Evrimi Kontrol Etmeye Yönelik Yeni Arayış | Quanta Dergisi

Evrim karmaşık bir şeydir. Modern evrimsel biyolojinin büyük bir kısmı, sürecin arkasındaki güçlerin görünüşteki rastlantısallığını (örneğin mutasyonların nasıl oluştuğunu) biyosfer boyunca geçerli olan temel ilkelerle uzlaştırmaya çalışır. Nesiller boyu biyologlar, evrimin mantığını ve onun nasıl gerçekleştiğini tahmin edebilecek kadar mantığını kavramayı umdular.

Ancak tahmin değerli bir hedef olmaya devam ederken, bilim insanları artık bunun çok daha iddialı kuzenine odaklanıyor: nasıl gerçekleştiğinin kontrolü.

Bu kulağa bilim kurgu gibi gelebilir ama bu çabanın en büyük örnekleri geçmişimizde yaşıyor. Charles Darwin tarafından ortaya atılan bir terim olan yapay seçilim sürecini düşünün: Binlerce yıl önce insanlar, tercih edilebilir özelliklere sahip bitki ve hayvanları belirlemeye ve bunları seçici olarak yetiştirmeye başladı; bu da yavrularında bu özellikleri güçlendirdi. Bu yaklaşım bize insanlık tarihinin en dönüştürücü kültürel icatlarından biri olan tarımı kazandırdı. Daha sonra yapay seçilim hayvanlarda ve bitkiler genetiği ve genlerin popülasyonlarda nasıl evrimleştiğini anlamamıza yardımcı oldu. Ancak ne kadar etkili olsa da yapay seçilim hala oldukça sınırlıdır.

Bu, seçmeyi yapan kasıtlı bir aktörün olmadığı, Dünya'daki uyarlanabilir evrimi yönlendiren güç olan doğal seçilimden farklıdır. Seçici aktör bir insan yetiştiricisi değil, en yüksek “uygunluğa” sahip varyantları, yani hayatta kalma ve sağlıklı yavrular üretme olasılığı en yüksek olanları seçen doğanın kendisidir. Ve seçimi doğa yaptığında sonuçları tahmin etmek zor olabilir.

Artık biyologlar evrimin moleküler düzeyde nasıl gerçekleşeceğini belirlemeyi ve üreme süreci üzerinde bitkilerde yaptığımız kadar doğrudan kontrol uygulamayı umuyorlar. Evrimi, mutasyondan mutasyona, tercih ettiğimiz sonuca doğru düzenleyebilir miyiz? 

Dikkat çekici bir şekilde, zaten yolun yarısındayız. 2018 Nobel Kimyada Ödülü bilim adamlarının yeni biyomoleküller üretmesine olanak tanıyan, yönlendirilmiş evrim adı verilen bir yöntem üzerinde tanınmış çalışma. Kazananlardan biri olan Frances Arnold, proteinleri laboratuvarda mutasyona uğratmanın ve daha sonra onların işlevselliğini (mesela bir enzimin şekeri ne kadar iyi metabolize ettiğini) ölçmenin bir yolunun öncülüğünü yaptı. Daha sonra ilgilenilen protein adaylarını izole etmek, onları mutasyona uğratmak ve gelişmiş fonksiyona sahip bir protein (bu durumda şekeri çok verimli bir şekilde metabolize eden bir enzim) üretene kadar daha fazla seçim yapmak mümkündür. Bu anlamda kimyagerler köpek yetiştiricileri gibi çalışıyorlar, ancak proteinli yavrular üretmek için cinsel üremeye güvenmiyorlar. Aksine, çeşitli protein popülasyonları üretiyorlar ve özelliklerini sadece birkaç saat içinde ölçüyorlar. Ve istediklerini seçerek evrimin nasıl gerçekleşeceğini kontrol ediyorlar.

Bu örnekten, evrimi kontrol etmenin - onu belirli sonuçlara doğru yönlendirmenin - evrimin nasıl gerçekleşeceğine dair bilginin yanı sıra müdahale edecek teknoloji gerektirdiği açıkça ortaya çıkıyor. Dolayısıyla sorunu basit bir denklemin merceğinden düşünebiliriz: Kontrol = tahmin + mühendislik.

Bu kontrol Arnold'un yaklaşımından daha incelikli olabilir. Bir 2015 çalışmada evrimi antibiyotiğe dirençli patojenler yaratmaktan uzaklaştırmak için antibiyotiklerin belirli bir sırayla kullanılmasını önerdi. Kanser tedavisinde de benzer bir şey oluyor: Onkologlar kansere ilişkin moleküler anlayışımızı geliştirmeye çalışıyorlar. kanser hücrelerini yönlendirmek bazı ilaçlara karşı duyarlılık. Bu mümkün çünkü bir kanser hücresi bir ilaca karşı direnç geliştirdiğinde diğerlerine karşı daha duyarlı hale gelebileceğini biliyoruz. Bu "teminat duyarlılığı" kavramı, biyolojik sistemlerdeki değiş-tokuşların temel ilkelerine dayanmaktadır: Genel olarak evrimde "bedava öğle yemeği" yoktur ve adaptasyon çoğu zaman maliyetlerle birlikte gelir.

