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生物学の年


ライフ サイエンスにおける今年の最大のストーリーを選ぶことになると、実際に競合するものはありません。これは、COVID-19 のパンデミックが爆発的に拡大した年として、常に記憶されるでしょう。世界中で約 7,800 万人の症例が確認されている新型コロナウイルス、SARS-CoV-2 は、直接的に 170 万人以上の死者を出し、世界経済に打撃を与え、公共の集まりや社交行事をほとんど排除し、人々の学び方や働き方の変革を余儀なくさせました。 、そしてどういうわけかフェイスマスクの着用を政治的行為にしました。 「集団免疫」や「エアロゾル感染」などの疫学的概念は、今では何気ない会話のネタになっています。

悲惨な出来事がありましたが、注目に値する科学が頑張ってきました。その多くは、COVID-19 やその他のウイルス、またはそのような病原体による侵入に対する身体の免疫反応に関する研究です。 SARS-CoV-2 については、パンデミックの初期にはほとんど知られていませんでした。それについて私たちが信じていたことの多くは、他のコロナウイルス、多くの場合、動物、HIV およびエボラ ウイルスの経験に基づいていました。しかし、SARS-CoV-2 に関する研究は急速に蓄積され、その多くはワクチンの潜在的な標的として、ウイルスの表面にある「スパイク」タンパク質に焦点を当てています。新型コロナウイルスに対する新しいワクチンが驚異的な速さで開発されたのは、この仕事のおかげです。

他の科学分野でも進歩が見られ、その多くは Quanta にとって特に興味深いものでした 読者。 「深層学習」人工ニューラル ネットワークは、脳が情報を処理する方法を理解するのに役立つことが証明されています (脳の計算の複雑さは科学者が考えていたよりもはるかに大きいかもしれませんが)。微生物生態学者は、海底のはるか下にある玄武岩の内部に、おそらく 1 億年以上生き残った細胞を発見して驚いた。また、ニュースで最近取り上げられた出来事で睡眠不足になっている場合、それがなぜあなたに悪いのかがついに科学によって明らかになりました.



COVID-19 パンデミックへの対処

COVID-19 が世界中に蔓延する中、政治家、公衆衛生当局、メディアは、COVID-19 がどれほど悪化するか、そして社会や個人がその蔓延を食い止めるために何をすべきかという疑問に頭を悩ませていました。パンデミックの初期には、特定の集団がコロナウイルスに対してより耐性を持っていることや、集団免疫がワクチンなしで拡散を食い止める能力があることについて、過度に希望に満ちた結論を下した人もいました。しかし、昔ながらの隔離 (社会的距離を含む) と SARS-CoV-2 に対するワクチンの研究は、かけがえのないものであることが判明しました。一部の研究者は、野生生物に対するワクチンが、将来のパンデミックを抑制するための最良の希望である可能性があるとさえ推測しています。また、パンデミックによる甚大な被害を慰めるものではありませんが、COVID-19 に焦点を当てた研究により、病気の重症度の遺伝的構成要素と、私たちの免疫防御の見過ごされてきた側面について、より一般的な洞察が得られました.



脳の計算能力を理解する

脳はしばしば有機的なコンピューターと表現されますが、その比較は細部にまで及びます。デジタル コンピューターは、それぞれが基本的に単純なオン/オフ スイッチである何十億とまではいかなくても、何億ものトランジスタの力を利用しています。人間の脳では、1000 億個の相互作用するニューロンが類似の構成要素であり、進行中の研究が示しているように、単純ではありません。研究者たちは、ニューロンの樹状突起アームでさえ情報を処理できるように見えることを理解し始めています。これは、すべてのニューロンがそれ自体で小さなコンピューターのようになる可能性があることを意味します。しかし、コンピューターへの類推には用途があります。 「深層学習」が可能な人工ニューラル ネットワークが知覚の問題に取り組むとき、最もうまく機能するものは、生きている脳の組織構造と非常によく似た組織構造を持っています。どちらのタイプのシステムも同じ計算ソリューションに収束しているように見えます。これは、脳の秘密を解読するためのディープ ネットワークがますます有用なツールになる可能性があることを意味します。



