작년 여름날, 뉴욕 대학교의 고생물학자인 Timothy Bromage는 키프로스에서 휴가를 보내면서 롤리팝 양고기를 씹고있었습니다. 갑자기 그는 팝을 들었다. 날카로운 고통이 뒤따 랐을 때, 그는 어금니를 깨뜨렸다는 것을 깨달았습니다.
뉴욕으로 돌아온 그의 치과 의사는 치아를 수리하면 3 개월이 걸렸다 고 말했습니다. 치과 의사는“또는 5 분만 줘. “지금 당장 꺼낼 것입니다.”
Bromage는 그것을 꺼내기로 선택했습니다. 그렇게하면, 그는 치아에서 얇은 부분, 몇 년 동안하고 싶었던 일을 만들어 포유류의 영구적 인 이빨에서 공부해온 새로운 종류의 바이오 리듬을 측정 할 수있었습니다. 이것은 잘 연구 된 일주기 리듬이 아니라 종에 따라 2 일에서 14 일까지 더 긴 더 긴 리듬입니다. Bromage는 동물이 얼마나 빨리 자라는 지, 얼마나 오래 살고 있는지에 대한 속도를 설정할 수 있다고 생각합니다.
바이오 리듬은 쥐에서 하루 동안 지속됩니다. 원숭이에서 4 일; 양에서 5 일; 인간의 6-12 일. Bromage는 14 일 리듬을 가진 아시아 코끼리를 포함하여 수십 개의 다른 살아있는 거실 및 화석 포유류 종 에서이 관계를 확인했습니다. (예 :존재 :개는 관계를 따르지 않는 것 같습니다.)
더 큰 포유류 종의 일반적으로 느린 리듬은 의미가 있습니다. 더 큰 동물은 더 긴 동물보다 더 느리게 자랍니다. Bromage는 치아와 뼈의 리듬이 성장 신호를 반영하여 신체의 조직이 정기적으로받는 세포 분열 속도를 높이기위한 성장 신호를 반영한다고 생각합니다. 그러한 신호가 더 자주받을수록 동물이 더 빨리 자랍니다.
체질량에 따른 리듬 간격은 증가 할뿐만 아니라 수명, 수유 길이, 신진 대사 속도, 발정주기 길이 및 신장 크기와 같은 체질량으로 성장하는 다른 특징들과 함께 증가한다는 것을 발견했습니다. 이것은 화석 포유류에서도 한 치아의 성장 리듬을 측정함으로써 신체 크기뿐만 아니라 다른 많은 관련 특징을 결정할 수 있음을 시사합니다.
.Bromage는“치아, 영상의 영구적 인 치아를 던지십시오. 그냥 나에게 던지십시오. 영장류가 무엇인지 말하지 마십시오. 신장 크기, 수명,이 모든 것들을 재구성 할 것입니다.”라고 Bromage는 말했습니다. “자료가 생명의 열쇠를 이해하기 위해 어떤 기회가 제공하는지 믿을 수 없습니다.”
.2010 년 동료와 함께 유명한 Max Planck Research Prize에서 우승 한 후, 그는 동물의 혈액 샘플이 치아 샘플과 동일한 리듬을 반영하는 경우 750,000 유로의 상을 사용했습니다. 이 작업은 비싸고 시간이 많이 걸렸습니다. 특히 생물학의 저렴한 작업 말인 생쥐와 쥐가 여러 날 리듬이 없어서 사용할 수 없기 때문에
.올해 초에 출판 된 그의 결과는 아직 발견을 주장 할만 큼 강력하지 않습니다. 그리고 많은 연대기 학자들은 회의적으로 남아 있습니다.
아직도, "그가 옳다면?" 볼더 콜로라도 대학교의 생물학적 인류 학자 인 로빈 번스타인 (Robin Bernstein)에게 신체 크기의 진화를 연구하고 현재 인간과 비인간 영장류의 성장을 연구 한 물었다. "나는 그가 그의 시간보다 앞서있는 사람들 중 하나라고 생각한다"고 그녀는 말했다. "이것은 아무것도 아니지만, 독창적이고, 정말 흥미 롭고, 더 많은 일을해야한다고 생각합니다."
