การค้นพบทางชีววิทยาที่ใหญ่ที่สุดในปี 2023 | นิตยสารควอนต้า

การปฏิวัติทางวิทยาศาสตร์ชีวภาพอาจมีได้หลายรูปแบบ บางครั้งพวกเขาปะทุขึ้นจากการใช้เครื่องมือใหม่หรือการประดิษฐ์ทฤษฎีที่ต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงซึ่งจู่ๆ ก็เปิดช่องทางใหม่ในการค้นคว้าวิจัยมากมายจนอาจทำให้เวียนหัวได้ บางครั้งมันก็เป็นรูปเป็นร่างอย่างช้าๆ ผ่านการสั่งสมการศึกษามาอย่างช้าๆ แต่ละอันเป็นตัวแทนของการทำงานอย่างอุตสาหะเป็นเวลาหลายปี ซึ่งร่วมกันขจัดภูมิปัญญาที่มีอยู่ออกไป และเผยให้เห็นกรอบทางปัญญาที่แข็งแกร่งและดีกว่า การปฏิวัติทั้งสองรูปแบบปลดปล่อยแนวคิดและข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ มากมาย ซึ่งจะช่วยปรับปรุงความเข้าใจของเราเกี่ยวกับวิธีการทำงานของชีวิต

ปีที่ผ่านมาก็ไม่ขาดสิ่งเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น นักวิจัย ประสบความสำเร็จในการปลูก “โมเดลเอ็มบริโอ” — เอ็มบริโอเทียมที่ปลูกในห้องปฏิบัติการซึ่งเติบโตเต็มที่เหมือนของจริง — ซึ่งถึงขั้นการพัฒนาที่ก้าวหน้ายิ่งกว่าที่เคยมีมา ความสำเร็จดังกล่าวอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ๆ ที่มีคุณค่าเกี่ยวกับวิธีการที่ทารกในครรภ์เติบโตได้ในที่สุด แม้ว่าการถกเถียงเกี่ยวกับสถานะทางจริยธรรมของแบบจำลองเหล่านั้นก็ดูเป็นไปได้เช่นกัน ในขณะเดียวกัน ในโลกของประสาทวิทยาศาสตร์ นักวิจัยที่ศึกษาภาวะซึมเศร้ายังคงดำเนินต่อไป ถอยห่างจากทฤษฎี ซึ่งโดยทั่วไปได้ชี้แนะการวิจัยและการรักษาโรคนั้นทางเภสัชกรรมเป็นจำนวนมากมานานหลายทศวรรษ

แต่การปฏิวัติทางชีววิทยาประเภทนี้เกี่ยวข้องกับความเฉลียวฉลาดของมนุษย์ โดยนักวิจัยในสาขาวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิตได้ค้นพบความตระหนักรู้ใหม่ๆ การปฏิวัติยังเกิดขึ้นในชีววิทยาด้วย เมื่อวิวัฒนาการทำให้สิ่งมีชีวิตสามารถทำสิ่งที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนได้ เมื่อเร็วๆ นี้ นักชีววิทยาได้ค้นพบกรณีอื่นๆ มากมายของความก้าวหน้าประเภทนี้

ตัวอย่างเช่น การติดตามเวลาเป็นหน้าที่ที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่จุลินทรีย์ที่คอยควบคุมเวลาไปจนถึงการแบ่งเซลล์ครั้งต่อไป ไปจนถึงการเจริญเติบโตของแขนขาและอวัยวะของตัวอ่อน ไปจนถึงสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้นในการติดตามการเคลื่อนตัวของกลางวันและกลางคืน ทีมนักวิจัยที่อาศัยอยู่ในห้องปฏิบัติการทั่วโลกได้ค้นพบเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าคุณสมบัติที่สำคัญบางประการของการบอกเวลาคือ เชื่อมโยงกับการเผาผลาญของเซลล์ — ซึ่งหมายความว่าออร์แกเนลล์ที่เรียกว่าไมโตคอนเดรียเป็นทั้งเครื่องกำเนิดและนาฬิกา ด้านอื่นๆ ของการบอกเวลาจะวัดโดย ความก้าวหน้าของบัลเล่ต์ระดับโมเลกุล โดยนำโปรตีนชนิดพิเศษมาปั่นรวมกันก่อนแยกตัวอีกครั้ง

