بازی اندروید: سال قبل نقطه عطفی در پیشرفت های مربوط به زیست شناسی بوده است از کشف های ژنتیکی جدید گرفته تا توسعه درمان های نوآورانه و پیشرفت در فناوری های زیستی. در این سال پژوهشگران توانستند با بهره گیری از هوش مصنوعی، ویرایش ژنوم و تحقیقات سلول های بنیادی، مرزهای دانش زیستی را گسترش دهند. در اینجا نگاهی خواهیم داشت به علم زیست شناسی در سالی که پشت سر گذاشتیم.
به گزارش بازی اندروید به نقل از ایسنا، در سالی که پشت سر گذاشتیم، زیست شناسان از هوش مصنوعی برای اکتشافات در مورد مولکول ها و مغز استفاده کردند و فرضیات دیرینه در مورد سیستم ایمنی و آران ای (RNA) را به چالش کشیدند.
خیلی از انواع اکتشافات می توانند شگفت آور و خوشحال کننده باشند، اما تعداد کمی از یافته ها هیجان انگیزتر از فرضیه های ابطال شده هستند که دانشمندان، گاهی اوقات بطور تصادفی، به آنها بر می خورند.
برای نمونه، زیست شناسان برای دهه ها فرض می کردند که سیستم ایمنی خودرا بدون دخالت مغز ما تنظیم می کند. اما در سالی که گذشت، آنها کشف کردند که یک مدار عصبی در ساقه مغز سطوح مولکول های التهابی را بالا و پایین می کند و این کشف برخلاف تصور در آزمایشگاهی با تخصص در ایمونولوژی یا ایمنی شناسی انجام نشد، بلکه آزمایشگاهی با تخصص در حس چشایی انجام شد. شاید برای انجام این کشف نیاز به تغییر دیدگاه بود.
دانشمندان در این سال به تعدادی پیشرفت مهم دیگر در درک اساسی ما از نحوه عملکرد حیات دست پیدا کردند. ابزارهای جدید خصوصاً هوش مصنوعی در زیست شناسی ادغام شده اند و موجب اکتشافات می شوند. پژوهشگران بطور خلاقانه ای درحال بررسی راه های مختلفی هستند که به وسیله آنها چند سلولی ها می تواند به تکامل رسیده باشند، از جمله، در بعضی موارد بررسی می کنند که چرا تکامل اتفاق نیفتاده است. همین طور دانشمندان بهتر درک می کنند که چگونه تغییرات مولکولی کوچک، چهره تکامل و زیست شناسی امروزی را تغییر داده است.
زیست شناسان با انقلاب هوش مصنوعی آشنا می شوند
در سال ۲۰۲۴، به سختی می شد یک هفته را بدون انتشار مقاله بزرگ جدیدی در رابطه با هوش مصنوعی آلفا فولد ۲ (AlphaFold۲) متعلق به شرکت دیپ مایند از زیرمجموعه های گوگل، سپری نمود. آلفافولد۲ یک شبکه عصبی است که می تواند ساختار سه بُعدی یک پروتئین تا شده را از روی رشته تک بُعدی مولکول های اسید آمینه اش پیش بینی نماید.
برای نمونه، در کشف دارو، زیست شناسان از آن برای شناسایی اهداف دارویی جدید و مولکول های روانگردان استفاده کردند. در علوم پایه، آلفافولد ۲ به پژوهشگران کمک کرد تا تکامل ویروسی را بررسی نمایند و پروتئینی را کشف کنند که اسپرم را به تخمک متصل می کند. این پیشرفت های فزاینده نشان دهنده یک تغییر بنیادی در رابطه بین زیست شناسی و علوم کامپیوتر بود.
پل آدامز (Paul Adams) از لابراتوار ملی لارنس برکلی در این مورد می گوید: این امر زیست شناسی ساختاری را از بسیاری جهات مثبت، تغییر می دهد. این فقط موجب می شود این زمینه هیجان انگیزتری برای کار باشد.
چرا آلفا فولد ۲ اهمیت دارد؟
پروتئین ها مولکول های اساسی در بدن موجودات زنده هستند و ساختار سه بُعدی آنها نقش کلیدی در عملکردشان دارد. دانستن شکل دقیق یک پروتئین می تواند در درمان بیماری ها، طراحی داروهای جدید، درک بهتر زیست شناسی سلولی و مهندسی پروتئین های مصنوعی کمک کننده باشد. تا قبل از توسعه آلفافولد پژوهشگران برای تعیین ساختار پروتئین ها از روش هایی مانند کریستالوگرافی پرتو ایکس و میکروسکوپی کرایو-الکترونی استفاده می کردند که بسیار هزینه بر و زمان بر بود. آلفا فولد در مقابل می تواند در عرض چند ساعت ساختار پروتئین ها را با دقت آزمایشگاهی پیش بینی نماید.
