Hidup Dengan Kerumitan Evolusi, Ekologi, Virus Dan Perubahan Iklim

Hidup Dengan Kerumitan Evolusi, Ekologi, Virus Dan Perubahan Iklim

Penyelidik bioperubatan seperti saya menyiasat asas mekanistik kesihatan dan penyakit. Dalam kerjaya yang panjang yang bekerja pada penemuan spektrum, saya telah mendapat keistimewaan untuk hidup, dan membuat beberapa sumbangan kecil kepada, revolusi yang luar biasa (dan berterusan) dalam pemahaman perubatan dan kesejahteraan manusia.

Menggunakan gabungan pemerhatian dan percubaan, tumpuan khusus saya adalah untuk bertanya bagaimana virus membunuh dan, lebih-lebih lagi, bagaimana tindak balas imun spesifik (atau adaptif) melindungi kita, terutamanya jika kita vaksin.

Bersama dengan penemuan konseptual berturut-turut, pelbagai teknologi yang mengganggu telah mengubah kehidupan kerja detektif penyakit seperti saya. Baru-baru ini, pemikiran kita semakin ditentukan oleh keperluan untuk melibatkan set data besar-besaran.

Di dalam dan banyak deria lain, kita mendapati diri kita bercakap bahasa kerumitan yang merangkumi bidang yang berbeza dengan penyelidikan kanser, ekologi haiwan dan sains iklim.

Sebenarnya, pelbagai jenis soal siasat yang luas yang kita sebut sains datang bersama-sama dalam permadani intelektual yang kaya dan saling bermaklumat. Mengelakkan butiran teknikal, saya akan cuba membawa anda sedikit jalan ke arah jalan itu.

Permaidani halus

Tiada seorang saintis yang bekerja bersendirian. Dan sepanjang tahun 25 yang lalu atau lebih, program-program penyelidikan yang saya telah terlibat telah banyak membincangkan pemahaman bagaimana respon tuan rumah mamalia (tikus dan manusia) berkaitan dengan virus influenza A (IAV) yang menyebabkan epidemik dan pandemik yang tetap.

Seperti semua virus, IAVs mewarisi parasit intraselular; mereka hanya tumbuh dalam sel-sel hidup, dan jauh lebih kompleks daripada kita. Berfikir dari segi protein, blok bangunan dasar semua kehidupan, IAV terdiri daripada protein 11 yang dikodkan oleh lapan segmen gen RNA, sedangkan manusia mempunyai lebih banyak protein 20,000 yang ditentukan oleh 20,000 untuk gen DNA 25,000.


Dapatkan yang terbaru dari InnerSelf


Genom manusia juga mengandungi banyak apa yang difikirkan untuk masa yang akan datang "Sampah" DNA, tetapi sekarang diketahui mempunyai pelbagai peraturan dan fungsi lain.

Di mana biologi menjadi sangat kompleks adalah apabila virus selesema yang mudah dijangkiti. Gen dihidupkan dan dimatikan, virus dan protein tuan rumah dibuat, sel-sel di saluran pernafasan kita dimusnahkan, kita menjadi demam, mengalami kesukaran bernafas kemudian, mudah-mudahan, pulih dan merasa baik lagi. Dan, sebelum kita sakit secara klinikal, zarah virus baru sedang dipasang dan dihantar (melalui titisan dalam nafas kita) kepada mereka yang dekat.

Apa yang diteliti oleh penyelidik adalah perincian dinamik selular dan mekanisme molekul. Apabila kita memahami proses-proses ini, kita berpotensi, dengan melibatkan pasukan-pasukan baru pakar-pakar yang berbeza, membangun terapeutik (ubat) yang lebih baik dan strategi pencegahan (vaksin), walaupun ia mungkin mengambil masa satu dekad atau lebih untuk sampai ke tahap itu.

