた地図など、私たちの多くが秘密を探すのは自然なことです。

しかし、世界は常にこのように機能するとは限りません。パターンを求める生き物として、パターン、つながり、構造が存在しない場所でも認識します。これは アポフェニア として知られる現象です。 .

それにもかかわらず、地球のDNAに隠されているこれらのメッセージが存在する場合、これを特定するには時間と忍耐が必要です.おそらく、Davies が主張したように、私たちが生成したすべてのデジタル化されたゲノム情報をくまなく調べる大規模な取り組みの時が来ているのでしょう。まさにこれを行うオープンソース プロジェクトは、天文学と生物学の両方に関心のある人にとって、何らかの発見が得られるかどうかにかかわらず、刺激的です。

しかし、可能性が高いことが 1 つあります。見つかったメッセージは、私たちの生存にとって最も貴重な領域で発見されます。それは、私たちの遺伝子を次世代に確実に伝えることができる領域です。それ以下のものは、進化の絶え間ない混乱によってずっと前に一掃された可能性があります.

Samuel Arbesman は、コロラド大学の Silicon Flatirons Center for Law, Technology, and Entrepreneurship の上級非常勤フェローであり、The Half-Life of Facts の著者です。


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