Hét hátborzongató kísérlet, amely ennyit megtaníthatna nekünk (ha nem lennének olyan rosszak)

Adományozhat vért vagy hajat tudományos kutatás céljából - de mi van az agyad, méhed vagy újszülött ikreid apró szeletével?

Amikor a tudósok megsértik az erkölcsi tabukat, szörnyű következményekre számítunk. A történetmesélésünk olyan trópusa, amely legalább Mary Shelley Frankenstein-jére nyúlik vissza: Bármilyen jó szándékúak is lehetnek kitalált tudósaink, az etikai határok figyelmen kívül hagyása nem a Tudomány szakértői véleményét fogja eredményezni, hanem az ember alatti gyilkosok új faját, egy szívó féregjárat a tér-időben, vagy a rosszindulatú goo bősége.

A való világban azonban a dolgok nem ilyen egyszerűek. A legtöbb tudós biztosítani fogja Önt arról, hogy az etikai szabályok soha nem akadályozzák a jó kutatást - minden fontos hipotézis teszteléséhez mindig jó út vezet. Kérdezd meg őket privátban, talán egy vagy három ital után, és bevallják, hogy a sötét oldal vonzó. Hajlítsa be a szabályokat, és néhány legmélyebb tudományos konklúziónk kiderülhet, vagy akár megoldódhat: a természet versus ápolás, a mentális betegségek okai, sőt a rejtély, hogy az emberek hogyan fejlődtek majmokból. Ezek a felfedezések csak odakint ülnek, és arra várnak, hogy megtaláljuk őket, ha csak hajlandók lennénk elveszíteni a lelkünket.

A következő hét hátborzongató kísérlet - valóban gondolatkísérletek - mutatják be, hogyan fejlődhet a kortárs tudomány, ha eldobná az irányító erkölcsi iránytűt. Ne próbáld ki ezeket otthon - vagy bárhol máshol. De ne tegyél úgy, mintha nem szeretnél megismerni titkokat, amelyeket ezek a kísérletek felfedhetnek.

Ikrek elválasztása

A kísérlet: Születés után ossza szét az ikreket - majd irányítsa környezete minden aspektusát.

A természet és a táplálás kölcsönhatásának felkutatása érdekében a kutatóknak egyetlen nyilvánvaló erőforrásuk van: azonos ikrek, két ember, akiknek a génje közel 100% -ban megegyezik. Az ikrek azonban szinte mindig együtt nőnek fel, lényegében ugyanabban a környezetben. Néhány tanulmány képes volt nyomon követni a fiatalon elválasztott ikreket, általában örökbefogadással. De lehetetlen visszamenőlegesen ellenőrizni mindazon módokat, amelyek még az elválasztott ikrek életét is összefüggik. Ha a tudósok a kezdetektől képesek lennének ellenőrizni a testvéreket, akkor szigorúan megtervezett tanulmányt készíthetnének. Ez lenne a legkevésbé elképzelhető etikai tanulmányok egyike, de lehet, hogy ez az egyetlen módja (az embereknek a kutatáshoz való klónozása nélkül, ami vitathatatlanul még kevésbé etikus), hogy valaha is megoldanánk néhány nagy kérdést a genetikával és a neveléssel kapcsolatban.

Az ikrek kismamáit idő előtt kell toborozni, így az egyes testvérek környezete eltérhet a születés pillanatától. Miután megválasztotta a vizsgálandó tényezőket, a kutatók építhetnének tesztházakat a gyermekek számára, biztosítva, hogy nevelésük minden aspektusát - az étrendtől az éghajlatig - ellenőrizzék és mérjék.

Számos tudományág óriási hasznot hozna, de nem többet, mint a pszichológiát, amelyben a nevelés szerepe régóta különösen homályos. A fejlődési pszichológusok példátlan betekintést nyerhetnek a személyiségbe - végül elmagyarázhatják például, hogy az együtt nevelt ikrek miért válhatnak teljesen mássá, míg a szétválasztottak nagyon hasonlóan végződhetnek. —Erin Biba

Agy mintavétel

A kísérlet: Távolítsa el az agysejteket egy élő alanyról, hogy elemezhesse, melyik gén van be- és kikapcsolva.

