Може да дарите кръв или коса за научни изследвания - но какво ще кажете за малко парче мозък, утроба или новородени близнаци?

Когато учените нарушават моралните табута, ние очакваме ужасяващи последици. Това е троп в нашия разказ, който се връща най-малко до Франкенщайн на Мери Шели: Колкото и добронамерени да са нашите измислени учени, тяхното пренебрегване на етичните граници няма да доведе до рецензирана статия в науката, а по-скоро до нова раса от убийци от хора. смучеща червеева дупка в пространството-време или изобилие от злонамерена глупост.

седем

В реалния свят обаче нещата не са толкова прости. Повечето учени ще ви уверят, че етичните правила никога не пречат на доброто изследване - че винаги има добродетелен път за проверка на всяка важна хипотеза. Но попитайте ги насаме, може би след питие или три, и те ще признаят, че тъмната страна наистина има своята привлекателност. Изключете правилата и някои от нашите най-дълбоки научни загадки могат да бъдат изяснени или дори разрешени: природата срещу възпитанието, причините за психичните заболявания, дори загадката за това как хората са се развили от маймуни. Тези открития просто седят там и чакат да ги намерим, само ако бяхме готови да загубим душата си.

Това, което следва, са седем страховити експеримента - мисловни експерименти, наистина - които показват как съвременната наука може да напредне, ако трябва да изхвърли моралния компас, който я ръководи. Не пробвайте тези у дома - или където и да е, по този въпрос. Но също така не се преструвайте, че не бихте искали да научите тайните, които тези експерименти биха разкрили.

Разделяне на близнаци

Експериментът: Разделете близнаци след раждането - и след това контролирайте всеки аспект от тяхната среда.

В стремежа си да дразнят взаимодействието на природата и възпитанието, изследователите разполагат с един очевиден ресурс: еднояйчни близнаци, двама души, чиито гени са почти 100% еднакви. Но близнаците почти винаги растат заедно, в една и съща среда. Няколко проучвания са успели да проследят близнаци, разделени в млада възраст, обикновено чрез осиновяване. Но е невъзможно да се контролира с обратна сила за всички начини, по които животът на дори разделени близнаци все още е свързан. Ако учените биха могли да контролират братята и сестрите от самото начало, те биха могли да създадат строго проектирано проучване. Това би било едно от най-малкото етични изследвания, които можем да си представим, но може би единственият начин (ако не клонираме хора за изследвания, което може би е дори по-малко етично) някога да решим някои големи въпроси относно генетиката и възпитанието.

Бъдещите майки на близнаци ще трябва да бъдат вербувани преди време, за да може средата на всеки брат или сестра да се различава от момента на раждането. След като избират кои фактори да изследват, изследователите могат да построят тестови домове за децата, като гарантират, че всеки аспект от тяхното възпитание, от диета до климат, се контролира и измерва.

Няколко дисциплини биха спечелили изключително много, но не повече от психология, в която ролята на възпитанието отдавна е особено мъглява. Психолозите в развитието биха могли да достигнат до безпрецедентно прозрение за личността - накрая да обяснят, например, защо близнаците, отгледани заедно, могат да се окажат напълно различни, докато тези, които са отгледани, могат да приключат много еднакво. —Ерин Биба

Вземане на проби от мозъка

Експериментът: Отстранете мозъчните клетки от жив обект, за да анализирате кои гени са включени и кои изключени.

Може да дарите кръв или коса за научни изследвания, но какво ще кажете за малко парче мозък - докато сте още живи? Медицинската етика не би ви позволила да се съгласите с това, дори и да искате, и с добра причина: Това е инвазивна хирургия със сериозни рискове. Но ако достатъчно здрави пациенти се съгласят, това може да помогне да се отговори на огромен въпрос: Как възпитанието влияе върху природата и обратно? Въпреки че учените признават по принцип, че нашата среда може да промени нашето ДНК, те имат малко документирани примера за това как се случват тези така наречени епигенетични промени и с какви последици.