.뼈 연결
Bromage는 1980 년대 중반 대학원생으로서 치아에 관심을 갖게되었습니다. 당시 연구자들은 나무가 자라면서 매년 고리를내는 것처럼 치아 에나멜은 매일 성장 줄무늬를 내려 놓는다는 것을 알고있었습니다. 일본 연구자들은 1930 년대와 1940 년대에 개, 쥐, 돼지 및 원숭이의 이빨에서 그들을 발견했습니다.
포유류 치아에는 레지 우스 라인이라는 눈에 띄는 줄무늬가 있습니다. 초기 호미니드에서 Bromage는 공부하고 있었고, 7 개의 매일 줄무늬가 각 Retzius 라인을 분리했습니다. 아무도 어떻게 또는 왜 형성했는지 알지 못했지만 Bromage는 초기 호미 니드가 3 살 쯤에 첫 번째 영구 어금니를 폭발했음을 보여주기 위해 마커로 사용할 수있었습니다. 이것은 초기 hominids가 당시에 생각했던 것처럼 현대 인간의 소형 버전이 아니라 Apes와 더 유사하다는 것을 의미했습니다.
1991 년 Bromage는 원숭이의 레지 우스 라인이 초기 호미니드에서 보았던 것처럼 7 개의 일일 성장 라인으로 만 분리되었음을 확인했습니다. 그런 다음 2000 년에 그는 뼈가주기적인 성장 패턴을 가지고 있음을 깨달았습니다. 그는 쥐 뼈에서 라멜라라고 불리는 줄무늬가 하루 만에 자라다는 것을 발견했습니다. 그를 당황하게 한 것은 쥐 라멜라가 인간 라멜라만큼 두껍다는 것입니다. 인간의 뼈가 쥐 뼈보다 훨씬 느리게 자라는 것을 감안할 때 어떻게 될 수 있습니까?
Bromage는“몇 년과 몇 년 동안 이로 인해 저를 괴롭 혔습니다. 그리고 2008 년 어느 날, 그는 박사 학위를 읽었습니다. Macaque Bone Lamellae가 자라면서 4 일이 걸린 그의 학생 중 한 명이 1991 년 원숭이 치아에서 그가 본 Retzius 라인과 마찬가지로 성장하는 데 4 일이 걸립니다. "1991 년부터 그 기억은 내 머리에 침수되었다. 그는 포유 동물이 뼈와 치아에서 같은 성장 기간을 가지고 있다는 것이 궁금할까요? 그렇다면 인간 라멜라는 쥐가 필요로하는 하루보다 훨씬 오래 자라면서 7 일이 걸립니다.
Bromage는이 아이디어를“완전히 새로운 패러다임”이라고 불렀습니다. 그때까지 뼈와 치아가 자라는 방식 사이에는 관련이없는 것으로 생각되었다. 뼈는 치아 나 나무와 같이 점진적이고 측정 가능한 단계에서 자라는 조직으로 간주되지 않았습니다. 그는 치아의시기와 뼈 성장 사이의 가능한 연결은“매우 근본적”이었다. 그는 실험실에서 조직 학적 뼈와 치아 섹션을 점검 한 결과 실제로 뼈와 치아 성장 리듬이 원숭이, 양과 인간에서 동일하다는 것을 발견했습니다.
뇌의 비트
포유 동물 치아와 뼈의 성장 줄무늬에서 Bromage가 보이는 리듬이 성장 신호에 대한 반응이라면, 그 신호는 어디에서 왔습니까? Bromage는 그 근원이 이미 일주기 리듬 인 시상 하부를 생성하는 것으로 알려진 뇌의 동일한 부분이라고 생각합니다. 결국, 그가 연구 한 바이오 리듬의 길이는 항상 하루 종일 배수이며, 일주기 시계는 이미 세포 분열 속도에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다고 말했다. 시상 하부는 일을 할 수 있으므로“왜 완전히 새로운 도구 키트를 발명 했습니까?”라고 그는 물었습니다. 시상 하부에 축적되는 물질 인 것들은 여러 날 주기로 일주기 시계를 조절할 수 있습니다. Bromage는“뇌에 무엇이든지“해야 할 일은 계산하는 것입니다.”라고 Bromage는 말했습니다.
