Michael Lässig는 2030 년 1 월 19 일 밤 독일 쾰른에있는 집에서 나가면 여전히 살아 있고 하늘이 분명하다고 가정하면 보름달이 보일 것입니다.
.Lässig의 자신감은 미래에서받는 심령 메시지에서 나오지 않습니다. 그는 물리학이 그에게 그렇게 말하기 때문에 달이 가득 차 있다는 것을 알고 있습니다. 쾰른 대학교의 물리학 자 Lässig는“물리 전체는 예측에 관한 것이며, 우리는 그것을 능가했습니다. “오늘날 달이 어디에 있는지 알면 내일의 달이 어디에 있는지 알 수 있습니다. 우리는 천년에 그것이 어디에 있을지 알 수 있습니다.”
그의 경력 초기에 Lässig는 양자 입자에 대해 예측했지만 1990 년대에는 생물학으로 바뀌어 유전자가 어떻게 진화했는지 탐구했습니다. 그의 연구에서 Lässig는 시간을 되돌아보고 진화 역사를 재구성했습니다. Evolution의 미래를 앞서 보는 것은 생물 학자들이 귀찮게하는 것이 아닙니다. 달의 움직임을 예측하는 것이 가능할 수도 있지만 생물학은 너무 복잡하여 진화를 예측하려고하는 것은 바보의 심부름처럼 보였습니다.
그러나 최근에 진화는 놀랍게도 예측 가능해 보이기 시작했습니다. Lässig는 곧 진화론 적 예측을 할 수 있다고 생각합니다. 과학자들은 지금부터 1 억 년이 될 수있는 삶을 예측하지 못할 수도 있지만 향후 몇 달 또는 몇 년 동안 단기 예측을 할 수 있습니다. 그리고 바이러스 나 다른 건강 위협에 대해 예측하고 있다면 그 과정에서 생명을 구할 수 있습니다.
Lässsig는“예측 가능성의 몇 가지 예를 수집함에 따라 진화 생물학의 전체 목표가 바뀝니다.
생명 테이프를 재생
진화론 생물 학자들이 왜 예측을 혐오했는지 이해하고 싶다면 고생물학 자의 후기 인 Stephen Jay Gould의 1989 년 책인“Wonderful Life”를 읽으십시오.
이 책은 5 억 년 전에 일어난 진화론 적 혁신의 혼란 인 캄브리아기 폭발에 관한 것이 었습니다. 오늘날의 많은 주요 동물 그룹에서 가장 오래된 화석이 그 당시까지 날짜입니다. 우리 자신의 혈통 인 척추 동물은 먼저 캄브리아기 폭발에 나타났습니다.
그러나 굴드는 자신의 책을 썼을 때 더 깊은 질문을 염두에 두었습니다. 지구상의 생명에 관한 모든 것을 50 억 년 전에 알고 있다면, 인간이 결국 진화 할 것이라고 예측할 수 있습니까?
Gould는 생각하지 않았습니다. 그는 심지어 과학자들이 오늘날 어떤 척추 동물도 여전히 지구상에있을 것이라고 안전하게 예측할 수 있다고 의심했다. 그는 무작위 진화론 적 돌풍에 의해 삶이 끊임없이 뷔페 일 때 어떻게 그들이 어떻게 주장했을까요? 자연 선택은 예측할 수없는 돌연변이에 의존하며, 일단 종이 나오면, 그 운명은 바이러스 성 발병에서 대륙 표류, 화산 분출 및 소행성 영향에 이르기까지 모든 종류의 힘에 의해 영향을받을 수 있습니다. Gould는 우리의 지속적인 존재는 수천 개의 행복한 사고의 결과입니다.
그의 주장을 설명하기 위해 Gould는 독자들에게 그가“Life 's Tape를 재생하는”실험을 상상하게했습니다. "당신은 되감기 버튼을 누르고 실제로 일어난 모든 것을 철저히 지우도록하고 과거의 시간과 장소로 돌아가십시오." "그런 다음 테이프를 다시 실행하고 반복이 원본처럼 보이는지 확인하십시오." Gould는 그렇지 않을 것이라고 베팅했다.
