기생충은 자연의 가장 숙련 된 조작 자 중 하나이며, 그들의 특산품 중 하나는 호스트가 비이성적 인 자해의 무모한 행위를하는 것입니다. toxoplasma gondii가 있습니다 , 마우스를 먹기 위해 고양이를 찾기 위해 쥐와 간 Fluke dicrocoelium dendriticum , 개미가 잔디의 날을 오르도록 동기를 부여하여 간식을 위해 배가 고픈 소와 양에 노출시킵니다. spinochordodes tellinii 가 있습니다 , 귀뚜라미가 익사하도록하는 헤어 웜은 웜이 번식하는 데 필요한 물에 접근 할 수 있도록 익사합니다. 호스트의 자기 희생은 그들에게 아무것도 얻지 못하지만 기생충의 숨겨진 의제를 제공하여 자신의 수명주기를 완료 할 수 있습니다.
이제 연구자들은 기생 조작이 자살보다는 이타적인 행동을 촉진 할 수 있는지 여부를 탐구하기 시작했습니다. 그들은 미생물이 동물들이 자신의 종류를 향해 보여주는 많은 이타 적 행동에 근본적으로 책임이 있는지 궁금합니다. 이타주의는 윤리적 또는 전략적으로 정당화하기가 쉽지 않을 수 있지만, 가장 희미한 세상에서 어떻게 지속될 수 있었는지 설명하는 것은 놀랍게도 어렵고 진화론 적 이론가들이 다윈으로 돌아가는 데 의아해했다. 장이나 다른 조직의 미생물이 자신의 이기적인 이유 때문에 숙주를 관대함으로 향하게 할 수 있다면, 이타주의는 수수께끼가 덜 될 수 있습니다.
텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 트리오에 의해 최근에 개발 된 수학적 모델 및 관련 컴퓨터 시뮬레이션 이이 이론을 검증하는 것으로 보입니다. 연구원들은 호스트에서 이타주의를 촉진하는 전염성 미생물이 미생물에 대한 생존 전투에서 이겼다는 것을 보여 주었다. 이 연구는 Nature Communications 에 발표되었습니다 올해 초.
온타리오 주 해밀턴에있는 McMaster University의 생물 학자 인 John Bienenstock은“이 이야기는 호스트 마이크로 바이 옴 관계 측면에서 이타주의를 생각하지 않기 때문에 이야기는 매력적입니다. "버그 인구가하는 일의 가능한 효과를 무시할 수는 없습니다."
다윈이 각 세대에서 가장 강력하고 가장 적합한 개인이 자원을 통제하고 자손을 떠날 가능성이 높다는 그의 이론을 개발할 때에도 그는 이타주의를 괴롭힘 도전으로 인식했습니다. "더 동정적이고 자비로운 부모의 자손이이기적이고 위험한 부모의 자녀보다 더 많은 수로 양육 될 것인지는 매우 의심 스럽다"고 그는 인간의 하강에서 썼다. .
다윈은 개인의 협력 적 행동이 그룹에 자신이 집단적 이점을 주면 이타주의가 살아남을 수 있다고 가정했다. 그런 다음 전체 그룹의 체력은 위로 올라가서 더 이기적인 구성원과 다른 그룹을 능가 할 수 있습니다. 이“그룹 선택”진화 모델은 이후 과학자들에 의해 더욱 발전했으며, 주요 자연 주의자 인 Konrad Lorenz와 같은 강력한 옹호자들을 발견했습니다.
그러나 1960 년대에 John Maynard Smith와 George C. Williams와 같은 영향력있는 진화론 적 이론가들의 작품은 이타 적 특성이 진화론 적 맥락에서 유지하기가 어렵다는 것을 입증함으로써 그룹 선택에 타격을 입었습니다. 이기적인 개인은 여전히 자발적으로 나타나며 더 많은 자손을 갖는 경향이 있으며, 더 많은 종의 종을 모으고 이기심의 지속성을 보장합니다.
