تلاش جدید دانشمندان برای کنترل تکامل

تکامل پدیده‌ی پیچیده‌ای است. بسیاری از زیست‌شناسان به‌دنبال انطباق عوامل به‌ظاهر تصادفی راننده تکامل (مثلاً چگونگی وقوع جهش) با اصول بنیادینی هستند که در سراسر زیست‌کره اعمال می‌شود.

کد خبر: ۱۲۱۰۲۸۲

تاریخ: ۲۴ آذر ۱۴۰۲ - ۱۱:۲۶

به گزارش «تابناک» به نقل از زومیت، زیست‌شناسان امیدوار بوده‌اند روند تکامل و علت آن را به اندازه‌ای درک کنند که بتوانند نحوه وقوع آن را پیش‌بینی کنند. اما درحالی‌که پیش‌بینی تکامل خود هدفی چشمگیر است، دانشمندان اکنون بر هدفی جاه‌طلبانه‌تر یعنی کنترل بر نحوه وقوع تکامل تمرکز کرده‌اند.

براندون اوگبونو، زیست‌شناس متخصص در زمینه‌ی تکامل از دانشگاه ییل در وب‌سایت کوانتا مگزین می‌نویسد، کنترل روند تکامل ممکن است شبیه داستان‌های علمی‌تخیلی به‌نظر برسد، اما نمونه‌های بزرگی از این تلاش‌ها در گذشته ما وجود دارد.

فرایند انتخاب مصنوعی را درنظر بگیرید که اصطلاح ابداعی چارلز داروین بود: هزاران سال پیش، انسان‌ها شروع به شناسایی گیاهان و حیوانات دارای صفات مطلوب و پرورش انتخابی آن‌ها کردند و این امر موجب افزایش فراوانی صفات مطلوب در فرزندان آن‌ها شد. این رویکرد کشاورزی را برای ما به ارمغان آورد که یکی از تحول‌آفرین‌ترین اختراعات فرهنگی در تاریخ بشر محسوب می‌شود.

انتخاب طبیعی با انتخاب مصنوعی فرق دارد. انتخاب طبیعی نیرویی است که تکامل سازشی را روی زمین هدایت می‌کند و در آن کسی به‌طور عمدی دست به انتخاب نمی‌زند.

در انتخاب طبیعی، کسی که افراد مطلوب را انتخاب می‌کند، انسان نیست، بلکه خود طبیعت است که گونه‌هایی را انتخاب می‌کند که دارای بیشترین شایستگی هستند (یعنی افرادی که احتمال زنده ماندن و تولید فرزندان سالم در آن‌ها بیشتر است) و وقتی طبیعت انتخاب انجام می‌دهد، پیش‌بینی نتایج می‌تواند دشوار باشد.

کنترل تکامل مستلزم آگاهی از نحوه وقوع تکامل و دسترسی به فناوری‌هایی برای مداخله است

دانشمندان بخشی از مسیر هدایت تکامل را پیموده‌اند. جایزه نوبل شیمی ۲۰۱۸ به روشی به نام ‌«تکامل هدایت‌شده» تعلق گرفت که به دانشمندان اجازه می‌دهد مولکول‌های زیستی جدیدی را مهندسی کنند.

فرانسیس آرنولد، یکی از برندگان جایزه مذکور، مبتکر راهی برای جهش دادن پروتئین‌ها در آزمایشگاه و سپس اندازه‌گیری عملکرد آن‌ها بود (مثلا اینکه آنزیمی خاص در متابولیزه کردن یک قند چقدر کارآمد است). سپس می‌توان پروتئین‌های مطلوب را جدا کرد، آن‌ها را جهش داد و درمعرض انتخاب بیشتر قرار داد تا زمانی که پروتئینی را تولید کنیم که عملکرد بالایی دارد (مثلا در این مورد، آنزیم که به‌طور کارآمد قند را متابولیزه کند).

از این نظر، شیمیدانان مانند اصلاح‌کنندگان سگ عمل می‌کنند تا پروتئین‌های نسل بعد را تولید کنند. البته آن‌ها بر تولیدمثل جنسی متکی نیستند، بلکه جمعیت متنوعی از پروتئین‌ها را تولید می‌کنند و خواص آن‌ها را در طول چند ساعت اندازه می‌گیرند و با انتخاب چیزی که می‌خواهند، نحوه وقوع تکامل را کنترل می‌کنند.

از مثال فوق، مشخص می‌شود کنترل تکامل (هدایت آن به سوی نتایج معین) مستلزم آگاهی از نحوه وقوع تکامل و همچنین دسترسی به فناوری‌هایی برای مداخله است. بنابراین، می‌توانیم مساله را به شکل معادله ساده‌ای درنظر بگیریم: کنترل = پیش‌بینی + مهندسی. این کنترل می‌تواند ظریف‌تر از رویکرد آرنولد باشد.

مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۵ پیشنهاد کرد استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها در ترتیب خاصی مانع از تکامل پاتوژن‌های مقاوم دربرابر آنتی‌بیوتیک می‌شود. چیزی مشابه در درمان سرطان نیز درحال رخ‌دادن است: سرطان‌شناسان در تلاش هستند تا از درک مولکولی خود از سرطان استفاده کنند و سلول‌های سرطان را به سمت آسیب‌پذیری دربرابر برخی داروها هدایت کنند.

