필요성과 충분성에 대한 생물학적 테스트

Biological tests of necessity and sufficiency

필요성과 충분성에 대한 생물학적 테스트는 생물학적 시스템에서 특정한 종류의 인과 관계에 대한 시험이나 증거를 제공하고자 하는 실험 방법과 기법을 말한다. 필요한 원인은 효과가 발생하지 않는 것이고, 반면에 충분한 원인은 효과의 발생을 보장하는 것이다. 이러한 개념들은 대체로 논리의 필요성과 충분성에 대한 관념에 기초하지만 구별된다.

필요성의 테스트는, 그 중에서도 병변이나 유전자 녹아웃의 방법, 그리고 그 중에서도 요인의 격리나 이산적인 자극의 방법이, 현재의 실험 설계에서 중요해졌고, 이러한 테스트의 적용은 생물학계에서 주목할 만한 발견과 발견을 많이 이끌어냈다.

정의들

참고 항목: 필요성과 충분성 및 인과성 § 필요하고도 충분한 원인

생물학적 연구에서는 두 현상 사이의 예측된 인과 관계를 연구하기 위해 실험이나 시험이 종종 사용된다.[1] 이러한 인과관계는 필요성과 충분성의 논리적 개념으로 설명할 수 있다.

현상 x가 현상 y를 유발한다는 문구를 생각해 보십시오. y의 발생이 x가 발생해야 한다는 것을 암시하는 경우 x가 y의 필요한 원인이 될 수 있다. 단, 필요한 조건 x의 발생만으로 y도 항상 발생하는 것은 아니다.[2] 즉, 효과를 일으키기 위해 어떤 요인이 필요할 때 그 원인이 없이는 효과를 얻을 수 없다는 것이다.[3] X의 발생이 y의 발생을 의미할 때 X는 대신 y의 충분한 원인이 될 것이다.[2] 즉, 어떤 요인이 효과를 일으키기에 충분할 때, 원인의 존재는 효과의 발생을 보장한다.[3] 그러나 다른 원인 z도 y를 유발할 수 있으며, 이는 y가 x가 발생하지 않고 발생할 수 있음을 의미한다.[2][3] 구체적인 예를 들면, "물체가 사각형이라면, 그것은 네 면을 가진다"라는 조건부 문장을 생각해 보자. 사각형인 것이 사실이라면 사면이 있는 것이 꼭 필요한 조건이다. 반대로 사면이 있는 것은 사면이 있는 것이 사실이기 충분한 조건이다.[4]

필요성과 충분성의 네 가지 뚜렷한 조합은 두 가지 조건의 관계에 대해 가능하다. 첫 번째 조건은 다음과 같을 수 있다.

  1. 필요하지만 충분하지 않다.
  2. 충분하지만 필요하지는 않다.
  3. 필요와 충분을 동시에
  4. 필요하지도 충분하지도 않은

두 번째 조건이 [4]사실이라면

평신도나 초보 과학자들은 이러한 필요성과 충분성의 개념을 특정한 방법으로 생각하는 것을 선호할 수 있다. 학부 심리학과 학생들을 대상으로 한 연구에서, 더 많은 학생들은 충분함을 위해 논리적으로 동등한 "만약 y, 그렇다면 x"가 아니라 "x, no y"라는 부정적인 측면에서 필요성을 보았다. 그들 대부분은 충분함을 논리적으로 동등한 "y, no, no, no, no"가 아닌 "x"로 이해했다. 이 결과는 또한 학생들이 후진(y~x) 방향보다는 전진(x~y) 방향으로 원인에 대해 생각하는 것을 더 선호한다는 것을 시사했다.[5]

이러한 인과관계를 뒷받침할 수 있는 증거의 종류에 대한 오해가 발생할 수 있다; 필요성과 충분성의 인과적 개념을 적용한 연구는 생화학 수업에 있는 대학생들이 영향을 미치기 위한 충분함을 의미하는 것으로 잘못 오해할 가능성이 있다는 것을 발견했다.[6] 반면 역 방향으로 영향을 대체 원인이 있을 것 대학 심리학과 학생들에 관한 연구하는 것도 원인 통 이해 충족에 곳에서 어떤 학생들은 그 효과는 항상 원인을 따르지 않는 효과를 위해 충분한 가지기로 이유를 알게 되고 발견된 잠재적인 불일치,[5]을 시사했다.o항상 효과가 발생하는 경우 nly 충분하다.

필요성 시험

필요성은 해당 작품이 활성화되지 않은 상태에서 시스템이 작동하지 않는다는 것을 입증해야만 증명할 수 있으며, 이는 그 기능을 위해 요구되는 것을 의미한다. 생물학적 연구는 병변이나 녹아웃/삭제 같은 구조나 유전적 플레이어를 억제하기 위해 다양한 기술을 사용한다. 이 모든 기법은 기능 상실의 범주에 속한다.[citation needed]

병소닝

병변은 구조물이 기능을 상실하도록 물리적으로 손상시키는 것을 필요로 하는 시험이다. 구조물의 병변이 시스템에 변화를 일으키는 경우, 그 구조가 필요하다.[7] 병변은 과학 분야에 걸쳐 매우 다르게 보일 수 있다.

