Informácie

Dajú sa zvieratá a ľudia zoradiť podľa ich schopnosti detekovať vlhkosť?

Dajú sa zvieratá a ľudia zoradiť podľa ich schopnosti detekovať vlhkosť?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Jedným z dôvodov, prečo je hmyz taký úspešný – asi 70 % všetkých živočíšnych druhov – je jeho vynikajúca schopnosť detekovať vlhkosť. Vezmite si napríklad termity. Vojaci vyháňajú lietajúce reprodukčné orgány, až keď do 24 hodín zaprší. Pretože na prežitie a vytvorenie nového termitieho hniezda bude potrebná vlhkosť.

Ľudia sú naopak beznádejní pri zisťovaní vlhkosti; ľudia nemajú zmysly, aby boli schopní predpovedať dážď. S výnimkou nepriamejších metód a vedy.

Moja otázka teda znie, či existuje nejaký spôsob hodnotenia rôznych schopností detekcie vlhkosti? Toto nie je otázka na zoznam. Skôr je to riadenie pre vzorec alebo súbor premenných. Existujú faktory, ktoré spôsobujú, že pes lepšie zisťuje vlhkosť ako napríklad mačka, ak je to tak?

Som prekvapený, že sa zdá, že to nikto neurobil pre niečo – vodu a vlhkosť – čo je pre život také dôležité.


Myslím, že jednoducho nemôžeš.

Na navrhnutie experimentu potrebujete 2 veci:

1- Niečo spoločné medzi Humenom a hmyzom a dá sa merať.

2- Iná mierka podľa poradia druhu.

A myslím, že tu jednoducho NEMÁTE obe ​​kritériá.


Môžu psi pomôcť ľuďom liečiť sa?

Nedávno som bol v parku, kde na lavičke sedela mama s babkou a pozerali sa, ako sa hrá dieťa. Zlatý retriever odpočíval vedľa nich a tiež sledoval aktivitu. Zrazu sa dieťa pošmyklo a spadlo tak, že si odrelo koleno a spôsobilo mu krvácanie. Dievčatko pribehlo k matke, ktorá si zrejme myslela, že ide o malú ranu. Rodinný pes sa však postavil a začal olizovať krvácajúce koleno. Zdá sa, že to matku trápilo oveľa viac ako samotná rana, a tak psa odohnala znechuteným pohľadom.

"Nech to pes olizuje," povedala babička, "rýchlejšie sa to zahojí."

"To je mýtus," trvala na svojom matka. "Je oveľa pravdepodobnejšie, že jazyk psa bude mať nečistoty z čohokoľvek, čo olizoval, a je oveľa pravdepodobnejšie, že spôsobí infekciu, než ju vylieči."

To ma priviedlo k zamysleniu nad tým, aký je najnovší výskum o hodnote lízania rán psami. Lízanie rán je u ľudí a mnohých iných zvierat inštinktívna reakcia na zranenie. Psy, mačky, hlodavce a primáty si lízajú rany. Existuje všeobecný ľudový názor, že zvieracie sliny, najmä tie psie, majú liečivé vlastnosti na ľudské rany. Dôkazy o tom pochádzajú z množstva historických tradícií. Napríklad v starovekom Egypte sa mesto Hardai stalo známym ako Cynopolis (Mesto psov), pretože v jeho mnohých chrámoch zasvätených Anubisovi, sprievodcovi mŕtvych so psou hlavou, sa psy používali ako obete.

Psy sa však používali aj v liečebných postupoch, pretože silne verili, že olizovanie psom, najmä v tých oblastiach tela, ktoré obsahujú rany alebo lézie, pomôže vyliečiť zranenie alebo vyliečiť chorobu, ktorá ho spôsobuje. Túto prax prevzali Gréci a v chrámoch zasvätených Asklépovi, ich bohu medicíny a liečenia, sa často nachádzali psy trénované na lízanie rán. V stredoveku sa o svätom Rochovi hovorilo, že sa vyliečil z moru vredov, keď ho olizoval jeho pes. Mnoho kultúr stále verí, že hodnota lízania psom má liečivú silu. Dokonca existuje súčasné francúzske príslovie: „Langue de chien, langue de médecin,“, čo v preklade znamená: „Psí jazyk je jazyk lekára“.

Jednoduché mechanické pôsobenie psieho jazyka môže byť nápomocné pri riešení rany. Sliny psích jazykov pôsobia na uvoľnenie všetkých nečistôt, ktoré môžu byť na povrchu rany. Akékoľvek nečistoty alebo iné nečistoty sa tiež prichytia k vlhkosti slín, čím sa prinajmenšom vyčistí oblasť rany.

Ťažiskom mnohých výskumov však boli rôzne antibiotiká a užitočné zlúčeniny, ktoré sa nachádzajú v psích slinách. Liečivé schopnosti slín sa už dlho predpokladajú, pretože lézie v ústach sa opravujú rýchlejšie a jazvy sú menšie ako rany na koži. Menno Oudhoff z Amsterdamskej univerzity našiel v slinách jednoduché proteíny nazývané histatíny. Sú dobre známe svojou schopnosťou odvrátiť infekcie. Niektoré histatíny tiež podnecujú bunky z povrchu kože (nazývané epitel), aby sa rýchlejšie uzavreli nad ranou. Oudhoff poznamenal: "Prvá vec, ktorá sa musí stať pre hojenie rán, je aktivácia migrácie epiteliálnych buniek."

Nigel Benjamin, klinický farmakológ z Nemocnice svätého Bartolomeja a London School of Medicine and Dentistry tvrdí, že lízanie rán je rovnako prospešné pre ľudí ako pre zvieratá. Jeho výskum ukázal, že keď sa sliny dostanú do kontaktu s pokožkou, dusitan – prirodzená zložka slín – sa rozkladá na oxid dusnatý, chemickú zlúčeninu, ktorá je účinná pri ochrane porezaní a škrabancov pred bakteriálnymi infekciami. Okrem toho vedci z Floridskej univerzity v Gainesville objavili v slinách proteín s názvom Nerve Growth Factor (NGF). Rany poliate NGF sa hojili dvakrát rýchlejšie ako neošetrené (to znamená neolízané) rany.

Údaje o lízaní rán však nie sú všetky pozitívne. V ústach cicavcov nájdeme aj určité anaeróbne baktérie ako Pasteurella. Hoci Pasteurella nie je škodlivá v ústach, môže spôsobiť vážne infekcie, keď sa dostane hlboko do otvorenej rany. Existuje množstvo správ o tom, že sa to stalo, a niekedy boli výsledky extrémne negatívne, čo spôsobilo infekcie, ktoré viedli k amputáciám, a niekedy boli výsledné infekcie život ohrozujúce.

Jedným zo zaujímavých aspektov týchto zistení je názor, že užitočné chemikálie sa nenachádzajú len v slinách psov, ale aj v slinách ľudí. To naznačuje, že ak ste ochotní ignorovať možné komplikácie, aby ste získali hojivé výhody lízania rán, možno nebudete potrebovať pomoc Lassie alebo Fida. V skutočnosti to môžete urobiť sami. To však neznamená, že by ste mali výhody svojho liečivého jazyka bez rozdielu ponúkať iným.

Mali by ste poznať prípad učiteľa z Oregonu, ktorý dostal pokarhanie po tom, čo olízal krv z rán na kolene člena pretekárskeho tímu, na ruke futbalistu a na ruke študenta strednej školy. Úradník verejného zdravotníctva v Oregone to komentoval: "Vieme, že zvieratá si lízajú svoje rany a je možné, že sliny majú určité liečivé vlastnosti. Ale moje veľmi silné odporúčanie je, aby ste sa obmedzili na lízanie svojich rán."

Autorské práva SC Psychological Enterprises Ltd. Nesmie byť pretlačená alebo zverejnená bez povolenia


Web o rozmanitosti zvierat

Rozsah Plestiodon fasciatus, päťradový skink, sa rozprestiera na juh od dolného polostrova Michigan, južného Ontária a východného New Yorku po severnú Floridu a na západ po Wisconsin, časť horného polostrova Michiganu, Missouri a východné oblasti Kansasu. , Oklahoma a Texas. Izolované populácie sa vyskytujú aj v severovýchodnej Iowe, západnej centrálnej Minnesote a spojených častiach južnej Minnesoty a Wisconsinu (Harding 1997).

Habitat

Päťradé scinky preferujú vlhké, ale nie mokré, zalesnené alebo čiastočne zalesnené oblasti s výrazným krytom a bohatými miestami na vyhrievanie. Tieto miesta môžu zahŕňať hromady dreva alebo krovín, pne, guľatiny, skalnaté výbežky, uvoľnenú kôru a opustené budovy. Väčšina päťradových scinkov obýva narušené prostredia, ako sú okraje lesov, vyčistené oblasti alebo spálené oblasti, bežne nazývané ekotónové oblasti. Populácie scinkov s piatimi líniami sa môžu vyskytovať aj medzi hromadami naplaveného dreva na piesočnatých plážach Veľkých jazier (Harding 1997). Veľkosť domovského okrsku je ovplyvnená dostupným typom biotopu, ako aj zmenami v sezónnej distribúcii potravy, prístreškom a inými požiadavkami. Domáci rozsah sa môže líšiť aj veľkosťou a tvarom v súlade s vekom a pohlavím jednotlivého skinka (Fitch 1956). Skinky s piatimi radmi hľadajú úkryt v hnijúcom dreve, skalných štrbinách, vegetácii alebo hromadách pilín alebo základoch budov, ktoré zostávajú neaktívne počas chladných zimných mesiacov (Harding 1997).

Fyzický popis

Dospelé päťradové skinky s dĺžkou 12,7 až 21,6 cm sa vyznačujú piatimi žltými až krémovo sfarbenými pruhmi rovnakej šírky, ktoré sa tiahnu dorzálne a bočne od ňucháča po chvost. Tieto pruhy, oddelené tmavšími čiarami, môžu vekom zosvetľovať a u starších samcov nakoniec zmiznú. Typická čierna farba pozadia u mláďat a mladých dospelých samíc tiež vybledne s dozrievaním do hnedého, šedého alebo olivového odtieňa u dospelých jedincov (Harding 1997). Telo je štíhle a predĺžené, chýba mu výrazný krk alebo sa zužuje pred klinovitou hlavou. Malé končatiny sú päťpočetné s dobre vyvinutými prstami a pazúrmi. Vyliahnuté mláďatá s dĺžkou 5 až 6,4 cm majú jasne modré chvosty a výrazné biele alebo žlté pruhy na čiernom pozadí. Farba chvosta vekom bledne a častejšie sa zachováva u samíc ako u samcov, ktorí majú v dospelosti sivé chvosty (Fitch 1956). Hoci nie je zrejmý žiadny sexuálny rozdiel v dĺžke tela, medzi päťradovými skinkmi existuje jasný sexuálny dimorfizmus veľkosti hlavy a sfarbenia (Vitt a Cooper 1986). U samcov sa vývoj rozšírenej hlavy a červenooranžového sfarbenia ňufáka a čeľustí zintenzívňuje počas jarného obdobia rozmnožovania (Harding 1997). (Harding, 1997 Vitt a Cooper., 1986)

  • Ďalšie fyzikálne vlastnosti
  • heterotermické
  • Sexuálny dimorfizmus
  • pohlavia tvarované inak
  • Dĺžka dosahu 12,7 až 21,6 cm 5,00 až 8,50 palca

Rozvoj

Dĺžka inkubácie vajec sa mení s teplotou, takže nižšie teploty vedú k dlhšiemu vyliahnutiu.

Rozmnožovanie

Hnojenie u päťradových škrkaviek je vnútorné, vajíčka znáša samica medzi polovicou mája a júlom, najmenej jeden mesiac po párení. Samice kladú pätnásť až osemnásť vajec do malej dutiny vyčistenej pod hnijúcim kmeňom, pňom, doskou, voľnou kôrou, skalou alebo opustenou norou hlodavcov (Harding 1997). Samice uprednostňujú odľahlé hniezdiská vo veľkých, stredne rozpadnutých kmeňoch. Dôležitým faktorom pri výbere hniezda je aj vlhkosť pôdy. Samice často umiestňujú hniezda v oblastiach, kde je vlhkosť pôdy vyššia ako v priľahlých oblastiach. Vertikálna poloha hniezda sa tiež mení s vlhkosťou, hniezda sú umiestnené hlbšie v pôdnej dutine na suchých miestach. Aj keď nie sú miesta hniezdenia obmedzené, dochádza k značnému množstvu agregácie (Hecnar 1994). Pergamenové vajíčka päťradových scinkov, podobne ako u mnohých iných plazov, sú tenké a ľahko sa prepichnú. Čerstvo znesené vajcia majú tvar od guľovitého až po oválny s priemernou dĺžkou 1,3 cm. Absorpcia vody z pôdy vedie k zvýšeniu veľkosti vajec. Aj sfarbenie vajíčok sa po kontakte s hniezdnou norou časom mení, z bielej na strakaté hnedé. Inkubačná doba sa pohybuje od 24 do 55 dní a mení sa v dôsledku kolísania teploty (Fitch 1956). Samice počas tohto obdobia zvyčajne kladú vajíčka a prejavujú obranné správanie proti menším predátorom. Rodičovská starostlivosť končí deň alebo dva po vyliahnutí, keď vyliahnuté mláďatá opustia hniezdo. Mladé päťradové scinky s potenciálnou dĺžkou života až šesť rokov dosiahnu pohlavnú dospelosť a začnú sa rozmnožovať do dvoch až troch rokov od vyliahnutia (Harding 1997). (Fitch, 1956 Harding, 1997 Hecnar, 1994)

  • Kľúčové reprodukčné vlastnosti
  • iteroparný
  • sezónny chov
  • sexuálne
  • oplodnenie
  • vajcorodý
  • Interval chovu Päťradé scinky sa množia raz ročne.
  • Obdobie rozmnožovania Skinky kladú vajíčka medzi májom a júlom.
  • Rozsah počtu potomkov 15 až 18
  • Rozsah obdobia tehotenstva 55 (vysokých) dní

Samice zvyčajne kladú vajíčka počas inkubácie a bránia ich pred malými predátormi. Samice umiestňujú svoje telá okolo alebo nad vajíčka v závislosti od vlhkosti pôdy. Samice sa snažia vajíčka viac zakryť, keď je pôda suchá, aby sa znížila strata vody z vajíčok. Budú tiež močiť na vajcia, aby si udržali vlhkosť. Samice udržujú svoje vajcia v teple vyhrievaním sa na slnku, potom sa vracajú do hniezda, aby vajíčka zohriali svojím telesným teplom. Samice tvoria spoločné hniezda, kde sa môžu podieľať na starostlivosti o vajcia, pričom striedavo hľadajú potravu a strážia vajcia, aby vajcia zostali po celý čas chránené. Akékoľvek vajcia vytlačené z hniezda sa získajú gúľaním hlavy alebo ňufáku a zhnité vajcia sa zjedia. Rodičovská starostlivosť končí deň alebo dva po vyliahnutí, keď vyliahnuté mláďatá opustia hniezdo.