هدایت سلول‌های سرطانی به سمت آسیب‌پذیری دربرابر برخی داروها میسر است، زیرا وقتی سلول سرطانی دربرابر دارویی مقاومت کسب می‌کند، ممکن است دربرابر داروهای دیگر آسیب‌پذیرتر شود. مفهوم «حساسیت همایند»، بر این اصل بنیادین سیستم‌های زیستی مبتنی است که «به‌طورکلی در تکامل چیز رایگانی وجود ندارد و سازگاری اغلب با هزینه‌هایی همراه است.»
سرطان‌شناسان در تلاش هستند سلول‌های سرطان را به سمت آسیب‌پذیری دربرابر برخی داروها هدایت کنند

گروهی پژوهشگران متشکل از چندین متخصص با گرایش‌های علمی مختلف از ایده‌های فیزیک کوانتومی برای حرکت جمعیت‌ها به سمت اهداف از پیش تعیین‌شده استفاده کرده‌اند. به‌عنوان‌مثال، عفونت‌های ناشی از برخی از سویه‌های انگل مالاریا نسبت‌به عفونت‌های دیگر راحت‌تر درمان می‌شوند. پژوهشگران ممکن است سعی کنند جمعیت انگل‌ها را به‌سوی سویه‌هایی هدایت کنند که آسان‌تر درمان می‌شوند.

زیست‌شناسان از تکامل هدایت‌شده برای کنترل جوامع میکروبی مانند میکروب‌هایی که روی پوست و درون روده ما زندگی می‌کنند، نیز استفاده می‌کنند. آن‌ها برای انجام این کار از دانش نحوه تعامل میکروب‌ها و تکنیک‌های میکروبی جدید استفاده می‌کنند که به ما اجازه می‌دهد میکروب‌های خاصی را وارد جمعیت دیگری از میکروب‌ها کنیم. پژوهشگران امیدوارند به کمک این دانش ترکیب میکروبیوم را درجهتی هدایت کنند که پیامدهای سلامتی بهتری دارد.

پیشرفت‌های توصیف‌شده نشان می‌دهد کنترل تکاملی مربوط به زمان حال است و نه آینده. اما بیشتر نمونه‌های موفق در محیطهای معدودی رخ داده‌اند: میکروب‌ها، جوامع میکروبی و پروتئین‌ها. از سوی دیگر، تلاش‌های موجود برای کنترل روی دوره‌های زمانی کوتاه‌تر متمرکز است (صرف‌نظر از انتخاب مصنوعی که در طول هزاران سال رخ داده است، هیچ دانشمند معقولی ادعا نمی‌کند که می‌تواند تکامل مولکولی را کنترل کند که در طول دهه‌ها یا قرن‌ها رخ می‌دهد).

پژوهشگران با رویکرد تکامل هدایت‌شده میکروبیوم انسان را درجهتی هدایت می‌کنند که پیامدهای سلامتی بهتری دارد

درحالی‌که چالش‌های فنی کنترل تکاملی قابل‌توجه است، موانع اخلاقی نیز چشمگیر است. مباحث کنترل تکامل با موضوعات پیرامون موجود اصلاح‌شده ژنتیکی همپوشانی دارد.

وقتی جهشی را روی سویه‌ای از ذرت اعمال می‌کنیم که به آن توانایی رشد حتی در محیط های پرتنش را می‌دهد، بر نسل‌های آینده آن سویه ذرت تاثیر می‌گذاریم. از طرف دیگر، انتخاب رویان در انسان می‌تواند شبیه انتخاب مصنوعی باشد که به ما این توانایی را می‌دهد صفات انسانی را در جمعیت‌های آینده هدایت کنیم.

به‌طورکلی، کاربردهای افراطی از فناوری‌هایی از این دست می‌تواند ناشی از نوعی جبرگرایی ژنتیکی باشد (این دیدگاه خام که تفاوت‌های معنادار بین موجودات درون یک جمعیت را می‌توان (عمدتا) به کمک ساختار ژنتیکی آن‌ها توضیح داد).

اگر همیشه سعی کنیم به شکل ساده‌لوحانه تکامل انسان و موجودات دیگر را در بازه زمانی طولانی هدایت کنیم، قربانی نوعی جبرگرایی تکاملی خواهیم شد که با این تصور همراه است که می‌توانیم و باید بر نحوه تکامل حیات به‌طور کامل کنترل داشته باشیم.

این جاه‌طلبی‌ها نابجا هستند و نیروهای فراوانی را که بر عملکرد و شکوفایی حیات تاثیر می‌گذارند، نادیده می‌گیرند.

برخی ممکن است تصور کنند هوش مصنوعی می‌تواند به رفع این عدم قطعیت‌ها کمک کند. اما هوش مصنوعی نوش‌دارویی برای جهل نیست. هوش مصنوعی زمانی بیشترین کارآیی را دارد که از قبل بی‌ثباتی و تغییرات غیرمنتظره سیستمی را که می‌خواهیم مدل‌سازی و پیش‌بینی کنیم، درک کرده باشیم.

به‌منظور اتخاذ رویکرد مناسب و دستیابی به نتایج رضایت‌بخش، باید همزمان جاه‌طلبی زیست‌شناسی مدرن و همچنین محدودیت‌های خود را درنظر بگیریم. به‌عنوان مثال، جنبش اصلاح‌نژاد انسان معتقد بود نژاد بشر را می‌توان با استفاده از همان روش‌هایی که حیوانات اهلی و محصولات کشاورزی ما را ایجاد می‌کنند، بهبود داد.

اکنون می‌دانیم این ایده درست نبود. مثال‌هایی از این دست حکایت‌های هشداردهنده‌ای هستند که به ما می‌آموزند تلاش‌های نسنجیده برای کنترل نیروهای پرجوش و خروشی مانند تکامل به شکست خواهند انجامید.