นักวิจัยยังหวังที่จะค้นพบที่สำคัญในไม่ช้านี้ว่าพวกเขาสามารถเพาะเลี้ยงเซลล์ดึกดำบรรพ์ที่สูญหายไปนานบางส่วนที่เรียกว่า แอสการ์ด อาร์เคีย. เมื่อหนึ่งพันล้านปีก่อน Asgard Archaea (หรือเซลล์ที่คล้ายกันมาก) ได้ก้าวไปสู่ขั้นอุกอาจในการสร้างความร่วมมืออย่างถาวรกับบรรพบุรุษของไมโตคอนเดรีย ดังนั้นจึงให้กำเนิดเซลล์ที่ซับซ้อนเซลล์แรก ความลับที่ว่าความก้าวหน้าทางชีววิทยานั้นเกิดขึ้นได้อย่างไรและทำไมอาจซ่อนอยู่ในวัฒนธรรมเซลล์ที่แปลกใหม่เหล่านั้น ขณะเดียวกัน นักวิจัยคนอื่นๆ กำลังพินิจพิเคราะห์เรื่องนี้ จุลินทรีย์ "เปลือกกรวด" ที่อาศัยอยู่ในทะเลทรายอาตากามาอันแห้งแล้งของประเทศชิลี เพื่อหาเบาะแสว่าเซลล์ที่อาศัยอยู่บนบกกลุ่มแรกรอดชีวิตมาได้อย่างไร

มีการค้นพบนวัตกรรมทางชีววิทยาที่น่าอัศจรรย์มากพอในปี 2023 เพื่อสร้างขบวนพาเหรดที่แท้จริง: แพลงก์ตอนที่ เพิ่มความสามารถในการสังเคราะห์แสงของพวกเขา โดยการนำเยื่อหุ้มของมันกลับมาใช้ใหม่ และจุลินทรีย์ใต้ดินที่เรียนรู้มา สร้างออกซิเจนในความมืดสนิท. เคล็ดลับภูมิคุ้มกัน ที่ช่วยปกป้องทารกในครรภ์ และก เคล็ดลับทางระบบประสาท ที่ช่วยให้สมองสร้างแผนผังความสัมพันธ์ทางสังคม เช่น ภูมิทัศน์ทางกายภาพ การกลายพันธุ์ง่ายๆ ที่เปลี่ยนมดให้เป็น ปรสิตทางสังคมที่ซับซ้อน แทบข้ามคืน และก การทำลายล้างเชิงกลยุทธ์ของ DNA ที่เวิร์มใช้เพื่อปกป้องจีโนมของพวกมัน

ควอนตั้ม ได้บันทึกเรื่องราวทั้งหมดเหล่านี้และอื่นๆ อีกมากมายในปีนี้ และเมื่อความก้าวหน้าใหม่ๆ ในด้านชีววิทยาพื้นฐานปรากฏให้เห็นในปีต่อๆ ไป เราก็จะพร้อมช่วยเหลือพวกเขาเช่นกัน

ในทำนองเดียวกับที่นักวิทยาศาสตร์กายภาพสร้างระบบแบบจำลองง่ายๆ เพื่อเป็นรากฐานในการทำความเข้าใจปรากฏการณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น นักชีววิทยาบางคนชอบที่จะเรียนรู้ว่าชีวิตทำงานอย่างไรโดยการสร้างรูปแบบที่เรียบง่ายกว่า ในปีนี้พวกเขามีความก้าวหน้าในสองด้าน ได้แก่ ในด้านขนาดใหญ่ ในการสร้าง “แบบจำลองตัวอ่อน” และในขนาดเล็ก ในการศึกษาเซลล์ที่เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