Životnosť/dlhovekosť

Skinky s piatimi líniami sa môžu vo voľnej prírode dožiť až 6 rokov, aj keď s najväčšou pravdepodobnosťou uhynú ako mladé scinky pred dosiahnutím dospelosti.

Správanie

Dospelí samci päťradových skinkov prejavujú zložité dvorenie a agresívne správanie. Hoci samce na svojich územiach tolerujú mláďatá a samice, aktívne tieto oblasti bránia pred ostatnými samcami. Vomeronazálna analýza chemických podnetov a rozpoznávanie pohlavne špecifických vizuálnych stimulov, vrátane sfarbenia chvosta a tela, pomáha pri identifikácii pohlavia (Harding 1997). Dôkazy naznačujú, že samce sa môžu pri identifikácii súbežných jedincov viac spoliehať na kontaktné fermóny ako na prchavé molekuly prenášané vzduchom (Cooper a Vitt 1985). Dvorné samce uchopí krky vnímavých samíc do čeľustí po tom, čo sa k nim priblížia zboku. Použitím chvosta na zarovnanie kloakálnych otvorov samce iniciujú kopuláciu vložením jedného z dvoch hemipénov do samičej kloaky. Udalosti kopulácie zvyčajne trvajú štyri až osem minút (Harding 1997).

Samice 5-radových skinníkov preukazujú vysokú úroveň rodičovskej starostlivosti, ktorá znižuje úmrtnosť vajíčok. Samice vykazujú niekoľko pozícií narodenia rôznych úrovní kontaktu s telom umiestneným vedľa, cez, cez alebo v závite okolo vajíčok. Poloha hniezdenia sa líši v závislosti od vlhkosti pôdy. Telesný kontakt matky sa zvyšuje pri nižších úrovniach vlhkosti, čo potenciálne znižuje transpiračné straty vajíčok. V spoločných hniezdach môžu samice striedať hľadanie potravy a stráženie hniezd, pričom vajcia zostávajú vždy chránené (Hecnar 1994). Samice môžu tiež močiť do hniezd a otáčať vajíčkami, aby si udržali vlhkosť. Okrem toho samice prenášajú teplo z vyhrievania prostredníctvom telesného kontaktu. Akékoľvek vajcia vytlačené z hniezda sa získajú gúľaním hlavy alebo ňufáku a zhnité vajcia sa zjedia (Harding 1997).

Päťradé skinky tiež vykazujú antipredačné správanie. Pri úteku pred rôznymi predátormi vrátane hadov, vrán, jastrabov, piskorov, krtkov, vačíc, skunkov, mývalov a domácich mačiek môžu skinky odpojiť celý chvost alebo malú časť. Skinkovia utekajú do úkrytu, aby unikli svojim roztržitým predátorom, zatiaľ čo sa odpojený chvost stále krúti. Skinks môžu tiež využívať hryzenie ako obrannú stratégiu (Harding 1997).

Komunikácia a vnímanie

Skinky s piatimi líniami využívajú svoj zrak a schopnosť detekovať chemikálie (feromóny) na určenie pohlavia iných scinkov.

Potravinové návyky

Päťradé scinky sú vo všeobecnosti hmyzožravé, živia sa pavúkmi, mnohonožkami, cvrčkami, termitmi, kobylkami, húsenicami, chrobákmi a larvami chrobákov. Môžu tiež konzumovať slimáky, ako aj malé stavovce vrátane žiab, menších jašteríc a novonarodených myší (Harding 1997).

Predátorstvo

Päťradé scinky sú korisťou veľkých vtákov, ako sú vrany americké, piskor severský, poštolky americké alebo jastraby ostrolesné. Ich korisťou sú aj líšky, mývaly, vačice, skunky, piskory, krtky, domáce mačky a hady. Päťradé skinky rýchlo unikajú a ukrývajú sa v štrbinách. Pri konfrontácii s predátorom môžu skinky odpojiť celý chvost alebo malú časť. Chvost je často pestro sfarbený a trhá sa, čo odvádza pozornosť predátora na dosť dlho na to, aby skink utiekol. Časom im opäť narastú chvosty. Skinks hryzú aj svojich útočníkov.

  • Známe dravce
    • vrany americké (Corvus brachyrhynchos)
    • piskor severský (Lanius excubitor)
    • Poštolky americké (Falco sparverius)
    • jastraby ostrolisté (Accipiter striatus)
    • hady (Serpentes)
    • mývaly (Procyon lotor)
    • líška obyčajná (Vulpes vulpes)
    • Vačice virgínske (Didelphis virginiana)
    • pruhované skunky (Mephitis mephitis)
    • piskory (Soricidae)
    • krtkovia (Talpidae)
    • domáce mačky (Felis silvestris)

    Úlohy ekosystémov

    Skinks s piatimi radmi pôsobí ako zdroj potravy pre svojich predátorov a pomáha kontrolovať populácie hmyzu a iných bezstavovcov.

    Ekonomický význam pre ľudí: Pozitívny

    Tam, kde sú populácie hojné, môžu päťradové skinky pomôcť pri kontrole hmyzích škodcov (Harding 1997).

    Ekonomický význam pre ľudí: negatívny

    Päťradé scinky sú hostiteľmi a prenášačmi chochlačky obyčajnej, druhu, ktorý pravidelne napáda ľudí (Fitch 1956).

    Stav ochrany

    Distribúcia päťradového skinka je často nejednotná a koloniálna, s malými izolovanými populáciami v častiach jeho rozsahu. Ničenie biotopov v týchto regiónoch by mohlo viesť k miestnemu vyhynutiu druhu (Harding 1997).

    • Najmenej znepokojený červený zoznam IUCN
      Viac informácií
    • Najmenej znepokojený červený zoznam IUCN
      Viac informácií
    • Federálny zoznam USA Žiadny špeciálny status
    • CITES Žiadny osobitný štatút
    • Zoznam štátu Michigan Žiadny zvláštny status

    Prispievatelia

    Elizabeth Vanwormer (autor), Michigan State University, James Harding (editor), Michigan State University.

    Slovník pojmov

    žijúci v Nearktickej biogeografickej provincii, severnej časti Nového sveta. To zahŕňa Grónsko, kanadské arktické ostrovy a celú Severnú Ameriku až na juh po vysočiny stredného Mexika.

    zviera, ktoré sa živí hlavne mäsom

    rodičovskú starostlivosť vykonávajú ženy

    spojenie vajíčka a spermie

    v lesných biómoch dominujú stromy, inak sa lesné biómy môžu značne líšiť v množstve zrážok a sezónnosti.

    majúci telesnú teplotu, ktorá kolíše s teplotou bezprostredného prostredia, nemajúci žiadny mechanizmus alebo len slabo vyvinutý mechanizmus regulácie vnútornej telesnej teploty.

    potomstvo pochádza z viac ako jednej skupiny (vrhy, znášky atď.) a vo viacerých ročných obdobiach (alebo v iných obdobiach vhodných pre reprodukciu). Iteroparné zvieratá musia podľa definície prežiť viac sezón (alebo periodických zmien stavu).

    schopnosť presúvať sa z jedného miesta na druhé.

    oblasť, v ktorej sa zviera prirodzene vyskytuje, oblasť, v ktorej je endemický.

    rozmnožovanie, pri ktorom sa vajíčka uvoľňujú ženským vývojom potomstva, prebieha mimo tela matky.

    mať viac ako jednu samicu za partnera naraz

    chov je obmedzený na určitú sezónu

    reprodukciu, ktorá zahŕňa spojenie genetického prínosu dvoch jedincov, samca a samice

    tá oblasť Zeme medzi 23,5 stupňami severnej zemepisnej šírky a 60 stupňami severnej zemepisnej šírky (medzi obratníkom Raka a polárnym kruhom) a medzi 23,5 stupňami južného smeru a 60 stupňami južnej polohy (medzi obratníkom Kozorožca a polárnym kruhom).

    bráni oblasť v domácom okrsku, ktorú obýva jedno zviera alebo skupina zvierat rovnakého druhu a ktorá je držaná prostredníctvom otvorenej obrany, vystavenia alebo reklamy

    mláďatá sú po narodení pomerne dobre vyvinuté

    Referencie

    Cooper, W., L. Vitt.. 1985. Reakcie skinkov, E. fasciatus a E. laticeps na vzduchom prenášané konšpecifické pachy: ďalšie hodnotenie. Journal of Herpetology, 19: 481-486.

    Fitch, H. 1956. História života a ekológia päťradového skinka, Eumeces fasciatus. Pp. 1-156 v E Hall, A Leonard, R Wilson, eds. Prírodovedné publikácie University of Kansas, zväzok 8. Topeka, Kansas: Univerzita v Kansase.

    Harding, J. 1997. Obojživelníky a plazy oblasti Veľkých jazier. Ann Arbor, Michigan: University of Michigan Press.

    Hecnar, S. 1994. Distribúcia hniezd, výber miesta a hniezdenie v päťradom scinku (Eumeces Fasciatus). Canadian Journal of Zoology, 72: 1510-1516.


    Referencie

    Ruwende, C. & Hill, A. Nedostatok glukózo-6-fosfátdehydrogenázy a malária. J. Mol. Med. 76, 581–588 (1998)

    Sabeti, P. a kol. CD40L spojenie s ochranou pred ťažkou maláriou. Genes Immun. 3, 286–291 (2002)

    Cavalli-Sforza, L. L., Menozzi, P. & Piazza, A. História a geografia ľudských génov (Princeton Univ. Press, Princeton, 1994)

    Kimura, M. Neutrálna teória molekulárnej evolúcie (Cambridge Univ. Press, Cambridge/New York, 1983)

    Stephens, J. C. a kol. Datovanie pôvodu alely CCR5-Delta32 na rezistenciu voči AIDS pomocou koalescencie haplotypov. Am. J. Hum. Genet. 62, 1507–1515 (1998)

    Hudson, R. R. & Kaplan, N. L. Štatistické vlastnosti počtu rekombinačných udalostí v histórii vzorky sekvencií DNA. genetika 111, 147–164 (1985)

    Lewontin, R. Interakcia výberu a prepojenia. I. Všeobecné úvahy heterotické modely. genetika 49, 49–67 (1964)

    Nie, M. Molekulárna evolučná genetika Eqn. 8.4 (Columbia Univ. Press, New York, 1987)

    Luzatto, L., Mehta, A. & Vulliamy, T. Metabolické a molekulárne základy dedičných chorôb 4517 – 4553 (McGraw-Hill, New York, 2001)

    Raymond, M. & Rousset, F. Exaktný test na diferenciáciu populácie. Evolúcia 49, 1280–1283 (1995)

    Hudson, R. R. Vlastnosti modelu neutrálnej alely s intragénnou rekombináciou. teor. Popul. Biol. 23, 183–201 (1983)

    Reich, D. E. & Goldstein, D. B. Mikrosatelity: Evolúcia a aplikácie 128 – 138 (Oxford Univ. Press, Oxford/New York, 1999)

    Tishkoff, S.A. a kol. Haplotypová diverzita a väzbová nerovnováha na ľudskom G6PD: nedávny pôvod alel, ktoré spôsobujú odolnosť voči malárii. Veda 293, 455–462 (2001)

    Rozas, J. & Rozas, R. DnaSP verzia 3: integrovaný program pre molekulárnu populačnú genetiku a analýzu molekulárnej evolúcie. Bioinformatika 15, 174–175 (1999)

    Tajima, F. Štatistická metóda na testovanie hypotézy neutrálnej mutácie pomocou polymorfizmu DNA. genetika 123, 585–595 (1989)

    Fu, Y. X. & Li, W. H. Štatistické testy neutrality mutácií. genetika 133, 693–709 (1993)

    Fay, J. C. & Wu, C. I. Stopovanie pod pozitívnou darwinovskou selekciou. genetika 155, 1405–1413 (2000)

    Hughes, A. L. & Nei, M. Vzor nukleotidovej substitúcie v lokusoch hlavného histokompatibilného komplexu triedy I odhaľuje nadmernú selekciu. Príroda 335, 167–170 (1988)

    McDonald, J. H. & Kreitman, M. Adaptívny vývoj proteínov v lokuse Adh v r. Drosophila. Príroda 351, 652–654 (1991)

    Hudson, R. R., Kreitman, M. & Aguade, M. Test neutrálnej molekulárnej evolúcie na základe údajov o nukleotidoch. genetika 116, 153–159 (1987)

    Gabriel, S. B. a kol. Štruktúra haplotypových blokov v ľudskom genóme. Veda 23, 2225–2229 (2002)

    Wootton, J. C. a kol. Genetická diverzita a selektívne prenikanie chlorochínu Plasmodium falciparum. Príroda 418, 320–323 (2002)

    Tang, K. a kol. Genotypizácia založená na čipoch pomocou hmotnostnej spektrometrie. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 10016–10020 (1999)

    Vulliamy, T. J. a kol. Väzbová nerovnováha polymorfných miest v géne G6PD v afrických populáciách a pôvod G6PD A. gen Zemepisné heslo ; 5, 13–21 (1991)

    Sachidanandam, R. a kol. Mapa variácií sekvencie ľudského genómu obsahujúca 1,42 milióna jednonukleotidových polymorfizmov. Príroda 409, 928–933 (2001)

    Reich, D. E. a kol. Väzbová nerovnováha v ľudskom genóme. Príroda 411, 199–204 (2001)


    Objaviteľská cesta

    Zatiaľ čo náš nový druh pochádza z juhozápadného Pacifiku, podmorské hory sa vyskytujú na celom svete a práve začíname skúmať tie v iných oceánoch. V júli a auguste povediem 45-dňovú prieskumnú cestu na austrálskom oceánskom výskumnom plavidle RV Investigator na podmorské hory okolo Vianoc a na Kokosové (Keeling) ostrovy vo východnom Indickom oceáne.

    Tieto podmorské vrchy sú staré – staré až 100 miliónov rokov – a takmer úplne nepreskúmané. Sme skutočne nadšení z toho, čo môžeme nájsť.

    Podmorské hory sú zvláštne miesta v hlbokomorskom svete. Okolo nich víria prúdy, ktoré prinášajú živiny z hlbín alebo zhora zachytávajú planktón, ktorý živí rast veľkolepých vejárovitých koralov, morských bičov a sklenených húb. Tie zase hostí množstvo ďalších hlbokomorských živočíchov. Tieto fascinujúce spoločenstvá sú však zraniteľné voči ľudským aktivitám, ako je hlbokomorské vlečné siete a ťažba vzácnych nerastov.

    (S. Samadi/MNHN/KANADEEP2, poskytnutý autor)

    Austrálska vláda nedávno oznámila proces vytvorenia nových morských parkov v regiónoch Christmas a Cocos (Keeling). Naša plavba poskytne údaje potrebné na správu týchto parkov v budúcnosti.

    Vláda Novej Kaledónie tiež vytvorila morský park v pobrežných oblastiach okolo týchto ostrovov, vrátane podmoria Durand. Tieto morské parky sú majákmi pokroku v globálnom úsilí o lepšie environmentálne riadenie našich oceánov. Ktovie, aké zvláštne a úžasné poklady hlbín ešte len treba objaviť.