Проучванията върху животни предполагат, че последиците могат да бъдат дълбоки. Изследване на лабораторни плъхове от университета Макгил през 2004 г. установи, че определени поведения на майката могат да заглушат гена в хипокампите на техните малки, което ги прави по-малко способни да се справят със стресовите хормони. През 2009 г. екип, ръководен от Макгил, получи намек за подобен ефект при хората: В мозъка на мъртви хора, които са били малтретирани като деца и след това се самоубиват, аналогичният ген е до голяма степен инхибиран. Но какво ще кажете за живите мозъци? Кога се случва смяната? С вземането на проби от мозъка бихме могли да разберем истинската неврологична жертва на малтретиране на деца и потенциално много повече от това.

Изследователите биха получили мозъчни клетки точно както хирургът прави, когато провежда биопсия: След леко успокояване на пациента, те прикрепяха пръстен за глава с четири щифта, използвайки местна упойка, за да изтръпнат кожата. Хирургът прави разрез с ширина няколко милиметра в скалпа, пробива малка дупка през черепа и вкарва игла за биопсия, за да вземе малко парченце тъкан. Тънък резен би бил достатъчен, тъй като ви трябват само няколко микрограма ДНК. Ако приемем, че няма инфекция или хирургическа грешка, увреждането на мозъка би било минимално.

Такъв експеримент може да отговори на някои дълбоки въпроси за това как учим. Четенето включва ли гените в префронталната кора, мястото на познанието от по-висок ред? Прекарването на много време в клетка за вата променя ли епигенетичния статус на гените в моторната кора? Гледането на истински домакини променя ли гените в какъвто и мозък да ви остане? Чрез корелация на преживяванията с ДНК в главите ни, бихме могли да разберем по-добре как животът, който водим, се свързва с гените, които сме наследили. - Шарън Бегли

Картиране на ембриони

Експериментът: Вмъкнете проследяващ агент в човешки ембрион, за да наблюдавате развитието му.

В наши дни бъдещите майки се подлагат на сложни тестове, за да се уверят, че плодът им е нормален. И така, някой от тях би ли позволил на учените да използват бъдещото си потомство като научен проект? Едва ли. Но без този вид радикални експерименти, ние никога няма да разберем напълно голямата останала мистерия на човешкото развитие: как една малка група клетки се превръща в напълно оформено човешко същество. Днес изследователите разполагат с инструментите, за да отговорят по принцип на този въпрос, благодарение на новата технология, която позволява проследяване на генетичната активност на клетките с течение на времето. Ако етиката не беше проблем, всичко, от което се нуждаеха, беше желаещ субект - майка, която им позволи да използват ембриона си като морско свинче.

За да проследят активността на различни гени в ембрионална клетка, изследователите биха могли да използват синтетичен вирус, за да вмъкнат ген "репортер" (зелен флуоресцентен протеин, например), който се открива визуално. Тъй като тази клетка се разделя и диференцира, изследователите всъщност могат да наблюдават как гените се включват и изключват в различни моменти от развитието. Това би им позволило да видят кои превключватели на развитието трансформират ембрионалните стволови клетки в стотици видове специализирани клетки за възрастни - бели дробове, черен дроб, сърце, мозък и т.н.

Напълно картографиран ембрион би ни дал за първи път седалка от първия ред за създаването на човек. Тази информация може да ни помогне да насочим еволюцията на стволовите клетки за възстановяване на клетъчни увреждания и лечение на болести (да речем чрез вмъкване на здрав пул от неврони в мозъка на пациент с болестта на Паркинсон). Сравняването на детайлите от човешкото ембрионално развитие с това на други видове - подобно картографиране вече е направено на мишки, например - може също да разкрие разликите в генетичната експресия, които допринасят за сложни човешки атрибути като езика. Но рисковете от картографирането на човешки ембриони са твърде големи, за да се помисли дори за извършването му. Процесът на картографиране не само би рискувал да прекъсне бременността, вирусният вектор, използван за вмъкване на репортерния ген, може да наруши ДНК на ембриона и да доведе, по ирония на съдбата, до дефекти в развитието. - Дженифър Кан

Оптогенетика

Експериментът: Използвайте лъчи светлина, за да контролирате дейността на мозъчните клетки в съзнателни човешки същества.