แบบจำลองเอ็มบริโอหรือเอ็มบริโอสังเคราะห์เป็นผลิตภัณฑ์จากห้องปฏิบัติการของเซลล์ต้นกำเนิดที่สามารถกระตุ้นให้เติบโตอย่างซื่อสัตย์ตลอดระยะแรกของการพัฒนา แม้ว่าพวกมันจะยุติตัวเองก่อนที่จะเริ่มกระบวนการพัฒนาเอ็มบริโอเต็มรูปแบบอีกครั้ง สิ่งเหล่านี้ถูกคิดค้นขึ้นเพื่อเป็นเครื่องมือที่มีศักยภาพในการศึกษาทดลองเชิงจริยธรรมเกี่ยวกับการพัฒนามนุษย์ ในปีนี้ กลุ่มวิจัยในอิสราเอลและสหราชอาณาจักรแสดงให้เห็นว่าสามารถทำได้ เลี้ยงดูโมเดลตัวอ่อน ตลอดทางจนถึง (และอาจเกินกว่านั้น) ขั้นที่การวิจัยเกี่ยวกับเอ็มบริโอมนุษย์ที่มีชีวิตได้รับอนุญาตอย่างถูกกฎหมาย นักวิจัยในจีนถึงขั้นเริ่มต้นการตั้งครรภ์ในลิงที่มีแบบจำลองเอ็มบริโอได้ในช่วงสั้นๆ ความสำเร็จเหล่านั้นถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญสำหรับเทคนิคที่สามารถช่วยนักวิทยาศาสตร์ตอบคำถามสำคัญเกี่ยวกับพัฒนาการของทารกในครรภ์ และในที่สุดพวกเขาก็อาจจะได้ผลในการป้องกันการแท้งบุตรและความพิการแต่กำเนิด ในเวลาเดียวกัน การทดลองได้ปลุกให้ตื่นขึ้นอีกครั้งถึงข้อโต้แย้งทางจริยธรรมเกี่ยวกับแนวการวิจัยนี้ เนื่องจากเมื่อแบบจำลองของตัวอ่อนมีพัฒนาการก้าวหน้ามากขึ้น พวกมันก็เริ่มดูเหมือนสมควรได้รับการปกป้องโดยเนื้อแท้มากขึ้น

ชีวิตสังเคราะห์ไม่ได้มีการโต้แย้งทางจริยธรรมเสมอไป ปีนี้นักวิจัย ทดสอบขีดจำกัดของเซลล์ "ขั้นต่ำ"สิ่งมีชีวิตง่ายๆ ที่ได้มาจากแบคทีเรียที่ถูกแยกออกไปจนถึงกระดูกเปลือยจีโนม เซลล์ขนาดเล็กเหล่านี้มีเครื่องมือในการสืบพันธุ์ แต่ยีนใดๆ ที่ไม่จำเป็นก็ถูกกำจัดออกไปแล้ว ในการตรวจสอบที่สำคัญว่าเซลล์ขนาดเล็กที่สุดนั้นเหมือนจริงตามธรรมชาติเพียงใด นักวิจัยค้นพบว่าจีโนมขั้นต่ำนี้สามารถพัฒนาและปรับตัวได้ หลังจากเติบโตและคัดเลือกโดยธรรมชาติในห้องแล็บเป็นเวลา 300 วัน เซลล์จำนวนน้อยที่สุดก็สามารถแข่งขันกับแบคทีเรียบรรพบุรุษที่เป็นต้นกำเนิดของมันได้สำเร็จ การค้นพบนี้แสดงให้เห็นถึงความเข้มแข็งของกฎเกณฑ์แห่งชีวิต แม้ว่าจะถูกปล้นทรัพยากรพันธุกรรมไปเกือบหมด เซลล์จำนวนน้อยที่สุดก็สามารถใช้เครื่องมือในการคัดเลือกโดยธรรมชาติเพื่อฟื้นคืนสู่รูปแบบชีวิตที่ประสบความสำเร็จมากขึ้น

จิตสำนึกคือความรู้สึกของการเป็น — การรับรู้ถึงการมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ภาพแห่งความเป็นจริง และสถานที่ในโลก มันเป็นภูมิประเทศของนักปรัชญามานานแล้ว แต่เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิทยาศาสตร์ก็มีความก้าวหน้า (บางอย่าง) ในการทำความเข้าใจพื้นฐานทางชีววิทยาของระบบประสาท

