2024's Biggest Breakthroughs in Biology and Neuroscience

Quanta Magazine

19 Dec 202416:41

Summary

TLDR该视频讲述了LUCA（最后普遍共同祖先）这一生命起源的关键角色，追溯了其存在约42亿年前的复杂性，并探讨了其对现代生命的深远影响。通过基因树和计算分析，研究人员揭示LUCA的基因组包含2600种蛋白质，表明其作为一个复杂的细胞生物的特性。视频还讲解了迷走神经如何连接大脑与身体免疫系统的发现，以及蛋白质折叠的进展，DeepMind通过AI技术解决了长期困扰生物学家的蛋白质折叠问题，推动了生命科学的前沿。

Takeaways

😀 LUCA是地球上所有现代生命的最后普遍共同祖先，距今约42亿年。
😀 LUCA并非生命的起源，而是现代生命形式的出现。
😀 LUCA可能是一个群体，而不是单一个体，其后代可能迅速消失。
😀 LUCA的基因组可能包含2600种蛋白质，显示其具有相对复杂的细胞机制。
😀 LUCA拥有简单的磷脂膜和基因维护及蛋白质合成的分子机械。
😀 LUCA可能能代谢氢气和二氧化碳，并可能生活在热泉或大气气体中。
😀 研究表明LUCA可能拥有CRISPR-Cas系统，这是细胞用来对抗病毒攻击的基本免疫系统。
😀 LUCA的存在时间大约为42亿年前，这接近地球适合生命生存的时间。
😀 脑-免疫系统之间存在着新的联系，挑战了我们对免疫系统和疾病的理解。
😀 研究发现，刺激迷走神经可以调节免疫系统，控制炎症反应，有助于治疗多种免疫性疾病。
😀 AlphaFold 2通过人工智能技术成功解决了蛋白质折叠问题，精准预测蛋白质的三维结构。
😀 研究人员正在利用人工智能设计新的蛋白质，目标是解决医学、能源、可持续性和新技术等领域的问题。
😀 通过AlphaFold和RoseTTAFold等工具，AI能够预测蛋白质及其他分子在细胞中的相互作用。
😀 2024年，这些突破性的研究为蛋白质科学带来了革命，三位科学家因此获得了诺贝尔化学奖。

Q & A

什么是LUCA？
-LUCA是地球上所有现代生命的最后共同祖先，它生活在约42亿年前。LUCA不仅是我们祖先，还包括细菌、青蛙、鱼类、树木、真菌等所有现代生命的共同祖先。
LUCA是如何被研究的？
-通过对700种现代细菌和古菌物种的基因组进行分析，科学家构建了一棵基因树，并推测LUCA的基因组。使用这些基因树和计算方法，科学家们推测LUCA的基因组包含大约2600种蛋白质。
LUCA的生活环境是什么样的？
-LUCA可能生活在热液喷口或大气气体等非生物来源的环境中，或者它也可能以其他微生物的化学废物为食。
LUCA是否是单一的生物体？
-不，LUCA更像是一个种群，而不是单一个体。许多不同类型的生物可能在那个时期同时存在，其中一些后代很快就灭绝了，而LUCA幸存并演化成了现代生命。
LUCA的细胞结构是什么样的？
-LUCA的细胞结构相对简单，类似于现代的细菌。它具有简单的磷脂膜，并拥有维持基因组和合成蛋白质的分子机制。
LUCA为何会有CRISPR-Cas系统？
-CRISPR-Cas系统是细胞用于抵御病毒攻击的免疫系统。研究表明LUCA可能已经具备这种免疫机制，尽管当时病毒可能已经存在。
LUCA的年龄大约是多少？
-通过分子和古生物学的方法，科学家们推测LUCA生活在大约42亿年前，接近地球冷却后生命可以诞生的时期。
迷走神经在人体中有何作用？
-迷走神经是连接大脑与许多内脏器官的双向信息通道，它帮助大脑调节呼吸、心跳、饥饿等基本生理功能，同时还从身体传递信息到大脑。
迷走神经如何与免疫系统相连？
-研究表明，大脑通过迷走神经控制免疫系统的炎症反应。通过电刺激迷走神经，研究人员发现它能抑制免疫系统的过度炎症反应，这被称为“抗炎反射”。
AI如何帮助解决蛋白质折叠问题？
-DeepMind开发的AlphaFold2通过人工智能算法，能够根据蛋白质的氨基酸序列预测其三维结构。AlphaFold2的准确度达到99%，极大地推动了生物学研究。