Οι μεγαλύτερες ανακαλύψεις στη βιολογία το 2023 | Περιοδικό Quanta

Οι επαναστάσεις στις βιολογικές επιστήμες μπορούν να λάβουν πολλές μορφές. Μερικές φορές ξεσπούν από τη χρήση ενός καινοτόμου εργαλείου ή την εφεύρεση μιας ριζοσπαστικής θεωρίας που ξαφνικά ανοίγει τόσους πολλούς νέους δρόμους για έρευνα, που μπορεί να αισθάνεται ίλιγγος. Μερικές φορές διαμορφώνονται αργά, μέσα από την αργή συσσώρευση μελετών, καθεμία από τις οποίες αντιπροσωπεύει χρόνια επίπονης δουλειάς, που συλλογικά απομακρύνουν την επικρατούσα σοφία και αποκαλύπτουν ένα ισχυρότερο, καλύτερο πνευματικό πλαίσιο. Και τα δύο είδη επανάστασης απελευθερώνουν χιονοστιβάδες από νέες ιδέες και ιδέες που βελτιώνουν την κατανόησή μας για το πώς λειτουργεί η ζωή.

Αυτό το περασμένο έτος δεν είχε καμία έλλειψη από αυτά. Για παράδειγμα, ερευνητές αναπτύχθηκε με επιτυχία «μοντέλα εμβρύου» — τεχνητά έμβρυα που καλλιεργούνται στο εργαστήριο και ωριμάζουν σαν αληθινά — που έφτασαν σε πιο προχωρημένο αναπτυξιακό στάδιο από ποτέ. Αυτό το επίτευγμα θα μπορούσε τελικά να αποφέρει πολύτιμες νέες γνώσεις για το πώς μεγαλώνουν τα ανθρώπινα έμβρυα, αν και η συζήτηση σχετικά με την ηθική κατάσταση αυτών των μοντέλων φαίνεται επίσης πιθανή. Εν τω μεταξύ, στον κόσμο της νευροεπιστήμης, οι ερευνητές που μελετούν την κατάθλιψη συνέχισαν να το κάνουν απομακρυνθείτε από τη θεωρία που γενικά καθοδηγεί μεγάλο μέρος της έρευνας και της φαρμακευτικής θεραπείας αυτής της ασθένειας για δεκαετίες.

Αλλά αυτά τα είδη βιολογικής επανάστασης περιλαμβάνουν την ανθρώπινη εφευρετικότητα, με τους ερευνητές των βιοεπιστημών να έρχονται σε νέες συνειδητοποιήσεις. Επαναστάσεις συμβαίνουν επίσης στην ίδια τη βιολογία - όταν η εξέλιξη έχει επιτρέψει στους οργανισμούς να κάνουν κάτι άνευ προηγουμένου. Οι βιολόγοι ανακάλυψαν πρόσφατα πολλές περισσότερες περιπτώσεις αυτού του είδους ανακάλυψης.

Η παρακολούθηση του χρόνου, για παράδειγμα, είναι μια λειτουργία που είναι απαραίτητη για όλα τα έμβια όντα, από μικροοργανισμούς που περνούν το χρόνο τους μέχρι την επόμενη κυτταρική διαίρεση έως έμβρυα που αναπτύσσονται άκρα και όργανα, έως πιο πολύπλοκα πλάσματα που παρακολουθούν το πέρασμα της ημέρας και της νύχτας. Ομάδες ερευνητών που συνδέουν εργαστήρια σε όλο τον κόσμο ανακάλυψαν πρόσφατα ότι ορισμένα βασικά χαρακτηριστικά της χρονομέτρησης είναι συνδέονται με τον κυτταρικό μεταβολισμό — που σημαίνει ότι το οργανίδιο που ονομάζεται μιτοχόνδριο είναι ταυτόχρονα γεννήτρια και ρολόι. Άλλες πτυχές της χρονομέτρησης μετρώνται από το την πρόοδο ενός μοριακού μπαλέτου στο οποίο εξειδικευμένες πρωτεΐνες πιρουέται μαζί πριν ξαναχωριστούν.