ในการสัมภาษณ์เมื่อวันที่ ความสุขของทำไม พอดแคสต์ที่เผยแพร่ในเดือนพฤษภาคม นักวิจัยด้านประสาทวิทยาศาสตร์ Anil Seth แห่งมหาวิทยาลัย Sussex อธิบายว่าจิตสำนึกเป็นเหมือน "ภาพหลอนควบคุม,” ในการที่ประสบการณ์แห่งความเป็นจริงของเราเกิดขึ้นจากภายในตัวเรา ไม่มีใครสามารถรู้ได้โดยตรงว่าโลกเป็นอย่างไร แท้จริงแล้วสิ่งมีชีวิตทุกชนิด (และแต่ละบุคคล) มีประสบการณ์ในโลกที่แตกต่างกัน ความรู้สึกตามความเป็นจริงของเรานั้นถูกหล่อหลอมโดยข้อมูลทางประสาทสัมผัสที่เรารับเข้าไป และวิธีที่สมองของเราจัดระเบียบและสร้างมันขึ้นมาในจิตสำนึกของเรา ในแง่นั้น ประสบการณ์ทั้งหมดของเราคือภาพหลอน แต่เป็นภาพหลอนที่ควบคุมได้ ซึ่งเป็นคำอธิบายที่เดาได้ดีที่สุดของสมองเกี่ยวกับสภาพแวดล้อมในทันทีและโลกที่กว้างใหญ่โดยอาศัยความทรงจำและข้อมูลที่ถูกเข้ารหัสอื่น ๆ

จิตใจของเรากำลังรับข้อมูลภายนอกใหม่ๆ อย่างต่อเนื่อง และยังสร้างภาพและเรื่องราวภายในของตัวเองด้วย เราจะแยกแยะความเป็นจริงจากจินตนาการได้อย่างไร? ปีนี้นักวิจัยค้นพบว่าสมองมี “เกณฑ์ความเป็นจริง” โดยจะประเมินสัญญาณที่ประมวลผลอย่างต่อเนื่อง ภาพจิตของเราส่วนใหญ่มีสัญญาณที่ค่อนข้างอ่อนแอ ดังนั้นเกณฑ์ความเป็นจริงของเราจึงส่งต่อไปยังกอง "ปลอม" ได้อย่างง่ายดาย แต่บางครั้งการรับรู้และจินตนาการของเราอาจปะปนกัน และหากภาพเหล่านั้นแข็งแกร่งเพียงพอ เราก็อาจสับสนได้ ซึ่งอาจทำให้เข้าใจผิดว่าภาพหลอนของเราคือชีวิตจริง

สติสัมปชัญญะเกิดขึ้นในใจได้อย่างไร? มันเกี่ยวกับการคิดมากกว่าหรือเป็นผลจากประสบการณ์ทางประสาทสัมผัส? ปีนี้ผลการแข่งขันก การทำงานร่วมกันของฝ่ายตรงข้ามที่มีชื่อเสียงสูง ซึ่งมีการประกาศทฤษฎีสำคัญสองทฤษฎีเกี่ยวกับจิตสำนึกที่ขัดแย้งกัน ตลอดระยะเวลาห้าปีที่ผ่านมา ทีมนักวิจัยสองทีม - ทีมหนึ่งเป็นตัวแทนของทฤษฎีพื้นที่ทำงานของเซลล์ประสาทระดับโลก ซึ่งมุ่งเน้นไปที่ความรู้ความเข้าใจ และอีกทีมเป็นตัวแทนของทฤษฎีข้อมูลแบบบูรณาการ ซึ่งมุ่งเน้นไปที่การรับรู้ - ร่วมกันสร้างและนำการทดลองที่มุ่งทดสอบว่าการคาดการณ์ของทฤษฎีใด มีความแม่นยำมากขึ้น ผลลัพธ์อาจทำให้ใครก็ตามที่หวังจะได้คำตอบที่ชัดเจน บนเวทีในนครนิวยอร์กในการประชุมครั้งที่ 26 ของสมาคมการศึกษาทางวิทยาศาสตร์แห่งจิตสำนึก นักวิจัยรับทราบถึงวิธีที่การทดลองท้าทายทั้งสองทฤษฎีและเน้นย้ำถึงความแตกต่างระหว่างทั้งสองทฤษฎี แต่พวกเขาปฏิเสธที่จะออกเสียงทฤษฎีใดทฤษฎีหนึ่งว่าเป็นผู้ชนะ อย่างไรก็ตาม ค่ำคืนนี้ก็ไม่ได้ทำให้ไม่พอใจเสียทีเดียว นักประสาทวิทยา คริสตอฟ คอช จากสถาบันวิทยาศาสตร์สมองอัลเลน ยอมรับการเดิมพันอายุ 25 ปีกับนักปรัชญา เดวิด ชาลเมอร์ส จากมหาวิทยาลัยนิวยอร์ก ว่าตอนนี้ความสัมพันธ์ของระบบประสาทของจิตสำนึกจะได้รับการระบุแล้วในตอนนี้ .