Lehet, hogy vért vagy hajat adományoz tudományos kutatás céljából, de mit szólna az agyad apró szeletéhez - még életben? Az orvosi etika nem engedi, hogy beleegyezzen, még ha akarna is, és jó okkal: Ez egy súlyos kockázatokat hordozó invazív műtét. De ha elegendő egészséges beteg egyetért, ez segíthet egy hatalmas kérdés megválaszolásában: Hogyan befolyásolja az ápolás a természetet, és fordítva? Bár a tudósok elvileg elismerik, hogy környezetünk megváltoztathatja a DNS-ét, kevés dokumentált példával rendelkeznek arról, hogy ezek az úgynevezett epigenetikai változások hogyan következnek be és milyen következményekkel járnak.

Állatkísérletek szerint a következmények mélyrehatóak lehetnek. Egy 2004-es McGill Egyetem laboratóriumi patkányokon végzett vizsgálata megállapította, hogy bizonyos anyai magatartás elnémíthatja a géneket kölykeik hippokampusában, így kevésbé képesek kezelni a stressz hormonokat. 2009-ben egy McGill által vezetett csapat sejtetést kapott hasonló hatásról az embereknél: A gyermekkorában bántalmazott, majd öngyilkos halott emberek agyában az analóg gént nagymértékben gátolták. De mi van az élő agyakkal? Mikor történik a váltás? Agymintavétellel megismerhetjük a gyermekek bántalmazásának valódi neurológiai költségeit, és ennél sokkal többet.

A kutatók ugyanúgy megszereznék az agysejteket, mint egy sebész, amikor biopsziát végeznek: Miután a beteget enyhén megnyugtatták, négy tűvel ellátott fejgyűrűt rögzítettek, helyi érzéstelenítővel a bőr elzsibbadásához. Egy sebész néhány milliméter széles metszést hajtott végre a fejbőrben, egy kis lyukat fúrt a koponyán, és egy biopsziás tűt behelyezett, hogy apró szövetet ragadjon meg. Egy vékony szelet elegendő lenne, mivel csak néhány mikrogramm DNS-re van szüksége. Feltételezve, hogy nincs fertőzés vagy műtéti hiba, az agy károsodása minimális lenne.

Egy ilyen kísérlet megválaszolhat néhány mély kérdést arról, hogyan tanulunk. Az olvasás bekapcsolja a géneket a prefrontális kéregben, a magasabb rendű megismerés helyén? Sok időt tölt el egy ütőketrecen, ha megváltoztatja a motoros kéregben található gének epigenetikus állapotát? A Valódi háziasszonyok figyelése megváltoztatja a géneket bármelyik agyadban? A tapasztalatoknak a fejünkben lévő DNS-sel való összehasonlításával jobban megértenénk, hogy az általunk vezetett életek miként zárják le az örökölt géneket. - Sharon Begley

Embrió feltérképezése

A kísérlet: Helyezzen nyomkövetőt az emberi embrióba annak fejlődésének figyelemmel kísérése érdekében.

Manapság a kismamák részletes teszteken mennek keresztül, hogy megbizonyosodjanak magzatuk normális állapotáról. Tehát bármelyikük megengedné a tudósoknak, hogy jövőbeni utódaikat tudományos projektként hasznosítsák? Nem valószínű. De ilyenfajta radikális kísérlet nélkül soha nem tudjuk megérteni az emberi fejlődés nagy megmaradt misztériumát: hogyan alakul át egy apró sejtcsomó teljesen formált emberré. Ma a kutatóknak vannak eszközeik arra, hogy elvileg megválaszolják ezt a kérdést, köszönhetően az új technológiának, amely lehetővé teszi a sejtek genetikai aktivitásának nyomon követését az idő múlásával. Ha az etika nem lenne kérdés, csak egy hajlandó témára lenne szükségük - egy anyára, aki hagyta, hogy tengerimalacként használja embrióját.