생물 학자 William D. Hamilton은 1964 년 Maynard Smith가 Kin Selection이라고 불렀던 전략을 불러서이 문제를 종식시켰다. 해밀턴은 개인의 행동으로 가족 구성원이 이타 적 개인의 자손의 감소를 보상하기 위해 충분한 공유 유전자를 전달할 수있게되면 이타주의가 지속될 수 있다고 제안했다. 이 원칙은 Hamilton 's Rule (C
해밀턴의 규칙은 왜 이타 적 행동이 왜 사회 곤충 인 개미와 꿀벌들 사이에서 진화했는지 설명합니다. Haplodiploid 유전학의 단점 때문에 여성 노동자들은 자매들보다 자매들과 더 많은 유전자를 공유하므로 식민지 여왕 어머니가 더 많은 자매를 생산하도록 도와주기 위해 자신의 열렬함을 희생하는 것이 경쟁력이 있습니다. 그러나 다른 동물과의 관련성은 더 어둡습니다. (1930 년대에 친족 선택의 초기 개념을 탐구 한 유전 학자 J.B.S. Haldane은 때때로 인간으로서 두 형제 나 여덟 명의 사촌을 위해 자신의 삶을 살리겠다고 농담 한 것으로 알려져 있습니다.)
친족 선택은 1970 년대 이래 이타주의를 설명하기 위해 발전된“포괄적 인 체력”이론의 한 예입니다. 그룹 선택의 형태를 포함하는 "다단계 선택"이론은 Binghamton University의 David Sloan Wilson과 같은 생물 학자들에 의해 옹호되었지만 여전히 논쟁의 여지가 있습니다.
텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 진화론 생물 학자이자 프로그래머 인 오드 루인-엑스 슈타인 (Ohad Lewin-Epstein)은“많은 설명이 있지만 여전히 미스터리처럼 들린다”고 말했다. Lilach Hadany의 생물학 연구소의 학생으로서 그는 인구 구성원들 사이의 협력이 새로운 특성의 진화에 어떤 영향을 줄 수 있는지에 대한 연구에 참여했습니다. 팀은 협력의 진화에 대한 고전적인 설명이 전체 이야기가 아니라고 생각했습니다. 특히, IBM Research에서 대학을 방문하는 컴퓨터 과학자 인 Ranit Aharonov와 함께 Hadany와 Lewin-Epstein은 미생물이 다른 사람들을 도울 수 있도록 호스트를 조작 할 수 있는지 궁금해했습니다.
텔 아비브 (Tel Aviv)의 연구원들은 맥락을 빌려주고 한동안 논쟁의 여지가있는 아이디어에 초점을 맞추고 싶었습니다. 전달 가능한 "피기 백"요소가 이타주의를 장려 할 수 있습니까? 2013 년, 취리히 대학교의 생물 학자 인 소차 맥 지티 (Sorcha Mc Ginty)와 그녀의 동료들은 한 박테리아에서 다른 박테리아로 이동하는 유전자 (유전자가 박테리아 공동체 내에서 협력의 진화를 촉진하는 데 도움이된다는 것을 보여주는 컴퓨터 모델을 만들었습니다. 2015 년 파리 데카르트 대학교 (Paris Descartes University)의 한 그룹은 박테리아가 특정 플라스미드를 교환 할 때 플라스미드가 수용자 박테리아를 유전자 정보로 재 프로그래밍하여 공동선에 기여할 수 있음을 실험적으로 입증했습니다. 박테리아는 근처에서 항생제를 파괴하는 단백질을 분비합니다. 이는 전체 박테리아 공동체를 보호하는 전략입니다. Lewin-Epstein과 Hadany에게 이와 같은 결과는 복잡한 호스트 사이를 이동하는 미생물이나 기생충이 협력을 주도 할 수 있는지에 대한 의문을 제기했습니다.
이 질문을 심층적으로 탐구하기 위해 Tel Aviv Group은 수백 개 (그리고 경우에 따라 수천 세대)의 인구 구성원들 사이의 상호 작용을 분석하는 수학적 모델과 컴퓨터 시뮬레이션을 만들었습니다. 이 모델은 이타 적 구성원이 다른 사람들과 상호 작용할 때 체력 비용이 발생했다고 가정했으며, 이타 적 행위를받는 사람들은 혜택을 받았다고 가정했습니다. Lewin-Epstein 은이 연구가 사용하는 이타주의의 정의는 광범위하다고 말합니다.
그런 다음 연구원들은 시뮬레이션에서 두 가지 유형의 가상 미생물을 서로 비교했습니다. 하나의 미생물은 숙주에서 이타를 촉진했지만 두 번째는 그렇지 않았다. 각 세대에서 개인은 두 유형의 미생물이 한 숙주에서 다음 호스트로 전달되는 방식으로 상호 작용했으며, 각 개인의 미생물을 자손으로 전달했습니다. 세대에 걸쳐, 호스트에서 이타주의를 장려하는 미생물은 둘 다 한 호스트에서 다른 호스트로 전달되어 부모에서 자녀로 전달되었을 때 라이벌을 능가했습니다. 이것은“프로-진동 성”미생물의 모집단이 처음에 매우 작았을 때에도 마찬가지입니다. 친수성 미생물 수혜자들은 다른 호스트의 관대함으로부터 혜택을 받았다는 점에서 더 적합했습니다. 즉, 동일한 미생물을 운반하는 자손을 생산할 가능성이 더 높았습니다.