มักถูกมองว่าภาวะซึมเศร้าเกิดจากความไม่สมดุลของสารเคมีในสมอง โดยเฉพาะการขาดเซโรโทนินเรื้อรัง ซึ่งเป็นสารสื่อประสาทที่ส่งข้อความระหว่างเซลล์ประสาท แม้ว่าผู้คนที่เป็นโรคซึมเศร้าหลายล้านคนทั่วโลกจะรู้สึกโล่งใจจากการใช้ยา Prozac และยาอื่นๆ ที่รู้จักกันในชื่อ Selective serotonin reuptake inhibitors หรือ SSRIs ตามทฤษฎีดังกล่าว การวิจัยด้านประสาทจิตเวชที่มีคุณค่ามานานหลายทศวรรษก็ล้มเหลวในการตรวจสอบความถูกต้องของสมมติฐานของแบบจำลองนั้น เสียงคัดค้านทางวิทยาศาสตร์ดังขึ้นเรื่อยๆ: ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้คัดกรองบทความมากกว่า 350 ฉบับและ ไม่พบหลักฐานที่น่าเชื่อถือ ระดับเซโรโทนินที่ต่ำกว่านั้นสัมพันธ์กับภาวะซึมเศร้า

การตระหนักว่าการขาดเซโรโทนินอาจไม่ได้เป็นสาเหตุทำให้นักวิจัยต้องคิดใหม่โดยพื้นฐานว่าภาวะซึมเศร้าคืออะไร อาจเป็นไปได้ว่า SSRIs บรรเทาอาการซึมเศร้าบางอย่างได้โดยการเปลี่ยนสารเคมีหรือกระบวนการอื่นๆ ในสมองที่เป็นสาเหตุโดยตรงของภาวะซึมเศร้ามากกว่า อาจเป็นไปได้ว่าสิ่งที่เราเรียกว่า "ภาวะซึมเศร้า" หมายรวมถึงความผิดปกติต่างๆ ที่แสดงออกพร้อมกับอาการที่คล้ายกัน รวมถึงความเหนื่อยล้า ไม่แยแส ความอยากอาหารเปลี่ยนแปลง คิดฆ่าตัวตาย และปัญหาการนอนหลับ หากเป็นเช่นนั้น จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมที่สำคัญเพื่อไขความซับซ้อนนี้ เพื่อแยกแยะประเภทและสาเหตุของภาวะซึมเศร้า และพัฒนาวิธีการรักษาที่ดีขึ้น

อาการซึมเศร้าอาจเป็นประสบการณ์ที่โดดเดี่ยว แต่มันแตกต่างจากความเหงา ซึ่งเป็นสภาวะทางอารมณ์ที่นักประสาทวิทยาได้นิยามไว้ดีกว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความเหงาไม่เหมือนกับการแยกตัวออกจากสังคม ซึ่งเป็นการวัดจำนวนความสัมพันธ์ที่บุคคลหนึ่งมีอย่างเป็นกลาง กล่าวคือ บางคนอาจมีหลายความสัมพันธ์แต่ยังคงเหงาอยู่ และไม่ใช่ความวิตกกังวลทางสังคมซึ่งเป็นความกลัวความสัมพันธ์หรือประสบการณ์เชิงสัมพันธ์บางอย่าง

การวิจัยทางระบบประสาทชีววิทยาที่เพิ่มมากขึ้นกลับชี้ให้เห็นว่า ความเหงาเป็นอคติในใจ ไปสู่การตีความข้อมูลทางสังคมในทางลบและลงโทษตนเอง ราวกับว่าสัญญาณการเอาชีวิตรอดที่พัฒนาขึ้นเพื่อกระตุ้นให้เราเชื่อมต่อกับผู้คนที่เราพึ่งพาอีกครั้งนั้นเกิดการลัดวงจร ทำให้เกิดวงจรความรู้สึกโดดเดี่ยวที่คงอยู่ต่อไปในตัวเอง นักวิทยาศาสตร์ยังไม่พบวิธีการรักษาสำหรับความเหงา แต่บางทีเพียงแค่เข้าใจว่าวงจรเชิงลบสามารถช่วยให้คนเหงาเรื้อรังหลุดพ้นจากวงจรและค้นพบความสะดวกสบายในการเชื่อมต่อที่มีอยู่หรือในความสัมพันธ์ใหม่