Gould는 그것을 사고 실험으로 만 제공했지만 삶의 테이프를 재생하는 개념은 견뎌냈습니다. 자연은 때때로 그의 제안의 정신을 포착하는 실험을 실행하기 때문입니다.
예측 가능한 도마뱀
실험이 예측 가능하려면 반복 할 수 있어야합니다. 초기 조건이 동일하면 최종 조건도 동일해야합니다. 예를 들어, 그릇의 가장자리에 놓인 대리석은 동작이 반복되는 횟수에 관계없이 그릇의 바닥에서 끝납니다.
생물 학자들은 진화가 사실상 동일한 실험을 여러 번 수행 한 사례를 발견했습니다. 그리고 어떤 경우에는 자연 실험의 결과가 매번 매우 유사하게 밝혀졌습니다. 다시 말해, 진화는 예측 가능했다.
반복적 인 진화의 가장 눈에 띄는 사례 중 하나가 카리브해에서 발생했습니다. 이 섬에는 수많은 원주민 종의 Anole 도마뱀이 있는데, 이는 엄청난 품종으로 제공됩니다. 도마뱀은 나무 꼭대기, 숲 바닥 및 열린 초원에 살고 있습니다. 그들은 색과 모양의 폭동으로옵니다. 일부는 파란색이고 일부는 녹색이고 일부는 회색입니다. 일부는 크고 대담하고 다른 일부는 작고 부끄러워합니다.
이 다양성이 어떻게 진화했는지 이해하기 위해 하버드 대학교의 조나단 로고스와 그의 학생들은 동물들로부터 DNA를 모았습니다. 그들이 다른 종의 유전 물질을 비교 한 후, 과학자들은 진화 나무를 그렸습니다.
이민자 도마뱀이 새로운 섬에 도착했을 때, 로고스는 후손들이 새로운 종으로 진화 할 수있었습니다. 마치 생명의 도마뱀 테이프가 같은 순간에 다시 wound이고 다시 연주되는 것처럼 보였습니다.
굴드가 옳다면, 각 섬의 진화 패턴은 다른 섬의 패턴처럼 보이지 않을 것입니다. 그러나 진화가 더 예측 가능하다면 도마뱀은 동일한 패턴을 반복하는 경향이 있습니다.
Losos와 그의 학생들은 진화가 때때로 이상한 방향으로 떠오른다는 것을 발견했습니다. 예를 들어, 쿠바에서는 도마뱀 종이 물에서 많은 시간을 보내는 데 적응했습니다. 그것은 물고기를 위해 다이빙하고 심지어 시내 표면을 가로 질러 질주 할 수도 있습니다. 다른 카리브해 섬에서 낚시 도마뱀을 찾을 수 없습니다.
그러나 대부분의 경우 도마뱀 진화는 예측 가능한 패턴을 따랐습니다. 도마뱀이 섬을 식민지화 할 때마다 그들은 같은 형태로 진화했습니다. 각 섬에서 일부 도마뱀은 나무에서 높은 살기에 적응하고, 긴 다리와 스톡 바디와 함께 표면을 잡기 위해 발에 패드를 발전시킵니다. 다른 도마뱀은 나무의 얇은 가지가 아래로 내려 가면서 좁은 자리를 껴안는 데 도움이되는 짧은 다리를 진화시킵니다. 여전히 다른 도마뱀은 잔디와 관목에 사는 데 적응하여 긴 꼬리와 날씬한 트렁크를 발전시킵니다. 섬 뒤에 섬에서 같은 종류의 도마뱀이 진화했습니다.
Losos는“조수가 Gould에 대항하고 있다고 생각합니다. 다른 연구자들은 또한 진화가 반복되는 사례를 찾고 있습니다. 예를 들어, 시클리드 어류가 아프리카의 호수를 식민지화 할 때, 그들은 동일한 범위의 형태로 반복해서 다각화합니다.