시뮬레이션이 끝날 무렵, 호스트 모집단은 주로 이타주의 촉진 미생물을 운반하는 개인으로 구성되었습니다. 일부 시나리오에서는 100 %의 호스트가 미생물로 끝났습니다. 그 결과는 인구 내에서 이타 적 행동의 지속적인 표현으로 이어졌다. 믹스에 보답을 거부하는 이기적인 호스트가 있었을 때에도 안정적인 수준의 이타주의가 지속되었다. 수학적 모델과 시뮬레이션은 또한 미생물 전송 이타주의가 궁극적으로 유전 적 기원을 가진 이기심보다 숙주 집단 내에서 더 안정적이되었음을 보여 주었다.
Hadany는“이전 작품은 호스트의 관점에서만 이타주의를 고려했다. "클래식 모델이 어떤 상황에서 이타주의의 진화를 설명 할 때, 이것은 더 넓은 조건 하에서 이타주의의 진화를 설명 할 수있다." 장내 미생물을 연구하는 버클리 캘리포니아 대학교의 진화 생물 학자 인 앤드류 모러 (Andrew Moeller)는 이번 조사 결과가 추가 연구를 보장한다고 말했다. "미생물은 동물 숙주의 행동에 영향을 줄 수 있으므로, 미생물이 이타적인 행동을 촉진 할 수있는 가능성의 영역을 벗어나지 않습니다."
일부 연구는 미생물이 숙주의 뇌 기능과 사회적 행동을 제어 할 수있는 수단을 탐구했습니다. 예를 들어, 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학의 생물학자인 일레인 하시아오 (Elaine Hsiao)는 최근 건강한 결장 장의 미생물이 신경 전달 물질 세로토닌을 생성하여 혈액에서 순환하는 것을 관찰했습니다. 세로토닌은 장 근육 톤에 영향을 미치지 만, Prozac과 같은 약물이 불안과 우울증의 증상을 완화하기 위해 행동하는 신경 전달 물질이기도합니다.
그리고 다양한 동물 연구에 따르면, 장내 식물은 주최자의 사회적 상호 작용을 변경하는 방식으로 신경 및 내분비 기능을 변화시킵니다. 동물 행동 학생 인 Isvarya Venu는 2014 년 McMaster University에서 열린 연구에서 과일 파리 유충이 박테리아에 의해 방출 된 공중 화학 물질에 매력적이라는 것을 발견했습니다. 매력적인 향기는 유충을 서로에게 끌어들일 수 있습니다. (이 조작은 박테리아를 새로운 잠재적 숙주에 더 가깝게함으로써 박테리아에 도움이 될 수 있습니다.) 숙주의 미생물 군집 조성과 그 결과 행동 사이의 연결은 "미생물 총-빵 축"으로 알려져 있습니다. 그렇다면 미생물 생산 화합물이 관대 한 충동을 일으키는 신경 과정에 영향을 줄 수 있다는 것은 아직 입증되지 않았지만 가능합니다.
자연 통신 에서 제기 된 또 다른 질문 종이는 이타주의 촉진 미생물의 존재가 미생물과 숙주 사이의 진화 적 무기 경주를 시작할 수 있는지 여부입니다. 결국 미생물에 의해 조작되는 것을 저항하는 것은 호스트의 최선의 이익 일 수 있습니다. 그러한 저항은 숙주가 더 많은 자원을 유지하여 생존 가능성을 높일 수 있음을 의미합니다. Hadany는“숙주가 미생물의 조작에 내성을 갖는 돌연변이를 가지고 있다면, 호스트는 이타 적으로 덜 행동하기 시작할 수있다”고 Hadany는 말했다.
그러나 미생물은 호스트를 조작하는 새로운 방법을 찾거나 심지어 윈윈 거래를 시작함으로써 다음과 같이 반응 할 수 있다고 덧붙였다. 그러나 어떤 사람이 어떤 혜택을 더하는지에 관계없이, 미생물은 일반적으로 하나의 주요 영역에서 숙주에 가장자리를 가지고 있다고 그녀는 다음과 같이 말했습니다 :“더 많은 미생물 세대가 더 많아서 미생물은 진화 적 이점이 있습니다.”