Di mana bakat masuk ke dalam persamaan ini adalah dalam mengenali penemuan baru untuk apa itu, kemudian bertanya soalan yang betul untuk pergi lebih jauh ke jalan. Sesetengah orang mempunyai keupayaan ini, ada yang tidak, dan itu tidak semestinya tentang mengetahui luas keseluruhan "barangan". Jenis individu yang merupakan guru sains yang hebat tidak semestinya menjadi penyelidik yang hebat. Para saintis penyelidikan tidak selalunya seperti eggheads polymath yang anda lihat di televisyen.

Biologi kadang-kadang mempunyai idea yang besar, seperti persepsi bahawa "DNA sampah" mesti mempunyai fungsi. Tetapi, pada dasarnya, kita adalah kedua-dua tukang dan pemikir yang sering menyimpan hidung kita dengan tanah dan menggunakan kedua-dua alat eksperimen (menjangkiti tetikus dengan influenza) dan apa yang berlaku di dunia nyata (mengkaji selesema pandemik) untuk memberitahu kami.

Peraturan asasnya adalah untuk melihat "perkara itu sendiri", untuk diarahkan oleh alam semula jadi. Kebanyakan aktiviti intelektual yang sengit yang mencirikan kehidupan seorang ahli biologi penyelidikan, sesungguhnya, prihatin dengan berusaha untuk mengetahui apa data yang memberitahu kami.

Dan seringkali kes yang penemuan besar mengikuti beberapa kemajuan teknikal utama daripada saat "eureka". Data baru dan lebih baik membolehkan kita bergerak dari melihat "melalui kaca gelap" untuk kejelasan yang lebih besar. Dalam hal ini, orang-orang di bidang imunologi saya sangat terhutang budi kepada ahli fizik, jurutera dan ahli matematik yang membuat mesin dan program.

Bidang saintifik berbeza mengikut organisasi. Fizik, sebagai contoh, cenderung untuk memisahkan ke dalam teoretik dan eksperimentis - satu bahagian yang tidak terbukti banyak digunakan dalam biologi. Ahli fizik teori datang dengan idea-idea besar - seperti Higgs boson, lubang hitam artikel perkara gelap - tetapi kita ahli biologi mempunyai, keperluan, untuk menjadi lebih sederhana dan berasas dalam pemikiran kita.

Walaupun, pada analisis akhir, semua yang hidup atau tidak hidup mematuhi undang-undang fizik, undang-undang tersebut tidak berada di barisan hadapan minda untuk kebanyakan penyelidik bioperubatan.

Satu pengecualian ialah ahli biologi struktur, atau crystallographers, yang secara tradisinya menggunakan X-ray (sekarang synchrotrons), dan peraturan fizik dan kimia yang paling asas, untuk mengetahui bagaimana molekul kehidupan individu dianjurkan dan (terutamanya untuk protein) kali ganda dan fungsi.

Walaupun kebanyakan kerja ahli biologi struktur boleh dilakukan pada skrin komputer dan mungkin dianggap sebagai sejenis "reka bentuk terbalik", perbezaan asas antara sains biologi dan fizikal adalah tumbuhan dan haiwan (tidak seperti batuan dan planet ) berkembang.

Perlumbaan hingga mati

Bentuk kehidupan adalah yang paling tidak dirancang. "Para saintis penciptaan" nampaknya tidak begitu berminat untuk menuntut virus influenza, walaupun teknik biologi molekul moden membolehkan para penyelidik memainkan "Tuhan" dan membuat "IAV" berjenama yang mungkin tidak dapat ditemui.

Ada banyak masalah baru-baru ini tentang kemungkinan bahawa sesetengah jurutera molekular mungkin, dalam usaha untuk memahami bagaimana IAVs menimbulkan penyakit, secara tidak sengaja "merancang" patogen yang ganas yang mungkin hanya dapat melarikan diri dari jenis makmal keselamatan ultra tinggi di mana kerja tersebut telah siap.