"하지만 문제는 :전체 그림은 무엇입니까?" Losos가 물었다. “우리는 그에게 일하는 사례를 체리 따기입니까, 아니면 대부분의 삶이 결정 론적이라는 것을 알게 될 것인가? 아무도 굴드가 완전히 잘못되었다고 말하지 않을 것입니다. 하지만 그들은 자신이 완전히 옳다고 말하지 않을 것입니다.”
테스트 튜브에서의 진화
자연 실험은 드러날 수 있지만 인공 실험은 정확할 수 있습니다. 과학자들은 유기체를 정확히 같은 조건에 넣은 다음 진화가 전개되는 것을 볼 수 있습니다. 미생물은 이런 종류의 연구에 가장 적합합니다. 과학자들은 단일 플라스크에서 수십억 달러를 뒷받침 할 수 있고 미생물은 하루 만에 여러 세대를 통과 할 수 있기 때문입니다. 이 실험 중 가장 장엄한 것은 미시간 주립 대학의 Richard Lenski 실험실에서 26 년 동안 6 만 명 이상의 세대가 진행되었습니다.
Lenski는 단일 e를 사용하여 실험을 시작했습니다. coli 미생물. 그는 12 개의 유전자 동일한 클론으로 나누어서 12 개의 별도 플라스크에 배치했습니다. 각 플라스크에는 렌 스키가 특히 실험을 위해 만든 렌 스키가 물에 혼합 된 화학 물질의 칵테일 인 매체가 포함되어 있습니다. 다른 성분들 중에는 박테리아가 먹이기 위해 포도당이 들어있었습니다. 그러나 그것은 단 몇 시간 만에 소모되는 빈약 한 공급이었습니다. 그런 다음 박테리아는 렌 스키 나 그의 학생들이 미생물로 묶인 액체를 약간 옮길 때까지 다음날 아침까지 그들의 존재를 발전시켜야했다. 새로운 포도당 공급으로 몇 시간 더 자랄 수 있습니다. 미시간 주에있는 렌 스키와 그의 학생들은 매일이 집안일을 반복하고 있습니다.
처음에 Lenski는 무슨 일이 일어날 지 확신하지 못했지만 의심을 가지고있었습니다. 그는 각 박테리아 라인에서 돌연변이가 무작위로 발생할 것으로 예상했다. 어떤 사람들은 미생물이 더 빨리 재현하는 반면 다른 일부는 중립적이거나 유해 할 수 있습니다. Lenski는“나는 그들이 한 방향으로 도망 갈 것이라고 상상했다.
다시 말해, Lenski는 생명 테이프가 각각의 되감기마다 다르게 재생 될 것이라고 생각했습니다. 그러나 그것은 일어난 일이 아닙니다. Lenski가 목격 한 것은 Jonathan Losos가 카리브해에서 문서화 한 진화와 놀랍도록 비슷했습니다.
Lenski와 그의 학생들은 실험에서 진화론 적 이상한 점이 발생하는 것을 목격했습니다. 쿠바 낚시 도마뱀의 미생물 버전. 2003 년 Lenski의 팀은 한 줄의 박테리아가 갑자기 포도당의 먹이에서 구연산염이라는 화합물을 먹이는 것으로 갑자기 전환 한 것을 발견했습니다. 배지에는 구연산염이 함유되어있어 박테리아가 흡수 할 수있는 형태로 철을 유지합니다. 그러나 일반적으로 박테리아는 구연산염 자체를 먹지 않습니다. 실제로, 산소의 존재 하에서 구연산염을 먹을 수 없다는 것은 E. coli의 종으로서의 정의 된 특징 중 하나입니다.
.그러나 Lenski는 또한 그의 실험에서 진화가 여러 번 반복되는 것을 관찰했다. 12 줄 모두 빈도의 빈약 한 식단에서 더 빨리 성장하도록 진화했습니다. 그 개선은 오늘날 구연산염으로 이동하지 않은 11 줄로 계속되었습니다. 인구를 두 배로 늘리는 데 걸리는 두 배의 시간은 70 % 증가했습니다. 그리고 Lenski와 그의 학생들 이이 개선을 생성하기 위해 돌연변이 된 유전자를 정확히 지적했을 때, 그들은 종종 한 줄에서 다음 줄까지 동일합니다.