    Tim O'Hara, hlavný kurátor morských bezstavovcov, Múzeá Victoria

    Tento článok je znovu publikovaný z The Conversation pod licenciou Creative Commons. Prečítajte si pôvodný článok.


    Superinteligentní ľudia prichádzajú

    L ev Landau, nositeľ Nobelovej ceny a jeden z otcov veľkej školy sovietskej fyziky, mal logaritmickú škálu pre hodnotiacich teoretikov od 1 do 5. Fyzik v prvej triede mal desaťkrát väčší vplyv ako niekto v druhej triede, a tak ďalej. Skromne sa hodnotil ako 2,5 až do konca života, keď sa stal 2. V prvej triede boli Heisenberg, Bohr a Dirac medzi niekoľkými ďalšími. Einstein mal 0,5!

    Moji priatelia v humanitných vedách alebo v iných oblastiach vedy, ako je biológia, sú prekvapení a znepokojení tým, že fyzici a matematici (nahradia Einsteina polymatikom von Neumannom) môžu uvažovať týmto v podstate hierarchickým spôsobom. V týchto oblastiach sa rozdiely v schopnostiach zjavne neprejavujú. Landauovu schému však považujem za vhodnú: Existuje veľa fyzikov, ktorých príspevky si neviem predstaviť.

    Dokonca som dospel k presvedčeniu, že Landauova stupnica by sa v zásade mohla rozšíriť hlboko pod Einsteinovu 0,5. Genetická štúdia kognitívnych schopností naznačuje, že dnes existujú variácie v ľudskej DNA, ktoré, ak sa skombinujú ideálnym spôsobom, môžu viesť k jednotlivcom s inteligenciou, ktorá je kvalitatívne vyššia, než kedy existovala na Zemi: Hrubo povedané, IQ rádovo 1 000, ak stupnica mala mať naďalej význam.

    NOCNÝ GÉNIUS: Herec Cliff Robertson, ktorý hrá rolu pekárskeho robotníka, z ktorého sa stal génius Charly (v románe napísané Charlie), študuje ilustráciu bludiska v tejto scéne z filmovej adaptácie z roku 1967. Kvety pre Algernon. Foto: Cinerama/Courtesy of Getty Images

    V románe Daniela Keyesa Kvety pre Algernon, mentálne postihnutý dospelý Charlie Gordon dostáva experimentálnu liečbu, aby si zvýšil svoje IQ zo 60 na 200. Premení sa z pekárskeho robotníka, ktorého využívajú jeho priatelia, na génia, ktorý bez námahy vníma skryté súvislosti sveta. „Žijem na vrchole jasnosti a krásy, o ktorej som nikdy nevedel, že existuje,“ píše Charlie. „Niet väčšej radosti ako výbuch riešenia problému... Toto je krása, láska a pravda v jednom. Toto je radosť." Kontrast medzi super inteligenciou a dnešným priemerným IQ 100 by bol ešte väčší.

    Od ružovej squiggle k projektu ľudského genómu

    V roku 1994 švajčiarsky biológ Pascal Gagneux začal s Ph.D. program zoológie. Jeho výskumným plánom bolo prenasledovanie populácií divokých šimpanzov v Pobreží Slonoviny a Mali. Konkrétne Gagneux hľadal hniezda šimpanzov na lesných stromoch. ČÍTAJ VIAC

    Možnosť superinteligencie vyplýva priamo z genetického základu inteligencie. Charakteristiky ako výška a kognitívne schopnosti sú riadené tisíckami génov, z ktorých každý má malý účinok. Hrubú dolnú hranicu počtu bežných genetických variantov ovplyvňujúcich každý znak možno odvodiť z pozitívneho alebo negatívneho účinku na znak (merané v palcoch výšky alebo IQ bodoch) už objavených génových variantov, nazývaných alely.

    Social Science Genome Association Consortium, medzinárodná spolupráca zahŕňajúca desiatky univerzitných laboratórií, identifikovala niekoľko oblastí ľudskej DNA, ktoré ovplyvňujú kognitívne schopnosti. Ukázali, že niekoľko jednonukleotidových polymorfizmov v ľudskej DNA štatisticky koreluje s inteligenciou, dokonca aj po korekcii na viacnásobné testovanie 1 milióna nezávislých oblastí DNA na vzorke viac ako 100 000 jedincov.

    Ak len malý počet génov ovládal kogníciu, potom každý z génových variantov by mal zmeniť IQ o veľký kus – asi 15 bodov variácie medzi dvoma jednotlivcami. Ale najväčšia veľkosť účinku, ktorú vedci doteraz dokázali zistiť, je menšia ako jeden bod IQ. Väčšie veľkosti efektov by bolo oveľa jednoduchšie odhaliť, ale neboli pozorované.

    To znamená, že musia existovať aspoň tisíce alel IQ, aby sa zohľadnila skutočná variácia pozorovaná vo všeobecnej populácii. Sofistikovanejšia analýza (s veľkými chybovými úsečkami) dáva celkový odhad asi 10 000. 1

    Každý genetický variant mierne zvyšuje alebo znižuje kognitívne schopnosti. Pretože je určená mnohými malými aditívnymi účinkami, kognitívne schopnosti sú normálne rozdelené podľa známej krivky v tvare zvona, pričom viac ľudí je v strede ako na chvoste. Osoba s viac ako priemerným počtom pozitívnych variantov (zvyšujúcich IQ) bude nadpriemerná v schopnostiach. Počet pozitívnych alel nad priemerom populácie potrebný na zvýšenie hodnoty vlastnosti o štandardnú odchýlku – teda 15 bodov – je úmerný druhej odmocnine z počtu variantov, čiže asi 100. V skratke, 100 alebo tak dodatočných pozitívne varianty by mohli zvýšiť IQ o 15 bodov.

    Vzhľadom na to, že existuje mnoho tisíc potenciálnych pozitívnych variantov, implikácia je jasná: Ak by sa ľudská bytosť dala skonštruovať tak, aby mala pozitívnu verziu každého kauzálneho variantu, mohla by vykazovať kognitívne schopnosti, ktoré sú zhruba o 100 štandardných odchýlok nad priemerom. To zodpovedá viac ako 1 000 bodom IQ.

    Preveľte ma: Šľachtenie domestikovaných rastlín a zvierat zmenilo niektoré populácie až o 30 štandardných odchýlok. Napríklad brojlerové kurčatá sa od roku 1957 zväčšili viac ako štvornásobne. Podobný prístup by sa dal aplikovať na ľudskú inteligenciu, čo viedlo k IQ vyšším ako 1 000. Zuidhof, M. J., Schneider, B. L., Carney, V. L., Korver, D. R., & Robinson, F. E. Rast, účinnosť a výnos komerčných brojlerov od roku 1957, 1978 a 2005. Veda o hydine 93, 1-13 (2014).

    Nie je vôbec jasné, že skóre IQ má v tomto rozsahu nejaký význam. Môžeme si však byť istí, že bez ohľadu na to, čo to znamená, schopnosti tohto druhu by ďaleko prekročili maximálne schopnosti medzi približne 100 miliardami jedincov, ktorí kedy žili. Vieme si predstaviť schopnosti podobné savantom, ktoré by v maximálnom type mohli byť prítomné všetky naraz: takmer dokonalé vyvolanie obrázkov a jazyka super rýchle myslenie a výpočty výkonná geometrická vizualizácia, dokonca aj vo vyšších dimenziách schopnosť vykonávať viacero analýz alebo vlakov paralelného myslenia a zároveň zoznam pokračuje. Charlie Gordon, na druhú.

    Na dosiahnutie tohto maximálneho typu by bola potrebná priama úprava ľudského genómu, ktorá by zabezpečila priaznivý genetický variant na každom z 10 000 lokusov. Optimisticky by to jedného dňa mohlo byť možné s technológiami na úpravu génov podobnými nedávno objavenému systému CRISPR/Cas, ktorý viedol k revolúcii v genetickom inžinierstve len za posledný rok alebo dva. Harvardský genomik George Church dokonca navrhol, že CRISPR umožní vzkriesenie mamutov prostredníctvom selektívnej úpravy genómov embryí ázijských slonov. Za predpokladu, že má Church pravdu, mali by sme k mamutom pridať super géniov na zoznam zázrakov, ktoré majú vzniknúť v novom genómovom veku.

    Niektoré z predpokladov predpovede 1 000 IQ sú predmetom prebiehajúcej diskusie. V niektorých oblastiach je samotná myšlienka kvantifikácie inteligencie sporná.

    Vo svojej autobiografickej knihe Iste si robíte srandu, pán Feynman!Nositeľ Nobelovej ceny za fyziku Richard Feynman venoval celú kapitolu svojej snahe vyhnúť sa humanitným vedám s názvom „Vždy sa snažím uniknúť“. Ako študent na Massachusettskom technologickom inštitúte hovorí: „Zaujímala som sa iba o vedu, v ničom inom som nebol dobrý.“

    Tento sentiment je známy: Všeobecná múdrosť niekedy hovorí, že ľudia, ktorí sú dobrí v matematike, nie sú tak dobrí v slovách a naopak. Tento rozdiel ovplyvnil to, ako chápeme génia, čo naznačuje, že ide o dotáciu jednej konkrétnej schopnosti mozgu a nie všeobecný superlatív celého mozgu samotného. To zase robí myšlienku porovnávania inteligencie medzi jablkami a samotnú myšlienku 1 000 IQ problematickou.

    Ale psychometrické štúdie, ktoré sa snažia zmerať povahu inteligencie, vykresľujú iný obraz. Milióny pozorovaní ukázali, že v podstate všetky „primitívne“ kognitívne schopnosti – krátkodobá a dlhodobá pamäť, používanie jazyka, používanie veličín a čísel, vizualizácia geometrických vzťahov, rozpoznávanie vzorov atď. – sú pozitívne korelované. Obrázok nižšie graficky zobrazuje skóre schopností veľkej skupiny jednotlivcov v oblastiach, ako je matematický, verbálny a priestorový výkon. Priestor grafu nie je vyplnený rovnomerne, ale body sa zhlukujú pozdĺž elipsoidnej oblasti s jednou dlhou (alebo hlavnou) osou.

    SMART JE SMART: Štúdia Project Talent sa zamerala na matematické, verbálne a priestorové schopnosti viac ako 100 000 žiakov deviateho ročníka, ako ich zobrazuje tento bodový graf. Schopnosť v jednej oblasti pozitívne korelovala so schopnosťou v ostatných dvoch.

    Tieto pozitívne korelácie medzi úzkymi schopnosťami naznačujú, že jednotlivec, ktorý je nadpriemerný v jednej oblasti (napríklad matematické schopnosti), je pravdepodobnejšie nadpriemerný v inej oblasti (verbálne schopnosti). Navrhujú tiež robustnú a užitočnú metódu pre stláčanie informácie týkajúce sa kognitívnych schopností. Premietnutím výkonu jednotlivca na hlavnú os môžeme dospieť k jednému číselnému meraniu výsledkov kognitívnych schopností: všeobecnému faktoru g. Dobre formulované IQ testy sú odhady g.

    Predpovedá g génia? Zvážte Štúdiu matematicky predčasnej mládeže, longitudinálnu štúdiu nadaných detí identifikovaných testovaním (pomocou SAT, ktorá vysoko koreluje s g) pred dosiahnutím veku 13 rokov. Všetci účastníci boli v hornom percentile schopností, ale horný kvintil tejto skupiny bol na úrovni 10 000 alebo vyššej. Pri prieskume v strednom veku sa zistilo, že aj v rámci tejto skupiny nadaných jedincov sa pravdepodobnosť úspechu drasticky zvýšila so skorými výsledkami testov. Napríklad skupina s najvyšším kvintilom mala šesťkrát vyššiu pravdepodobnosť získania patentu ako skupina s najnižším kvintilom. Pravdepodobnosť doktorátu STEM bola 18-krát väčšia a pravdepodobnosť, že bude STEM pôsobiť na 50 najlepších výskumných univerzitách, bola takmer osemkrát väčšia. Je rozumné dospieť k záveru, že g predstavuje zmysluplné jednočíselné meradlo inteligencie, ktoré umožňuje hrubé, ale užitočné porovnania medzi jablkami.

    Ďalším predpokladom predpovede 1 000 IQ je, že kognitívne schopnosti sú silne ovplyvnené genetikou a že g je dedičné. Dôkazy pre tento predpoklad sú dosť silné. Genetik správania a výskumník dvojčiat Robert Plomin v skutočnosti tvrdil, že „prípad podstatného genetického vplyvu na g je silnejší ako pre akúkoľvek inú ľudskú vlastnosť“. 2

    V štúdiách dvojčiat a adopcií sú párové IQ korelácie zhruba úmerné stupňu príbuzenstva, ktorý je definovaný ako podiel génov zdieľaných medzi týmito dvoma jednotlivcami. Zistili sa len malé rozdiely spôsobené rodinným prostredím: Biologicky nepríbuzní súrodenci vychovávaní v rovnakej rodine majú takmer nulovú koreláciu v kognitívnych schopnostiach. Tieto výsledky sú konzistentné s veľkými štúdiami uskutočnenými na rôznych miestach vrátane rôznych krajín.

    Pri absencii deprivácie by sa zdalo, že genetické účinky určujú hornú hranicu kognitívnych schopností. Avšak v štúdiách, kde subjekty zažili širšiu škálu environmentálnych podmienok, ako je chudoba, podvýživa alebo nedostatočné vzdelanie, môžu byť odhady dedičnosti oveľa menšie. Keď sú podmienky prostredia nepriaznivé, jednotlivci nedosahujú svoj plný potenciál (pozri Flynnov efekt).

    Flynnov efekt, pomenovaný po filozofovi Jamesovi Flynnovi, sa týka významného nárastu surového kognitívneho skóre za posledných 100 rokov, čo je v niektorých prípadoch ekvivalent dvoch štandardných odchýlok. To vyvoláva množstvo pálčivých problémov. Boli naši predkovia idioti? Je kognitívna schopnosť skutočne taká tvárna pod vplyvom prostredia (na rozdiel od toho, čo sa zistilo v nedávnych štúdiách dvojčiat)?

    Priemerný človek pred 100 rokmi bol masívne zbavený dnešných štandardov – oveľa viac, ako by sme kedy mohli reprodukovať v modernej štúdii dvojčiat. Hrubý domáci produkt Spojených štátov na obyvateľa je v súčasnosti osemkrát vyšší a priemerný počet rokov, ktoré ľudia trávia v škole, sa dramaticky zvýšil. V Amerike v roku 1900 mali dospelí v priemere asi sedem rokov školskej dochádzky, medián 6,5 roka, a 25 percent ukončilo štyri roky alebo menej. Moderné štúdie dvojčiat a adopcie zahŕňajú iba jednotlivcov vychovaných v oveľa menšom rozsahu prostredí – takmer všetci účastníci nedávnych štúdií mali zákonom predpísané vzdelanie, ktoré v USA zahŕňa aspoň niekoľko rokov strednej školy.