Οι ερευνητές ελπίζουν επίσης να κάνουν σύντομα σημαντικές ανακαλύψεις τώρα που μπορούν να καλλιεργήσουν μερικά από τα πρωτόγονα, από καιρό χαμένα κύτταρα που ονομάζονται Asgard archaea. Πριν από ένα δισεκατομμύριο χρόνια, τα αρχαία Asgard (ή κύτταρα σαν αυτά) έκαναν το εξωφρενικό βήμα της δημιουργίας μόνιμων συνεργασιών με τους προγόνους των μιτοχονδρίων, γεννώντας έτσι τα πρώτα πολύπλοκα κύτταρα. Τα μυστικά για το πώς και γιατί συνέβη αυτή η βιολογική ανακάλυψη μπορεί να κρύβονται σε αυτές τις εξωτικές κυτταροκαλλιέργειες. Εν τω μεταξύ, άλλοι ερευνητές εξετάζουν εξονυχιστικά το μικρόβια «κρούστας». που ζουν στη διαβόητη άνυδρη έρημο Ατακάμα της Χιλής για ενδείξεις σχετικά με το πώς επέζησαν τα πρώτα κελιά που κατοικούσαν στην ξηρά.

Αρκετές θαυμάσιες βιολογικές καινοτομίες ανακαλύφθηκαν το 2023 για να σχηματίσουν μια πραγματική παρέλαση: πλαγκτόν που υπερφόρτισαν τις φωτοσυνθετικές τους ικανότητες με την επαναχρησιμοποίηση μιας από τις μεμβράνες τους και τα υπόγεια μικρόβια που έμαθαν να το κάνουν παράγουν οξυγόνο στο απόλυτο σκοτάδι. Ένα ανοσολογικό κόλπο που προστατεύει τα μωρά στη μήτρα και α νευρολογικό κόλπο που επιτρέπει στον εγκέφαλο να χαρτογραφεί κοινωνικές σχέσεις όπως φυσικά τοπία. Μια απλή μετάλλαξη που μεταμόρφωσε τα μυρμήγκια σε σύνθετα κοινωνικά παράσιτα σχεδόν κατά τη διάρκεια της νύχτας και α στρατηγική κατεδάφιση του DNA που χρησιμοποιούν τα σκουλήκια για να προστατεύσουν το γονιδίωμά τους.

Quanta καταγράφηκαν όλα αυτά και πολλά άλλα φέτος, και καθώς νέες ανακαλύψεις στη θεμελιώδη βιολογία έρχονται στο φως τα επόμενα χρόνια, θα είμαστε κι εμείς εκεί για αυτούς.

Με τον ίδιο τρόπο που οι φυσικοί επιστήμονες κατασκευάζουν απλά συστήματα μοντέλων ως σκαλοπάτια για την κατανόηση πιο περίπλοκων φαινομένων, ορισμένοι βιολόγοι προτιμούν να μάθουν πώς λειτουργεί η ζωή δημιουργώντας απλούστερες εκδοχές. Φέτος σημείωσαν πρόοδο σε δύο μέτωπα: σε μεγάλη κλίμακα, στη δημιουργία «μοντέλων εμβρύων» και σε μικρές κλίμακες, στη μελέτη του ελάχιστου δυνατού κυττάρου.