.Lenski는“실험을 시작할 때 예상 한 것은 아닙니다. “나는 분명히 잘못된 머리였습니다.”
무작위로 얻지 않고 복잡해지기
Lenski의 결과는 다른 과학자들에게 더 복잡한 실험을 설정하도록 영감을주었습니다. 브리티시 컬럼비아 대학교의 수학적 생물 학자 인 마이클도 벨리 (Michael Doebeli)는 어떻게 <> e를 궁금해했다. coli 단지 하나가 아닌 두 종류의 음식이 있으면 진화 할 것입니다. 2000 년대 중반, 그는 렌 스키의 실험의 유일한 필수품 인 포도당을 제공 한 실험과 다른 화합물을 제공했습니다. coli 아세테이트로 알려진 성장할 수 있습니다.
Doebeli는 e를 알았 기 때문에 두 화합물을 선택했습니다. coli 그들을 매우 다르게 취급합니다. 둘 중에서 선택할 때, 아세테이트를 공급하기 위해 분자 기계를 켜기 전에 모든 포도당을 삼켜집니다. 포도당이 더 나은 에너지 원이기 때문입니다. 대조적으로 아세테이트를 먹는다. coli 천천히 자랄 수 있습니다.
Doebeli의 실험에서 놀라운 일이 일어났습니다. 박테리아는 서로 다른 공급 방식으로 특화된 두 종류로 나뉘 었습니다. 한 명의 인구가 포도당에서 성장하는 데 더 잘 적응되었습니다. 이 포도당-전문가들은 설탕이 튀어 나올 때까지 설탕을 먹은 다음 천천히 아세테이트를 먹이기 위해 전환했습니다. 다른 인구는 아세테이트 전문가가되었습니다. 그들은 포도당 공급이 다 떨어지기 전에도 아세테이트를 먹이는 것으로 전환하여 아세테이트에서 상당히 빨리 자랄 수 있도록 진화했습니다.
두 가지 다른 종류의 유기체가 같은 음식을 놓고 경쟁하는 경우, 하나는 다른 하나를 발행하는 것이 일반적입니다. 그러나 Doebeli의 실험에서 두 종류의 박테리아는 안정적인 공존을 개발했습니다. 두 가지 전략은 모두 좋지만 완벽하지 않기 때문입니다. 포도당 전문가들은 빠르게 자라기 시작하지만 포도당이 다 떨어지면 급격히 느려집니다. 반면에 아세테이트-전문가들은 포도당으로부터 많은 혜택을 얻지 못한다. 그러나 포도당이 다 떨어지면 그들은 라이벌보다 더 빨리 자랄 수 있습니다.
Doebeli의 박테리아는 카리브해에서 도마뱀의 진화를 반영했습니다. 도마뱀이 섬에 도착할 때마다, 그들은 각각 고유 한 적응 세트와 같은 많은 형태로 다각화했습니다. Doebeli의 박테리아도 다각화되었으며 플라스크 후 플라스크에서 그렇게했습니다.
이 예측 가능한 진화에 대한 더 깊은 이해를 얻기 위해 Doebeli와 그의 박사후 연구원 인 Matthew Herron은 이러한 실험에서 일부 박테리아의 게놈을 시퀀싱했습니다. 세 가지 개체군에서 그들은 박테리아가 현저한 평행으로 진화했다는 것을 발견했다. 모든 경우에, 같은 많은 유전자가 돌연변이되었다.
Doebeli의 실험은 Lenski보다 더 복잡하지만 여전히 간단합니다. coli 실생활에서 만남. e. coli 장의 거주자로서 수십 개의 화합물을 공급하는 수백 개의 다른 종과 공존하며, 변화하는 수준의 산소와 pH에서 살아남아야하며, 면역계와 불안한 휴전을 협상해야합니다. 포도당과 아세테이트 플라스크에서 대장균의 진화가 예측 가능하더라도, 소화 시스템의 정글에서 박테리아가 어떻게 진화하는지 예측하기가 어려울 것입니다.