Daha yeni çalışmalarda bilim adamları bu yaklaşımları genelleştirdiler. Kuantum fiziğinden fikirleri kullanan multidisipliner bir ekip (doktorlar, bilgisayar bilimcileri ve fizikçiler dahil) bir yöntem uyguladım popülasyonları önceden belirlenmiş hedeflere doğru kaydırmak için diyabete karşı dürtü denir. Örneğin bazı türlerden kaynaklanan enfeksiyonlar sıtma parazitleri tedavisi diğerlerine göre daha kolaydır. Araştırmacılar parazit popülasyonlarını daha kolay tedavi edilebilen türlere doğru yönlendirmeye çalışabilirler.

Benzer fikirler, evrimsel biyologların artık yönlendirilmiş evrimi kontrol etmek için kullandığı mikrobiyom gibi diğer sistemlere de uygulanıyor. mikrobiyal topluluklar cildimizde ve bağırsaklarımızda yaşayanlar gibi. Bunu yapmak için, belirli mikropların birbirleriyle nasıl etkileşime girdiğine dair bilgiyi ve mikropları diğer mikroplardan oluşan bir popülasyona sokmamıza olanak tanıyan yeni mikrobiyal teknikleri kullanıyorlar. Bu bilgiyi bir gün mikrobiyomun kompozisyonunu daha iyi sağlık sonuçlarıyla ilişkili bir kompozisyona yönlendirmek için kullanabileceğimizi umuyoruz.

Bu atılımlar, evrimsel kontrolün bir şekilde geleceğe değil, bugüne ait olduğunu gösteriyor. Ancak en başarılı örnekler az sayıda ortamda gerçekleşti: mikroplar, mikrobiyal topluluklar ve proteinler. Ve dahası, mevcut çabalar kısa zaman dilimleri üzerindeki kontrole odaklanıyor; hiçbir makul bilim adamı, on yıllar veya yüzyıllar boyunca (binlerce yıldır gerçekleşen yapay seçilim dışında) işleyen moleküler evrimi kontrol edebildiğini iddia etmiyor. Evrimsel süreç üzerindeki gerçek kontrol, mevcut bilgimiz ve araçlarımızla sıkı bir şekilde sınırlıdır.

Evrimsel kontrolün teknik zorlukları önemli olmaya devam ederken, etik engeller de dikkate değerdir. Sorunlar genetiği değiştirilmiş organizmalarla ilgili sorunlarla örtüşüyor. Stresli ortamlarda bile büyüme yeteneği kazandıran bir mısır türüne mutasyon uyguladığımızda, o mısır türünün gelecek nesillerini etkilemiş oluyoruz. Üstelik, embriyo seçimi İnsanlardaki yapay seçilime benzeyebilir ve bize gelecekteki popülasyonlarda insan özelliklerinin görünümünü yönlendirme yeteneği verir. Genel olarak, bu teknolojilerin aşırı hevesli uygulamaları bir tür genetik determinizmden (bir popülasyon içindeki organizmalar arasındaki anlamlı farklılıkların (çoğunlukla) genetik yapılarıyla açıklanabileceğine dair saf görüş) kaynaklanabilir.

İnsanlardaki ve diğer organizmalardaki evrimi safça daha uzun bir zaman ölçeğine yönlendirmeye çalışırsak, yaşamın gelecekte nasıl gelişeceği üzerinde tam kontrole sahip olabileceğimizi ve olmamız gerektiğini savunan bir tür evrimsel determinizmin kurbanı oluruz. Sonuçta bu hırslar yersizdir. Biyolojik evrimin kaprisini, yani yaşamın işleyişini ve gelişmesini şekillendiren tüm güçleri dikkate almanın zorluğunu hafife alıyorlar. Bazıları yapay zekanın bu belirsizliklerin çözümüne yardımcı olabileceğini düşünebilir. Ancak yapay zeka cehalet için her derde deva değil. Modellemeye ve tahmin etmeye çalıştığımız sistemin değişkenliklerini zaten anladığımızda bu en etkili yöntemdir. Evrimsel biyoloji bu standarda pek uymuyor; en azından henüz.

Aynı anda hem modern biyolojinin hırsından fışkırabiliriz (ve gelmeliyiz), hem de sınırlarımızı tanıyacak soğukkanlılığa sahip olabiliriz (ve yapmalıyız). Örneğin, öjenik Hareket, bize evcilleştirilmiş hayvanlar ve mahsuller kazandıran yöntemler kullanılarak insan ırkının geliştirilebileceğini öne sürdü. Artık bunun hem bağnazca hem de kötü biyolojiye dayandığını anlıyoruz. Bunun gibi örnekler uyarıcı hikayelerdir ve bize, evrim gibi fırtınalı güçleri kontrol etmeye yönelik dikkatsiz girişimlerin başarısızlığa mahkum olduğunu öğretmelidirler.

Kuantum izleyicilerimize daha iyi hizmet verebilmek için bir dizi anket yürütüyor. Bizimkini al biyoloji okuyucu anketi ve ücretsiz kazanmak için girileceksiniz Kuantum mal.