Τα μοντέλα εμβρύων ή τα συνθετικά έμβρυα είναι εργαστηριακά προϊόντα βλαστοκυττάρων που μπορούν να προκληθούν να αναπτυχθούν πιστά στα πρώιμα στάδια ανάπτυξης, αν και αυτοτερματίζονται πριν επαναλάβουν την πλήρη διαδικασία εμβρυϊκής ανάπτυξης. Επινοήθηκαν ως πιθανά εργαλεία για την ηθική πειραματική μελέτη της ανθρώπινης ανάπτυξης. Φέτος, ερευνητικές ομάδες στο Ισραήλ και στο Ηνωμένο Βασίλειο έδειξαν ότι μπορούσαν γαλουχήσει μοντέλα εμβρύων σε όλη τη διαδρομή (και πιθανώς και πέρα) από το στάδιο στο οποίο επιτρέπεται νόμιμα η έρευνα σε ζωντανά ανθρώπινα έμβρυα. Ερευνητές στην Κίνα ξεκίνησαν ακόμη και για λίγο εγκυμοσύνες σε πιθήκους με μοντέλα εμβρύων. Αυτές οι επιτυχίες θεωρούνται σημαντικές ανακαλύψεις για μια τεχνική που θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να απαντήσουν σε σημαντικές ερωτήσεις σχετικά με την προγεννητική ανάπτυξη και μπορεί τελικά να αποδώσουν στην πρόληψη αποβολών και γενετικών ανωμαλιών. Ταυτόχρονα, τα πειράματα αναζωπύρωσαν τα ηθικά επιχειρήματα σχετικά με αυτή τη γραμμή έρευνας, δεδομένου ότι καθώς τα μοντέλα εμβρύων γίνονται πιο αναπτυξιακά προχωρημένα, μπορούν επίσης να αρχίσουν να φαίνονται πιο εγγενώς άξια προστασίας.

Η συνθετική ζωή δεν είναι πάντα ηθικά αμφιλεγόμενη. Φέτος οι ερευνητές δοκίμασε τα όρια των «ελάχιστων» κυττάρων, απλοί οργανισμοί που προέρχονται από βακτήρια που έχουν απογυμνωθεί στα γονιδιωματικά γυμνά οστά τους. Αυτά τα ελάχιστα κύτταρα έχουν τα εργαλεία για αναπαραγωγή, αλλά τυχόν γονίδια που δεν είναι απαραίτητα κατά τα άλλα έχουν αφαιρεθεί. Σε μια σημαντική επικύρωση του πόσο φυσικά μοιάζουν τα ελάχιστα κύτταρα, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι αυτό το ελάχιστο γονιδίωμα ήταν σε θέση να εξελιχθεί και να προσαρμοστεί. Μετά από 300 ημέρες ανάπτυξης και φυσικής επιλογής στο εργαστήριο, τα ελάχιστα κύτταρα μπορούσαν να ανταγωνιστούν με επιτυχία τα προγονικά βακτήρια από τα οποία προήλθαν. Τα ευρήματα απέδειξαν τη στιβαρότητα των κανόνων της ζωής - ότι ακόμη και μετά την κλοπή σχεδόν κάθε γενετικού πόρου, τα ελάχιστα κύτταρα θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα εργαλεία της φυσικής επιλογής για να ανακάμψουν σε πιο επιτυχημένες μορφές ζωής.

Η συνείδηση ​​είναι το συναίσθημα της ύπαρξης — η επίγνωση του να έχεις έναν μοναδικό εαυτό, μια εικόνα της πραγματικότητας και μια θέση στον κόσμο. Ήταν εδώ και πολύ καιρό το έδαφος των φιλοσόφων, αλλά πρόσφατα οι επιστήμονες έχουν σημειώσει πρόοδο (κάποια είδη) στην κατανόηση της νευροβιολογικής βάσης του.

Σε μια συνέντευξη για το Joy of Why Το podcast που κυκλοφόρησε τον Μάιο, ο ερευνητής νευροεπιστήμης Anil Seth του Πανεπιστημίου του Sussex περιέγραψε τη συνείδηση ​​ως ένα είδος «ελεγχόμενη ψευδαίσθηση,» στο ότι η εμπειρία μας της πραγματικότητας αναδύεται από μέσα μας. Κανείς από εμάς δεν μπορεί να ξέρει άμεσα πώς είναι ο κόσμος. Πράγματι, κάθε οργανισμός (και άτομο) βιώνει τον κόσμο διαφορετικά. Η αίσθηση της πραγματικότητας διαμορφώνεται από τις αισθητηριακές πληροφορίες που λαμβάνουμε και τον τρόπο που ο εγκέφαλός μας τις οργανώνει και τις κατασκευάζει στη συνείδησή μας. Υπό αυτή την έννοια, ολόκληρη η εμπειρία μας είναι μια ψευδαίσθηση — αλλά είναι μια ελεγχόμενη ψευδαίσθηση, η καλύτερη εικαστική περιγραφή του εγκεφάλου για το άμεσο περιβάλλον και τον μεγαλύτερο κόσμο με βάση τις μνήμες και άλλες κωδικοποιημένες πληροφορίες.