그러나 과학자들은 박테리아가 숙주 안에서 예측 가능하게 진화한다는 사실에 놀랐습니다. 포르투갈의 Gulbenkian Institute of Science의 미생물학자인 Isabel Gordo와 동료들은 마우스 내부의 박테리아를 추적 할 수있는 영리한 실험을 설계했습니다. 마우스를 유 전적으로 동일한 집단의 본인을 접종 하였다. coli 클론. 박테리아가 생쥐의 내장에 도착하면 자라서 번식하고 진화하기 시작했습니다. 그리고 일부 박테리아는 마우스의 몸에서 배설물로 수행되었습니다. 과학자들은 실험을 분리했다. coli 배설물에서. 박테리아의 DNA를 검사함으로써 과학자들은 하루에서 다음 날로 진화를 추적 할 수 있습니다.
과학자들은 박테리아가 진화하기 시작하는 데 며칠 밖에 걸리지 않았다는 것을 알았습니다. e의 다른 계보. coli 새로운 돌연변이를 집어 들고 조상보다 더 빨리 재현했습니다. 그리고 반복해서, 그들은 같은 특성을 많이 진화 시켰습니다. 예를 들어, 원래 e. coli 포유류가 설탕을 분해 할 때 마무리하는 갈락 티톨이라는 분자에 노출되면 자라지 못했습니다. 그러나 Gordo의 팀은 E. coli가 마우스 내부의 삶에 적응함에 따라 항상 Galactitol을 견딜 수있는 능력을 진화 시켰다는 것을 발견했습니다. 박테리아는 Lenski의 플라스크 중 하나 또는 카리브해의 섬처럼 살아있는 숙주를 치료했습니다.
진화의 나비 효과
예측 가능한 진화의 각각의 새로운 예는 인상적입니다. 그러나 Losos가 경고 한 것처럼 과학자들이 자연에서 광범위한 패턴을 우연히 발견했는지 확신 할 수 없습니다. 확실히, 더 많은 종을 테스트하는 것이 도움이 될 것입니다. 그러나 Doebeli는 질문에 대해 매우 다른 접근 방식을 취했습니다. 그는 수학을 사용하여 예측 가능한 진화가 전반적으로 어떻게되는지 이해하고 있습니다.
Doebeli의 작품은 Sewall Wright와 같은 유전 학자들이 1900 년대 초에 개발 한 선구적인 아이디어를 이끌어냅니다. Wright는 언덕이 많은 풍경처럼 진화를 묘사했습니다. 풍경의 각 지점은 다른 특성의 조합을 나타냅니다. 예를 들어 도마뱀 다리의 길이 대 트렁크의 너비. 도마뱀 인구는 긴 다리와 좁은 트렁크를 나타내는 풍경의 자리에 위치 할 수 있습니다. 풍경의 또 다른 지점은 짧은 다리와 좁은 트렁크를 나타냅니다. 그리고 다른 방향으로, 긴 다리와 두꺼운 트렁크를 나타내는 지점이 있습니다.
유기체의 특성의 정확한 조합은 재생산의 성공에 영향을 미칩니다. Wright는 진화 환경에서 자리의 상승을 사용하여 그 성공을 기록했습니다. 진화 적 풍경에는 여러 피크가있을 수 있으며, 각각은 가장 좋은 조합 중 하나를 나타냅니다. 그러한 풍경에서 자연 선택은 항상 인구를 언덕을 밀어냅니다. 결국, 인구는 언덕 꼭대기에 도달 할 수 있습니다. 이 시점에서 모든 변화는 자손이 줄어 듭니다. 이론적으로 인구는 계속 유지되어야한다.
진화의 미래는 그러한 풍경을 쉽게 예측하기 쉬운 것처럼 보일 수 있습니다. 과학자들은 단순히 진화 된 풍경의 경사를보고 가장 가까운 언덕을 선을 뽑을 수 있습니다.
