私は生物学を愛すべきだった

私は生物学を愛すべきだった ジェームズ・サマーズ著 私は生物学を愛すべきだったが、それはゴルジ体やクレブス回路、有糸分裂、減数分裂、DNA、RNA、mRNA、tRNAといった、生命のない言葉の羅列だと感じていた。教科書では、驚くべき事実が驚きもなく提示されていた。私の体内のすべての細胞が同じDNAを持っていると誰かが教えてくれたかもしれない。しかし、それがどれほどクレイジーなことか、誰も私を肩を揺さぶって教えてくれなかった。ルイス・トーマスのような人が必要だった。彼は『メドゥーサとカタツムリ』の中でこう書いている。 もしあなたが驚嘆したいのなら、本当の驚嘆とはこのプロセスである。あなたは精子と卵子の結合から生じた単一の細胞から始まる。それが二つに、次に四つに、そして八つに分裂していく。そしてある段階で、そのすべての後継者が人間の脳となる単一の細胞が出現する。そのような細胞の存在自体が、地球上の最大の驚異の一つであるべきだ。人々は一日中、目覚めている時間すべて、終わりのない驚嘆のうちに互いに呼びかけ、その細胞以外の何物についても語るべきだ。 私の高校の生物教師が、胚がどのように分化できるのかクラスに問いかけ、そしてそれを本当に考えさせるために一時停止してくれたらよかったのにと思う。その主題全体が、その問いの答えの中にある。胚液中の化学勾配は、一部の細胞の遺伝子発現プログラムをわずかに変更するためのシグナルとして十分であり、他の細胞にはそうではない。これで胚は「上」と「下」を知る。一方の端にある細胞は、もう一方の端にある細胞とは異なるタンパク質を生成し始め、それらはさらに洗練された化学信号を放出する…。やがて、脳細胞と足の細胞ができる。なぜ私たちは化学式を暗記したのに、それについては話さなかったのだろうか？ それは大学に入ってから、ダグラス・ホフスタッターの『ゲーデル、エッシャー、バッハ』を読んだときに、細胞を再帰的に自己変更するプログラムとして理解するようになった。その言葉遣いだけで喚起された。それは、胚—DNAがRNAを作り、RNAがタンパク質を作り、タンパク質がDNAからRNAへの転写を調節する—が、マクロがマクロを生み出し、マクロがさらにマクロを生み出す小さなLispプログラムのようなものであり、ソースコード自体が地球上の生命に必要なすべての指示を含んでいることを示唆していた。これ以上興味深いことが想像できるだろうか？ 誰かが私にこう言うべきだった。「派手な宇宙船があなたの裏庭に着陸したと想像してください。ドアが開き、あなたが学べるすべてを調査するように誘われます。その技術は明らかに私たちの作るものより数百万年も進んでいます。これが生物学です。」 – バート・ヒューバート、「私たちの驚くべき免疫システム」 生物学の授業では、生物学は生命の秘密を探求するものとして提示されなかった。教科書は探求心を絞り取っていた。私たちは実際の生物学者、彼らが抱えていた本当の問い、それらに答えるために彼らが行った本当の実験について全く知らされなかった。私たちはただ彼らの結論を与えられただけだった。 ロシュ生化学経路ポスター 『コンタクト』の異星人の機械の設計図 例えば、私は1940年代に、オスワルド・エイブリーという人物が肺炎双球菌の2つの培養株について悩んでいたことを学ばなかった。一方はシャーレで培養すると粗い質感だった。もう一方は滑らかで、光沢があった。エイブリーは、滑らかな株を粗い株と混ぜると、その後のすべての世代が滑らかになることに気づいた。シャーレの中での遺伝。それはどのように機能したのだろうか？これは当時の最もエキサイティングな謎の一つだった—事実、史上最高の謎の一つだった。ほとんどの専門家は、タンパク質が何らかの形で責任があり、形質は化学物質の異なる濃度を介して、スープのようにコード化されていると考えていた。エイブリーは核酸の役割を疑っていた。そこで彼は、学校のベンチで再現できるような実験を行った。遠心分離機、水、洗剤、酸だけを使って、彼は滑らかな肺炎双球菌培養株から核酸を精製した。アルコールで沈殿させると、それは繊維状になった。彼はそれを粗い培養株に少量加えたところ、その培養株は後続の世代で滑らかになった。この繊維状の物質こそが「形質転換因子」—長年探し求められていた遺伝の媒介者だった。