시상 하부는 또한 다른 방식으로 적합합니다. 뇌하수체를 조절합니다. 뇌하수체, 호르몬 땀샘은 전면 영역이 신체 크기를 조절하고 등은 발정주기의 길이를 조절합니다. 아마도 우연히도, 이것은 Bromage가 새로운 바이오 리듬의 길이와 직접적으로 관련이있는 유일한 두 가지 생리 학적 특징입니다.
Bromage는 그의 이론을 테스트하기 시작했습니다. 뇌에서 생성 된 신호가 성장 속도를 조절하면, 혈액은이 신호의 흔적을 가지고 있어야합니다.
Bromage는 돼지로부터 6 밀리 리터 혈액 샘플을 수집하는 데 2 주를 보냈습니다. 그런 다음 그는 33 개의 돼지에서 독립적 인 실험실로 수집 한 1,700 개의 샘플을 배송하여 995 개의 다른 대사 산물 - 신체에 의해 생성 된 생화학 물질을 측정했습니다.
.그는 30 만 달러를 지출 한 후에는 답을 얻었습니다. 알려진 생물학적 기능을 가진 159 명의 가장 집중된 대사 산물 중 108은 매일 리듬을 나타 냈습니다. 다음으로 가장 큰 리듬은 실제로 돼지의 치아와 뼈에서 Bromage가 발견 한 5 일의 리듬과 동일했습니다. 159 개의 대사 산물 중 총 55 개가 그런 식으로 순환하는 반면 20 개만 다른 리듬으로 순환했습니다.
놀랍게도, 그는 각각 3 일 동안 분리 된 5 일의주기를 발견했습니다. 첫 번째는 성장 관련 대사 산물을 함유 한 반면, 두 번째는 생물학적 분자가 분해 될 때 형성되는 대사 산물을 함유 하였다. 이것은 성장이 끝나면 대사 산물을 분해하여 다음 성장주기에서 재활용 할 수있게됩니다. Bromage는“정말 우아한 시스템입니다. "당신은 그것을 보지 않으면 그것에 대해 생각한 적이 없었을 것입니다!"
그는 새로운 바이오 리듬을“Havers-Halberg Oscillation”으로 지명했습니다. 이 이름은 17 세기 후반 뼈 라멜라와 나중에 레지 우스 스트라이프 (Retzius Stripes), 미네소타 대학 (University of Minnesota)의 연대기 학자 인 프란츠 할버그 (Franz Halberg)와 93 세의 나이에 사망 한 크로노이학 (Chronobiology)의 창립 아버지 인 클로프 턴 하버 (Clopton Havers)를 존중합니다.
돼지의 문제
돌이켜 보면 Halberg 이후 리듬의 이름은 가장 현명한 선택이 아닐 수도 있습니다.
Boise State University의 생리 학자 인 Roberto Refinetti는 Cropronobiologists가 여러 날의 생물 부정맥에 대한 주장에 대해 회의적이되었으며 Corcadian Physiology의 교과서 저자는 말했다. 그것은 대체로 Halberg 때문입니다. 그의 경력 초기에 Halberg는 연대기의 선구자였습니다. 그는 심지어“일주기”라는 단어를 만들었습니다. 그러나 나중에 인생에서 그는 많은 증거가없는 더 긴 기간 리듬을 보았다고 주장했다. Refinetti는“그는 정말로 열린 마음을 말하는 것을 좋아했습니다. "어떤 사람들은 자신이 그 이상으로 가고 있다고 생각했습니다."
리피 네티 (Refinetti)는 혈압에서 매주 리듬과 말의 혈액에서 젖산 농도를 찾기 위해 스스로 실패했습니다. 그는 Bromage가 발견 한 돼지의 5 일 리듬이 비교적 최근의 사회적 발명 인 인간의 일주일에 의해 발생했을 수 있다고 생각합니다. 또한, 환경의 어느 것도 수백만 년에 걸쳐 진화하기 위해 매주 리듬을 안내 할 수 없었습니다. 이것을주기 리듬과 대조하여, 밤새주기에 반응하여 분명히 나타났습니다.
Bromage는 돼지가 항상 일정한 조건에 보관 되었기 때문에 그가 발견 한 리듬이 일주일에 의해 발생하지 않을 것이라고 반박했습니다. 또한, 리듬은 Bromage의 이론이 올바른 경우 진화하기 위해 여러 날 환경 신호가 필요하지 않을 것입니다. 그는 성장 관련 화합물을 측정하지 않았기 때문에 말에서 매주 리듬을 보지 못했을 것입니다.