Doebeli는“이 견해는 단순히 잘못된 것입니다
인구의 진화가 풍경을 변화시키기 때문입니다. 예를 들어, 박테리아 집단이 새로운 종류의 음식을 먹기 위해 진화한다면, 그 음식에 대한 경쟁은 치열 해집니다. 그 음식을 전문으로하는 이점은 내려 가고 피크가 무너집니다. Doebeli는“실제로 최악의 장소입니다
오르막길을 계속 등반하려면 인구는 다른 봉우리를 향해 새로운 코스로 향해야합니다. 그러나 새로운 방향으로 여행하면서 풍경을 다시 바꾸어줍니다.
최근 칠레 산티아고 대학교의 수학자 인 Doebeli와 Iaroslav Ispolatov는 이러한 복잡한 조건에서 진화가 어떻게 작동하는지 이해하는 모델을 개발했습니다. 그들의 분석은 진화가 날씨와 매우 흡사하다는 것을 시사합니다. 다시 말해서 예측하기가 어렵습니다.
1960 년대 초, 에드워드 로렌츠 (Edward Lorenz)라는 매사추세츠 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 과학자는 날씨의 최초의 수학적 모델 중 하나를 개발했습니다. 그는 기상 학자들이 날씨를 더 정확하게 예측하는 데 도움이되는 반복 가능한 패턴을 드러내기를 바랐다.
그러나 Lorenz는 그 반대를 발견했습니다. 모델의 초기 조건에 대한 작은 변화조차도 시간이 지남에 따라 날씨가 크게 다른 날씨로 이어졌습니다. 다시 말해, Lorenz는 모델의 초기 조건을 완벽한 정확도로 이해하여 변화의 방법에 대한 장기 예측을해야했습니다. 약간의 오류조차도 예측을 망칠 것입니다.
수학자들은 나중에이 감수성 혼란이라고 불렀습니다. 그들은 놀랍게도 단순한 시스템조차도 혼란스럽게 행동한다는 것을 알게 될 것입니다. 혼돈을위한 필수 요소 중 하나는 피드백입니다. 시스템의 한 부분이 다른 부분에 영향을 줄 수있는 능력, 그 반대도 마찬가지입니다. 피드백은 큰 차이를 큰 차이로 증폭시킵니다. Lorenz가 자신의 결과를 발표했을 때, 그는 브라질에서 나비 날개의 플랩이 텍사스에서 토네이도를 출발 할 수 있다고 농담했습니다.
진화에는 피드백도 있습니다. 인구는 진화 적 풍경을 오르기 위해 진화하지만 그 변화는 풍경 자체를 변화시킵니다. 이러한 피드백이 진화에 어떤 영향을 미치는지 확인하기 위해 Doebeli와 Ispolatov가 자체 수학적 모델을 만들었습니다. 그들은 거의 정확히 같은 지점에서 인구를 진화 적 풍경으로 떨어 뜨릴 것입니다. 그리고 그들은 진화하면서 인구를 따랐습니다.
일부 시험에서 과학자들은 몇 가지 특성의 진화 만 추적했지만 다른 특성에서는 많은 것을 추적했습니다. 그들은 단순한 모델에서, 인구는 약간 다른 곳에서 시작했지만 같은 길을 따르는 경향이 있음을 발견했습니다. 다시 말해, 그들의 진화는 예측하기가 상당히 쉬웠습니다.
그러나 과학자들이 한 번에 많은 특성의 진화를 추적했을 때, 그 예측은 사라졌습니다. 거의 동일한 조건에서 시작 했음에도 불구하고 인구는 다른 진화 경로에서 벗어났습니다. 다시 말해, 진화는 혼돈으로 바뀌었다.
Doebeli와 Isplolatov의 연구에 따르면 대부분의 경우 진화가 너무 혼란스러워서 큰 정확도로 예측되지 않습니다. 그들이 옳다면, Losos 및 Lenski와 같은 과학자들이 예측 가능한 진화를 찾는 데있어서 한 성공은 규칙을 증명하는 예외입니다. 진화의 미래는 대부분 날씨의 미래만큼 근본적으로 알 수 없습니다.