در ماه مه، سیستم هوش مصنوعی آلفا فولد ۳ نیز منتشر گردید که شکل پروتئین ها را هنگام تعامل با مولکول های دیگر پیشبینی می کند. سپس، در ماه اکتبر، جایزه نوبل شیمی به جان جامپر (John M. Jumper) و دمیس حسابیس (Demis Hassabis) از دیپ مایند گوگل بعنوان خالقان آلفافولد ۲ و دیوید بیکر (David Baker) از دانشگاه واشنگتن که انقلابی در طراحی پروتئین ها با استفاده از هوش مصنوعی ایجاد کردند، اعطا شد.
لحظات محوری در تکامل: چطور به اینجا رسیدیم؟
این یکی از سؤالات مورد علاقه زیست شناسان است. آنها تمایل دارند منشأ حیات را در چند لحظه مهم در تاریخ تکامل دنبال کنند و در سالی که گذشت نیز در درک چگونگی شروع حیات به گونه ای که ما می شناسیم، پیشرفت کردند.
یک گروه بین رشته ای جدید ترین روش های فیلوژنتیک را که با استفاده از ژن ها و ژنوم ها برای ساختن درختان تکاملی صورت می گیرد، برای ردیابی تمام حیات مدرن تا اجداد مشترک ما، به کار گرفتند. دانشمندان تصور می کنند که هر آنچه که امروز زنده است، از یک سلول باستانی فرضی به نام لوکا (LUCA) که نامش مخفف عبارت «آخرین نیای مشترک جهانی» است، نشأت گرفته است. لوکا نخستین موجودی بوده است که تمامی خاصیت های یک سلول زنده را داشته است و جد همه باکتری ها و یوکاریوت ها بحساب می آید. این سلول بطور مستقیم کشف نشده است.
نوآوری پژوهشگران در روشی بود که احتمال وجود هر یک از هزاران ژن در لوکا را ارزیابی می کرد. این مطالعه نشان داد که لوکا یک سلول شگفت آور و پیچیده است که گاز هیدروژن و دی اکسید کربن را متابولیزه می کند، سیستم ایمنی ابتدایی دارد و احتمالاً در یک اکوسیستم میکروبی زندگی می کند که خود تنها بازمانده آنست. این مطالعه همین طور قدمت لوکا را به حدود ۴.۲ میلیارد سال پیش که قدیمی تر از آن چیزی است که پژوهشگران تصور می کردند، تعیین کرد.
لوکا نخستین موجودی بوده است که تمامی خاصیت های یک سلول زنده را داشته است و جد همه باکتری ها و یوکاریوت ها بحساب می آید.
یکی دیگر از لحظات محوری یا به عبارت بهتر، مجموعه ای از این لحظات، تکامل چند سلولی بود که نه یک دفعه بلکه حداقل ۲۵ بار و احتمالاً بیشتر صورت گرفت. کارل سیمپسون (Carl Simpson)، زیست شناس، ظهور چند سلولی حیوانی را در دوره ای از تاریخ زمین که سیاره یخ زده بود، دنبال کرد. مطالعه دیگری به این پرسش پرداخت که چرا باکتری ها و سایر سلول های پروکاریوتی نتوانستند به حیات چند سلولی پیچیده تکامل یابند. پاسخ می تواند به یک پروسه تکاملی به نام رانش ژنتیکی برسد.
باکتری ها اشکال ساده چند سلولی مانند زندگی بصورت یک کلونی را بوجود آورده اند، اما نسخه های باستانی آنها هیچ گاه مشابه این کار را انجام ندادند. در سالی که گذشت، پژوهشگران دریافتند که فشردن سلول های باستانی می تواند آنها را مجبور به تشکیل کلونی چند سلولی و بافت های سازه مانند کند.
در چین نیز دانشمندان فسیل هایی از یوکاریوت های چند سلولی کشف کردند که قدمت آنها به ۱.۶ میلیارد سال پیش باز می گردد و این جدول زمانی تشکیل یوکاریوت های چندسلولی را حدود ۶۰۰ میلیون سال عقب تر می برد.
ذهن و ادراک غیر انسانی
دانشمندان نسبت به درک جهان به روشی خاص تعصب دارند. ما با چشم می بینیم، با گوش می شنویم و با اندامی پیچیده به طرز معجزه آسایی که از میلیاردها سلول تشکیل شده است، فکر می نماییم. سایر موجودات نیز محیط خودرا حس می کنند، درک می کنند و به آن پاسخ می دهند، اما تصور تجربه آنها دشوار است. در سالی که گذشت، زیست شناسان ما را تشویق کردند که ذهنمان را در این مورد باز نماییم.