Το μυαλό μας λαμβάνει συνεχώς νέες εξωτερικές πληροφορίες και δημιουργεί επίσης τις δικές του εσωτερικές εικόνες και αφηγήσεις. Πώς μπορούμε να ξεχωρίσουμε την πραγματικότητα από τη φαντασία; Φέτος, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι ο εγκέφαλος έχει «κατώφλι πραγματικότητας” έναντι των οποίων αξιολογεί συνεχώς τα επεξεργασμένα σήματα. Οι περισσότερες από τις νοητικές μας εικόνες έχουν ένα αρκετά αδύναμο σήμα, και έτσι το κατώφλι της πραγματικότητας μας τις μεταφέρει εύκολα στον «ψεύτικο» σωρό. Αλλά μερικές φορές οι αντιλήψεις και η φαντασία μας μπορεί να αναμιγνύονται, και αν αυτές οι εικόνες είναι αρκετά δυνατές, μπορεί να μπερδευτούμε - πιθανώς να μπερδέψουμε τις παραισθήσεις μας με την πραγματική ζωή.

Πώς αναδύεται η συνείδηση ​​στο μυαλό; Αφορά περισσότερο τη σκέψη ή είναι προϊόν αισθητηριακών εμπειριών; Φέτος, τα αποτελέσματα του α υψηλού προφίλ αντίπαλη συνεργασία που έβαζαν δύο μεγάλες θεωρίες συνείδησης μεταξύ τους ανακοινώθηκαν. Κατά τη διάρκεια πέντε ετών, δύο ομάδες ερευνητών - η μία αντιπροσωπεύει την παγκόσμια θεωρία του χώρου εργασίας των νευρώνων, η οποία επικεντρώνεται στη γνώση και η άλλη αντιπροσωπεύει την ολοκληρωμένη θεωρία πληροφοριών, η οποία επικεντρώνεται στην αντίληψη - συνδημιούργησαν και στη συνέχεια οδήγησαν πειράματα με στόχο να ελέγξουν τις προβλέψεις της θεωρίας ήταν πιο ακριβείς. Τα αποτελέσματα μπορεί να ήταν απογοήτευση για όποιον ελπίζει σε οριστικές απαντήσεις. Στη σκηνή της Νέας Υόρκης, στην 26η συνάντηση της Ένωσης για την Επιστημονική Μελέτη της Συνείδησης, οι ερευνητές αναγνώρισαν τρόπους με τους οποίους τα πειράματα είχαν αμφισβητήσει και τις δύο θεωρίες και τόνισαν τις διαφορές μεταξύ τους, αλλά αρνήθηκαν να ανακηρύξουν καμία από τις δύο θεωρίες ως νικήτρια. Ωστόσο, η βραδιά δεν ήταν καθόλου ικανοποιητική: Ο νευροεπιστήμονας Christof Koch του Ινστιτούτου Allen για την Επιστήμη του Εγκεφάλου παραδέχτηκε ένα στοίχημα 25 ετών με τον φιλόσοφο Ντέιβιντ Τσάλμερς του Πανεπιστημίου της Νέας Υόρκης ότι οι νευρικοί συσχετισμοί της συνείδησης θα είχαν εντοπιστεί μέχρι τώρα. .