Мога ли да отрежа черепа ви и да имплантирам някои електронни вещици там? Преди да кажете „не“, чуйте какво наука може да излезе от сделката. Мозъкът е почти безкраен възел от електрически връзки и установяването на целта на дадена верига е огромно предизвикателство. Голяма част от това, което знаем, идва от изучаването на мозъчни наранявания, което ни позволява грубо да заключим за функцията на различни области въз основа на очевидните ефекти на раните. Конвенционалните генетични подходи, при които определени гени са химически увредени или мутирани, са по-точни, но тези техники отнемат часове или дори дни, за да повлияят на дейността на клетките, което затруднява проследяването на въздействието върху психичните процеси. За да направят действително карта на мозъка, учените ще се нуждаят от инструмент, който е прецизен, но и бърз.

Оптогенетиката е експериментален метод, който се използва с голям успех при мишки. Изследователите са проектирали доброкачествен вирус, който, когато се инжектира в мозъка, кара йонните канали - превключвателите, които включват и изключват клетките - да реагират на светлината. Чрез мигане на фокусирани лъчи в мозъчната тъкан (обикновено с влакнести оптични нишки с широчина на косата), изследователите могат избирателно да увеличат или намалят скоростта на стрелба на тези клетки и да наблюдават как са засегнати обектите. За разлика от конвенционалните генетични подходи, оптогенетичните светкавици променят нервното стрелба в рамките на милисекунди. И насочвайки се към специфични вериги в мозъка, е възможно да се тестват теориите с голяма точност.

Един човешки мозък, когато е оборудван за оптогенетични изследвания, ще даде несравнима представа за работата на ума. Само си представете, ако можем да заглушим няколко клетки в дясната префронтална кора и да накараме самосъзнанието да изчезне. Или ако греещата светлина в зрителната кора ни попречи да разпознаем лицето на любим човек. В идеалния случай ефектите ще бъдат само временни: След като светлината бъде изключена, тези дефицити ще изчезнат. Такива експерименти биха ни дали първото подробно разбиране за причинно-следствената връзка в кората, разкривайки как 100 милиарда неврони работят заедно, за да ни дарят с всички впечатляващи таланти, които приемаме за даденост. -Jonah Lehrer

Размяна на матката

Експеримент: Сменете ембрионите на затлъстелите жени с тези на слабите жени.

Ин витро оплождането е скъпа и рискована процедура, каквато е. Така че е трудно да си представим, че някоя майка в програма за ин витро оплождане някога би била готова да размени ембриони, като повери своето потомство на друга утроба, докато самата бременност на дете на някой друг. Но такъв акт на научна безкористност може да породи някои наистина значителни пробиви. Защо? За всичко, което не разбираме от епигенетика - начинът, по който гените ни се променят от нашата околна среда - най-сложният проблем е следният: Много от най-важните епигенетични влияния се случват, докато сме в утробата.

Класически пример е затлъстяването. Проучванията показват, че затлъстелите жени обикновено имат деца с наднормено тегло, дори преди да се появят хранителни фактори. Проблемът е, че никой не знае колко от това е продукт на гени - вродени, наследствени вариации - или епигенетика.

Експериментът ще бъде същият като редовното оплождане ин витро, освен че оплодената яйцеклетка на затлъстела майка ще бъде пренесена в утробата на кльощава майка и обратно.

Бихме знаели с много по-голяма сигурност дали корените на затлъстяването са предимно генетични или епигенетични - и подобни изследвания могат да изследват други черти. Например, в момента канадски екип извършва мащабно проучване „Изследване на майките и децата върху химикали в околната среда“, за да изолира ефектите от вътреутробното излагане на токсини върху гените на детето. С размяната на ембриони на разположение на учените, тази задача няма да изисква статистически предположения. Отговорът би бил ясен като ден - дори ако етиката беше дълбоко мътна. - Дженифър Кан

Токсични герои

Експериментът: Тествайте всеки нов химикал върху широк кръг човешки доброволци, преди той да излезе на пазара.

Съгласно действащите американски разпоредби всички ние де факто сме тествани за цял набор от потенциални токсини. Защо не наемем доброволци да изпробват химикали за нас? Дори и с информирано съгласие, медицинските етици биха отстъпили от тази идея. Но почти сигурно би спасило живота с течение на времето.