در ماه آوریل، گروهی از زیست شناسان، دانشمندان علوم شناختی و فیلسوفان اعلامیه ای را امضا کردند که حمایت علمی از «آگاهی خارق العاده» را به مجموعه گسترده تری از حیوانات، همچون حشرات، خرچنگ ها، اختاپوس ها، ماهی ها، خزندگان و دوزیستان، گسترش می دهد. این موجودات فوق العاده هوشیار این ظرفیت را دارند که احساساتی مانند درد یا لذت یا گرسنگی را تجربه کنند، اما لزوما حالات ذهنی پیچیده تری مانند خودآگاهی را تجربه نمی کنند.
گیاهان به خودی خود هوشیاری ندارند، اما گاهی اوقات نیاز به محاسبات دارند. تحقیقات نشان داد که درختان راش اروپایی می توانند طولانی ترین روز سال را حس کنند. هر ساله درختان در طول ۱۵۰۰ کیلومتر، از انگلستان تا ایتالیا، مانند عقربه های ساعت، تولیدمثل خودرا در منظره ای به نام ماستینگ هماهنگ می کنند. بوم شناسان داده های بالاتر از ۶۰ سال را تحلیل و بررسی کردند تا نشان دهند که راش ها زمان این رویداد را تا انقلاب تابستانی و اوج نور روز درنظر می گیرند. مطالعه دیگری به وجود ادراک در علف هرز رشادی (Arabidopsis) پرداخت. به نظر می آید آنها از فضاهای هوایی بین سلول های خود برای پراکنده کردن نور و ایجاد یک گرادیان از روشن به کم استفاده می نمایند تا بتوانند نور را در حین رشد دنبال کنند.
در سالی که گذشت، همین طور پژوهشگران کشف کردند که باکتری های تک سلولی می توانند تغییر فصول را حس کنند. ساعات شبانه روزی ساده آنها می تواند کوتاه شدن روزها را با نزدیک شدن به زمستان ردیابی کند و به آنها این امکان را می دهد تا برای هوای سردتر آماده شوند، حتی اگر آن زمستان برای چندین نسل بعدتر از آنها از راه برسد.
این دنیای آران ای است و ما فقط در آن زندگی می کنیم
مولکول آران ای از زمان کشفش، چیزی کمتر از دی ان ای درنظر گرفته شده است. این یک مولکول تک رشته ای، بی دوام و تنها یک پیام رسان است. اما تحقیقات بطور درحال افزایشی نشان داده است که آران ای بالاتر از آنچه فکر می نماییم، برای حیات، اهمیت دارد. بیشتر بخش های به اصطلاح غیرکدکننده ژنوم، در حقیقت به صورت مولکول های آران ای رونویسی می شوند که نقش های غیر پیام رسان را در سلول ها مانند تنظیم بیان ژن ها ایفا می کنند. دیدگاه جدیدی درحال ظهور است که بیان می کند خیلی از فرآیندهای ژنوم مهم و پویا ممکنست بوسیله آران ای انجام شوند. این مفهوم توسط کمیته نوبل که جایزه نوبل پزشکی را به محققانی که میکروآران ای (microRNA) را کشف کردند، اعطا کرد، تقویت شد. این مولکول های کوتاه، نوعی تنظیم ژن را امکانپذیر می کنند که زیربنای حیات پیچیده و چند سلولی است. کمیته نوبل جایزه نوبل پزشکی را به «ویکتور امبروس» و «گری راوکون» به خاطر کشف میکرو آران ای و نقش آن در تنظیم ژن بعد از رونویسی اهدا کردند.
تعداد درحال افزایشی از تحقیقات همین طور نشان داده است که آران ای یک ابزار ارتباطی است. سال گذشته، برای نخستین بار، پژوهشگران سلول های باستانی را یافتند که آران ای های غیرکدکننده را در وزیکول های خارج سلولی مبادله می کنند و نوعی سیستم پیامک سلولی برای اشتراک گذاری پیام های کوتاه مدت و بموقع ایجاد می کنند. این کشف تایید نمود که سلول های باستانی، باکتری ها و یوکاریوت ها همگی می توانند این پیام های آران ای را مبادله کنند. گویی انتقال اطلاعات به خارج از سلول ممکنست یکی از نقش های ذاتی آران ای باشد.