睡眠が不可欠な理由

マクベス氏は、「睡眠は… ほつれたケアの糸を編む」と述べたが、その説明は睡眠の真の重要性を端的に示している。 1 世紀以上にわたる精査の結果、睡眠不足がなぜこれほど致命的なのかを説明できませんでした。今年、ついに答えが見つかりました。予想通り脳内ではなく、腸内でした。ショウジョウバエで実験を行った科学者たちは、不眠が腸内でフリーラジカルの形成を引き起こし、体内に他の問題のカスケードを引き起こす可能性があることを発見しました.興味深いことに、抗酸化物質は損傷を防ぎ、ハエを睡眠の必要から解放しましたが、人間が自分の不眠症の治療法としてそれを試すのは危険なほど時期尚早です.



遺伝子の起源と出口

ランダムな突然変異と DNA の複製は、古い遺伝子に新しいバリエーションを生み出すことができますが、何十年もの間、生物学者は、真に新しい遺伝子がどのように進化して機能を獲得できるかについて、最も曖昧な理解しかありませんでした。多くの科学者は、進化した生命の遺伝的複雑さを考えると、それがまだ可能であることに懐疑的でした.しかし、より最近の発見は、しばしば「ジャンク DNA」と揶揄されるゲノムの範囲内で、新しい遺伝子が日常的に進化しているという圧倒的な証拠を示しています。さらに、これらの新しい遺伝子は、生物の発達と生存にとって、はるかに古い遺伝子と同様に不可欠であると思われます。その理由の 1 つは、種間および生物内での対立が、古い遺伝的解決策を時代遅れにする恐れがあるためです。奇妙なことに、追加の遺伝子が必ずしも生物をより複雑にするわけではありません。実際、研究によると、種の多くの系統で、生物は遺伝子を捨てている間により複雑になりました.



生物学的個性と共生

非常に多くの生物が互いに大きく依存しているため、個性は生物学において滑りやすい概念です。たとえば、アリのコロニーは、個々の昆虫の社会として、または独自のアイデンティティを持つ生物学的集団としてよりよく理解されていますか?それにもかかわらず、2020 年、科学者は生物学における相互依存と個性の間のこのバランスを理解する上で重要な進歩を遂げました。情報理論を武器に、一部の研究者は、生物の個性の程度を定義するための客観的な基準を見つけました。進化生物学者は、5,100 万年前にオオアリとその腸内に生息するバクテリアとの間の重要な共生パートナーシップがどのように形成されたかをまとめました。反対に、他の研究者は、一部の動物が腸内に永続的な微生物がまったくなくても生き残る方法を発見しました.また、粘菌アメーバを研究している科学者は、仲間と歩調を合わせていないように見える「孤独な人」が、集団の秘密の目的を果たすことができることを示しました.

個人をユニークにしているものの一部は、遺伝子と環境の影響の組み合わせであり、それらを形作っています。つまり、自然と育成です。しかし、生物学者は、ランダムな統計的変動、つまり「ノイズ」も重要な要素であることにますます気づき始めています。進化は、多様性の自然な発生源としてノイズを利用する発達プログラムを形作ったようです.



限界に達した生命の深い領域

微生物の生命は、はるか地下、沸騰した温泉、海底の堆積物内で繁栄していることが発見されており、多くの科学者が太陽系の他の惑星や衛星での生命の可能性について希望を持っています.今年、生きた細胞が地球上で最も住みにくい環境のひとつで発見され、生命がいかに根気強く存続できるかが示された。生物学者は、おそらく何億年もの間、日光や栄養素から隔離されていた玄武岩の内部から生きた細胞を抽出しました。細胞は、1000 年に 1 回しか分裂しないほどゆっくりと生きています。さらなる研究により、これらの細胞のいくつかは極端な仮死状態にあり、生存のためにほぼ絶対的な最小量のエネルギーを消費することが示されました.おそらく、これは 2020 年に最も感動的な生物学の教訓です:生命は持続します。



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