Συχνά θεωρείται δεδομένο ότι η κατάθλιψη προκαλείται από μια χημική ανισορροπία στον εγκέφαλο: συγκεκριμένα, μια χρόνια ανεπάρκεια σεροτονίνης, ενός νευροδιαβιβαστή που μεταφέρει μηνύματα μεταξύ των νευρικών κυττάρων. Ωστόσο, παρόλο που εκατομμύρια καταθλιπτικοί άνθρωποι σε όλο τον κόσμο ανακουφίζονται από τη λήψη του Prozac και των άλλων φαρμάκων που είναι γνωστά ως εκλεκτικοί αναστολείς επαναπρόσληψης σεροτονίνης ή SSRI, με βάση αυτή τη θεωρία, η νευροψυχιατρική έρευνα δεκαετιών δεν κατάφερε να επικυρώσει τις υποθέσεις αυτού του μοντέλου. Το βουητό της επιστημονικής διαφωνίας γίνεται όλο και πιο δυνατό: Μια διεθνής ομάδα επιστημόνων εξέτασε περισσότερες από 350 εργασίες και δεν βρήκε πειστικά στοιχεία ότι τα χαμηλότερα επίπεδα σεροτονίνης σχετίζονται με την κατάθλιψη.

Η συνειδητοποίηση ότι η ανεπάρκεια σεροτονίνης μπορεί να μην είναι η αιτία αναγκάζει τους ερευνητές να ξανασκεφτούν ουσιαστικά τι είναι η κατάθλιψη. Είναι πιθανό οι SSRI να ανακουφίζουν ορισμένα συμπτώματα της κατάθλιψης αλλάζοντας άλλες χημικές ουσίες ή διαδικασίες στον εγκέφαλο που είναι πιο άμεσες αιτίες της κατάθλιψης. Είναι επίσης πιθανό αυτό που ονομάζουμε «κατάθλιψη» να περιλαμβάνει μια ποικιλία διαταραχών που εκδηλώνονται με παρόμοιο σύνολο συμπτωμάτων, όπως κόπωση, απάθεια, αλλαγές στην όρεξη, σκέψεις αυτοκτονίας και προβλήματα ύπνου. Εάν συμβαίνει αυτό, θα χρειαστεί σημαντική πρόσθετη έρευνα για να ξεκαθαρίσει αυτή την πολυπλοκότητα - για να διαφοροποιηθούν τα είδη και οι αιτίες της κατάθλιψης και να αναπτυχθούν καλύτερες θεραπείες.

Η κατάθλιψη μπορεί να είναι μια απομονωτική εμπειρία. Αλλά διαφέρει από τη μοναξιά, μια συναισθηματική κατάσταση που οι νευροεπιστήμονες έχουν ορίσει καλύτερα τα τελευταία χρόνια. Η μοναξιά δεν είναι το ίδιο με την κοινωνική απομόνωση, η οποία είναι ένα αντικειμενικό μέτρο του αριθμού των σχέσεων στις οποίες βρίσκεται ένα άτομο: Κάποιος μπορεί να είναι σε πολλές σχέσεις και να εξακολουθεί να είναι μόνος. Ούτε είναι το κοινωνικό άγχος, που είναι ο φόβος των σχέσεων ή ορισμένων σχεσιακών εμπειριών.

Αντίθετα, ένας αυξανόμενος όγκος νευροβιολογικής έρευνας υποδηλώνει ότι η μοναξιά είναι μια προκατάληψη στο μυαλό προς την ερμηνεία των κοινωνικών πληροφοριών με έναν αρνητικό, αυτοτιμωρητικό τρόπο. Είναι σαν να βραχυκυκλώθηκε ένα σήμα επιβίωσης που εξελίχθηκε για να μας παροτρύνει να επανασυνδεθούμε με τους ανθρώπους στους οποίους βασιζόμαστε, δημιουργώντας έναν αυτοδιαιωνιζόμενο βρόχο αισθητής απομόνωσης. Οι επιστήμονες δεν έχουν βρει ακόμη μια ιατρική θεραπεία για τη μοναξιά, αλλά ίσως απλώς η κατανόηση αυτού του αρνητικού βρόχου μπορεί να βοηθήσει τους χρόνια μοναχικούς να ξεφύγουν από τον κύκλο και να βρουν άνεση στις υπάρχουσες συνδέσεις τους ή σε νέες.