Secara berlawanan, risiko dalam tidak cuba mendapatkan pemahaman sedemikian adalah bahawa tekanan evolusi juga merupakan "jurutera" yang hebat: IAV yang sangat ganas untuk satu atau lebih spesies yang muncul secara berkala. Mungkin ia tidak bijak untuk mendahului permainan dan mengenal pasti perubahan genetik yang membahayakan bahaya sebelum kita mendapati diri kita dalam wabak pandemik baru?

Sebagai contoh, kita tahu bahawa mutasi tunggal dalam gen influenza utama boleh mengubah IAV burung ringan ke patogen yang melampau yang membunuh ayam dalam tiga atau empat hari. Itulah sebabnya semua orang sangat takut selesema burung beberapa tahun lalu.

Dan jika sesetengah dewa melakukan "merancang" IAVs, satu-satunya tujuan boleh dibunuh. Sekiranya anda mahu mempercayainya, niat ilahi mungkin untuk menghadkan kadar pertumbuhan penduduk bagi spesies yang terdedah, termasuk kami.

Evolusi adalah, sebenarnya, teori pusat biologi, tanpa mengira sama ada kita membincangkan virus atau vertebrata. Patogen yang menjangkiti dan berpotensi membunuh kita telah jelas "berbentuk" sistem imun kita dengan "menghapuskan" variasi yang kurang "berjaya" (dalam keadaan kerentanan penyakit).

Terdapat banyak bukti bahawa virus besar (lebih daripada gen 100), seperti virus Epstein-Barr (EBV), telah berkembang mekanisme genetik untuk menghalang penghapusan lengkap mereka oleh sistem imun kita. EBV telah menunaikan kompromi evolusi yang membolehkan kita dikawal (oleh sistem kekebalan tubuh) dalam diri kita pada tahap yang, bagaimanapun, mencukupi untuk membolehkan penghantaran.

Apabila pertama kali dijangkiti dengan EBV, remaja mungkin mengalami masalah mononukleosis yang melemahkan (tetapi sementara), atau "penyakit mencium". Memulihkan sepenuhnya, mereka kemudiannya akan menjadi pembawa EBV untuk hidup.

Kebanyakan orang tidak mati dengan EBV, tetapi ia boleh membunuh (dengan menyebabkan limfoma) jika sistem kekebalan tubuh dimusnahkan oleh, contohnya, rejim imunosupresif yang besar digunakan untuk merosakkan organ atau pembangunan sindrom kekurangan daya tahan imun yang berikut (dalam ketiadaan rawatan ubat antiviral) jangkitan dengan virus immunodeficiency manusia (HIV).

Kerumitan organisma hidup mencerminkan bahawa, dengan pelbagai cabaran (atau tekanan terpilih), perubahan mutasi dalam gen yang sedia ada membolehkan spesies bertahan. Akibatnya ialah evolusi kraf strategi molekul yang menyerupai bangunan yang dibina pada set berturut-turut asas yang sedia ada.

Ia tidak semestinya penyelesaian optimum yang "arsitek ilahi" bermula dari prinsip pertama yang akan dipilih - itu hanya yang terbaik yang boleh dilakukan dengan bahan permulaan yang ada. Itulah sebabnya biologi boleh, pada masa-masa, kelihatan begitu huru-hara dan tidak dapat diramalkan, dan mengapa teori teori biologi yang utama, adalah teori evolusi.

Tidak seperti alam semesta fizikal, biologi dikekang oleh homeostasis, keperluan untuk mengekalkan interiliur yang stabil. Banjir dan suhu alam sekitar yang lebih tinggi tidak, sebagai contoh, isu batu, tetapi mengambil bentuk kehidupan terlalu jauh dari zona keselesaan homeostatik atau "sampul lingkungan" yang boleh diterima, dan ia akan mati.

Sebagai contoh, beberapa bakteria sel tunggal telah berevolusi untuk bertahan dalam air mendidih, tetapi tidak boleh berlaku untuk sistem multi-selular, seperti organ vertebrata. Bentuk kehidupan kompleks berkembang, tetapi perlahan-lahan, dan hanya dalam had yang sangat terhad.