    Je tu zjavná analógia s výškou.Zatiaľ čo vyšší rodičia majú tendenciu mať vyššie deti (t. j. výška je dedičná), so zlepšením výživy a stravovania sa pozorovali výrazné prírastky priemernej výšky, ktoré odzrkadľujú Flynnov efekt (čo predstavuje zmenu takmer +2 štandardnej odchýlky).

    Superinteligencia môže byť vzdialená perspektíva, ale v blízkej budúcnosti je pravdepodobný menší, stále hlboký vývoj. Veľké súbory údajov o ľudských genómoch a ich zodpovedajúcich fenotypoch (ktoré sú fyzickými a duševnými charakteristikami jednotlivca) povedú k významnému pokroku v našej schopnosti porozumieť genetickému kódu – najmä predpovedať kognitívne schopnosti. Podrobné výpočty naznačujú, že na odhalenie genetickej architektúry pomocou pokročilých štatistických algoritmov budú potrebné milióny párov fenotyp-genotyp. Avšak vzhľadom na rýchlo klesajúce náklady na genotypizáciu sa to pravdepodobne stane v najbližších 10 rokoch. Ak sú existujúcimi odhadmi dedičnosti nejakým vodidlom, presnosť predpovede inteligencie na základe genómu by mohla byť lepšia ako približne polovica štandardnej odchýlky populácie (čo znamená lepšia ako plus alebo mínus 10 bodov IQ).

    Keď budú k dispozícii prediktívne modely, môžu sa použiť v reprodukčných aplikáciách, od selekcie embryí (výber zygoty IVF na implantáciu) až po aktívnu genetickú úpravu (napríklad pomocou techník CRISPR). V prvom prípade by rodičia, ktorí si vybrali medzi 10 alebo takými zygotami, mohli zlepšiť IQ svojho dieťaťa o 15 alebo viac bodov IQ. To môže znamenať rozdiel medzi dieťaťom, ktoré má problémy v škole, a tým, ktoré je schopné dokončiť dobrý vysokoškolský titul. Genotypizácia zygoty z extrakcie jednej bunky je už technicky dobre vyvinutá, takže posledná zostávajúca schopnosť potrebná na selekciu embryí je komplexná predpoveď fenotypu. Náklady na tieto procedúry by boli nižšie ako školné v mnohých súkromných materských školách a dôsledky sa, samozrejme, predĺžia na celý život a ešte dlhšie.

    Zodpovedajúce etické otázky sú zložité a zaslúžia si vážnu pozornosť v relatívne krátkom intervale, kým sa tieto schopnosti stanú realitou. Každá spoločnosť sa sama rozhodne, kde načrtne hranicu ľudského genetického inžinierstva, ale môžeme očakávať rôznorodosť perspektív. Takmer určite niektoré krajiny povolia genetické inžinierstvo, čím otvoria dvere globálnym elitám, ktoré si môžu dovoliť cestovať za prístupom k reprodukčnej technológii. Ako pri väčšine technológií budú prvými príjemcami bohatí a mocní. Nakoniec sa však domnievam, že mnohé krajiny nielen legalizujú ľudské genetické inžinierstvo, ale dokonca z neho urobia (dobrovoľnú) súčasť svojich národných systémov zdravotnej starostlivosti.

    Alternatívou by bola nerovnosť, akú v histórii ľudstva ešte nezažili.

    Stephen Hsu je viceprezidentom pre výskum a profesorom teoretickej fyziky na Michiganskej štátnej univerzite. Je tiež vedeckým poradcom BGI (predtým Pekinský inštitút genomiky) a zakladateľom laboratória kognitívnej genomiky.

    1. Hsu, S.D.H. O genetickej architektúre inteligencie a iných kvantitatívnych znakoch. Predtlač arXiv:1408.3421 (2014).

    2. Plomin, R. IQ a ľudská inteligencia. American Journal of Human Genetics 65, 1476-1477 (1999).


    Abstraktné

    Všetky suchozemské zvieratá musia nájsť správnu úroveň vlhkosti, aby sa zabezpečilo ich zdravie a prežitie. Bunkovo-molekulárny základ pre snímanie vlhkosti je však u väčšiny zvierat neznámy. Použili sme model háďatka Caenorhabditis elegans na odkrytie mechanizmu na snímanie vlhkosti. Zistili sme, že keďže C. elegans nevykazovali žiadnu zjavnú preferenciu pre úrovne vlhkosti za štandardných kultivačných podmienok, červy vykazovali silnú preferenciu po spárovaní hladovania s rôznymi úrovňami vlhkosti, orientované na gradienty plytké ako 0, 03% relatívnej vlhkosti na milimeter. Bunkovo ​​špecifické ablačné a záchranné experimenty ukazujú, že orientácia na vlhkosť v C. elegans vyžaduje povinnú kombináciu odlišných mechanosenzitívnych a termosenzitívnych dráh. Mechanosenzitívna dráha vyžaduje konzervovaný mechanoreceptorový komplex DEG/ENaC/ASIC v neurónovom páre FLP. Pretože úrovne vlhkosti ovplyvňujú hydratáciu kutikuly červa, naše výsledky naznačujú, že FLP môže sprostredkovať informácie o vlhkosti hlásením stupňa, v akom sú subkutikulárne dendritické senzorické vetvy neurónov FLP natiahnuté hydratáciou. Termosenzitívna dráha vyžaduje cGMP-gated kanály v AFD neurónovom páre. Pretože úrovne vlhkosti ovplyvňujú chladenie odparovaním, AFD môže sprostredkovať informácie o vlhkosti hlásením tepelného toku. Pocit vlhkosti teda vzniká ako metamodalita v C. elegans čo si vyžaduje integráciu paralelných mechanosenzorických a termosenzorických dráh. Táto stratégia hygrosenzácie, ktorú prvýkrát navrhol Thunberg pred viac ako 100 rokmi, môže byť zachovaná, pretože základné dráhy majú bunkové a molekulárne ekvivalenty v širokom spektre druhov vrátane hmyzu a ľudí.

    Vlhkosť je pre život nevyhnutná. Mnohé zvieratá si ako také prispôsobili rôzne mechanizmy správania, aby migrovali smerom k svojej preferovanej úrovni vlhkosti (hygrotaxia) (1 ⇓ ⇓ ⇓ ⇓ –6). napr. Drosophila vyhýbajte sa vysokej vlhkosti, ktorá bráni letu, zatiaľ čo zelené žaby sa orientujú na vysokú vlhkosť, aby si udržali hydratáciu (5, 6). Zvieratá tiež cítia úrovne vlhkosti, aby zistili dôležité informácie o svojom prostredí, napríklad mory zisťujú úrovne vlhkosti okolo kvetov, aby zistili, ktoré z nich môžu byť poškodené a obsahujú menej nektáru (7). Toto správanie je často rozhodujúce pre udržanie zvieraťa vo svojom výklenku a reguláciu základných procesov, ako je rast a reprodukcia. Preto je prekvapujúce, že molekulárny základ toho, ako sa rôzne úrovne vlhkosti detegujú a kódujú nervovým systémom (hygrosenzácia), zostáva u väčšiny zvierat neznámy.

    Hľadanie receptorov vlhkosti dosiahlo najväčší pokrok u hmyzu. Napríklad odlišné súbory hygrosenzitívnych neurónov boli nájdené v kupolovitých orgánoch na anténe obrovského švába (8). Jedna sada sa aktivuje vlhkým vzduchom a druhá sada reaguje na suchý vzduch. Podobné vlhké a suché receptívne neuróny boli zistené v rozvetvenom podsegmente arista antén u dospelých Drosophila (9). Odstránenie arista alebo delécia ktoréhokoľvek z troch TRP kanálov exprimovaných v ariste zabraňuje hygrotaxii (5, 9). Tieto kanály TRP predstavujú lákavých kandidátov na receptory vlhkosti, pretože na aktivitu vlhkých alebo suchých neurónových reakcií boli potrebné rôzne kanály TRP (9). Či tieto TRP kanály prispievajú k hygrosenzácii u iných zvierat, sa však ešte len uvidí.

    Vlhkosť môžu zistiť aj zvieratá, ktorým chýbajú rozvetvené orgány alebo vlasy, ktoré menia tvar s hydratáciou. V roku 1905 Thunberg (10) navrhol, že vlhkosť môže byť u ľudí vnímaná ako syntéza mechanickej distenzie spojenej so zmenami v hydratácii kože, spolu s teplotnými signálmi z rýchlosti ochladzovania odparovaním. Táto stará myšlienka by sa mohla vzťahovať aj na iné zvieratá, napríklad na hygrosenzitívne orgány u švábov a Drosophila sú tiež umiestnené termosenzitívne neuróny (8, 11). Či sú párové termosenzitívne neuróny potrebné na hygrosenzitivitu u hmyzu, alebo či nejaké zviera (vrátane ľudí) cíti vlhkosť prostredníctvom tohto mechanizmu, zostáva neznáme.

    Aby sme získali informácie o neuromolekulárnom základe pre hygrosenzáciu, študovali sme, ako voľne žijúce háďatká Caenorhabditis elegans reaguje na gradienty vlhkosti. Tento model sa použil na úspešné objasnenie neurónových mechanizmov a molekúl kritických pre rôzne zmyslové dráhy (12 ⇓ –14). Očakávali sme C. elegans byť citlivý na vlhkosť, pretože jeho malý objem (~ 3,8 × 10 6 μm 3 ) a hydrostatická kostra ho robia zraniteľným voči vysychaniu a nadmernej hydratácii, ktoré sú často smrteľné pre tohto malého (~ 1 mm) červa (15). Hoci C. elegans nevyznačuje sa príveskom podobným aristovi, jeho kompletne opísaný nervový systém 302 neurónov pohodlne obmedzuje hľadanie kandidátskych hygroreceptívnych neurónov. Tu o tom informujeme C. elegans Zdá sa, že používa stratégiu hygrosenzácie, ktorú prvýkrát predpovedal Thunberg (10), ktorá kombinuje duálne mechanosenzorické a termosenzorické dráhy.


    Vytvorenie dokonalého dieťaťa

    Ak by niekto vymyslel spôsob, ako vytvoriť geneticky upravené dieťa, myslel som si, že George Church by o tom vedel.

    V jeho labyrintovom laboratóriu v areáli Harvardskej lekárskej školy môžete nájsť výskumníkov, ktorí dávajú E. Coli nový genetický kód, ktorý v prírode nikto nevidel. Za ďalšou zákrutou iní uskutočňujú plán na využitie DNA inžinierstva na vzkriesenie vlnitého mamuta. Church rád hovorí, že jeho laboratórium je centrom novej technologickej genézy – takej, v ktorej človek prestavuje stvorenie tak, aby mu vyhovovalo.

    Keď som vlani v júni navštívil laboratórium, Church navrhol, aby som sa porozprával s mladým postdoktorandským vedcom menom Luhan Yang. Rekrutka z Harvardu z Pekingu bola kľúčovým hráčom vo vývoji novej výkonnej technológie na úpravu DNA s názvom CRISPR-Cas9. S Churchom Yang založil malú biotechnologickú spoločnosť, ktorá skonštruovala genómy ošípaných a hovädzieho dobytka, vložila do nich prospešné gény a odstránila tie zlé.

    Keď som počúval Yanga, čakal som na príležitosť položiť svoje skutočné otázky: Dá sa niečo z toho urobiť ľudským bytostiam? Môžeme zlepšiť ľudský genofond? Pozícia väčšiny mainstreamovej vedy bola taká, že takéto zasahovanie by bolo nebezpečné, nezodpovedné a dokonca nemožné. Ale Yang neváhal. Áno, samozrejme, povedala. V skutočnosti malo harvardské laboratórium rozpracovaný projekt, ktorý mal určiť, ako by sa to dalo dosiahnuť. Otvorila svoj laptop na powerpointovej snímke s názvom „Stretnutie na úpravu zárodočnej línie“.

    Tu to bolo: technický návrh na zmenu ľudskej dedičnosti. „Zárodočná línia“ je žargón biológov pre vajíčko a spermie, ktoré sa spoja a vytvárajú embryo. Úpravou DNA týchto buniek alebo samotného embrya by mohlo byť možné opraviť gény choroby a odovzdať tieto genetické opravy budúcim generáciám. Takáto technológia by sa mohla použiť na zbavenie rodín chorôb, ako je cystická fibróza. Mohlo by byť tiež možné nainštalovať gény, ktoré ponúkajú celoživotnú ochranu pred infekciou, Alzheimerovou chorobou a, povedal mi Yang, možno aj pred účinkami starnutia. Takéto pokroky v medicíne, ktoré tvoria históriu, by mohli byť pre toto storočie rovnako dôležité, ako boli vakcíny v minulom storočí.

    To je sľub. Obáva sa, že inžinierstvo zárodočnej línie je cestou k dystopii superľudí a dizajnérskych bábätiek pre tých, ktorí si to môžu dovoliť. Chcete dieťa s modrými očami a blond vlasmi? Prečo nenavrhnúť vysoko inteligentnú skupinu ľudí, ktorí by mohli byť lídrami a vedcami zajtrajška?

    Len tri roky po svojom počiatočnom vývoji je technológia CRISPR už široko používaná biológmi ako druh nástroja vyhľadávania a nahrádzania na zmenu DNA, dokonca až na úroveň jedného písmena. Je taký presný, že sa očakáva, že sa zmení na sľubný nový prístup k génovej terapii u ľudí s ničivými chorobami. Ide o to, že lekári by mohli priamo opraviť chybný gén, povedzme, v krvinkách pacienta s kosáčikovitou anémiou (pozri „Chirurgia genómu“). Ale tento druh génovej terapie by neovplyvnil zárodočné bunky a zmeny v DNA by sa nepreniesli na budúce generácie.

    Na rozdiel od toho by sa genetické zmeny vytvorené inžinierstvom zárodočnej línie preniesli ďalej, a preto sa táto myšlienka zdá byť tak problematická. Doteraz mali navrch opatrnosť a etické obavy. Tucet krajín, okrem Spojených štátov, zakázalo inžinierstvo zárodočnej línie a vedecké spoločnosti jednomyseľne dospeli k záveru, že by to bolo príliš riskantné. Dohovor Európskej únie o ľudských právach a biomedicíne hovorí, že manipulácia s genofondom by bola zločinom proti „ľudskej dôstojnosti“ a ľudským právam.

    Ale všetky tieto vyhlásenia boli urobené skôr, ako bolo skutočne možné presne skonštruovať zárodočnú líniu. Teraz, s CRISPR, je to možné.

    Experiment, ktorý opísal Yang, aj keď nie jednoduchý, by vyzeral takto: Vedci dúfali, že z nemocnice v New Yorku získajú vaječníky ženy, ktorá podstupuje operáciu rakoviny vaječníkov spôsobenej mutáciou v géne tzv. BRCA1. V spolupráci s ďalším harvardským laboratóriom, laboratóriom špecialistu na starnutie Davida Sinclaira, by extrahovali nezrelé vaječné bunky, ktoré by mohli byť prinútené rásť a deliť sa v laboratóriu. Yang by použil CRISPR v týchto bunkách na opravu DNA BRCA1 gén. Pokúsili by sa vytvoriť životaschopné vajíčko bez genetickej chyby, ktorá spôsobila rakovinu ženy.