심리학에서 필요성에 대한 정보는 인간의 사고나 질병에 의해 또는 실험용 동물에서 고의적으로 뇌 영역이 파괴되었을 때 행동의 변화를 관찰함으로써 얻을 수 있다.[8] 다른 학문은 특정 세포 유형을 대상으로 하고 열화를 위해 태그를 지정할 수 있다. GAL4/UAS 시스템은 조직에 대한 독립적 효과는 없지만 관심 있는 유전자의 서브셋을 "보고"한다.[9] 리퍼(rpr)[10]와 같은 세포사멸 유전자와 결합하면 GAL4/UAS와 함께 관심 유전자를 표현하는 모든 세포가 세포사멸을 일으켜 세포유형에 특화된 군단을 만든다.

연대기 생물학에서 병변을 일으키는 전형적인 예는 군주 나비에서의 순환기 항법의 탐험이다. 획기적인 실험에서 크리스틴 멀린 박사와 닥터. 스티븐 레퍼트는 군주 나비의 더듬이를 제거(열정)하고 그들의 항해 능력을 시험했다.[11] 그들은 군주들이 더듬이 없이는 항해할 수 없다는 것을 발견했다.[11] 수사관들의 병변 사용으로 그들은 모나크의 더듬이가 없어서 이 시스템이 작동하지 못하게 되었기 때문에 항해를 위해 필요하다는 결론에 도달할 수 있었다.[11]

녹아웃

녹아웃은 유전자의 불활성화를 말한다. 이것은 DNA 염기서열을 더 이상 기능을 수행하지 않도록 변경하거나, 발기인 영역을 변경하여 전사하지 않도록 변경하거나, 유전자를 완전히 삭제하는 등 여러 가지 방법으로 수행할 수 있다.[12] 과학자들이 유전자의 기능을 이해하는 것을 돕는 것 외에도, 어떤 행동이나 시스템이 기능을 중단한다면, 삭제 전후의 행동이나 다른 변수를 관찰하는 것은 그 필요성에 대한 논쟁을 불러일으킬 수 있다.

알라다 외 연구진은 앞서 전방 유전학을 통해 순환 유전자로 식별된 유전자인 드로소필라 유전자 클락(CLACK)을 녹아웃을 수행했다. 이 실험에서, 그들은 시계 유전자가 정상적인 기능을 수행하는 것을 막기 위해 시계 유전자를 바꾸었다.[13] 시계태엽 파리는 변하지 않은 파리에 대해 기록된 24시간 리듬을 보여주지 않았다.[13] 이것은 연구자들이 24시간 파리의 리듬을 위해 시계가 필요하다는 결론을 내리게 했다.[13]

자급률 시험

해당 요소가 다른 요소의 영향 없이 활성화되었을 때 시스템이 작동할 수 있다는 것을 입증함으로써 충분함을 증명할 수 있다. 단, 이는 해당 요소가 기능해야 함을 나타내는 것은 아니다. 원소는 시스템이 작동할 수 있도록 허용하지만, 시스템이 작동하기 위해서는 그 존재가 필요하지 않다.

생물학의 충분성 시험은 원소의 존재가 생물학적 현상이 일어나도록 허용하는지 여부를 결정하기 위해 사용된다. 즉, 충분한 조건이 충족되면 대상 사건이 일어날 수 있다. 그러나 이는 충분한 생물학적 원소의 부재가 생물학적 사건의 발생을 억제한다는 것을 의미하지는 않는다.

충분성 시험에는 이산 자극에 의한 기능 증가와 목표 사건의 변화를 관찰하기 위한 생물학적 요소의 격리가 포함된다. 이러한 유형의 방법들은 생물학의 몇 가지 하위 분야에 필수적이다. 특히 연대기 생물학 분야에서 자급자족 테스트가 흔하다.

이산자극

분리된 자극을 수행할 때, 연구자들은 관심 있는 생물학적 요소에만 자극을 제공하는 것을 목표로 한다. 레퍼트 박사와 멀린 박사의 군주나비 연구로 돌아가 군주나비의 태양나침반 방향에서 안테나의 역할에 대해 질문할 때 연구자들은 나비의 안테나에 빛을 제공했을 뿐이다.[11] 그들은 안테나를 자극하는 것 만으로도 나비들이 같은 상태에 갇힌 비절연 나비들과 비교해서 몰입하기에 충분하다는 것을 발견했다. 그 결과 자극받은 집단의 비행행동은 전통적으로 갇혀 있던 나비들과 비슷했다. 그 결과, 안테나가 태양 나침반 방향에 충분하다는 증거가 있었다.