در یکی از عجیب ترین اکتشافات سال گذشته، زیست شناسان شکل جدیدی از آران ای بسیار عجیب و غریب را یافتند که دایره های مسطح کوچک تر از ویروس بودند و لقب «ابلیسک» به آنها داده شد. این آران ای های عجیب در باکتری هایی که روده و دهان ما را فراگرفته اند، زندگی می کنند. هنوز کسی نمی داند کار آنها چیست. مارک پیفر (Mark Peifer) از دانشگاه کارولینای شمالی، به نیچر گفته است: دنیا پر از چیزهای جدید است و هنگامی که آغاز به جستجو کنید، آنها را پیدا می کنید.
نگاهی به درون ذهن
یکی از شگفت انگیزترین اکتشافات سال قبل در مورد ادغام مغز و بدن بوده است. بیشتر ایمونولوژیست ها مدت ها بود تصور می کردند که سیستم ایمنی به خودی خود تنظیم می شود. اما برای نخستین بار، پژوهشگران یک مدار عصبی واقع در ساقه مغز پیدا کردند که سیستم ایمنی را تنظیم می کند. این مدار، مولکول های التهابی را در بدن حس می کند و سپس سطح آنها را بالا یا پایین می کند تا از بافت های سالم محافظت کند. این مطالعه نشان دهنده علاقه بیش از پیش به ساختارهایی است که ذهن و بدن را به هم متصل می کنند، مانند عصب واگ یا واگوس که طولانی ترین عصب مغزی است و مغز را برای راهنمایی پاسخ عاطفی به اندام ها پیوند می دهد و سیستم مغزی نخاعی که نخاع و مغز را در مایعی شفاف پوشانده است و سالی که گذشت کشف شد که اعصاب را در سراسر بدن نیز با این مایع می پوشاند.
دنیا پر از چیزهای جدید است و هنگامی که آغاز به کاوش کنید، آنها را پیدا می کنید.در این سال پژوهشگران همین طور در درک چگونگی فعالیت سریع هزاران نورون پیشرفت داشته اند. دانیل بندور (Daniel Bendor) از دانشگاه کالج لندن می گوید: وقتی تجربه ای داریم، نورون ها به ترتیب خاصی فعال می شوند، گویی درحال شنیدن یک ملودی روی پیانو هستند. در طول استراحت و خواب، هیپوکامپ توالی را باردیگر پخش می کند، اما سریعتر و بطور بالقوه صدها یا هزاران بار، موج های الکتریکی بوجود می آورد. با استراحت، این توالی ها به احتمال زیاد در خاطرات دراز مدت تثبیت می شوند.
در مقیاس بسیار کوچک، دانشمندان علوم اعصاب به مطالعه خود برای بازسازی نورون به نورون مغز ادامه می دهند. در سالی که گذشت، دانشمندان گوگل با استفاده از ابزارهای هوش مصنوعی، ۵۰۰۰ تصویر گرفته شده از یک میلی متر مکعب از مغز انسان، یا یک میلیونیم کل ساختار را برای ساختن یک نقشه سه بعدی اعجاب انگیز به هم پیوند زدند. این بخش تقریباً شامل ۵۷ هزار نورون و ۱۵۰ میلیون سیناپس است که ۱.۴ پتابایت داده را در خود جای داده است. همین طور در موردی مشابه، محققان برای نخستین بار از کل مغز مگس سرکه نقشه برداری کردند. این مغز به اندازه یک دانه شن است و بزرگترین مغزی است که تا به امروز بطور کامل نقشه برداری شده است. مغز این جانور با ۱۴۰ هزار نورون در مقایسه با ۸۶ میلیارد نورون در مغز انسان، نقشه برداری شد. مرحله بعدی، قبل از نقشه برداری از یک مغز کامل انسان، مغز موش است که حدود ۱۰۰۰ برابر بیشتر از مغز مگس، نورون دارد.
همانطور که خواندید در سالی که پشت سر گذاشتیم، شاهد اکتشافات قابل توجه و گوناگونی در عرصه زیست شناسی بوده ایم و همانطور که بنظر می رسید هوش مصنوعی نقش پررنگی در این عرصه همچون حوزه های دیگر علمی بازی کرده است. با عنایت به سرعت پیشرفت بیش از پیش حوزه های علمی، انتظار می رود سال پیش رو نیز سرشار از اکتشافات مهم در حوزه زیست شناسی از نوآوری و اکتشافات بنیادی و ژنتیکی گرفته تا تولید دارو و کشف درمان های جدید باشد.
منبع: بازی اندروید
این مطلب را می پسندید؟
(1)
(0)
تازه ترین مطالب مرتبط
نظرات بینندگان در مورد این مطلب