    Yang mi neskôr povedala, že odstúpila z projektu krátko po tom, čo sme spolu hovorili. Napriek tomu bolo ťažké vedieť, či experiment, ktorý opísala, sa uskutočnil, zrušil alebo čakal na zverejnenie. Sinclair povedal, že spolupráca medzi týmito dvoma laboratóriami prebieha, ale potom, ako niekoľko ďalších vedcov, ktorých som sa pýtal na inžinierstvo zárodočnej línie, prestal odpovedať na moje e-maily.

    Bez ohľadu na osud tohto konkrétneho experimentu sa inžinierstvo ľudských zárodočných línií stalo narastajúcim výskumným konceptom. Pracujú na tom najmenej tri ďalšie centrá v Spojených štátoch, ako aj vedci v Číne, Spojenom kráľovstve a v biotechnologickej spoločnosti s názvom OvaScience so sídlom v Cambridge v štáte Massachusetts, ktorá sa môže pochváliť niektorými z popredných svetových lekárov v oblasti plodnosti. doska.

    To všetko znamená, že inžinierstvo zárodočnej línie je oveľa ďalej, než si ktokoľvek predstavoval.

    Cieľom týchto skupín je ukázať, že je možné produkovať deti bez špecifických génov zapojených do dedičných chorôb. Ak je možné opraviť DNA v ženskom vajíčku alebo mužskej spermii, tieto bunky by sa mohli použiť na klinike oplodnenia in vitro (IVF) na produkciu embrya a potom dieťaťa. Môže byť tiež možné priamo upraviť DNA embrya IVF v počiatočnom štádiu pomocou CRISPR. Rozhovor s niekoľkými ľuďmi MIT Technology Review povedal, že takéto experimenty už boli vykonané v Číne a že výsledky popisujúce upravené embryá čakajú na zverejnenie. Títo ľudia, vrátane dvoch vysokopostavených odborníkov, nechceli verejne komentovať, pretože dokumenty sú v štádiu posudzovania.

    To všetko znamená, že inžinierstvo zárodočnej línie je oveľa ďalej, než si ktokoľvek predstavoval. „To, o čom hovoríte, je hlavnou otázkou pre celé ľudstvo,“ hovorí Merle Berger, jeden zo zakladateľov Bostonského IVF, siete kliník pre neplodnosť, ktorá patrí medzi najväčšie na svete a každá pomáha viac ako tisícke žien otehotnieť. rok. "Bola by to najväčšia vec, aká sa kedy v našom odbore stala." Berger predpovedá, že oprava génov zapojených do vážnych dedičných chorôb získa širokú verejnosť, ale hovorí, že myšlienka využitia technológie nad rámec toho by spôsobila verejné pobúrenie, pretože „každý by chcel dokonalé dieťa“: ľudia by si mohli vybrať farbu očí a nakoniec inteligenciu. . „Toto sú veci, o ktorých neustále hovoríme,“ hovorí. "Ale nikdy sme nemali príležitosť to urobiť."

    Úprava embryí

    Aké ľahké by bolo upraviť ľudské embryo pomocou CRISPR? Veľmi jednoduché, hovoria odborníci. „Každý vedec so zručnosťami v oblasti molekulárnej biológie a znalosťami o tom, ako pracovať s [embryami], to dokáže,“ hovorí Jennifer Doudna, biologička z Kalifornskej univerzity v Berkeley, ktorá v roku 2012 spoluobjavila, ako používať CRISPR na úpravu génov.

    Aby som zistil, ako by sa to dalo urobiť, navštívil som laboratórium Guopinga Fenga, biológa z McGovern Institute for Brain Research na MIT, kde sa zakladá kolónia opíc marmoset s cieľom použiť CRISPR na vytvorenie presných modelov chorôb ľudského mozgu. . Na vytvorenie modelov Feng upraví DNA embryí a potom ich prenesie do samičiek kosmáčov, aby vytvorili živé opice. Jeden gén, ktorý Feng dúfa, že zmení u zvierat, je SHANK3. Gén sa podieľa na tom, ako neuróny komunikujú, keď sú poškodené u detí, je známe, že spôsobuje autizmus.

    Feng povedal, že pred CRISPR nebolo možné zaviesť presné zmeny do DNA primátov. S CRISPR by mala byť technika relatívne jednoduchá. Systém CRISPR obsahuje enzým na vystrihovanie génov a vodiacu molekulu, ktorá môže byť naprogramovaná tak, aby zacielila na jedinečné kombinácie písmen DNA, A, G, C a T, aby sa tieto zložky dostali do bunky a tie rozrežú a upravia genóm. cielené stránky.

    CRISPR však nie je dokonalý – a bol by to veľmi náhodný spôsob úpravy ľudských embryí, ako ukazuje Fengovo úsilie o vytvorenie génovo upravených kosmáčov. Aby jeho študenti použili systém CRISPR u opíc, jednoducho vstrekli chemikálie do oplodneného vajíčka, ktoré je známe ako zygota - štádium tesne predtým, ako sa začne deliť.

    Feng povedal, že účinnosť, s ktorou môže CRISPR odstrániť alebo deaktivovať gén v zygote, je asi 40 percent, zatiaľ čo vykonávanie špecifických úprav alebo výmena písmen DNA funguje menej často - viac ako 20 percent času. Rovnako ako človek, aj opica má dve kópie väčšiny génov, jednu od každého rodiča. Niekedy sa upravia obe kópie, ale niekedy len jedna alebo ani jedna. Len asi polovica embryí povedie k živo narodeným embryám a z tých, ktoré áno, mnohé z nich môžu obsahovať zmes buniek s upravenou DNA a bez nej. Ak spočítate šance, zistíte, že by ste potrebovali upraviť 20 embryí, aby ste získali živú opicu s verziou, ktorú chcete.

    Pre Feng to nie je neprekonateľný problém, pretože množiteľská kolónia MIT mu poskytne prístup k mnohým opičím vajíčkam a bude schopný vytvoriť veľa embryí. U ľudí by to však predstavovalo zjavné problémy. Vloženie zložiek CRISPR do ľudského embrya by bolo vedecky triviálne. Ale zatiaľ by to nebolo príliš praktické. To je jeden z dôvodov, prečo mnohí vedci vnímajú takýto experiment (bez ohľadu na to, či k nemu skutočne došlo v Číne) s pohŕdaním a považujú ho skôr za provokatívnu snahu upútať pozornosť než za skutočnú vedu. Rudolf Jaenisch, biológ z MIT, ktorý pracuje cez ulicu od Feng a ktorý v sedemdesiatych rokoch minulého storočia vytvoril prvé génovo modifikované myši, nazýva pokusy o úpravu ľudských embryí „úplne predčasné“. Hovorí, že dúfa, že tieto dokumenty budú odmietnuté a nebudú zverejnené. „Je to senzačná vec, ktorá veci rozhýbe,“ hovorí Jaenisch. „Vieme, že je to možné, ale je to praktické? Trochu o tom pochybujem."

    Feng mi povedal, že schvaľuje myšlienku inžinierstva zárodočnej línie.Nie je cieľom medicíny znížiť utrpenie? Vzhľadom na stav technológie si však myslí, že skutoční ľudia s génovou úpravou sú vzdialení „10 až 20 rokov“. Okrem iných problémov môže CRISPR zaviesť mimocieľové účinky alebo zmeniť časti genómu ďaleko od miesta, kde vedci zamýšľali. Akékoľvek ľudské embryo pozmenené pomocou CRISPR by dnes znášalo riziko, že jeho genóm bol zmenený neočakávaným spôsobom. Feng však povedal, že takéto problémy môžu byť nakoniec vyriešené a zrodia sa upravení ľudia. „Podľa mňa je z dlhodobého hľadiska možné dramaticky zlepšiť zdravie a znížiť náklady. Je to určitý druh prevencie,“ povedal. „Je ťažké predpovedať budúcnosť, ale náprava rizík chorôb je určite možnosťou a mala by sa podporovať. Myslím, že to bude realita."

    Úprava vajec

    Inde v oblasti Bostonu vedci skúmajú iný prístup k inžinierstvu zárodočnej línie, ktorý je technicky náročnejší, ale pravdepodobne výkonnejší. Táto stratégia kombinuje CRISPR s rozvíjajúcimi sa objavmi súvisiacimi s kmeňovými bunkami. Vedci z niekoľkých centier, vrátane Church's, si myslia, že čoskoro budú môcť použiť kmeňové bunky na produkciu vajíčok a spermií v laboratóriu. Na rozdiel od embryí sa kmeňové bunky môžu pestovať a množiť. Mohli by tak ponúknuť výrazne vylepšený spôsob vytvárania upravených potomkov pomocou CRISPR. Recept vyzerá takto: Najprv upravte gény kmeňových buniek. Po druhé, premeňte ich na vajíčko alebo spermie. Po tretie, splodiť potomka.

    Niektorí investori získali prvý pohľad na techniku ​​17. decembra v hoteli Benjamin na Manhattane počas komerčných prezentácií OvaScience. Cieľom spoločnosti, ktorá bola založená pred štyrmi rokmi, je komercializovať vedeckú prácu Davida Sinclaira, ktorý sídli na Harvarde, a Jonathana Tillyho, odborníka na vaječné kmeňové bunky a predsedu katedry biológie na Northeastern University (pozri „10 Emerging Technologies: Egg Stem Cells, máj/jún 2012). Prezentácie sa uskutočnili ako súčasť úspešného úsilia získať počas januára 132 miliónov dolárov v novom kapitáli.

    Počas stretnutia Sinclair, Austrálčan so zamatovým hlasom, ktorý Čas minulý rok zaradený medzi „100 najvplyvnejších ľudí sveta“, vystúpil na pódium a umožnil Wall Street nahliadnuť do toho, čo nazval „skutočne svet meniacimi“ vývojmi. Ľudia by sa v tomto momente pozreli späť a spoznali by to ako novú kapitolu v tom, „ako ľudia ovládajú svoje telá,“ povedal, pretože by to rodičom umožnilo určiť, „kedy a ako budú mať deti a ako zdravé tieto deti v skutočnosti budú. byť."

    Spoločnosť nezdokonalila svoju technológiu kmeňových buniek – neuviedla, že vajcia, ktoré pestuje v laboratóriu, sú životaschopné – ale Sinclair predpovedal, že funkčné vajcia boli „kedy, a nie keby“. Keď bude technológia fungovať, povedal, že neplodné ženy budú schopné produkovať stovky vajíčok a možno stovky embryí. Pomocou sekvenovania DNA na analýzu svojich génov si z nich mohli vybrať tie najzdravšie.

    Možné sú aj geneticky vylepšené deti. Sinclair povedal investorom, že sa pokúšal zmeniť DNA týchto vaječných kmeňových buniek pomocou úpravy génov, čo mi neskôr povedal, že robil s Churchovým laboratóriom. "Myslíme si, že nové technológie s editáciou genómu umožnia, aby sa to použilo u jednotlivcov, ktorí nemajú záujem len o to, aby mali deti pomocou IVF, ale majú aj zdravšie deti, ak je v ich rodine genetické ochorenie," povedal Sinclair. investorov. Uviedol príklad Huntingtonovej choroby spôsobenej génom, ktorý spustí smrteľný stav mozgu aj u niekoho, kto zdedí iba jednu kópiu. Sinclair uviedol, že na odstránenie smrteľného génového defektu z vaječnej bunky možno použiť úpravu génov. Jeho cieľom a cieľom OvaScience je „opraviť tieto mutácie skôr, ako vytvoríme vaše dieťa,“ povedal. "Je to stále experimentálne, ale nie je dôvod očakávať, že to v najbližších rokoch nebude možné."

    Sinclair so mnou krátko telefonoval, keď navigoval v taxíku po zasneženom Bostone, ale neskôr odkázal moje otázky na OvaScience. Keď som kontaktoval OvaScience, Cara Mayfield, hovorkyňa, povedala, že jej vedúci pracovníci nemôžu komentovať kvôli ich cestovným poriadkom, ale potvrdili, že spoločnosť pracuje na liečbe dedičných porúch pomocou úpravy génov. Prekvapivé pre mňa bolo, že výskum OvaScience v oblasti „prekročenia zárodočnej línie“, ako to niekedy uvádzajú kritici ľudského inžinierstva, nevyvolal takmer žiadne povšimnutie. V decembri 2013 OvaScience dokonca oznámila, že investuje 1,5 milióna dolárov do spoločného podniku so spoločnosťou zaoberajúcou sa syntetickou biológiou s názvom Intrexon, ktorej ciele výskumu a vývoja zahŕňajú génovú úpravu vajíčok na „zabránenie šírenia“ ľudských chorôb „v budúcich generáciách“.

    Keď som sa dostal k Tilly na severovýchode, zasmial sa, keď som mu povedal, kvôli čomu volám. "Bude to problém s horúcimi tlačidlami," povedal. Tilly tiež povedal, že jeho laboratórium sa „práve teraz“ pokúšalo upraviť vaječné kmeňové bunky pomocou CRISPR, aby ich zbavilo dedičnej genetickej choroby, ktorú nechcel pomenovať. Tilly zdôraznil, že existujú „dva kúsky skladačky“ – jedným sú kmeňové bunky a druhým sú úpravy génov. Schopnosť vytvárať veľké množstvo vaječných kmeňových buniek je kritická, pretože iba s veľkými množstvami možno stabilne zaviesť genetické zmeny pomocou CRISPR, charakterizovať pomocou sekvenovania DNA a starostlivo študovať, aby sa pred produkciou vajíčka skontrolovali chyby.

    Tilly predpovedal, že celá technológia end-to-end – bunky ku kmeňovým bunkám, kmeňové bunky k spermiám alebo vajíčku a potom k potomstvu – skončí najskôr na zvieratách, ako je dobytok, buď v jeho laboratóriu, alebo v spoločnostiach ako napr. ako eGenesis, spinoff z cirkevného laboratória pracujúceho na dobytku. Nie je si však istý, aký by mal byť ďalší krok s upravenými ľudskými vajíčkami. Nechceli by ste oplodniť jedného „nechtiac,“ povedal. Urobili by ste z vás potenciálnu ľudskú bytosť. A to by vyvolalo otázky, na ktoré si nie je istý, či dokáže odpovedať. Povedal mi: „‚Dokážeš to?‘ je jedna vec. Ak môžete, potom prídu najdôležitejšie otázky. „Urobil by si to? Prečo by ste to chceli urobiť? Aký je účel?‘ Ako vedci chceme vedieť, či je to uskutočniteľné, ale potom sa dostaneme k väčším otázkam a nie je to vedecká otázka – je to otázka spoločnosti.“

    Zlepšenie ľudí

    Ak sa zárodočné inžinierstvo stane súčasťou lekárskej praxe, mohlo by to viesť k transformačným zmenám v ľudskom blahobyte s dôsledkami na dĺžku života, identitu a ekonomický výstup ľudí. Vytvorilo by to však etické dilemy a sociálne výzvy. Čo keby boli tieto zlepšenia dostupné len pre najbohatšie spoločnosti alebo najbohatších ľudí? Procedúra fertility in vitro stojí v Spojených štátoch asi 20 000 dolárov. Pridajte genetické testovanie a darovanie vajíčok alebo náhradnú matku a cena sa vyšplhá na 100 000 dolárov.