Από πού ερχόμαστε και πώς φτάσαμε εδώ; Αυτά τα διαχρονικά ερωτήματα θα μπορούσαν να απαντηθούν με πολλούς τρόπους, και έχουν βάλει πολλούς βιολόγους να αναζητήσουν την προέλευση των ευκαρυωτών - τη γενεαλογία ζωής 2 δισεκατομμυρίων ετών που περιλαμβάνει όλα τα ζώα, τα φυτά και τους μύκητες και πολλά μονοκύτταρα πλάσματα πιο πολύπλοκα από τα βακτήρια.

Η αναζήτηση για τον πρώτο ευκαρυώτη έχει ως αποτέλεσμα τους ερευνητές να προσελκύουν με κόπο σπάνια μικρόβια από τη λάσπη του πυθμένα της θάλασσας. Πρόσφατα, μετά από έξι χρόνια εργασίας, ένα ευρωπαϊκό εργαστήριο έγινε το δεύτερο με επιτυχία καλλιεργούν ένα από τα αρχαία Asgard— μια ομάδα πρωτόγονων μονοκύτταρων οργανισμών που έχουν γονιδιώματα με ομοιότητες που προκαλούν τα φρύδια με εκείνα των ευκαρυωτών και που πιστεύεται ότι είναι προγονικοί τους. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι η απευθείας μελέτη των κυττάρων στο εργαστήριο θα αποκαλύψει νέες πληροφορίες για το πώς εξελίχθηκαν οι ευκαρυώτες και θα μας φέρει πιο κοντά στην κατανόηση της προέλευσής μας.

Το εξελικτικό ταξίδι αυτού του πρώτου ευκαρυώτικου καλύπτεται από μυστήριο. Φέτος, οι επιστήμονες βρήκαν έναν τρόπο να συμπληρώσει ένα κενό 800 εκατομμυρίων ετών στο μοριακό αρχείο απολιθωμάτων μεταξύ της εμφάνισης του πρώιμου ευκαρυώτικου και αυτού του πιο πρόσφατου προγόνου όλων των ευκαρυωτών που ζουν σήμερα. Προηγουμένως, όταν αναζητούσαν πληροφορίες για ευκαρυώτες που ζούσαν στον κενό χώρο από περίπου 800 εκατομμύρια έως 1.6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, οι επιστήμονες δεν μπορούσαν να βρουν τα μοριακά απολιθώματα που περίμεναν. Αλλά όταν μια αυστραλιανή ομάδα τροποποίησε το φίλτρο αναζήτησής της για να αναζητήσει απολιθωμένες εκδόσεις πιο πρωτόγονων μορίων, τα βρήκε σε αφθονία. Τα ευρήματα αποκάλυψαν αυτό που οι συγγραφείς αποκαλούν «ένας χαμένος κόσμος» ευκαρυωτών που βοηθά στην αφήγηση της ιστορίας της πρώιμης εξελικτικής ιστορίας των αρχαίων προγόνων μας.

Η έρευνα της τελευταίας δεκαετίας χαρακτήρισε καλύτερα το μικροβίωμα - τη συλλογή μικροοργανισμών που ζουν στα έντερά μας και αλλού στο σώμα μας - και τους λεπτούς τρόπους με τους οποίους επηρεάζει την υγεία μας. Φέτος, οι επιστήμονες αποκάλυψαν με τη μεγαλύτερη λεπτομέρεια από πού προέρχονται τα μικροβιώματά μας και πώς εξελίσσονται σε όλη τη διάρκεια της ζωής μας.