เรามาจากไหน และเรามาอยู่ที่นี่ได้อย่างไร? คำถามอมตะเหล่านี้สามารถตอบได้หลายวิธี และได้ตั้งให้นักชีววิทยาจำนวนมากค้นหาต้นกำเนิดของยูคาริโอต ซึ่งเป็นสายเลือดแห่งชีวิตอายุ 2 พันล้านปี ซึ่งรวมถึงสัตว์ พืช และเชื้อราทุกชนิด และเซลล์เดียวอีกมากมาย สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนกว่าแบคทีเรีย

การค้นหายูคาริโอตตัวแรกทำให้นักวิจัยพยายามเกลี้ยกล่อมจุลินทรีย์หายากจากตะกอนก้นทะเลอย่างอุตสาหะ เมื่อเร็ว ๆ นี้ หลังจากทำงานมาหกปี ห้องปฏิบัติการในยุโรปก็กลายเป็นเพียงห้องที่สองที่ประสบความสำเร็จ ปลูกฝังหนึ่งใน Asgard Archaea— กลุ่มของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวดึกดำบรรพ์ที่มีจีโนมที่มีความคล้ายคลึงกับยูคาริโอตที่ทำให้เลิกคิ้ว และคิดว่าเป็นบรรพบุรุษของพวกมัน นักวิทยาศาสตร์หวังว่าการศึกษาเซลล์ในห้องแล็บโดยตรงจะเปิดเผยข้อมูลใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของยูคาริโอต และช่วยให้เราเข้าใจต้นกำเนิดของเรามากขึ้น

การเดินทางเชิงวิวัฒนาการของยูคาริโอตแรกนั้นถูกปกคลุมไปด้วยความลึกลับ ปีนี้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีที่จะ เติมเต็มช่องว่าง 800 ล้านปี ในบันทึกฟอสซิลโมเลกุลระหว่างการปรากฏตัวของยูคาริโอตที่เก่าแก่ที่สุดกับบรรพบุรุษล่าสุดของยูคาริโอตทั้งหมดที่ยังมีชีวิตอยู่ในปัจจุบัน ก่อนหน้านี้ เมื่อค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับยูคาริโอตที่อาศัยอยู่ในพื้นที่ว่างเมื่อประมาณ 800 ล้านถึง 1.6 พันล้านปีก่อน นักวิทยาศาสตร์ไม่พบฟอสซิลโมเลกุลตามที่คาดไว้ แต่เมื่อทีมงานชาวออสเตรเลียปรับแต่งตัวกรองการค้นหาเพื่อค้นหาโมเลกุลดึกดำบรรพ์ที่เป็นฟอสซิล พวกเขาก็พบว่ามีอยู่มากมาย การค้นพบนี้เผยให้เห็นสิ่งที่ผู้เขียนเรียกว่า "โลกที่สูญหาย" ของยูคาริโอตที่ช่วยบอกเล่าเรื่องราวประวัติศาสตร์วิวัฒนาการตอนต้นของบรรพบุรุษโบราณของเรา

การวิจัยในช่วงทศวรรษที่ผ่านมาได้ระบุลักษณะเฉพาะของไมโครไบโอมได้ดีขึ้น ซึ่งก็คือการสะสมของจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ในลำไส้และส่วนอื่นๆ ในร่างกายของเรา และวิธีที่ละเอียดอ่อนซึ่งไมโครไบโอมมีอิทธิพลต่อสุขภาพของเรา ในปีนี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เปิดเผยรายละเอียดที่ยิ่งใหญ่ที่สุดว่าไมโครไบโอมของเรามาจากไหนและวิวัฒนาการไปตลอดชีวิตของเราอย่างไร