이 결론은 Doebeli에서 이상한 것처럼 보일 수 있습니다. 결국, 그는 대장균에 대한 실험을 수행하여 예측 가능한 진화가 얼마나 될 수 있는지 보여주었습니다. 그러나 그는 모순을 본다. "이것은 단지 시간 규모의 문제 일뿐"이라고 그는 말했다. “짧은 기간 동안 충분한 정보가 있다면 예측할 수 있습니다. 하지만 오랜 시간 동안 예측할 수는 없습니다.”
다윈의 선지자
짧은 기간 동안에도 정확한 예측은 생명을 구할 수 있습니다. 기상 학자들은 며칠 전에 위험한 날씨에 대해 상당히 신뢰할 수있는 예측을 할 수 있습니다. 그것은 허리케인보다 앞서 마을을 대피하거나 눈보라를 위해 물품을 마시기에 충분한 시간 일 수 있습니다.
Richard Lenski는 최근의 연구에서 진화론 적 예측이 실질적인 이점을 제공 할 수 있는지에 대한 의문을 제기한다고 생각합니다. "나는 대답이 확실히 그렇다고 생각한다"고 그는 말했다.
가장 설득력있는 예 중 하나는 Lässig에서 나옵니다. 그는 물리학 배경을 사용하여 독감 예측을 위해 노력하고 있습니다.
전 세계적으로 독감은 연간 50 만 명이 사망합니다. 열대 외부의 감염은 매년 겨울의 최고에서 여름의 낮은 곳까지 순환합니다. 독감 백신은 약간의 보호를 제공 할 수 있지만 인플루엔자 바이러스의 빠른 진화는 예방 접종 노력의 움직이는 목표가됩니다.
인플루엔자 바이러스는기도의 세포를 침범하고 분자 기계를 사용하여 새로운 바이러스를 만들어 재현합니다. 많은 새로운 돌연변이 체를 생성하는 조잡한 과정입니다. 그들의 돌연변이 중 일부는 유해하여 바이러스를 무너 뜨려 재현 할 수 없습니다. 그러나 다른 돌연변이는 무해합니다. 그리고 다른 사람들은 새로운 독감 바이러스를 스스로 사본을 만드는 데 더 나은 독감 바이러스를 만들 것입니다.
독감 바이러스가 발전함에 따라 다양한 균주로 분기됩니다. 한 균주에 효과적인 백신은 다른 변형에 대한 보호를 줄입니다. 따라서 백신 제조업체는 독감의 3-4 개의 가장 일반적인 균주를 결합하여 각 독감 시즌마다 최고의 방어를 제공하려고합니다.
그러나이 관행에는 문제가 있습니다. 새로운 시즌의 독감 백신을 제조하는 데 몇 개월이 걸립니다. 북반구의 미국 및 기타 국가에서 백신 제조업체는 2 월에 10 월에 시작되는 독감 시즌에 사용할 균주를 결정해야합니다. 그들은 종종 올바른 예측을합니다. 그러나 때로는 백신으로 덮지 않는 긴장이 예기치 않게 독감 시즌을 지배하게됩니다. Lässig는“무언가 잘못되면 수천 명의 생명 비용이들 수 있습니다.
몇 년 전, Lässsig는 독감의 진화를 연구하기 시작했습니다. 그는 Hemagglutinin이라고 불리는 독감 바이러스의 껍질을 연구하는 빠르게 진화하는 단백질에 집중했습니다. 헤 마글 루티 닌은 우리 세포의 수용체에 걸고 바이러스가 침입 할 수있는 통로를 열어줍니다.
독감에 걸리면, 우리의 면역계는 헤 마글 루티 닌 단백질의 끝을 잡는 항체를 만들어 반응합니다. 항체는 바이러스가 세포를 침범하는 것을 방지하고 면역 세포가 바이러스를 감지하고 죽일 수있게합니다. 독감 백신을 받으면 면역 체계를 촉진하여 아프기 전에도 항체를 만들어서 시작하자마자 감염을 닦을 준비가되어 있습니다.