Az embrionális sejteken belül a különböző gének aktivitásának nyomon követése érdekében a kutatók szintetikus vírust használhatnak egy "riporter" gén (például zöld fluoreszcens fehérje) beillesztésére, amely vizuálisan kimutatható. Ahogy ez a sejt osztódott és differenciálódott, a kutatók valóban megfigyelhették, hogy a gének ki- és bekapcsolódtak a fejlődés különböző pontjain. Ez lehetővé tenné számukra, hogy mely fejlődési kapcsolók alakítsák át az embrionális őssejteket több száz speciális felnőtt sejtre - tüdő, máj, szív, agy stb.

A teljesen feltérképezett embrió első alkalommal adna nekünk egy első soros helyet az emberalkotáshoz. Ez az információ segíthet abban, hogy az őssejtek evolúcióját a sejtkárosodás helyrehozására és a betegségek kezelésére irányítsuk (mondjuk úgy, hogy egy egészséges neuronkészletet helyezünk a Parkinson-kórban szenvedő beteg agyába). Az emberi embrionális fejlődés részleteinek összehasonlítása más fajokéval - hasonló térképezés már megtörtént például az egereken - feltárhatja a genetikai expresszió különbségeit is, amelyek hozzájárulnak az összetett emberi tulajdonságokhoz, például a nyelvhez. De az emberi embrió feltérképezésének kockázatai túl nagyok ahhoz, hogy akár mérlegelését is fontolóra vegyük. A feltérképezési folyamat nemcsak a terhesség megszakításának kockázatával járhat, hanem a riporter gén beillesztésére használt vírusvektor megzavarhatja az embrió DNS-ét, és ironikus módon fejlődési rendellenességekhez vezethet. - Jennifer Kahn

Optogenetika

A kísérlet: Használjon fénysugarakat az agysejtek aktivitásának irányítására tudatos emberi lényekben.

Felnyithatom a koponyádat és beültethetek néhány elektronikus gizmoszt oda? Mielőtt nemet mondana, hallgassa meg, mit hozhat ki a tudomány az üzletből. Az agy az elektromos kapcsolatok majdnem végtelen csomója, és bármelyik áramkör céljának kitalálása hatalmas kihívást jelent. Sok minden, amit tudunk, az agyi sérülések tanulmányozásából származik, amelyek alapján durván következtethetünk a különféle területek működésére a sebek látszólagos hatása alapján. A hagyományos genetikai megközelítések, amelyekben az adott gének kémiailag fogyatékossággal vagy mutációval rendelkeznek, pontosabbak - ezeknek a technikáknak azonban órákig vagy napokig kell tartaniuk a sejtek aktivitásának befolyásolásához, ami megnehezíti a mentális folyamatokra gyakorolt hatás nyomon követését. Az agy valódi feltérképezéséhez a tudósoknak pontos, de gyors eszközre lesz szükségük.

Az optogenetika kísérleti módszer, amelyet nagy sikerrel alkalmaznak egerekben. A kutatók olyan jóindulatú vírust fejlesztettek ki, amely az agyba fecskendezve az ioncsatornákat - a sejteket be- és kikapcsoló kapcsolókat - a fényre reagálni képes. Azáltal, hogy a fókuszált gerendákat az agyszövetbe villantják (általában szőrszélességű száloptikai szálakkal), a kutatók szelektíven növelhetik vagy csökkenthetik ezeknek a sejteknek a tüzelési sebességét, és figyelemmel kísérhetik az alanyok hatását. A hagyományos genetikai megközelítésektől eltérően az optogenetikus villanások ezredmásodperceken belül megváltoztatják az idegi tüzelést. Azáltal, hogy az agy bizonyos áramköreire irányul, nagy pontossággal lehet tesztelni az elméleteket.