Masukkan ekosistem

Sebagai ahli patologi eksperimen dengan latar belakang yang sangat luas, mencerminkan latihan awal dalam perubatan veterinar, pemikiran saya tentang asas mekanistik kehidupan adalah sebahagian besarnya ditentukan oleh dua pertimbangan.

Yang pertama adalah bahawa apa-apa pembinaan intelektual yang tidak masuk akal dalam konteks evolusi akan sia-sia. Secara kebetulan, IAV berubah secara berterusan kerana tekanan terpilih yang diberikan oleh respon imun host (khususnya meneutralkan antibodi) dan menunjukkan evolusi dalam bentuk yang paling sederhana.

Idea kedua adalah bahawa kajian mengenai penyakit berjangkit berkenaan dengan dasarnya dengan menerangkan sifat ekosistem: sama ada ekosistem "dalaman" Aedes spesies nyamuk atau primata (termasuk kami) di mana virus Zika mereplikasi; atau ekosistem "luar", yang ditentukan oleh bilangan tuan rumah yang terdedah (orang dan beberapa monyet), suhu ambien, dan ketersediaan air bertakung untuk pembiakan nyamuk.

Kita boleh mengetengahkan ekosistem saling berkaitan dengan "mengeringkan rumput", menyembur racun serangga di kawasan basah, menggunakan penghalau serangga, tidur di bawah jaring tidur berdefinisi DDT, atau membuat vaksin supaya ada orang yang kurang terdedah untuk mereplikasi virus dan menginfeksi nyamuk .

Apa yang kita lihat sekarang dengan virus Zika adalah wabak "tanah dara" klasik di benua Amerika: tiada siapa yang dilindungi oleh pengalaman terdahulu dan (walaupun mereka mungkin menunjukkan beberapa tanda klinikal) virus itu berlipat ganda dalam darah orang yang digigit oleh yang dijangkiti Aedes. Pada tahun-tahun akan datang, akan ada orang yang kurang terdedah dan sejauh mana jangkitan akan berkurangan.

Bagi kebanyakan kita, disiplin saintifik ekologi berurusan dengan kehidupan tumbuh-tumbuhan dan haiwan di alam semulajadi - jenis kerja yang dilakukan oleh orang seperti Tim Flannery - daripada antaramuka antara agen berjangkit dan vertebrata, terutamanya manusia, organisma.

Tetapi ramai doktor perubatan terkemuka yang pakar dalam mikrobiologi / virologi telah berfikir seperti ini pada masa lalu. Dan, jika anda melihat komuniti perubatan, itu bukan sekadar ahli biologi mikro yang sangat khawatir tentang pemanasan global.

Penyelidikan mengenai akibat perubahan iklim adalah, sebenarnya, semua tentang biologi. Dari kesan pemanasan laut dan pengasidan pada batu karang dan zoo-plankton, kepada perubahan burung, ikan dan penghijrahan serangga dan corak penyetempatan, kepada kesan langsung haba ekstrem pada haiwan homeothermic seperti manusia.

Selain daripada kemungkinan kesan perubatan, di hadapan dalam pemikiran semua orang adalah masalah kehilangan spesies, terutamanya burung, lebah dan kelawar yang melakukan pekerjaan penting seperti menggerakkan nutrien dan mengelakkan tumbuhan.

Burung tidak berpeluh dan mereka sangat terdedah kepada tekanan haba: kita bimbang bahawa spesies tropika mungkin hilang kecuali kita mengambil inisiatif untuk memindahkan mereka ke iklim yang lebih sejuk.

Kesan negatif yang teruk dari pemanasan global adalah masa depan kita, tetapi kita sudah berada di titik puncak kepupusan spesies keenam yang hebat dalam sejarah bumi, kepupusan antropogenik.

