Rødderne af det sammenfiltrede genetiske træ

Rødderne af det sammenfiltrede genetiske træ

Det følgende er et uddrag af Det sammenfiltrede træ: En radikal ny livshistorie af David Quammen.

Livet i universet, så vidt vi ved, og uanset hvor levende vi kan forestille os noget andet, er et ejendommeligt fænomen begrænset til planeten Jorden. Der er masser af spekulationer og probabilistisk nudling, men ingen beviser for det modsatte. De matematiske odds og kemiske omstændigheder synes at antyde, at liv burde eksistere andre steder. Men virkeligheden af ​​et sådant alternativt liv, hvis nogen, er indtil videre ikke tilgængelig for inspektion. Det er et gæt, hvorimod det jordiske liv er et faktum. En eller anden forbløffende opdagelse af udenjordiske væsener, annonceret i morgen eller næste år, eller længe efter din og min tid, kan modbevise dette indtryk af Jordens unikke karakter. For nu er det dog, hvad vi har: livet er en historie, der kun har udspillet sig her, på en relativt lille klippekugle i et upåfaldende hjørne af en mellemliggende galakse. Det er en historie, der, så vidt vi ved, kun er opstået én gang.



Læs bogen

Det sammenfiltrede træ: En radikal ny livshistorie

Købe

Formen på denne historie, i dens store linjer såvel som dens finere detaljer, er derfor et spørgsmål af en vis interesse.

Hvad skete der i løbet af cirka fire milliarder år for at bringe liv fra dets oprindelige oprindelse ind i den fluorescens af mangfoldighed og kompleksitet, vi ser nu? Hvordan skete det? Ved hvilken sammenkædning af ulykke og beslutsomhed gav det skabninger så vidunderlige som mennesker - og blåhvaler og tyrannosaurer og kæmpe sequoiaer? Vi ved, at der har været afgørende overgange i den evolutionære historie, usandsynlige hændelser af konvergens, blindgyder, masseudryddelser, store begivenheder og små med store konsekvenser – inklusive nogle skæbnesvangre hændelser, der har efterladt beviser på deres forekomst indlejret subtilt i hele fossiloptegnelsen og den levende verden. Ændr de få uforudsete hændelser, som et tankeeksperiment, og alt ville være anderledes. Vi ville ikke eksistere. Dyr og planter ville ikke eksistere. Hvorfor skete det, som det gjorde, og ikke på en anden måde? Religioner har deres svar på sådanne spørgsmål, men for videnskaben skal svarene opdages og derefter understøttes med empiriske beviser, ikke modtaget i en hellig trance.

Denne bog handler om en ny metode til at udlede det, og visse uventede indsigter, der er udsprunget af den nye metode. Metoden har et navn: molekylær fylogenetik. Rynk på næsen ved den fancy sætning, om du vil, og jeg rynker med dig, men i virkeligheden er det ret simpelt, hvad det betyder: at læse livets dybe historie og slægtskabsmønstrene fra sekvensen af ​​konstituerende enheder i visse lange molekyler, da disse molekyler eksisterer i dag i levende væsner. De molekyler, der hovedsageligt er tale om, er DNA, RNA og nogle få udvalgte proteiner. De konstituerende enheder er nukleotidbaser og aminosyrer - mere definition af dem, der kommer. De uventede indsigter har fundamentalt omformet det, vi tror, ​​vi ved om livets historie og de funktionelle dele af levende væsener, inklusive os selv. Især er der kommet tre store overraskelser om, hvem vi er – vi flercellede dyr, mere specifikt vi mennesker – og hvad vi er, og hvordan livet på vores planet har udviklet sig.