Az egyik emberi agy, ha optogenetikai kutatások céljára szolgál, páratlan betekintést nyerhet az elme működésébe. Képzeljük csak el, ha el tudnánk némítani néhány cellát a jobb prefrontális kéregben, és eltüntethetnénk az öntudatot. Vagy ha a vizuális kéreg fényének ragyogása megakadályozta, hogy felismerjük egy szeretett ember arcát. Ideális esetben a hatások csak átmeneti jellegűek lennének: Ha a lámpát kikapcsolták, ezek a hiányok eltűntek. Az ilyen kísérletek megadnák nekünk az agykéregben az okság első részletes megértését, és feltárnák, hogyan működnek együtt 100 milliárd idegsejtek annak a lenyűgöző tehetségnek, amelyet természetesnek veszünk. —Jonah Lehrer

Méhcsere

A kísérlet: Változtassa meg az elhízott nők embrióit a vékony nők embrióival.

Az in vitro megtermékenyítés drága és kockázatos eljárás. Tehát nehéz elképzelni, hogy egy IVF-programban részt vevő bármely anya bármikor hajlandó lenne embriókat cserélni, utódait egy másik méhre bízva, miközben valaki más gyermekét inteti. De egy ilyen önzetlen cselekedet valóban jelentős áttöréseket eredményezhet. Miért? Mindaz, amit nem értünk az epigenetikához - ahogyan a környezetünk megváltoztatja génjeinket - a legbonyolultabb probléma a következő: A legfontosabb epigenetikai hatások közül sok a méhben van.

Klasszikus példa az elhízás. Tanulmányok kimutatták, hogy az elhízott nőknek túlsúlyos gyermekeik vannak, még az étrendi tényezők beindulása előtt. A baj az, hogy senki sem tudja, hogy ennek mekkora része a gének - veleszületett, öröklött variációk - vagy epigenetika terméke.

A kísérlet megegyezik a rendszeres in vitro megtermékenyítéssel, kivéve, ha egy elhízott anya megtermékenyített petesejtje egy vékony anya méhébe kerül, és fordítva.

Sokkal nagyobb bizonyossággal tudnánk, hogy az elhízás gyökerei elsősorban genetikai vagy epigenetikai eredetűek-e - és hasonló vizsgálatok más tulajdonságokat is megvizsgálhatnak. Például egy kanadai csapat jelenleg egy hatalmas tanulmányt, az Anya-Csecsemő Környezeti Vegyianyag-kutatást végez, hogy elkülönítse a toxinok méhen belüli kitettségének hatásait a gyermek génjeire. A tudósok rendelkezésére álló embriócserékkel ez a feladat nem igényel statisztikai találgatásokat. A válasz világos lesz, mint nap - még akkor is, ha az etika mélyen zavaros. - Jennifer Kahn

Mérgező hősök

Kísérlet: Minden új vegyszert teszteljen önkéntes emberek széles körén, mielőtt azok piacra kerülnek.

A jelenlegi amerikai szabályozás szerint mindannyian tényleges tesztalanyok vagyunk a potenciális toxinok teljes skáláján. Akkor miért nem toboroz önkénteseket, hogy vegyi anyagokat próbáljanak ki nekünk? Megalapozott beleegyezéssel is visszahúzódnak ettől az ötlettől az orvosetikusok. De az idő múlásával szinte biztosan életeket mentene.

Az Egyesült Államok mérgező anyagok ellenőrzési törvényének való megfelelés érdekében a gyártók vizsgálati laboratóriumokhoz fordulnak, amelyek az állatokat - általában rágcsálókat - kiteszik a kérdéses vegyi anyag magas szintjének. De az, hogy az egér túlél egy tesztet, még nem jelenti azt, hogy az emberek megteszik. Az egyetlen vizsgálat, amelyet embereken végezhetünk, megfigyelési jellegűek: a káros hatások előfordulásának nyomon követése azokban, akikről tudjuk, hogy ki vannak téve. De ezek a tanulmányok tele vannak problémákkal. Amikor a kutatók magas szintű expozíciót találnak - például a vegyszert előállító vagy használó gyárak dolgozói -, az alanyok száma gyakran túl kicsi ahhoz, hogy megbízható eredményeket hozzanak. Szélesebb körű vizsgálatokkal rendkívül nehéz elidőzni egy vegyi anyag hatását, mivel mindannyian sok toxinnak vagyunk kitéve minden nap.