ไม่น่าแปลกใจเลยที่เมล็ดแรกของไมโครไบโอมของเรามักมาจากแม่ ซึ่งแพร่เชื้อระหว่างการคลอดบุตรและผ่านการเลี้ยงลูกด้วยนมแม่ด้วย งานวิจัยที่ตีพิมพ์ในปีนี้พบว่าการมีส่วนร่วมของคุณแม่ไม่ได้เป็นเพียงจุลินทรีย์ทั้งหมดเท่านั้น แต่ยังรวมถึง ตัวอย่างเล็กๆ น้อยๆ ของ DNA เรียกว่าองค์ประกอบทางพันธุกรรมเคลื่อนที่ ในช่วงปีแรกของชีวิต องค์ประกอบทางพันธุกรรมที่เคลื่อนที่ได้เหล่านี้จะกระโดดจากแบคทีเรียของแม่ไปสู่ทารกผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการถ่ายโอนยีนแนวนอน การค้นพบนี้ทำให้นักวิจัยประหลาดใจ ซึ่งไม่ได้คาดหวังว่าการวิวัฒนาการร่วมกันในระดับสูงระหว่างไมโครไบโอมของมารดากับของทารกจะคงอยู่ต่อไปอีกนานหลังคลอด

นั่นยังไม่ใช่จุดสิ้นสุดของเรื่องราว: ไมโครไบโอมวิวัฒนาการไปตลอดชีวิตของเรา การวิเคราะห์การแพร่กระจายของไมโครไบโอมของมนุษย์ครั้งใหญ่ที่สุด ซึ่งตีพิมพ์ในปีนี้เช่นกัน เผยให้เห็นว่าเป็นอย่างไร ไมโครไบโอมสับเปลี่ยนและประกอบกลับเข้าไปใหม่ ตลอดหลายทศวรรษ เอกสารดังกล่าวให้หลักฐานที่ชัดเจนว่าสิ่งมีชีวิตไมโครไบโอมแพร่กระจายระหว่างผู้คน โดยเฉพาะผู้ที่เราใช้เวลาด้วยมากที่สุด เช่น สมาชิกในครอบครัว คู่ครอง และเพื่อนร่วมห้อง และการศึกษานี้ได้เพิ่มความเป็นไปได้ที่น่าสนใจว่าความเจ็บป่วยบางอย่างที่ถือว่าไม่ติดต่อนั้นจริงๆ แล้วสามารถแพร่เชื้อผ่านทางระบบทางเดินอาหารได้ ในรูปแบบที่ละเอียดอ่อนในบางครั้ง

ยุคก่อนการประดิษฐ์นาฬิกาแดด นาฬิกา และนาฬิกาอะตอม สิ่งมีชีวิตได้พัฒนาเครื่องมือทางชีววิทยาเพื่อรักษาเวลา พวกเขาต้องการนาฬิกาวงจรชีวิตภายในที่สามารถรักษากระบวนการเผาผลาญให้สอดคล้องกับวงจรของกลางวันและกลางคืน และยังมีนาฬิกาที่คล้ายกับปฏิทินเพื่อให้กระบวนการพัฒนาเป็นไปตามแผน ในปีนี้ นักวิจัยได้สร้างความก้าวหน้าที่สำคัญในการทำความเข้าใจทั้งสองอย่าง

การวิจัยที่วุ่นวายในช่วงหลายปีที่ผ่านมาเกิดขึ้นได้ด้วยเทคโนโลยีสเต็มเซลล์ใหม่ๆ ได้เสนอคำอธิบายใหม่ สำหรับสิ่งที่เรียกว่าจังหวะการพัฒนา สัตว์มีกระดูกสันหลังทุกตัวเริ่มต้นชีวิตด้วยเอ็มบริโอธรรมดา แต่อัตราการพัฒนาของเอ็มบริโอ และระยะเวลาที่เนื้อเยื่อของมันจะเติบโตเต็มที่ จะแตกต่างกันไปอย่างมากระหว่างสายพันธุ์และเป็นตัวกำหนดรูปแบบสุดท้ายของพวกมัน อะไรควบคุมการฟ้องของนาฬิกาพัฒนาการ? ในปีนี้ ชุดการทดลองอย่างระมัดระวังในห้องปฏิบัติการทั่วโลก โดยมุ่งเน้นไปที่สายพันธุ์และระบบต่างๆ ชี้ไปที่คำอธิบายทั่วไปว่า กระบวนการเมแทบอลิซึมขั้นพื้นฐาน รวมถึงปฏิกิริยาทางชีวเคมีและการแสดงออกของยีนที่เป็นรากฐาน ล้วนเป็นตัวกำหนดความก้าวหน้า กระบวนการเมแทบอลิซึมเหล่านี้ดูเหมือนจะได้รับการจัดระเบียบโดยไมโตคอนเดรียขั้นพื้นฐาน ซึ่งอาจทำหน้าที่สองบทบาทได้เป็นอย่างดีในฐานะผู้จับเวลาและแหล่งพลังงานของเซลล์ที่ซับซ้อน