En af disse tre overraskelser involverer en unormal form for væsen, der fortæller den historie, en hel kategori af liv, tidligere uanet og nu kendt som archaea. (Deres navn bliver med store bogstaver, når det bruges som en formel taksonomisk kategori: Archaea.) En anden er en arvelig ændring, der også var uanet, nu kaldet horisontal genoverførsel. Den tredje er en åbenbaring, eller i hvert fald en stærk sandsynlighed, om vores egen dybeste herkomst. Vi selv – vi mennesker – kommer formentlig fra skabninger, der så sent som for fyrre år siden var ukendte at eksistere.

Opdagelsen og identifikationen af ​​archaea, som længe var blevet forvekslet med undergrupper af bakterier, afslørede, at nutidens liv på mikrobiel skala er meget anderledes end hvad videnskaben tidligere havde afbildet, og at livets tidlige historie også var meget anderledes. Anerkendelsen af ​​horisontal genoverførsel (HGT, i eksperternes alfabetsuppe) som et udbredt fænomen har væltet den traditionelle vished om, at gener kun flyder vertikalt, fra forældre til afkom, og ikke kan handles sidelæns på tværs af artsgrænser. De seneste nyheder om archaea er, at alle dyr, alle planter, alle svampe og alle andre komplekse væsner sammensat af celler, der bærer DNA i kerner - den liste inkluderer os - er nedstammet fra disse mærkelige, ældgamle mikrober. Måske. Det er lidt ligesom at lære, med et stød, at din tip-tip-oldefar ikke kom fra Litauen, men fra Mars.

Tilsammen rejser disse tre overraskelser dybe nye usikkerheder - og har store implikationer om menneskelig identitet, menneskelig individualitet, menneskelig sundhed. Vi er ikke præcis, som vi troede, vi var. Vi er sammensatte skabninger, og vores herkomst synes at stamme fra en mørk zone af den levende verden, en gruppe skabninger, som videnskaben indtil de seneste årtier var uvidende om. Evolution er vanskeligere, langt mere indviklet, end vi havde indset. Livets træ er mere sammenfiltret. Gener bevæger sig ikke kun lodret. De kan også passere sideværts på tværs af artsgrænser, på tværs af bredere kløfter, selv mellem forskellige livsriger, og nogle er kommet sidelæns ind i vores egen slægt – primaterne – fra uanede, ikke-primate kilder. Det er den genetiske ækvivalent af en blodtransfusion eller (anden metafor, foretrukket af nogle videnskabsmænd) en infektion, der transformerer identitet. 'Smittende arvelighed.' Jeg vil sige mere om det i stedet.

[ Der er videnskab bag lækkerhed. ]

Og i mellemtiden, når vi taler om infektion: Et andet resultat af denne sidelæns genbevægelse involverer den globale medicinske udfordring med antibiotikaresistente bakterier, en stille krise, der er bestemt til at blive mere støjende. Farlige insekter såsom MRSA (methicillin-resistent Staphylococcus aureus , som dræber mere end elleve tusinde mennesker årligt i USA og mange flere tusinde rundt om i verden) kan pludselig erhverve hele sæt af lægemiddelresistensgener fra helt forskellige slags bakterier ved horisontal genoverførsel. Det er grunden til, at problemet med multiresistente superbugs - udødelige bakterier - har spredt sig over hele verden så hurtigt. Ved sådanne åbenbaringer, både praktiske og dybe, bliver vi pludselig udfordret til at justere vores grundlæggende forståelser af, hvem vi mennesker er, hvad der er gået ind i at skabe os, og hvordan den levende verden fungerer.