Sebagai saintis perubatan yang menerbitkan hanya satu daripada kertas penyelidikan 400 mengenai ketoksikan logam - tembaga dalam biri-biri - dan dibesarkan dengan kesedaran racun tumbuhan di alam sekitar, saya fikir banyak tentang kesan kumulatif. Pengambilan bahan logam berat yang kecil, termasuk timbal dan arsenik, menyebabkan pengumpulan progresif, kerosakan tisu yang teruk dan kematian.

Perkara tentang pelepasan CO2 ke atmosfera adalah kepekatan yang meningkat tanpa menghiraukan, dan kekal tinggi selama ribuan tahun. Benar, semakin banyak pokok, kelp, rumpai laut, fitoplankton dan sebagainya akan menghapuskan sebahagian daripada CO2 itu, tetapi kini pengalaman kami ialah pokok-pokok yang membakar di seluruh planet ini, hutan masih menjadi semakin jelas dan terus berkembang penduduk manusia, dengan mengiringi pembandaran, memusnahkan kehidupan tumbuhan di kawasan pesisir, rapuh.

Umur data

Saya tertanya-tanya pada masa-masa sekiranya beberapa ahli geologi, jurutera dan ahli fizik teori yang mengekalkan perubahan iklim bukan masalah yang pernah mendengar perkataan "kumulatif". Secara utama, mereka seolah-olah berfikir sebahagian besarnya mengenai batuan dan planet, bukan orang. Batu bertahan di mana-mana iklim.

Penyelidikan mengenai punca dan kemajuan pemanasan global sebahagian besarnya, sememangnya, dengan saintis fizikal, ahli sains, astrofizik, ahli meteorologi, glaciologists dan sebagainya. Mereka berurusan dengan set data yang besar, dengan inovasi seperti tersebar Argo mengapung untuk melaporkan - melalui satelit - suhu di pelbagai kedalaman lautan, semakin berkembang.

Kuasa pengkomputeran secara besar-besaran diperlukan untuk memproses semua maklumat itu, tetapi itu juga benar di kawasan saya sendiri jangkitan dan imuniti di mana kemajuan yang luar biasa dalam proteomik dan genomik menawarkan kemungkinan mengenal pasti setiap gen yang dinyatakan dan setiap protein yang dibuat dalam, misalnya, sel epiteli bronkial manusia dijangkiti virus influenza A.

Kedua-dua saintis iklim dan saintis perubatan sangat bergantung kepada pengaturcara, statistik dan pemodelan yang membina alat untuk memahami set data besar-besaran ini.

Orang-orang seperti ini bertukar-tukar antara maklumat informatik perubatan dan sains iklim. Ada juga yang pergi ke sisi gelap dan menjadi bankir atau menyertai agensi taruhan.

Dan, untuk aplikasi saintifik sekurang-kurangnya, protokol umum ialah kedua-dua "mentah dan" pelicin "- untuk menghapuskan pengungkapan yang mengelirukan - dataset mesti diletakkan dalam talian di mana mereka adalah akses terbuka untuk Thomas yang meragui untuk menganalisis.

Bagi penyelidik perubatan seperti saya, tidaklah penting bahawa kita baru sahaja dapat mengakses semua maklumat ini, tetapi situasi saintis iklim berbeza.

Analisis pemanasan global bergantung pada dasarnya menilai sejauh mana perubahan dengan masa. Pengukuran termometer yang baik bagi suhu tanah dan permukaan mempunyai, dalam keadaan utama, hanya tersedia selama satu abad atau lebih. Dan satelit pertama dan Argo mengambang data tarikh kembali ke 1967 dan 1999 masing-masing.

Ia hanya baru-baru ini bahawa satelit telah diletakkan dengan cara yang membolehkan pengukuran ketinggian gelombang, yang membolehkan analisis kesan angin pada pergerakan lautan dan bukannya hanya kekerapan gelombang.

Akibatnya, saintis iklim yang menumpukan pada pemahaman apa yang berlaku dalam masa bersejarah mesti bergantung pada parameter "tumpang", seperti menentukan tahap gas dalam teras ais, perubahan iklim dan nutrien yang berkaitan dengan karang, analisis sedimen lautan dalam dan pengukuran cincin pokok.