    Iní veria, že táto myšlienka je pochybná, pretože nie je z lekárskeho hľadiska potrebná. Hank Greely, právnik a etik na Stanfordskej univerzite, hovorí, že zástancovia „nedokážu skutočne povedať, na čo je to dobré“. Problém, hovorí Greely, je, že už je možné testovať DNA embryí IVF a vybrať zdravé, čo je proces, ktorý zvyšuje náklady na procedúru plodnosti asi 4 000 dolárov. Muž s Huntingtonovou chorobou by napríklad mohol nechať svoje spermie použiť na oplodnenie tuctu vajíčok svojej partnerky. Polovica týchto embryí by nemala Huntingtonov gén a tie by sa dali použiť na začatie tehotenstva.

    Niektorí ľudia sú skutočne neoblomní v tom, že inžinierstvo zárodočnej línie sa posúva dopredu s „falošnými argumentmi“. To je názor Edwarda Lanphiera, generálneho riaditeľa Sangamo Biosciences, kalifornskej biotechnologickej spoločnosti, ktorá používa inú techniku ​​na úpravu génov, nazývanú nukleázy zinkových prstov, aby sa pokúsila liečiť HIV u dospelých zmenou ich krvných buniek. „Pozreli sme sa na [zárodočné inžinierstvo] na zdôvodnenie choroby a žiadne neexistuje,“ hovorí. "Ty to dokážeš. Ale v skutočnosti neexistuje žiadny zdravotný dôvod. Ľudia hovoria, no, nechceme, aby sa deti narodili s týmto alebo s tým – ale je to úplne falošný argument a klzký svah smerom k oveľa neprijateľnejšiemu použitiu.“

    Kritici uvádzajú množstvo obáv. Deti by boli predmetom experimentov. Rodičia by boli ovplyvnení genetickou reklamou z IVF kliník. Zárodočné inžinierstvo by podporilo šírenie údajne lepších vlastností. A postihlo by to ľudí, ktorí sa ešte nenarodili, bez toho, aby s tým mohli súhlasiť. Americká lekárska asociácia napríklad zastáva názor, že inžinierstvo zárodočnej línie by sa nemalo robiť „v súčasnosti“, pretože „ovplyvňuje blaho budúcich generácií“ a môže spôsobiť „nepredvídateľné a nezvratné výsledky“. Ale ako mnoho oficiálnych vyhlásení, ktoré zakazujú zmenu genómu, AMA, ktorá bola naposledy aktualizovaná v roku 1996, predchádza dnešnú technológiu. „Veľa ľudí práve súhlasilo s týmito vyhláseniami,“ hovorí Greely. "Nebolo ťažké vzdať sa niečoho, čo si nedokázal."

    Strach? Dystopia superľudí a dizajnérskych bábätiek pre tých, ktorí si to môžu dovoliť.

    Iní predpovedajú, že budú identifikované ťažko oponovateľné medicínske použitia. Pár s niekoľkými genetickými chorobami naraz by nemusel byť schopný nájsť vhodné embryo. Ďalšou možnosťou je liečba neplodnosti. Niektorí muži neprodukujú žiadne spermie, stav nazývaný azoospermia. Jednou z príčin je genetický defekt, pri ktorom na chromozóme Y chýba oblasť s približne miliónom až šiestimi miliónmi písmen DNA. Mohlo by byť možné odobrať kožnú bunku takémuto mužovi, premeniť ju na kmeňovú bunku, opraviť DNA a potom vytvoriť spermie, hovorí Werner Neuhausser, mladý rakúsky lekár, ktorý delí svoj čas medzi sieť kliník pre plodnosť v Bostone. a Harvard's Stem Cell Institute. „To navždy zmení medicínu, však? Mohli by ste liečiť neplodnosť, to je isté,“ hovorí.

    Počas niekoľkých posledných mesiacov som niekoľkokrát telefonicky hovoril s Churchom a povedal mi, že to, čo všetko riadi, je „neuveriteľná špecifickosť“ CRISPR. Hoci nie sú doriešené všetky detaily, myslí si, že táto technológia by mohla nahradiť písmená DNA v podstate bez vedľajších účinkov. Hovorí, že práve to ho „láka na použitie“. Church hovorí, že jeho laboratórium je zamerané hlavne na experimenty na zvieratách. Dodal, že jeho laboratórium nebude vyrábať ani upravovať ľudské embryá, pričom takýto krok nazval „nie je to náš štýl“.

    To, čo je cirkevným štýlom, je ľudské vylepšovanie. A predkladá široký prípad, že CRISPR dokáže viac než len eliminovať gény chorôb. Môže to viesť k augmentácii. Na stretnutiach, na ktorých sa zúčastňujú skupiny „transhumanistov“, ktorí sa zaujímajú o ďalšie kroky ľudskej evolúcie, Church rád ukazuje diapozitív, na ktorom uvádza prirodzene sa vyskytujúce varianty približne 10 génov, ktoré, keď sa s nimi ľudia narodia, prepožičiavajú im mimoriadne vlastnosti alebo odolnosť voči nim. choroba. Jedna stvrdne vaše kosti tak, že zlomia chirurgickú vŕtačku. Ďalší drasticky znižuje riziko infarktu. Islandskí vedci našli variant génu pre amyloidový prekurzorový proteín alebo APP, ktorý chráni pred Alzheimerovou chorobou. Ľudia s ňou nikdy nedostanú demenciu a zostávajú ostrí až do vysokého veku.

    Church si myslí, že CRISPR by sa mohol použiť na poskytnutie priaznivých verzií génov ľuďom, pričom by sa robili úpravy DNA, ktoré by fungovali ako vakcíny proti niektorým z najbežnejších chorôb, ktorým dnes čelíme. Hoci mi povedal, že čokoľvek „ostré“ by sa malo robiť iba dospelým, ktorí s tým môžu súhlasiť, je mu jasné, že čím skôr k takýmto zásahom dôjde, tým lepšie.

    Church má tendenciu vyhýbať sa otázkam o geneticky modifikovaných deťoch. Myšlienka zlepšenia ľudského druhu mala vždy „obrovsky zlú tlač“, napísal v úvode Regenéza, jeho kniha o syntetickej biológii z roku 2012, ktorej obálkou bol obraz od Eustachea Le Sueura s bradatým Bohom, ktorý stvoril svet. Ale to je v konečnom dôsledku to, čo navrhuje: vylepšenia vo forme ochranných génov. "Bude sa argumentovať, že konečná prevencia je taká, že čím skôr pôjdete, tým lepšia bude prevencia," povedal minulý rok na jar publiku v mediálnom laboratóriu MIT. „Myslím si, že je to najvyššia prevencia, ak dostávame sa do bodu, keď je to veľmi lacné, mimoriadne bezpečné a veľmi predvídateľné.“ Church, ktorý má menej opatrnú stránku, povedal publiku, že si myslí, že zmena génov „dospeje do bodu, keď to bude ako keby ste robili ekvivalent kozmetickej chirurgie“.

    Niektorí myslitelia dospeli k záveru, že by sme si nemali nechať ujsť príležitosť na zlepšenie nášho druhu. „Ľudský genóm nie je dokonalý,“ hovorí John Harris, bioetik z Manchesterskej univerzity v Spojenom kráľovstve, „je eticky nevyhnutné pozitívne podporovať túto technológiu.“ Podľa niektorých opatrení nie je verejná mienka USA voči tejto myšlienke obzvlášť negatívna. Prieskum Pew Research uskutočnený vlani v auguste zistil, že 46 percent dospelých schválilo genetickú modifikáciu detí s cieľom znížiť riziko vážnych chorôb.

    Rovnaký prieskum zistil, že 83 percent uviedlo, že genetická modifikácia, aby bolo dieťa inteligentnejšie, by „pokrok v medicíne zašiel príliš ďaleko“. Iní pozorovatelia však tvrdia, že vyššie IQ je presne to, čo by sme mali zvážiť. Nick Bostrom, oxfordský filozof najlepšie známy svojou knihou z roku 2014 Superinteligencia, ktorá vyvolala poplach ohľadom rizík umelej inteligencie v počítačoch, sa zaoberala aj tým, či by ľudia mohli využívať reprodukčnú technológiu na zlepšenie ľudského intelektu. Hoci spôsoby, akými gény ovplyvňujú inteligenciu, nie sú dobre pochopené a existuje príliš veľa relevantných génov na to, aby umožnili jednoduché inžinierstvo, takáto realita nezatemňuje špekulácie o možnosti eugeniky špičkových technológií.

    „Ľudský genóm nie je dokonalý. Je eticky nevyhnutné túto technológiu pozitívne podporovať.“

    Čo keby každý mohol byť o niečo múdrejší? Alebo by pár ľudí mohlo byť oveľa múdrejších? Dokonca aj malý počet „super vylepšených“ jednotlivcov, napísal Bostrom v článku z roku 2013, by mohol zmeniť svet prostredníctvom svojej kreativity a objavov a prostredníctvom inovácií, ktoré by používali všetci ostatní. Podľa jeho názoru je genetické vylepšenie dôležitým dlhodobým problémom, ako je zmena klímy alebo finančné plánovanie národov, „keďže schopnosť riešiť ľudské problémy je faktorom pri každej výzve, ktorej čelíme“.

    Pre niektorých vedcov explozívny pokrok genetiky a biotechnológie znamená, že inžinierstvo zárodočnej línie je nevyhnutné. Prvoradé budú, samozrejme, bezpečnostné otázky. Predtým, než sa objaví geneticky upravené dieťa, ktoré povie „Mama“, museli by sa vykonať testy na potkanoch, králikoch a pravdepodobne aj opiciach, aby sme sa uistili, že sú normálne. Ale v konečnom dôsledku, ak sa zdá, že prínosy prevažujú nad rizikami, medicína by využila šancu. "Bolo to rovnaké s IVF, keď sa to prvýkrát stalo," hovorí Neuhausser. „Nikdy sme naozaj nevedeli, či to dieťa bude zdravé vo veku 40 alebo 50 rokov. Ale niekto sa do toho musel pustiť."

    Krajina vína

    V januári, v sobotu 24., odcestovalo asi 20 vedcov, etických a právnych expertov do Napa Valley v Kalifornii na ústup medzi vinice v Carneros Inn. Zvolal ich Doudna, vedec z Berkeley, ktorý pred viac ako dvoma rokmi spoluobjavil systém CRISPR. Uvedomila si, že vedci možno uvažujú o prekročení zárodočnej línie, a bola znepokojená. Teraz chcela vedieť: možno ich zastaviť?

    „My ako vedci sme si uvedomili, že CRISPR je neuveriteľne silný. Ale to sa mení na obe strany. Musíme sa uistiť, že sa aplikuje opatrne,“ povedal mi Doudna. "Problémom je najmä úprava ľudských zárodočných línií a uznanie, že je to teraz schopnosť v rukách každého."

    Na stretnutí bol spolu s etikmi ako Greely Paul Berg, biochemik zo Stanfordu a nositeľ Nobelovej ceny známy tým, že zorganizoval Asilomarskú konferenciu, historické fórum z roku 1975, na ktorom biológovia dosiahli dohodu o tom, ako bezpečne postupovať s rekombinantnou DNA. objavil spôsob spájania DNA do baktérií.

    Mal by existovať Asilomar na inžinierstvo zárodočnej línie? Doudna si to myslí, no vyhliadky na konsenzus sa zdajú mizivé. Biotechnologický výskum je v súčasnosti celosvetový a zahŕňa státisíce ľudí. Neexistuje žiadna autorita, ktorá by hovorila za vedu, a neexistuje jednoduchý spôsob, ako vrátiť džina späť do fľaše. Doudna mi povedala, že dúfa, že ak americkí vedci súhlasia s moratóriom na inžinierstvo ľudských zárodočných línií, môže to ovplyvniť výskumníkov inde vo svete, aby prestali pracovať.

    Doudna povedala, že cíti, že pauza, ktorú si sama nariadila, by sa mala vzťahovať nielen na vytváranie génovo upravených detí, ale aj na používanie CRISPR na zmenu ľudských embryí, vajíčok alebo spermií – ako to robia výskumníci z Harvardu, Northeastern a OvaScience. "Nemám pocit, že tieto experimenty je vhodné robiť práve teraz v ľudských bunkách, ktoré by sa mohli zmeniť na človeka," povedala mi. „Mám pocit, že výskum, ktorý je potrebné urobiť práve teraz, je pochopiť bezpečnosť, účinnosť a dodávanie. A myslím si, že tieto experimenty sa dajú robiť v neľudských systémoch. Chcel by som vidieť, že pred úpravou zárodočnej línie sa urobí oveľa viac práce. Uprednostnil by som veľmi opatrný prístup."

    Nie každý súhlasí s tým, že inžinierstvo zárodočných línií je taký veľký problém, alebo že experimenty by mali byť uzamknuté. Greely poznamenáva, že v Spojených štátoch existujú hromady nariadení, ktoré zabránia tomu, aby sa laboratórna veda v blízkej dobe zmenila na geneticky modifikované dieťa. „Nechcel by som použiť bezpečnosť ako výhovorku pre zákaz, ktorý nie je založený na bezpečnosti,“ hovorí Greely, ktorý hovorí, že odmieta hovoriť o moratóriu. Ale tiež hovorí, že súhlasil s podpisom Doudnovho listu, ktorý teraz odráža konsenzus skupiny. „Hoci to nepovažujem za krízový moment, myslím si, že je pravdepodobne načase, aby sme o tom diskutovali,“ hovorí.

    (Po zverejnení tohto článku online v marci sa objavil Doudnov úvodník Veda (pozri Vedci vyzývajú na summit o génovo upravených bábätkách.) Spolu s Greelym, Bergom a 15 ďalšími vyzvala na celosvetové moratórium na akékoľvek úsilie použiť CRISPR na generovanie génovo upravených detí, kým výskumníci nedokážu určiť, „aké klinické aplikácie, ak vôbec nejaké, by mohli byť v budúcnosti považované za prípustné. “ Skupina však podporila základný výskum vrátane aplikácie CRISPR na embryá. Konečný zoznam signatárov zahŕňal Church, hoci sa nezúčastnil na stretnutí v Nape.)

    Ako sa šírili správy o experimentoch so zárodočnou líniou, niektoré biotechnologické spoločnosti, ktoré teraz pracujú na CRISPR, si uvedomili, že budú musieť zaujať stanovisko. Nessan Bermingham je generálnym riaditeľom Intellia Therapeutics, bostonského startupu, ktorý minulý rok získal 15 miliónov dolárov na vývoj CRISPR do génovej terapie pre dospelých alebo deti.Hovorí, že inžinierstvo zárodočných línií „nie je na našom komerčnom radare“ a navrhuje, že jeho spoločnosť by mohla využiť svoje patenty, aby zabránila komukoľvek v komercializácii.