Δεν αποτελεί έκπληξη το γεγονός ότι οι πρώτοι σπόροι του μικροβιώματος μας προέρχονται συνήθως από τη μαμά — μεταδίδονται κατά τη γέννηση και επίσης μέσω του θηλασμού. Έρευνα που δημοσιεύτηκε φέτος διαπίστωσε ότι οι συνεισφορές μιας μητέρας δεν είναι μόνο ολόκληροι μικροβιακοί οργανισμοί, αλλά και μικρά αποσπάσματα DNA που ονομάζονται κινητά γενετικά στοιχεία. Μέχρι τον πρώτο χρόνο της ζωής, αυτά τα κινητά γενετικά στοιχεία μεταπηδούν από τα βακτήρια της μητέρας στα βακτήρια του μωρού μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται οριζόντια μεταφορά γονιδίων. Η ανακάλυψη εξέπληξε τους ερευνητές, οι οποίοι δεν περίμεναν ότι ο υψηλός βαθμός συνεξέλιξης μεταξύ του μικροβιώματος της μητέρας και του μωρού θα συνεχιζόταν τόσο πολύ μετά τη γέννηση.

Αυτό δεν είναι το τέλος της ιστορίας: Το μικροβίωμα εξελίσσεται σε όλη τη διάρκεια της ζωής μας. Η μεγαλύτερη μέχρι τώρα ανάλυση της μετάδοσης του ανθρώπινου μικροβιώματος, που δημοσιεύτηκε επίσης φέτος, αποκάλυψε πώς τα μικροβιώματα ανακατεύονται και επανασυναρμολογούνται για πολλές δεκαετίες. Παρείχε σαφείς ενδείξεις ότι οι μικροβιωματικοί οργανισμοί εξαπλώνονται μεταξύ των ανθρώπων, ειδικά εκείνων με τους οποίους περνάμε τον περισσότερο χρόνο, όπως τα μέλη της οικογένειας, οι σύντροφοι και οι συγκάτοικοι. Και η μελέτη έθεσε την ενδιαφέρουσα πιθανότητα ότι ορισμένες ασθένειες που θεωρούνται μη μεταδοτικές μπορεί στην πραγματικότητα να μεταδοθούν, με μερικές φορές λεπτούς τρόπους, μέσω της χλωρίδας του εντέρου.

Αιώνες πριν από την εφεύρεση των ηλιακών ρολογιών, των ρολογιών και των ατομικών ρολογιών, οι οργανισμοί εξέλιξαν βιολογικά εργαλεία για να κρατούν τον χρόνο. Χρειάζονται εσωτερικά κιρκάδια ρολόγια που να μπορούν να κρατούν τις μεταβολικές τους διεργασίες σε συγχρονισμό με τον κύκλο της ημέρας και της νύχτας, καθώς και ρολόγια παρόμοια με ημερολόγια για να διατηρήσουν τις αναπτυξιακές τους διαδικασίες σε καλό δρόμο. Φέτος, οι ερευνητές έκαναν σημαντικές προόδους στην κατανόηση και των δύο.

Μια αναταραχή ερευνών τα τελευταία αρκετά χρόνια, που έγινε δυνατή χάρη στις νέες τεχνολογίες βλαστοκυττάρων, έγινε έδωσε νέες εξηγήσεις για αυτό που είναι γνωστό ως αναπτυξιακό ρυθμό. Όλα τα σπονδυλωτά ξεκινούν τη ζωή ως ένα απλό έμβρυο — αλλά ο ρυθμός με τον οποίο αναπτύσσεται ένα έμβρυο και ο χρόνος ωρίμανσης των ιστών του, ποικίλλει δραματικά μεταξύ των ειδών και καθορίζει την τελική τους μορφή. Τι ελέγχει το χτύπημα του αναπτυξιακού ρολογιού; Φέτος, μια σειρά από προσεκτικά πειράματα σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο, με επίκεντρο διαφορετικά είδη και συστήματα, έδειξαν μια κοινή εξήγηση: ότι οι θεμελιώδεις μεταβολικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένων των βιοχημικών αντιδράσεων και της γονιδιακής έκφρασης που τις διέπουν, καθορίζουν το ρυθμό. Αυτές οι μεταβολικές διεργασίες φαίνεται να οργανώνονται θεμελιωδώς από τα μιτοχόνδρια, τα οποία μπορεί κάλλιστα να έχουν διπλούς ρόλους ως χρονομέτρης και πηγή ενέργειας του πολύπλοκου κυττάρου.