エイブリーの実験は、10年後に二重らせんの発見につながる熱狂的な研究を引き起こした。 ポール・ロックハートは著書『数学者の嘆き』の中で、学校がいかに問いを奪うことで数学を陳腐化させているかを説明している。私たちは単に、「ねえ、三角形の面積は箱のどれくらいを占めるの？」と聞かれるわけではない。それは私たちが喜んで取り組むかもしれないパズルだ。（三角形の頂点から垂直線を下ろすと、二つの長方形が半分に切られたものができ、三角形の内部の面積は外部の面積に等しいことがわかる。）代わりに、三角形の面積を求めたいときは、この手順に従うように教えられる。生物学もこれに似ているが、より厄介な主題であるため、さらに悪い。事実はより恣意的に見える。「脂質二重層」と「小胞体」を、そもそもなぜどちらも気にするのかを理解せずに区別するように言われる。巨大な主題は、薄く、深くスライスしてアプローチするのが最善だ。 私はプログラミングを学び始めたときにこれを発見した。教科書はうまくいかず、自分で小さなプロジェクトを始め始めてからすべてが理解できるようになり始めた。プロジェクトは単なる動機ではなく、整理原則であり、その過程で拾い集めたランダムな鉄粉を配置するための磁石だった。私は「メモ化」のような抽象的な概念について学びたいと思った。なぜなら、問題を解決するためにそれが必要だったからだ。そして、これらの概念は私の例に照らして抽象性を失った。生物学も同じだ。学習は問いから始まる。胚はどのように分化するのか？私の目はなぜ青いのか？ハムスターはどのようにチーズを筋肉に変えるのか？なぜコロナウイルスは一部の人々を他の人々よりもはるかに重症にするのか？ 数ヶ月前、SARS-CoV-2と免疫系に関するいくつかの質問に答えるための雑誌の仕事を開始した。私は次のような段落に出くわした。 低MOI感染（MOI、0.2）では、ACE2の外因性発現によりSARS-CoV-2が複製し、約30kbゲノム全体にわたって300倍以上のカバレッジでマッピングされた全リードの約54%を占めた（図1Aおよび1B）。RNA-seqデータはウェスタンブロット解析によって裏付けられた…このウイルス量の劇的な増加にもかかわらず、IFN-IおよびIFN-III発現を担うキナーゼであるTBK1の活性化も、IFN-I刺激遺伝子であるSTAT1およびMX1の誘導も観察されなかったことは注目に値する（図S1A；Sharma et al., 2003）… –「SARS-CoV-2に対する宿主応答の不均衡がCOVID-19の発症を促進する」、Cell Wikipediaを参照しなければ一文も読み通すのが困難だった。特に免疫学では、命名法が広範である。ある文では「白血球」に言及し、次では単球に、その次はリンパ球に言及する。多くの四角形と長方形の状況がある：すべてのインターロイキンはサイトカインだが、すべてのサイトカインがインターロイキンではないのか？私はこれほどフラクタルな複雑さを持つ主題に出くわしたことがない。それはコンピューティングを連想させる。プログラミングの一日は、複雑な正規表現の構築、ファイルディスクリプターリークの調査、書いたばかりのアプリケーションの競合状態のデバッグ、モジュールのインターフェースの検討を含むかもしれない。コンパイラ、シェル、CPU、DOM—どこを見ても、何年もの仕事が隠された抽象化がある。生物学もこれに似ているが、さらに悪い。なぜなら、生命システムは意図的に設計されていないからだ。それはすべて、グローバルなミュータブル状態の大きな塊だ。制御は、このものをアップレギュレーションし、あのもののリプレッサーのプロモーターを下げることによって達成される。あなたは、好中球（自然免疫系における重要な最前線プレイヤー）の仕組みを理解したと思ったのに、それがいくつかの種類に分かれており、さらに発見され続けており、あなたが知っていたと思っていたものとは逆の働きをするものもあることを学ぶことになる。生物学のすべてがこれだ。すべてが例外だ。しかし、生物学はコンピューティングと同様に、底があり、その底は抽象的ではない。それは物理的だ。それは形がぶつかり合うことだ。実際、20世紀の分子生物学の偉大な発見は、構造と機能の結合だった。ペアらせんを形成する非晶質結晶は、その性質上、遺伝情報の自然な貯蔵庫である。