    „Technológia je v plienkach,“ hovorí. "Nie je vhodné, aby ľudia dokonca uvažovali o aplikáciách zárodočnej línie."

    Bermingham mi povedal, že si nikdy nepredstavoval, že bude musieť tak skoro zaujať stanovisko ku geneticky modifikovaným deťom. Modifikácia ľudskej dedičnosti bola vždy teoretickou možnosťou. Zrazu je to skutočný. Nebolo však vždy cieľom pochopiť a ovládať našu vlastnú biológiu – stať sa pánmi nad procesmi, ktoré nás vytvorili?

    Doudna hovorí, že myslí aj na tieto problémy. „Presahuje to jadro toho, kto sme ako ľudia, a núti vás to pýtať sa, či by ľudia mali uplatňovať takúto silu,“ povedala mi. "Existujú morálne a etické problémy, ale jednou z hlbokých otázok je len uznanie, že ak sa u ľudí vykonáva editácia zárodočnej línie, mení to ľudskú evolúciu." Jedným z dôvodov, prečo by sa mal výskum spomaliť, je dať vedcom šancu stráviť viac času vysvetľovaním, aké by mohli byť ich ďalšie kroky.


    Ako senzory plodín a zvierat robia poľnohospodárstvo inteligentnejším

    Ušné štítky s bezdrôtovou rádiofrekvenčnou identifikačnou anténou spolu s inteligentným robotickým podávačom môžu farmárom povedať vždy, keď sa krava ide nakŕmiť a akú dávku minerálnych doplnkov dostáva. Poďakovanie: Ivan Andonovič

    Inštalácia bezdrôtových senzorov medzi plodiny a pripevnenie „inteligentných“ ušných štítkov na hospodárske zvieratá by mohlo pomôcť farmárom produkovať viac potravín s menším dopadom na životné prostredie.

    Množstvo potravín, ktoré môžeme nájsť na pultoch supermarketov po celej Európe, je výsledkom poznatkov, ktoré generácie farmárov nazbierali tisíce rokov.

    Ale vzhľadom na to, že globálna ľudská populácia sa v priebehu nasledujúcich 30 rokov pravdepodobne zvýši o 2,2 miliardy a dosiahne 9,8 miliardy, bude k dispozícii oveľa viac úst na kŕmenie. Poľnohospodári zároveň čelia pestovaniu tejto extra potraviny a zároveň menej vody, pôdy, hnojív a pesticídov.

    Samotné poľnohospodárstvo je zodpovedné za niečo viac ako 10 % emisií skleníkových plynov a 44 % spotreby vody v Európe, zatiaľ čo používanie pesticídov má veľký vplyv na opeľovače a širší ekosystém.

    Aby sa farmári v celej Európe vysporiadali s týmito výzvami, spojili sa s výskumníkmi a inžiniermi, aby vyvinuli nové technológie, o ktorých dúfajú, že zavedú éru „presného poľnohospodárstva.“ So sieťami senzorov inštalovaných na poliach alebo pripojených k zvieratám môžu zhromažďovať skutočné časové údaje o zdravotnom stave ich plodín a stád, čo im umožňuje robiť lepšie rozhodnutia o tom, ako s nimi hospodáriť.

    „Potrebujeme vyriešiť environmentálnu stopu poľnohospodárskeho systému tým, že urobíme viac s rovnakými zdrojmi alebo dokonca s menším množstvom,“ povedal Francois Lienard, komunikačný manažér projektu Internet of Food and Farm 2020 (IoF2020). Projekt koordinuje sériu experimentov, kde sú senzory, poľnohospodárske stroje a automatizované zariadenia prepojené a vytvárajú poľnohospodársky „internet vecí“.

    V jednom príklade bolo 2 200 dojníc na šiestich farmách v Dánsku, Nemecku, Lotyšsku a Litve vybavených ušnými štítkami s bezdrôtovou rádiofrekvenčnou identifikačnou anténou na identifikáciu každého zvieraťa pri návšteve inteligentného robotického kŕmidla. Kŕmidlo dokáže rozpoznať, kedy krava strčí hlavu do kŕmidla a zaznamená čas návštevy každej kravy spolu s presnou dávkou minerálnych doplnkov krmiva, ktoré dostala.

    Strava dojníc pred pôrodom a 100 dní po otelení je obzvlášť dôležitá pre ich zdravie a zabezpečenie kvality mlieka, ktoré produkujú, v čom môžu pomôcť minerálne doplnky.

    Zlý zdravotný stav dojníc môže ovplyvniť ich plodnosť, a tak znížiť počet zvierat schopných produkovať mlieko, ako aj kvalitu samotného mlieka.

    Predbežné výsledky, ktoré ešte neboli zverejnené, ukazujú, že dojivosť v stádach používajúcich inteligentné ušné štítky a kŕmidlá sa zvýšila o 1 %, ale tiež zlepšila kvalitu mlieka o 20 %. Zároveň sa znížil počet chorých zvierat o 6 % v porovnaní so stádom bez štítkov a počet kráv vyradených pre zdravotné problémy bol o 24 % nižší.

    Kontrola minerálov, ktoré kravy konzumujú, môže tiež znížiť množstvo amoniaku a fosfátov, ktoré sa uvoľňujú v ich hnoji, čo môže ovplyvniť kvalitu vody, ktorá odteká z polí.

    Schopnosť monitorovať návštevy kráv v kŕmidle umožňuje farmárom rozpoznať zvieratá, ktoré nemajú dostatok potravy. Kŕmidlo je pripojené ku cloudovému systému, ktorý potom dokáže automaticky prispôsobiť množstvo doplnkov a krmiva, ktoré dostane každé zviera. Poskytuje tiež ďalšie informácie o správaní a zdravotnom stave kráv na základe zmien v ich činnosti. Niektorí partneri projektu na Strathclyde University vo Veľkej Británii a Waterford Institute of Technology v Írsku používajú akcelerometre a počítadlá krokov namontované na golieri spolu s umelou inteligenciou na ďalšie sledovanie zdravia zvierat z ich pohybu a hľadanie skorých príznakov choroby, ako napr. krívanie u jednotlivých kráv.

    „Vieme, že úroveň aktivity dojnice sa výrazne zvyšuje počas ruje (počas ruje), zatiaľ čo znížená aktivita je spôsobená chorobou,“ povedal Henning Lyngsø Foged, výkonný riaditeľ Organe Institute, poradenskej spoločnosti pre poľnohospodársky výskum v Skødstrup, Dánsko. a koordinátor precízneho experimentu s doplnením minerálov v rámci IoF2020.

    Údaje zhromaždené z akcelerometrov namontovaných na obojku môžu u jednotlivých kráv naznačovať skoré príznaky choroby, ako je krívanie. Obrazový kredit — Ivan Andonovič

    Údaje zhromaždené z akcelerometrov namontovaných na obojku môžu u jednotlivých kráv naznačovať skoré príznaky choroby, ako je krívanie. Poďakovanie: Ivan Andonovič

    Internet vecí by však mohol pomôcť aj farmárom, ktorí sa snažia pestovať plodiny na ornej pôde. Medzi 33 experimentmi IoF2020 patrí solárne napájané bezdrôtové senzory, ktoré monitorujú vlhkosť pôdy, obsah živín, vlhkosť a poveternostné podmienky v rôznych „zónach“ poľa, takže farmári môžu presne vyladiť, ako ich úroda rastie.

    "Ak v hornom severozápadnom rohu poľa nie je pôdna vlhkosť alebo vlhkosť optimálna, farmár bude vedieť, že potrebuje zalievať iba túto konkrétnu časť a nie celé pole," povedal Lienard. "Môže im to ušetriť veľa vody a času."

    Rovnaký prístup môže pomôcť znížiť množstvo hnojív a pesticídov potrebných na poliach. Špecializované termálne a spektroskopické zobrazovacie kamery môžu byť použité na detekciu skorých príznakov škodcov alebo chorôb a pomáhajú odhaliť rýchlosť rastu rastlín.

    "Napríklad v jednej vinici máme na traktore pripojenú spektrografickú kameru, ktorá sníma každú jednu rastlinu viniča," povedal Lienard. "Analýzou obrázku je možné odhaliť rôzne odtiene zelenej, ktoré ukazujú, či rastlinám chýbajú živiny alebo voda. Dokáže tiež zistiť množstvo hmyzu na liste." Stroj potom vytvorí mapu zobrazujúcu úrovne hmyzu, aby pomohol farmárovi pochopiť, kde majú konať, hovorí.

    Ďalšou výzvou, ktorej čelia vinohrady, je rast trávy a buriny medzi viničmi, ktoré im môžu odoberať vodu a živiny. Jedným z prístupov je použitie robotických kosačiek, ktoré sa môžu posúvať pozdĺž riadkov, na kosenie trávy čo najbližšie k viničom bez toho, aby ich poškodili.

    Táto technológia sa vyvíja ako súčasť ďalšieho celoeurópskeho projektu s názvom SmartAgriHubs, ktorý sa po skončení štvorročného projektu v decembri považuje za nástupcu IoF2020. Spojila konzorcium 160 výskumných ústavov a partnerov z poľnohospodárstva a potravinárskeho priemyslu, aby spolupracovali v 206 centrách digitálnych inovácií po celej Európe. Spoločne pracovali na 28 experimentoch zameraných na testovanie nových technológií v reálnych farmárskych situáciách, aby mohli byť prípadne komercializované.

    Medzi nimi sú projekty zamerané na zníženie používania antibiotík na farmách ošípaných pomocou nositeľných senzorov na zvieratách na sledovanie ich zdravia. Iní používajú miniatúrne senzory, ktoré merajú pohyb včiel v komerčných medových úľoch.

    „Pomocou umelej inteligencie je možné predpovedať toto správanie, ktoré je možné kombinovať s teplotou a vlhkosťou a hľadať akékoľvek problémy,“ povedala Lorena van de Kolk, manažérka komunikácie na SmartAgriHubs. Vyzbrojení týmito informáciami môžu byť včelári upozornení na choroby, ako je roztoč varroa alebo problémy spôsobené vystavením ich včiel pesticídom.

    Jeden projekt v Andalúzii v južnom Španielsku vyvíja drony a pozemné roboty, ktoré dokážu zobraziť lístie na olivovníkoch a viničoch, ktoré pri analýze pomocou algoritmov umelej inteligencie dokážu odhaliť skoré príznaky choroby plodín. Ďalším cieľom je znížiť množstvo vody potrebnej na zavlažovanie plodín v tejto časti Európy náchylnej na sucho.

    No hoci všetka táto prepojená digitálna technológia má potenciál zefektívniť poľnohospodárstvo a menej poškodzovať životné prostredie, existuje množstvo prekážok, ktoré stoja v ceste jej implementácii. "V súčasnosti sú potrebné investície dosť vysoké a keď sa zaviažete ku konkrétnej technológii, musíte sa tejto technológie držať, pretože nie sú často zameniteľné," povedal Lienard.

    Súčasťou projektu IoF2020 bolo vytvorenie štandardov, ktoré sa môžu vzťahovať na všetky digitálne technológie vyvinuté pre poľnohospodársky priemysel, aby poľnohospodári mohli ľahko prechádzať medzi rôznymi produktmi.

    Okrem zlepšenia schopnosti farmárov produkovať potraviny by im tento digitálny poľnohospodársky prístup mohol poskytnúť nový tok príjmov predajom údajov, ktoré zbierajú, iným organizáciám alebo spoločnostiam.

    "Samozrejme, musí existovať bezpečnosť údajov a právny rámec okolo týchto údajov," povedal Lienard.

    "Dúfame však, že v konečnom dôsledku budú mať farmári katalóg riešení, ktoré môžu použiť na zvýšenie svojich výnosov, zníženie ich environmentálnej stopy a šetrenie času farmárov."


    Slizovky si pamätajú—Ale učia sa?

    Ak chcete tento článok obnoviť, prejdite do časti Môj profil a potom na položku Zobraziť uložené príbehy.

    Ak chcete tento článok obnoviť, prejdite do časti Môj profil a potom na položku Zobraziť uložené príbehy.

    Slizovky patria medzi najpodivnejšie organizmy na svete. Dlho sa mylne považovali za huby, teraz sú klasifikované ako typ améby. Ako jednobunkové organizmy nemajú neuróny ani mozog. Napriek tomu asi desať rokov vedci diskutovali o tom, či slizové formy majú schopnosť dozvedieť sa o svojom prostredí a podľa toho prispôsobiť svoje správanie.

    Pre Audrey Dussutour, biologičku z francúzskeho Národného centra pre vedecký výskum a vedúcu tímu vo Výskumnom centre pre poznávanie zvierat na Université Paul Sabatier v Toulouse, sa táto debata skončila. Jej skupina nielenže naučila slizniaky ignorovať škodlivé látky, ktorým by sa za normálnych okolností vyhýbali, ale preukázala, že organizmy si toto správanie dokážu zapamätať po roku fyziologicky rušivého núteného spánku. Dokazujú však tieto výsledky, že slizové plesne – a možno aj široká škála iných organizmov, ktorým chýba mozog – môžu prejavovať formu primitívneho poznania?

    Slizovky sa dajú pomerne ľahko študovať, rovnako ako prvoky. Sú to makroskopické organizmy, s ktorými možno ľahko manipulovať a pozorovať ich. Existuje viac ako 900 druhov slizniakov, niektoré väčšinou žijú ako jednobunkové organizmy, ale pri nedostatku potravy sa zhromažďujú v rojoch, aby hľadali potravu a rozmnožovali sa. Iné, takzvané plazmodiálne slizovce, vždy žijú ako jedna obrovská bunka obsahujúca tisíce jadier. Najdôležitejšie je, že slizniaky sa môžu naučiť nové triky v závislosti od druhu, nemusia im chutiť kofeín, soľ alebo silné svetlo, ale môžu sa naučiť, že no-go oblasti označené týmito nie sú také zlé, ako sa zdá, proces známy ako privykanie.

    „Podľa klasických definícií návyku sa tento primitívny jednobunkový organizmus učí, rovnako ako zvieratá s mozgom,“ povedal Chris Reid, behaviorálny biológ z Macquarie University v Austrálii. "Keďže slizové formy nemajú žiadne neuróny, mechanizmy procesu učenia musia byť úplne odlišné, ale výsledok a funkčný význam sú rovnaké."

    Pre Dussutoura „to, že takéto organizmy majú schopnosť učiť sa, má značné dôsledky nad rámec uznania učenia v neneurálnych systémoch“. Verí, že slizové formy môžu vedcom pomôcť pochopiť, kedy a kde sa na strome života vyvinuli najskoršie prejavy učenia.

    Ešte zaujímavejšie a možno aj kontroverznejšie výskumy Dussutoura a iných naznačujú, že slizniaky dokážu preniesť svoje nadobudnuté spomienky z bunky do bunky, povedal František Baluška, biológ rastlinných buniek z univerzity v Bonne. "Je to mimoriadne vzrušujúce pre naše chápanie oveľa väčších organizmov, ako sú zvieratá, ľudia a rastliny."