Ενώ αυτοί οι ερευνητές ήταν διασκορπισμένοι σε όλο τον κόσμο, νέα εργασία για το κιρκάδιο ρολόι έχει γίνει στο εργαστήριο ενός μόνο επιστήμονα: της βιοχημικού Carrie Partch στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, Santa Cruz. Ο Partch οδηγείται από μια μοναδική εμμονή όχι μόνο με τα βασικά βήματα του ρολογιού, αλλά και με ο περίπλοκος χορός ότι οι πρωτεΐνες του ρολογιού λειτουργούν όπως είναι χτισμένες και καθώς αλληλεπιδρούν και αποικοδομούνται. Όπως κάθε ωρολογοποιός, δεν είναι ικανοποιημένη με το να γνωρίζει τι είναι τα γρανάζια και τα γρανάζια - πρέπει επίσης να καταλάβει πώς ταιριάζουν μεταξύ τους. Δίνοντας τόσο μεγάλη προσοχή σε ένα ενιαίο σύστημα κατά τη διάρκεια της καριέρας της, έκανε ανακαλύψεις σχετικά με τον χορό των πρωτεϊνών του ρολογιού που αντιπροσωπεύουν ευρύτερες αλήθειες, για παράδειγμα ότι οι αδόμητες ή ακόμα και διαταραγμένες πρωτεΐνες είναι θεμελιώδεις για τις βιολογικές διεργασίες.

Ένα σημάδι της προόδου στη νευροεπιστήμη είναι ότι γίνεται συνεχώς πιο ακριβής. Χρησιμοποιώντας νέα εργαλεία που είναι πιο σταθερά θεμελιωμένα στην υγιή επιστήμη, οι επιστήμονες μπορούν τώρα να εστιάσουν την προσοχή τους στον καθορισμό των ιδιορρυθμιών των μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων. Φέτος αυτοί εντόπισε τον κοινωνικό χάρτη των νυχτερίδων, οι οποίες αποδείχθηκε ότι ήταν υπέρθεση στον χάρτη των νυχτερίδων του φυσικού τους περιβάλλοντος — τα ίδια ακριβώς εγκεφαλικά κύτταρα στον ιππόκαμπο κωδικοποιούν πολλαπλά είδη περιβαλλοντικών πληροφοριών. Άλλοι ερευνητές φαίνεται να έχουν επιλύσει μια 30ετή συζήτηση σχετικά με το εάν ορισμένα από τα νευρογλοιακά κύτταρα του εγκεφάλου -που ιστορικά θεωρούνταν ότι είναι μόλις κάτι παραπάνω από μια επένδυση για τους πιο διάσημους νευρώνες- μπορούν διεγείρουν ηλεκτρικά σήματα. Μια ομάδα νευροεπιστημόνων και κλινικών ερευνητών, με τη βοήθεια ασθενών με επιληψία στους οποίους εμφυτεύτηκαν ηλεκτρόδια για να βελτιώσουν την ιατρική τους περίθαλψη, ανακάλυψαν ότι ο εγκέφαλος έχει διαφορετικά συστήματα για την αναπαράσταση μικρών και μεγάλων αριθμών. Και για πρώτη φορά, οι ερευνητές οραματίστηκαν σε τρεις διαστάσεις πώς ένας οσφρητικός υποδοχέας αρπάζει πάνω σε ένα μόριο μυρωδιάς — ένα σημαντικό βήμα για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η μύτη και ο εγκέφαλος μπορούν να αναχαιτίσουν τις χημικές ουσίες που μεταφέρονται στον αέρα και να αποκτήσουν κρίσιμες αισθητηριακές πληροφορίες για το περιβάλλον.