Végezze el az összes mérgező anyag-ellenőrzési törvény által előírt szabványos biztonsági tesztet állatok helyett állatokon. Ehhez különféle fajú és egészségi állapotú önkénteseket kellene toboroznunk - ideális esetben minden anyaghoz több százat.

A toxikológia jelenleg találgatás. Gondoljunk csak a biszfenol A-val kapcsolatos vitára, amelyről az embereken végzett hatásvizsgálatok őrületesen meggyőzőek. A vegyi anyagok széles körű tesztelése embercsoportokon sokkal pontosabb képet nyújt arról, hogy egy adott vegyi anyag hogyan hatott ránk - ezek az adatok tájékoztatnák a szabályozókat, és megosztanák őket a nyilvánossággal, hogy segítsenek az embereknek döntéseik meghozatalában. Kiegészítő győzelem: nincs több ellentmondásos hír arról, hogy mi az, ami jó és mi nem jó az Ön számára. —Erin Biba

Majom ember

A kísérlet: keresztezzünk embert csimpánzsal.

A nagy biológus, Stephen Jay Gould nevezte "a legérdekesebb és etikailag elfogadhatatlanabb kísérletnek, amelyet elképzelni tudok". Az ötlet? Csimpánnyal párosítani az embert. Érdeklődése e szörnyűség iránt csigákkal végzett munkájából nőtt ki, amelyek szoros rokonságban álló fajai a héjépítészet széles változatosságát mutatják. Gould ezt a sokféleséget néhány mestergénnek tulajdonította, amelyek be- és kikapcsolják a héjak létrehozásáért felelős közös géneket. Talán, feltételezése szerint, az emberek és a majmok közötti nagy látható különbségek a fejlődés időzítésének tényezői is voltak. Rámutatott, hogy a felnőtt emberek olyan fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek, mint például a nagyobb koponyák és a tágra nyílt szemek, amelyek hasonlítanak a csecsemők csimpánzaira, amely jelenség neoteny néven ismert - a fiatalkori tulajdonságok megőrzése a felnőttekben. Gould elmélete szerint az evolúció során a neoteniára való hajlam elősegíthette az emberi lények létrejöttét. Egy félig ember, félig csimpánz fejlődésének figyelemmel kísérésével a kutatók első kézből (és valóban hátborzongató módon) fedezhetik fel ezt az elméletet.

Valószínűleg ijesztően könnyű lenne: Az in vitro megtermékenyítésnél alkalmazott technikák valószínűleg életképes hibrid emberi-csimpánz embriót eredményeznének. (A kutatók már összehasonlítottak egy genetikai rést egy rhesusmajom páviánnal történő tenyésztésében.) A csimpánzoknak 24, az embernek pedig 23 kromoszómapárja van, de ez nem abszolút akadály a tenyésztésben. Az utódoknak valószínűleg páratlan számú kromoszómája lenne, ami miatt képtelenek lesznek szaporodni. Ami a terhességet és a születést illeti, természetes módon történhet. A csimpánzok átlagosan valamivel kisebbek, mint az emberek - körülbelül 4 font - születnek, és ezért az összehasonlító anatómia azzal érvelne, hogy az embriót egy emberi méhben növesztik.

Gould ötlete a neoteniáról továbbra is ellentmondásos. "Sok vizsgálatot kapott, és sok szempontból cáfolták" - mondja Daniel Lieberman, a Harvard emberi evolúcióbiológia professzora. Alexander Harcourt, az UC Davis antropológia professzora emeritusa szerint azonban a neoteniát "még mindig életképes koncepciónak" tekinti. Ez a tiltott kísérlet elősegítené a vita rendezését, és tágabb értelemben megvilágítaná, hogy két ilyen hasonló genomú faj mennyire különbözhet egymástól. Eredménye a biológusokat elmélyítené azon fajok eredetében, amelyek leginkább érdekelnek: önmagunk. Reméljük, hogy találunk egy kevésbé zavaró útvonalat az odaérkezéshez. - Jerry Adler