.Halberg의 데이터에 대한 비판에 관해서, Bromage는 Halberg가“지구상의 다른 사람이 없을 때 긴 기간 리듬을 옹호했기 때문에 그의 리듬을 지명했다”고 말했다. Bromage는“나는 그가 말한 모든 것에 동의한다”는 의미는 아닙니다.
아마도 더 어려운 것은 Bromage의 데이터에 대한 통계적 문제 일 것입니다. 실험의 비용과 어려움으로 인해 그가 좋아했던 것보다 짧아졌습니다. 사이클이 너무 적기 때문에 그는 편견없는 방식으로 리듬을 통계적으로 확인할 수 없었습니다. 대신, 상황으로 인해 그는 5 일간의 리듬을 가정하고 그 가정이 통계적으로 유의한지 확인해야했습니다. 그러나 5 일주기를 청구하려면 통계적 이유로 여러주기를 측정해야한다고 멤피스 대학의 연대기 학자 인 앤드류 리우 (Andrew Liu)는 말했다.
Bromage는 실험에 결점이 있음에 동의했습니다. "우리는 정말로 그것을 밀고 있었다"고 말했다. 돼지의 혈액을 더 오랫동안 측정하는 것은 어려웠을 것입니다. 동물은 점점 더 스트레스를 받고 연구가 끝날 때 감염이 나타나기 시작했습니다. Bromage는“모든 사람에게 완전히 새로운 경험 이었기 때문에 완벽하게 이루어지지 않았고 많은 것을 배웠습니다.”라고 Bromage는 말했습니다.
더 나은 데이터를 얻으려면, 그는 한 달 동안 4 일 리듬이있는 붉은 털 원숭이의 혈액을 측정하여 다음 연구에 더 많은주기를 포함시킬 계획입니다. 그는 매카크는 혈액을 섭취하도록 훈련을 받았으며, 연구원들은 돼지와 같은 스트레스 관련 문제를 겪지 않는 동물의 샘플을 가져갈 수있게 해줄 것이라고 덧붙였다.
.Bromage는 돼지의 혈액에서 순환하는 다른 유형의 분자에서 5 일간의 리듬을 발견했으며, 5 일 리듬을 가진 대부분의 사람들은 성장 관련 생물학적 기능을 가지고 있다고 지적했다. 그는 발견이 우연이라고 믿지 않습니다. "그런 일이 일어날 가능성은 천문학적으로 낮다"고 그는 말했다.
이틀간 쥐
혈액 검사만이 연구원이 리듬을 추적 할 수있는 유일한 방법은 아닙니다. 멤피스 대학교의 Liu는 돈이 있다면 일주기 기자 유전자를 사용하여 큰 동물에서 장기적인 리듬을 찾고 싶을지도 모른다고 말했다. 이러한 유전자는 일주기 리듬에 의해 켜지고 생물 학자들이 실시간으로 높은 정밀도로 측정 할 수있는 분자를 생성합니다. Liu는 그러한 유전자를 동물의 시상 하부에 연결하면 일주기 리듬이 어떻게 든 여러 날 일정으로 변조되어 있음을 밝힐 수 있다고 Liu는 말했다. "이것은 할 수 있습니다."라고 그는 말했습니다.“매우 흥미 롭다고 생각합니다.”
그러나 대사 산물 리듬이 실제로 판명 되더라도 Liu와 다른 사람들은 신체 크기를 조절한다는 의미는 아닙니다. 오히려, 그것은 크기가 다른 동물의 다른 성장 속도를 반영 할 수 있습니다. Liu가 설명했듯이,“리듬이있는 피에 무언가를 보았 기 때문에 반드시 의미는 아닙니다.”그것은 원인입니다.
Bromage는 동의했다. "이것은 단지 가설 일뿐"이라고 그는 말했다. "테스트 가능합니다." 이를 테스트하기 위해, 그는 하루에 한 번 분할되는 배양 세포를 생물학적 요인으로 노출시키고 세포의 일주기 리듬을 여러 날 리듬으로 바꿀 수 있습니다. 그는 일단 작동하면 연구자들은“전체 쥐를 이틀 동안 동물로 바꿀 수 있는지 알 수 있다고 말했다.
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