Hadany와 Lewin-Epstein의 이론이 유지되면 장내 미생물에 영향을 미치는 의학적 중재에 접근하는 방법에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 미생물이 이타주의와 같은 사회적 행동에 영향을 미치면, 항생제 나 프로바이오틱스 복용과 같은 미생물 균형을 변화시키는 일을하는 것은 정상적인 행동의 일부인 조작을 약화 시키거나 강화하여 서로를 어떻게 대우하는지 재구성 할 수 있습니다. 예를 들어, 한 그룹의 피험자에게 많은 양의 항생제가 주어지고 다른 그룹이 치료되지 않은 상태에서 어떻게 될까요? 현재 미생물 조작기를 제거하는 처리 된 그룹이 처리되지 않은 것보다 더 이기적으로 행동할까요?
초기 실험 결과는 항생제 사용과 사회적 행동 사이의 적어도 어느 정도의 연관성을 지적합니다. Bienenstock은 자궁에서 저용량 항생제에 마우스를 노출시킬 때, 곧 출생 직후에 처리 된 마우스는 대조군에서 마우스보다 낮은 수준의 사교성과 더 높은 수준의 공격성을 나타 냈습니다. 결과 Bienenstock은 2017 년 4 월에보고 된 결과가 필요할 수 있기 때문에 Bienenstock은 원인을 확인하기 위해 수행되어야합니다. 그러나 Bienenstock은“매우 좋은 기회는 이것이 뇌가 필요로하는 [직원] 박테리아에 영향을 미칠 것”이라고 말했다. 이러한 생물학적 빌딩 블록이 공급이 부족할 때, 뇌의 정상적인 사회 프로그램은 최적으로 기능하지 않는다고 생각합니다. 적어도 이론적으로는 더 많은 이기적인 개인을 일으킬 수 있습니다.
그러나 Bienenstock과 그의 동료들은 항생제 사용이 마우스의 사회적 정통에 어떤 영향을 미치는지 살펴 보았지만 항생제가 어떻게 이타 적 행동에 어떤 영향을 미칠 수 있는지 평가하지 않았습니다. 텔 아비브 대학교 (Tel Aviv University)의 행동 생태학자인 아르 논트 템 (Arnon Lotem)은 항생제를받는 동물이 더 높거나 낮은 수준의 도움 행동을 보이는지 여부를 평가하는 실험을 만드는 것입니다. (Lotem은 Lewin-Epstein과 Hadany의 연구에 관여하지 않습니다.) 연구는 다양한 연령대의 주제에 대해 실행하여 잠재적 인“이기심 효과”가 특정 단계에서 가장 강한 지 여부를 결정할 수 있습니다. Lotem은“어쩌면 아무 일도 일어나지 않을 것입니다. 그것은 옳지 않은 것으로 판명 될 좋은 아이디어로 끝날 것입니다. 그러나 이론이 옳다면 그는“놀랍습니다.”
Hadany와 그녀의 동료들은 항생제가 사회 곤충의 행동에 어떤 영향을 미치는지 평가함으로써 실험실에서 자신의 이론을 테스트하는 과정에 있습니다. Hadany는“모델에 대한 우리의 일반적인 예측은 미생물 군집을 극적으로 변화시키는 치료가 이타 적 행동의 경향을 낮출 수 있다는 것입니다. 그녀는 또한 개에서 인간, 인간, 또는 다른 방식으로 미생물을 전염시키는 산재의 전염이 동물 모델을 사용하여 테스트 할 수있는 또 다른 예측에 영향을 줄 수 있다고 추측합니다.
다른 사람과 관련이있는 방법에 대한 근본적인 결정이 보이지 않는 미생물 카발로 인도되면, 미래의 발견은 관대함에 대한 이해에 깊이와 복잡성을 더할 것입니다. Bienenstock은 숙주 행동에 미생물 영향의 존재를 증명하면 우리의 생각과 행동에 대한 통제에 대한 기본 가정을 향상시킬 수 있다고 지적합니다. "각 단일 유기체는 박테리아, 바이러스 등과 관련이 있습니다." "호스트를 보지 않고는 이타주의를 볼 수 없습니다." Hadany는 그녀의 연구가 자유 의지에 대한 그녀의 개념을 변화 시켰다고 말했다. “어떤 행동이든 - 나는 지금 생각하고 있습니다.‘나입니까, 아니면 미생물입니까?’”