ในขณะที่นักวิจัยเหล่านั้นกระจัดกระจายไปทั่วโลก งานใหม่เกี่ยวกับนาฬิกา circadian ได้เกิดขึ้นในห้องทดลองของนักวิทยาศาสตร์เพียงคนเดียว นั่นคือ Carrie Partch นักชีวเคมีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานตาครูซ Partch ได้รับแรงผลักดันจากความหลงใหลที่ไม่เหมือนใคร ไม่เพียงแต่กับก้าวพื้นฐานของนาฬิกาเท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงด้วย การเต้นรำที่ซับซ้อน โปรตีนนาฬิกานั้นทำงานในขณะที่มันถูกสร้างขึ้นและเมื่อมันโต้ตอบและสลายตัว เช่นเดียวกับช่างซ่อมนาฬิกาคนอื่นๆ เธอไม่พอใจกับการรู้ว่าเกียร์และฟันเฟืองคืออะไร เธอยังต้องเข้าใจว่ามันประกอบเข้าด้วยกันได้อย่างไร ในการให้ความสนใจอย่างใกล้ชิดกับระบบเดียวตลอดอาชีพการงานของเธอ เธอได้ค้นพบเกี่ยวกับการเต้นของโปรตีนนาฬิกาที่เป็นตัวแทนความจริงที่กว้างขึ้น ตัวอย่างเช่น โปรตีนที่ไม่มีโครงสร้างหรือแม้แต่โปรตีนที่ไม่เป็นระเบียบเป็นพื้นฐานของกระบวนการทางชีวภาพ

สัญญาณหนึ่งของความก้าวหน้าในด้านประสาทวิทยาก็คือความก้าวหน้าที่แม่นยำยิ่งขึ้นอย่างต่อเนื่อง การใช้เครื่องมือใหม่ๆ ที่มีพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ที่มั่นคงมากขึ้น ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถมุ่งความสนใจไปที่การกำหนดลักษณะพิเศษของเซลล์สมองแต่ละเซลล์ได้ ปีนี้พวกเขา ตั้งอยู่บนแผนที่โซเชียล ของค้างคาว ซึ่งกลายเป็นการซ้อนทับบนแผนที่ของสภาพแวดล้อมทางกายภาพของพวกมัน เซลล์สมองเดียวกันในฮิบโปแคมปัสเข้ารหัสข้อมูลสิ่งแวดล้อมหลายประเภท นักวิจัยคนอื่นๆ ดูเหมือนจะได้แก้ไขข้อถกเถียงที่กินเวลานาน 30 ปีว่าเซลล์ glial ของสมองบางส่วน ซึ่งในอดีตถือว่าเป็นเพียงส่วนเสริมสำหรับเซลล์ประสาทที่มีชื่อเสียงมากกว่านั้น สามารถทำได้หรือไม่ กระตุ้นสัญญาณไฟฟ้า. ทีมนักประสาทวิทยาและนักวิจัยทางคลินิก ซึ่งได้รับความช่วยเหลือจากผู้ป่วยโรคลมบ้าหมูที่ได้รับการฝังอิเล็กโทรดเพื่อปรับปรุงการรักษาพยาบาลของตน ค้นพบว่าสมองมี ระบบที่แตกต่างกัน สำหรับแสดงจำนวนน้อยและจำนวนมาก และเป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้เห็นภาพสามมิติว่าตัวรับกลิ่นเป็นอย่างไร จับกับโมเลกุลกลิ่น — ขั้นตอนสำคัญในการทำความเข้าใจว่าจมูกและสมองสามารถดักจับสารเคมีในอากาศและรับข้อมูลทางประสาทสัมผัสที่สำคัญเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมได้อย่างไร