Hele denne radikale nulstilling af biologisk tænkning opstod fra flere oprindelsespunkter i rum og tid. En af dem, måske den mest afgørende, fortjener at blive nævnt her: tiden var efteråret 1977; stedet var Urbana, Illinois, hvor en mand ved navn Carl Woese sad med fødderne på sit skrivebord, før en tavle fyldt med sedler og figurer stillede op for en fotograf fra New York Times . Den medfølgende Tider historie, som billedet er optaget for, meddeler, at Woese og hans kolleger havde opdaget 'en separat form for liv', der udgør et 'tredje rige' af biologiske former ud over de to anerkendte, kørte den 3. november 1977. Det var forsiden , over folden, skulder genstande til side på den kidnappede arving Patty Hearst og en våbenembargo mod apartheidstyret i Sydafrika. Store nyheder, med andre ord, uanset om gennemsnittet Tider læseren kunne ud fra sådan en mager fortælling forstå, hvad der menes med 'en separat livsform'. Denne artikel markerede toppen af ​​Woeses berømmelse, hans Warhol-øjeblik: femten minutters rampelys og derefter tilbage til laboratoriet. Woese bragte radikale forandringer – til sit eget felt, til livets historie – og alligevel forbliver han ukendt for de fleste mennesker uden for molekylærbiologiens forsmålede korridorer.

Carl Woese var en kompliceret mand - voldsomt dedikeret og meget privat - der greb dybe spørgsmål, flettede geniale teknikker sammen for at forfølge disse spørgsmål, tilsidesatte nogle af reglerne for videnskabelig indretning, skabte fjender, ignorerede pænheder, sagde, hvad han mente, fokuserede besat. på sit eget forskningsprogram med udelukkelse af de fleste andre bekymringer, og dukkede op i det mindste en eller to opdagelser, der rystede søjlerne i den biologiske tanke. For sine nære venner var han en let, sjov fyr; ætsende, men skævt, med en kærlighed til jazz, en smag for øl og skotsk og et amatøragtigt anlæg på klaver. For sine kandidatstuderende og postdoc-stipendiater og laboratorieassistenter, de fleste af dem, var han en god chef og en inspirerende mentor, nogle gange (men ikke altid) generøs, klog og omsorgsfuld.

[ Hvor videnskab og kunst krydser hinanden, kan dans være med til at skabe ny forståelse. ]

Som lærer i snævrere forstand – professor i mikrobiologi ved University of Illinois – var han næsten ikke-eksisterende, hvad angår studerende. Han stod ikke foran store banker af ivrige, uvidende studerende, der tålmodigt forklarede bakteriers ABC. Forelæsninger var ikke hans styrke eller hans interesse, og han manglede veltalende kraft, selv når han præsenterede sit arbejde på videnskabelige møder. Han kunne ikke lide møder. Han kunne ikke lide at rejse. Han skabte ikke en glædelig, kollegial kultur i sit laboratorium, hvor han var vært for seminarer og julefester, der skulle fanges på gruppebilleder, som mange seniorforskere gør. Han havde sine udvalgte unge venner, og nogle af dem husker gode stunder, latter, ølgrill i hjemmet Woese, kun en kort gåtur fra universitetets campus. Men de venner var de få udvalgte, der på en eller anden måde, ved charme eller held, var kommet igennem hans skal.

I de senere år, efterhånden som han blev mere anerkendt og modtog alle slags hæder end Nobelprisen, ser Woese også ud til at være blevet bitter. Han betragtede sig selv som en outsider. Han blev valgt til National Academy of Sciences, et højtstående organ, men sent, i en alder af tres, og forsinkelsen irriterede ham. Han blev, ifølge nogle rapporter, fjern fra sin familie - en kone og to børn, sjældent nævnt i offentliggjorte beretninger om hans videnskabelige arbejde. Han var en genial krumtap, og hans arbejde udløste en drastisk revision af et af de mest grundlæggende begreber i biologien: ideen om livets træ, det store trælevende billede af slægtskab og diversificering. Af den grund har Woeses triumføjeblik i Urbana, den 3. november 1977, sin plads nær kernen af ​​denne bog.

Andre videnskabsmænd og andre opdagelser er forbundet med Woese og hans træ. En lidet kendt britisk læge ved navn Fred Griffith bemærkede for eksempel i midten af ​​1920'erne, mens han forskede i lungebetændelse for sundhedsministeriet, en uventet transformation blandt bakterier: en stamme, der pludselig ændrede sig til en anden stamme, presto, fra harmløs til dødbringende virulent . Dette var vigtigt med hensyn til folkesundheden (bakteriel lungebetændelse var i disse dage en førende dødsårsag), men også, som selv Griffith ikke var klar over, et fingerpeg om dybere sandheder i ren videnskab.