    Štúdie správania primitívnych organizmov siahajú až do konca 19. storočia, keď Charles Darwin a jeho syn Francis navrhli, že v rastlinách môžu samotné špičky koreňov (malá oblasť nazývaná vrchol koreňa) pôsobiť ako ich mozgy. Herbert Spencer Jennings, vplyvný zoológ a raný genetik, uviedol rovnaký argument vo svojej kľúčovej knihe z roku 1906 Správanie dolných organizmov.

    Názor, že jednobunkové organizmy sa môžu niečo naučiť a zachovať si na to pamäť na bunkovej úrovni, je však nový a kontroverzný. Vedci tradične spájajú fenomén učenia s existenciou nervového systému. Mnoho ľudí, povedala Dussutour, si myslelo, že jej výskum „bol strašnou stratou času a že sa dostanem do slepej uličky“.

    Začala študovať slizké kvapôčky tým, že sa postavila „do pozície slizovej plesne,“ povedala – premýšľala, čo by sa potrebovala dozvedieť o svojom prostredí, aby prežila a prosperovala. Slizniaky sa plazia pomaly a môžu sa ľahko ocitnúť v príliš suchom, slanom alebo kyslom prostredí. Dussutour uvažovala, či si slizniaky dokážu zvyknúť na nepríjemné podmienky a prišla na spôsob, ako otestovať ich privykacie schopnosti.

    Habituácia nie je len adaptácia, je považovaná za najjednoduchšiu formu učenia. Týka sa toho, ako organizmus reaguje, keď sa opakovane stretáva s rovnakými podmienkami, a či dokáže odfiltrovať podnet, ktorý si uvedomil, je irelevantné. Pre ľudí je klasickým príkladom návyku to, že si prestaneme všímať pocit, že naše oblečenie je na koži hneď po tom, ako si ho oblečieme. Podobne môžeme prestať vnímať mnohé nepríjemné pachy alebo zvuky v pozadí, najmä ak sú nemenné, keď sú pre naše prežitie nedôležité. Nám a iným zvieratám túto formu učenia umožňujú siete neurónov v našom nervovom systéme, ktoré detegujú a spracúvajú podnety a sprostredkúvajú naše reakcie. Ale ako by mohlo dôjsť k návyku v jednobunkových organizmoch bez neurónov?

    Od roku 2015 Dussutour a jej tím získali vzorky slizníc od kolegov z univerzity Hakodate v Japonsku a testovali ich schopnosť privyknúť si. Výskumníci v laboratóriu umiestnili kúsky slizovej plesne a o kúsok ďalej umiestnili misky s ovsenými vločkami, jednou z obľúbených potravín organizmu. Aby sa dostali k ovseným vločkám, slizové plesne museli rásť cez želatínové mostíky s kofeínom alebo chinínom, neškodnými, ale horkými chemikáliami, ktorým sa organizmy vyhýbajú.

    "V prvom experimente trvalo slizovým formám 10 hodín, kým prešli cez most a naozaj sa ho snažili nedotknúť," povedal Dussutour. Po dvoch dňoch začali slizniaky ignorovať horkú látku a po šiestich dňoch každá skupina prestala reagovať na odstrašujúci prostriedok.

    Zvyk, ktorý sa slizniaky naučili, bol špecifický pre látku: slizovky, ktoré si zvykli na kofeín, sa stále zdráhali prejsť cez most obsahujúci chinín a naopak. To ukázalo, že organizmy sa naučili rozpoznať konkrétny stimul a prispôsobiť mu svoju reakciu a netlačiť sa bez rozdielu cez mosty.

    Nakoniec vedci nechali slizovky odpočívať dva dni v situáciách, keď neboli vystavené ani chinínu, ani kofeínu, a potom ich opäť otestovali so škodlivými mostíkmi. "Videli sme, že sa zotavujú - keď sa opäť vyhýbajú," povedal Dussutour. Slizové formy sa vrátili k svojmu pôvodnému správaniu.

    Samozrejme, organizmy sa môžu prispôsobiť zmenám prostredia spôsobmi, ktoré nemusia nevyhnutne znamenať učenie. Ale Dussutourova práca naznačuje, že slizové formy môžu niekedy zachytiť toto správanie prostredníctvom formy komunikácie, nielen prostredníctvom skúseností. V následnej štúdii jej tím ukázal, že „naivné“, nehabituované slizovky môžu priamo získať naučené správanie od zvyknutých prostredníctvom bunkovej fúzie.

    Na rozdiel od zložitých mnohobunkových organizmov môžu byť slizové formy rozrezané na veľa kúskov, keď sa dajú späť dohromady, spoja sa a vytvoria jednu obrovskú slizovú formu, pričom medzi kúskami sa pri spájaní tvoria žilovité rúrky naplnené rýchlo tečúcou cytoplazmou. Dussutour rozrezal svoje slizové formy na viac ako 4000 kúskov a polovicu z nich vycvičil soľou – ďalšou látkou, ktorú organizmy neznášajú, hoci nie tak silno ako chinín a kofeín. Tím spojil najrôznejšie kúsky v rôznych kombináciách a zmiešal slizové formy navyknuté na soľ s nezvyknutými. Potom otestovali nové entity.

    „Ukázali sme, že keď bola v entite, ktorú sme formovali, jedna habituovaná slizovka, entita vykazovala habituáciu,“ povedala. "Takže jedna slizovka by preniesla túto zvyknutú odpoveď na druhú." Výskumníci potom po troch hodinách znova oddelili rôzne formy - čas, ktorý trvalo, kým sa všetky žily cytoplazmy správne vytvorili - a obe časti stále vykazovali návyk. Organizmus sa naučil.

    Ale Dussutour chcel posunúť ďalej a zistiť, či sa táto privykajúca spomienka dá vybaviť z dlhodobého hľadiska. Takže ona a jej tím uspali kvapôčky na rok tým, že ich kontrolovane vysušili. V marci prebudili guličky, ktoré sa ocitli obklopené soľou. Nezvyknuté slizničné plesne zomreli, možno na osmotický šok, pretože sa nedokázali vyrovnať s tým, ako rýchlo vlhkosť unikala z ich buniek. "Stratili sme veľa takýchto slizových foriem," povedal Dussutour. "Ale zvyknutí prežili." Rýchlo sa tiež začali rozširovať cez svoje slané okolie, aby lovili potravu.

    Čo to znamená, podľa Dussutoura, ktorý opísal túto nepublikovanú prácu na vedeckom stretnutí v apríli na univerzite v Brémach v Nemecku, je to, že slizniak sa môže učiť – a môže si tieto znalosti udržať aj počas vegetačného pokoja, napriek rozsiahlym fyzikálnym a biochemickým zmeny v bunkách, ktoré túto transformáciu sprevádzajú. Schopnosť zapamätať si, kde nájsť potravu, je pre slizniaka užitočná vo voľnej prírode, pretože jeho prostredie môže byť zradné. "Je veľmi dobré, že si môže zvyknúť, inak by sa zasekol," povedal Dussutour.

    Ešte zásadnejšie, povedala, tento výsledok tiež znamená, že existuje niečo ako „primitívne poznanie“, forma poznania, ktorá nie je obmedzená na organizmy s mozgom.

    Vedci netušia, aký mechanizmus je základom tohto druhu poznania. Baluška si myslí, že môže ísť o množstvo procesov a molekúl, ktoré sa môžu medzi jednoduchými organizmami líšiť. V prípade slizniakov môže ich cytoskelet tvoriť inteligentné komplexné siete schopné spracovávať senzorické informácie. "Podávajú tieto informácie až do jadier," povedal.

    Nie sú to len slizové formy, ktoré sa môžu učiť. Výskumníci skúmajú iné neneurálne organizmy, ako sú rastliny, aby zistili, či dokážu prejaviť najzákladnejšiu formu učenia. Napríklad v roku 2014 Monica Gagliano a jej kolegovia z University of Western Australia a University of Firenze v Taliansku publikovali prácu, ktorá vyvolala mediálne šialenstvo, o experimentoch s Mimosa pudica rastliny. Rastliny mimózy sú veľmi citlivé na dotyk alebo iné fyzické narušenie: Okamžite zvinú svoje jemné listy ako obranný mechanizmus. Gagliano zostrojil mechanizmus, ktorý by rastliny prudko spustil asi o stopu bez toho, aby im ublížil. Najprv sa rastliny po páde stiahli a skrútili svoje listy. Ale po chvíli rastliny prestali reagovať – zdanlivo sa „naučili“, že nie je potrebná žiadna obranná reakcia.

    Tradične sa predpokladalo, že jednoduché organizmy bez mozgu alebo neurónov sú schopné nanajvýš jednoduchého správania sa na podnet. Výskum správania prvokov, ako je slizovka Physarum polycephalum (najmä práca Toshiyuki Nakagaki na univerzite Hokkaido v Japonsku), naznačuje, že tieto zdanlivo jednoduché organizmy sú schopné komplexného rozhodovania a riešenia problémov vo svojom prostredí. Nakagaki a jeho kolegovia napríklad ukázali, že slizové formy sú schopné vyriešiť problémy s labyrintom a usporiadať distribučné siete rovnako efektívne ako tie, ktoré navrhli ľudia (v jednom slávnom výsledku slizové formy znovu vytvorili tokijské železničné systémy).

    Chris Reid a jeho kolega Simon Garnier, ktorý vedie laboratórium Swarm na Technologickom inštitúte v New Jersey, pracujú na mechanizme, ktorý stojí za tým, ako slizovka prenáša informácie medzi všetkými svojimi časťami, aby pôsobili ako druh kolektívu, ktorý napodobňuje schopnosti mozog plný neurónov. Každá malá časť slizovej formy sa stiahne a roztiahne v priebehu asi jednej minúty, ale rýchlosť kontrakcie je spojená s kvalitou miestneho prostredia. Atraktívne stimuly spôsobujú rýchlejšie pulzovanie, zatiaľ čo negatívne stimuly spôsobujú spomalenie pulzácií. Každá pulzujúca časť tiež ovplyvňuje frekvenciu pulzovania svojich susedov, nie na rozdiel od spôsobu, akým sa navzájom ovplyvňujú rýchlosti spúšťania spojených neurónov. Pomocou techník počítačového videnia a experimentov, ktoré by sa dali prirovnať k slizničnej verzii skenu mozgu MRI, vedci skúmajú, ako slizovka využíva tento mechanizmus na prenos informácií okolo svojho obrovského jednobunkového tela a na prijímanie zložitých rozhodnutí medzi protichodnými stimulmi.

    Ale niektorí mainstreamoví biológovia a neurovedci sú k výsledkom kritickí. „Neurológovia namietajú proti ‚znehodnocovaniu‘ výnimočnosti mozgu,“ povedal Michael Levin, biológ z Tufts University. „Mozy sú skvelé, ale musíme si pamätať, odkiaľ pochádzajú. Neuróny sa vyvinuli z neneurálnych buniek, neobjavili sa magicky.“

    Niektorí biológovia tiež namietajú „proti myšlienke, že bunky môžu mať ciele, spomienky a tak ďalej, pretože to znie ako mágia,“ dodal. Musíme si však pamätať, povedal, že práca na teórii riadenia, kybernetike, umelej inteligencii a strojovom učení za posledné storočie ukázala, že mechanistické systémy môžu mať ciele a robiť rozhodnutia. „Počítačová veda už dávno zistila, že spracovanie informácií je nezávislé od substrátu,“ povedal Levin. "Nie je to o tom, z čoho ste, ale o tom, ako počítate."

    Podľa Johna Smythiesa, riaditeľa Laboratória integratívnej neurovedy na Kalifornskej univerzite v San Diegu, všetko závisí od toho, ako človek definuje učenie. Nie je presvedčený o tom, že Dussutourov experiment so slizničnými plesňami, ktoré si po predĺženom dormancii zostali zvyknuté na soľ, veľa ukazuje. "Učenie znamená správanie a umieranie nie je to!" povedal.

    Pre Freda Kaijzera, kognitívneho vedca z Univerzity v Groningene v Holandsku, je otázka, či tieto zaujímavé prejavy dokazujú, že slizovky sa môžu učiť, podobná diskusii o tom, či je Pluto planéta: Odpoveď závisí od toho, ako tento koncept učenia sa vychádza z empirických dôkazov. Napriek tomu povedal: "Nevidím žiadne jasné vedecké dôvody na popretie možnosti, že neneurálne organizmy sa môžu skutočne učiť."

    Baluška povedal, že mnohí výskumníci sa tiež ostro rozchádzajú v tom, či rastliny môžu mať spomienky, učenie a poznanie. Rastliny sa stále považujú skôr za „automaty podobné zombie než za plnohodnotné živé organizmy,“ povedal.

    Ale zaužívané vnímanie sa pomaly mení. „V rastlinách sme začali s iniciatívou rastlinnej neurobiológie v roku 2005, a hoci to ešte stále nie je akceptované hlavným prúdom, zmenili sme to natoľko, že pojmy ako signalizácia rastlín, komunikácia a správanie sú teraz viac-menej akceptované,“ povedal.

    Debata pravdepodobne nie je vojnou o vede, ale o slovách. "Väčšina neurovedcov, s ktorými som hovoril o inteligencii slizníc, celkom rada akceptuje, že experimenty sú platné a vykazujú podobné funkčné výsledky ako tie isté experimenty vykonávané na zvieratách s mozgom," povedal Reid. Zdá sa, že majú problém s používaním výrazov tradične vyhradených pre psychológiu a neurovedu a takmer všeobecne spojených s mozgom, ako je učenie, pamäť a inteligencia. "Výskumníci slizníc trvajú na tom, že funkčne ekvivalentné správanie pozorované v slizniakoch by malo používať rovnaké popisné výrazy ako pre zvieratá s mozgom, zatiaľ čo klasickí neurovedci trvajú na tom, že samotná definícia učenia a inteligencie vyžaduje architektúru založenú na neurónoch," povedal.

    Baluška povedal, že v dôsledku toho nie je také ľahké získať granty na primitívno-poznávací štúdiá. „Najdôležitejšou otázkou je, že grantové agentúry a financujúce orgány začnú takéto návrhy projektov podporovať. Doteraz je mainstreamová veda, napriek niekoľkým výnimkám, v tomto smere skôr zdržanlivá, čo je naozaj škoda.“

    Aby získali uznanie v hlavnom prúde, výskumníci primitívneho poznania budú musieť preukázať návyk na širokú škálu stimulov a čo je najdôležitejšie, určiť presné mechanizmy, ktorými sa návyk dosahuje a ako sa môže prenášať medzi jednotlivými bunkami, povedal Reid. "Tento mechanizmus musí byť úplne odlišný od mechanizmu pozorovaného v mozgoch, ale podobnosti funkčných výsledkov robia porovnanie mimoriadne zaujímavým."

    Pôvodný príbeh pretlačený s povolením od Quanta Magazine, redakčne nezávislej publikácie Simons Foundation, ktorej poslaním je zlepšiť verejné porozumenie vedy tým, že pokryje vývoj výskumu a trendy v matematike, fyzike a vedách o živote.


    Pozri si video: Macko Usko - Zasoby na zimu (August 2022).