Semua penyelidik perubatan hanya perlu menjangkiti lebih banyak sel dengan virus selesema dan ulangi eksperimen.

Dari sudut pandangan seorang penyelidik makmal yang terbiasa menganalisis hasil dari lima kumpulan subjek yang diberi pelbagai "rawatan", eksperimen pembuangan CO2 yang tidak terkawal hebat bahawa manusia semakin meningkat selama beberapa abad yang lalu adalah benar-benar menakutkan. Dan ia mempunyai saiz kumpulan eksperimen satu - planet dan semua kehidupan di bumi.

Kita perlu berhenti. Kita mesti berhenti dari arang batu perlombongan dan membakar semua bahan api fosil, termasuk minyak dan gas asli.

Sama seperti kita menguruskan penjagaan kesihatan manusia di mana-mana masyarakat yang beradab, tanggungjawab kita yang jelas dan sekarang adalah untuk menguruskan planet ini, rumah kita sahaja, dan semua bentuk kehidupan yang luar biasa. Di sini, sudah tentu kita bergelut dengan tahap kerumitan yang luar biasa, terutamanya kelakuan manusia dan keperluan jangka pendek.

Cabarannya sangat besar. Sekurang-kurangnya kita yang tinggal di demokrasi boleh menggunakan undi berharga kita.

Tentang Pengarang

Peter C. Doherty, Profesor Laureate, Institut Peter Doherty untuk Jangkitan dan Kekebalan

Artikel ini pada asalnya diterbitkan pada Perbualan. Membaca artikel asal. Baca artikel yang lebih panjang dari artikel ini dan lain-lain dari edisi terbaru Griffith Review di sini.

Buku-buku yang berkaitan

{amazonWS: searchindex = Books; keywords = 161628384X; maxresults = 3}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf pada

icon-facebooktwitter-iconrss-icon

Dapatkan Yang Terbaru Dengan E-mel

{Emailcloak = mati}

DARIPADA EDITOR

Sebuah Lagu Dapat Meningkatkan Hati dan Jiwa
by Marie T. Russell, InnerSelf
Saya mempunyai beberapa cara yang saya gunakan untuk membersihkan kegelapan dari fikiran saya ketika saya merasakan ia telah masuk. Salah satunya adalah berkebun, atau menghabiskan masa di alam semula jadi. Yang lain adalah kesunyian. Cara lain ialah membaca. Dan satu yang ...
Mengapa Donald Trump Boleh Menjadi Kalah Terbesar Sejarah
by Robert Jennings, InnerSelf.com
Pandemik coronavirus keseluruhan ini memerlukan banyak wang, mungkin 2 atau 3 atau 4 kekayaan, semuanya tidak diketahui ukurannya. Oh ya, dan, beratus-ratus ribu, mungkin satu juta orang akan mati sebelum waktunya secara langsung ...
Maskot untuk Pandemik dan Lagu Tema untuk Menjauhkan dan Mengasingkan Sosial
by Marie T. Russell, InnerSelf
Saya mendapat lagu baru-baru ini dan semasa saya mendengarkan liriknya, saya fikir ia akan menjadi lagu yang sempurna sebagai "lagu tema" untuk masa-masa pengasingan sosial ini. (Lirik di bawah video.)
Membiarkan Randy Funnel My Furiousness
by Robert Jennings, InnerSelf.com
(Dikemas kini 4-26) Saya tidak dapat menulis dengan betul perkara yang saya ingin terbitkan bulan lalu, Anda lihat saya marah. Saya hanya mahu menyerang.
Pengumuman Perkhidmatan Pluto
by Robert Jennings, InnerSelf.com
(dikemaskini 4/15/2020) Sekarang semua orang mempunyai masa untuk menjadi kreatif, tidak ada yang mengatakan apa yang anda akan dapat untuk menghiburkan diri batin anda.