[Tillad os at introducere dig til en MEGET sulten maddike.]

Mekanismen bag Griffiths forvirrende transformation forblev uklar indtil 1944, hvor en stille, kræsen forsker ved navn Oswald Avery ved Rockefeller Institute i New York identificerede stoffet, det 'transformerende princip', der kan forårsage en sådan pludselig ændring fra én bakteriel identitet til en anden. Det var deoxyribonukleinsyre. DNA. Mindre end et årti senere viste Joshua Lederberg og hans kolleger, at denne form for transformation, ommærket 'infektiøs arvelighed', er en rutinemæssig og vigtig proces i bakterier - og, som senere arbejde ville vise, ikke kun i bakterier. I mellemtiden arbejdede majsgenetikeren Barbara McClintock, der opdagede gener, der hopper fra det ene punkt til det andet på kromosomerne på hendes yndlingsplante, med meget lidt støtte eller anerkendelse gennem de bedste år af sin karriere - og tog derefter imod en Nobelpris i en alder af firs- en.

Lynn Margul er, en Chicago-uddannet mikrobiolog, der er unik på næsten alle måder, delte mindst én ting med McClintock: frustrationerne BLUES1P_Quammen_TangledTree_KB.indd 13 21/6/18 16:06 xiv Three Surprises: An Introduction of being dismissed by some colleagues som en excentrisk og stædig kvinde. I Margulis’ tilfælde var det for at genoplive en gammel idé, der længe var blevet betragtet som skør: endosymbiose. Det, hun mente med udtrykket, var groft sagt den kooperative integration af levende væsner i levende væsner. Det vil sige, ikke kun små væsner i maver eller næser på store væsner, men celler i celler. Mere specifikt hævdede Margulis, at cellerne, der udgør hver skabning i de mere komplekse opdelinger af livet - hvert menneske, hvert dyr, hver plante, enhver svamp - er kimære ting, samlet med fangede bakterier inde i ikke-bakterielle beholdere. Disse særlige bakterier er over store stræk af tid blevet transmogrificeret til cellulære organer. Forestil dig en østers, transplanteret til en ko, der bliver en funktionel bovin nyre. Dette virkede skørt, da Margulis foreslog det i 1967. Men hun havde for det meste ret i sagen.

Fred Sanger, Francis Crick, Linus Pauling, Tsutomu Watanabe og andre videnskabsmænd spillede også afgørende roller i denne kæde af begivenheder, nogle gange på grund af personlighedens kraft såvel som af videnskabelig brillans. Lidt dybere i fortiden ligger obskure figurer som Ferdinand Cohn, Edward Hitchcock og Augustin Augier, såvel som mere berømte, herunder Ernst Haeckel, August Weismann og Carl Linnaeus. Jean-Baptiste Lamarcks spøgelse rejser sig her igen for at luske uundgåeligt med i skyggen af ​​evolutionær tænkning.

Sådanne mennesker, alle bidragydere til en videnskabelig omvæltning, er af yderligere interesse for den måde, deres værker voksede fra deres liv. De tjener som gode påmindelser om, at videnskaben i sig selv, uanset hvor præcis og objektiv den end er, er en menneskelig aktivitet. Det er en måde at undre sig på såvel som en måde at vide på. Det er en proces, ikke en samling af fakta eller love. Ligesom musik, som poesi, som baseball, som stormesterskak, er det noget herligt uperfekt, som folk gør. De snavsede fingeraftryk af vores menneskelighed er over det hele.


Uddrag fra Det sammenfiltrede træ af David Quammen. Udgivet efter aftale med Simon & Schuster.