.과학자들은 독감 시즌에서 40 년 이상 헤 마글 루티 닌 유전자를 시퀀싱 해 왔습니다. Lässig는이 정보의 트로브를 통해 바이러스의 진화를 추적 할 수있었습니다. 그는 헤 마글 루티 닌 단백질의 끝을 변화시키는 대부분의 돌연변이가 바이러스가 항체를 잡기가 어렵 기 때문에 바이러스가 더 재현하는 데 도움이된다는 것을 발견했다. 면역 체계를 탈출하면 더 많은 사본을 만들 수 있습니다.
독감의 각 균주에는 자체 유익한 돌연변이 수집이 있습니다. 그러나 Lässig는 바이러스가 헤 마글 루티 닌 유전자에 유해한 돌연변이를 가지고 있음을 알아 차렸다. 이러한 유해한 돌연변이는 헤 마글 루티 닌을 덜 안정하여 침습을 위해 세포를 열 수 없게 만듭니다.
Lässig에게는 이들 돌연변이가 가까운 시일 내에 어떤 균주가 번성할지 결정할 수있다. 아마도 더 유익한 돌연변이가있는 바이러스는 사람들의 면역 체계를 피할 가능성이 더 높을 것입니다. 그들이 파괴를 피하면 더 많은 사본을 만들 것입니다. 마찬가지로, Lässig는 이론화되었고, 바이러스가 더 유해한 돌연변이가 있었을수록, 세포를 침범하는 데 더 많은 어려움을 겪을 것입니다.
그것이 사실이라면, 그들이 가지고있는 유익하고 유해한 돌연변이의 수에 따라 어떤 균주가 어느 균주가 어느 정도 일반화 될 것인지 예측할 수 있습니다. Columbia University 생물 학자 인 Marta łuksza와 함께 그는 독감의 각 균주의 진화 잠재력을 점수 할 수있는 방법을 생각해 냈습니다. 각각의 유익한 돌연변이에 대해, 균주는 점수를 얻었다. 각각의 유해한 사람에 대해 Lässig와 wuksza는 포인트를 가져갔습니다.
과학자들은 1993 년 이후 샘플링 된 독감의 수천 균주를 검사했습니다. 주어진 연도의 모든 균주에 대한 점수를 계산 한 다음 그 점수를 사용하여 다음 해에 어떻게 지낼 것인지 예측할 것입니다. 그들은 긴장이 약 90 %의 시간이 증가할지 여부를 정확하게 예측합니다. Lässig는“이것은 간단한 절차입니다. "그러나 그것은 합리적으로 잘 작동합니다."
Lässig와 그의 동료들은 이제 예측을 개선 할 방법을 모색하고 있습니다. Lässig는 세계 보건기구가 독감 백신에 포함되어야 할 균주를 결정할 때 상담 할 수있는 미래의 독감 계절에 대해 예측할 수 있기를 희망합니다. "이것은 몇 년의 문제 일 뿐이라고 그는 말했다.
독감이 진화론 적 예측이 전투에 도움이 될 수있는 유일한 질병은 아닙니다. 박테리아는 항생제에 대한 저항성이 빠르게 진화하고 있습니다. 과학자들이 미생물이 취할 경로를 예측할 수 있다면,로드 블록을 설치하기위한 전략을 제시 할 수 있습니다.
예측은 또한 암과 싸우는 데 유용 할 수 있습니다. 세포가 암으로 변할 때, 그들은 그들 자신의 진화를 겪습니다. 암 세포가 나뉘어지면 때때로 그들은 돌연변이를 얻거나 면역 체계의 통지를 피할 수있는 돌연변이를 얻습니다. 종양이 어떻게 진화하는지 예측 한 다음 그에 따라 치료를 계획하는 것이 가능할 수 있습니다.
Lässig는 실질적인 가치를 넘어서 진화를 예측할 수 있다는 점을 깊이 생각합니다. 그것은 진화론 생물학의 과학을 물리 및 화학과 같은 다른 분야에 더 가깝게 만들 것입니다. Lässig는 그가 달의 움직임을 최대한 쉽게 예측할 수있을 것이라고 생각하지는 않지만, 진화가 예측할 수있는 것으로 입증 될 수있는 많은 것이 있기를 희망합니다. "경계가있을 것이지만 우리는 경계가 어디에 있는지 모르겠습니다."