За да се съобразят със Закона за контрол на токсичните вещества в САЩ, производителите се обръщат към лаборатории за тестване, които излагат животните - обикновено гризачи - на високи нива на въпросния химикал. Но това, че мишката оцелява след тест, не означава, че хората ще го направят. Единствените проучвания, които можем да извършим върху хора, са наблюдения: проследяване на честотата на неблагоприятни ефекти при тези, за които знаем, че са били изложени. Но тези изследвания са изпълнени с проблеми. Когато изследователите могат да открият високи нива на експозиция - например работници във фабрики, които произвеждат или използват химикала - броят на обектите често е твърде малък, за да даде надеждни резултати. И с по-широки проучвания става изключително трудно да се излъчи ефектът на един химикал, тъй като всички ние сме изложени на толкова много токсини всеки ден.

Направете всички стандартни тестове за безопасност, изисквани от Закона за контрол на токсичните вещества, върху хора, вместо върху животни. За целта ще трябва да наемем доброволци с различна раса и здравословни нива - в идеалния случай стотици за всяко вещество.

Понастоящем токсикологията е игра за отгатване. Помислете само за противоречието относно бисфенола А, за което изследванията на ефектите върху хората са безумно неубедителни. Екстензивното тестване на химикали върху групи хора би предоставило много по-точна картина за това как даден химикал ни е повлиял - данни, които ще информират регулаторите и ще бъдат споделени с обществеността, за да помогнат на хората да вземат собствени решения. Допълнителна победа: няма повече противоречиви новини за това, което е и какво не е добро за вас. —Ерин Биба

Ape Man

Експериментът: кръстосване на човек с шимпанзе.

Великият биолог Стивън Джей Гулд го нарече „най-потенциално интересният и етично неприемлив експеримент, който мога да си представя“. Идеята? Свързване на човек с шимпанзе. Интересът му към тази чудовищност се е разраснал от работата му с охлюви, тясно свързани видове, от които могат да покажат големи разлики в архитектурата на черупките. Гулд приписва това разнообразие на няколко главни гени, които включват и изключват споделените гени, отговорни за изграждането на черупките. Може би, предположи той, големите видими разлики между хората и маймуните също бяха фактор за времето за развитие. Той посочи, че възрастните хора имат физически черти, като по-големи черепи и широко поставени очи, които приличат на бебета шимпанзета, феномен, известен като неотения - задържането на младежки черти при възрастни. Гулд предположи, че в хода на еволюцията тенденцията към неотения може да е помогнала за раждането на човешки същества. Като наблюдават развитието на получовек, полушимпанзе, изследователите могат да изследват тази теория от първа ръка (и наистина страховито).

Вероятно ще бъде плашещо лесно: Същите техники, използвани за ин витро оплождане, вероятно ще дадат жизнеспособен хибриден ембрион човек-шимпанзе. (Изследователите вече са преодолели сравнима генетична пропаст при отглеждането на маймуна резус с бабун.) Шимпанзетата имат 24 двойки хромозоми, а хората 23, но това не е абсолютна бариера за размножаване. Потомството обаче вероятно ще има нечетен брой хромозоми, което може да ги направи неспособни да се възпроизвеждат. Що се отнася до бременността и раждането, това може да стане по естествен начин. Шимпанзетата се раждат средно малко по-малки от хората - около 4 килограма - и така сравнителната анатомия би спорила за отглеждането на ембриона в човешката матка.

Идеята на Гулд за неотенията остава най-малкото противоречива. „Той получи много проверки и беше опроверган по много начини“, казва Даниел Либерман, професор по харвардска еволюционна биология в Харвард. Но Александър Харкорт, почетен професор по антропология в UC Davis, разглежда неотенията като „все още жизнеспособна концепция“. Този забранен експеримент би помогнал да се разреши този дебат и в по-широк смисъл да се изясни как два вида с подобни сходни геноми могат да бъдат толкова различни. Резултатът от него би завлякъл биолозите дълбоко в произхода на видовете, които ни интересуват: самите ние. Да се ​​надяваме, че ще намерим по-малко обезпокоителен маршрут, за да стигнем до там. -Джери Адлер

Когато учените нарушават моралните табута, ние очакваме ужасяващи последици. Това е троп в нашия разказ, който се връща най-малко до Франкенщайн на Мери Шели: Колкото и добронамерени да са нашите измислени учени, тяхното пренебрегване на етичните граници няма да доведе до рецензирана статия в науката, а по-скоро до нова раса от убийци от хора. смучеща червеева дупка в пространството-време или изобилие от злонамерена глупост.