이산 자극은 또한 식물, 즉 아라비도스와 담배 식물에서 순환하는 심장 박동기의 위치와 양을 조사하는 데 사용되었다.[14] 온전한 식물에서 서커디언 계통의 결합을 조사할 때, 테인 외는 한 쌍떡잎 위에 호일을 씌우고, 덮인 쌍떡잎보다 6시간 앞서 12시간 빛과 12시간 어두운 밝은 어두운 주기에 다른 쌍떡잎을 끼웠다(LD 12:12). 그 후, 연구원들은 반대편 쌍떡잎을 덮었고 새로 노출된 쌍떡잎을 6시간 지연된 12:12 광암 주기에 가두어 12시간 간의 차이를 만들었다. 타인 외 연구진은 유전자변형 생물 발광을 이용하여 두 잎이 서로 상상을 벗어났으며, 정반대의 발광 정점을 보인다는 사실을 발견했다. 이것은 각각의 쌍떡잎이 독립된 순환 리듬을 유지하기에 충분하고 자체적인 순환 진동자를 가지고 있다는 개념에 대한 증거를 제공했다.[14]

격리

충분성을 결정하기 위한 격리 방법은 실험을 진행 중인 단일 생물학적 요소를 포함하며, 다른 관련 생물학적 요소와의 상호작용으로부터 격리한다. 이 방법에는 해당 요소를 제거하고 격리된 시험 조건에 두는 것이 포함된다.

레퍼트와 멀린은 2009년 모나크 나비의 태양 컴퍼스 방향에 안테나의 사이클론 시계 출력이 미치는 영향을 조사할 때 연구에서 격리 방법을 사용했다. 연구진은 안테나를 나비로부터 분리해 별도의 조건에 배치했다. 그런 다음, 연구자들은 안테나에 있는 셀에 패치 클램프를 설치하고 분리된 셀에 냄새를 불어 넣어 발화 속도에 리듬성이 있는지 여부를 알아냈다.[11] 그들은 그것이 냄새에 대한 반응에서 리듬감을 보여준다고 결론내렸다. 그것의 발화율은 밤에 높고 낮에도 낮았다.[11] 안테나의 격리는 시스템의 리듬을 지탱하는 유일한 관련 생물학적 요소이기 때문에 그것의 충분함을 증명한다.

또한, 그들은 2012년 연구에서 군주 나비의 안테나 간 시간적 관계가 태양 광선 방향성에 미치는 영향을 조사하는 데 이 접근법을 다시 활용한다. 연구원들은 태양 광선 방향의 경우 두 안테나의 존재의 중요성을 분석했다. 그들은 나비로부터 하나의 안테나를 제거하고 그것의 비행 동작을 평가함으로써 이것을 시험했다. 그 결과, 그들은 안테나 하나가 그것의 좌우방향성과 상관없이 정확한 태양 나침반 방향에 충분하다는 것을 발견했다.[15]

격리 방법은 실험을 위해 단일 세포나 장기를 격리하는 데 국한되지 않는다. 그것은 또한 단백질과 유기체에서의 그들의 역할을 분석하는데 사용될 수 있다. 즉, 나카지마 외 2005년 시아노박테리아에서 순환 유전자 발현을 조절하는 카이아, 카이비, 카이씨 등 카이 단백질과 함께 작업하면서 이를 활용한다. 이 단백질들은 하루 종일 순응과 인산화 상태를 변화시키는 시아노박테리아 순환시계의 주요 성분이다.[16] 나카지마 외 연구진은 시아노박테리아 순환기 시계를 설명하기 위한 수단으로서 전사-번역 피드백 루프를 질문하면서 S. 엘롱가투스(S. Elongatus)를 라이싱하고 ATP로 시험관에 배치하여 카이ABC 단백질을 격리시켰다. 결과적으로 KaiC의 시험관내 인산화 작용은 생체내 진동보다 약간 작은 진폭으로 약 24시간 동안 진동했다. 이것은 카이ABC 단백질이 ATP와 함께 제공되었을 때 순환 리듬을 유지하기에 충분하다는 것을 보여주었다. 또한 유기체 클럭의 메커니즘으로 TTFL(전사-변환 피드백 루프) 모델과 함께 S. 엘롱가투스(S. Elongatus)에서 시계를 조절하는 순환 변환 후 발진기로 KaiABC를 제시했다.[17]

비평

실험 설계와 연구 해석에서 필요성과 충분성의 개념을 사용하는 것은 그것들이 사용되는 방식이 형식논리에서 항상 이러한 개념들의 의미와 일치하지 않을 수 있다는 이유로 비판 받아왔다. 특히 요시하라씨와 요시하라씨는 연구에서의 생물학적 요인을 기술하는 데 필요하고도 충분하다는 문구의 사용을 비판해 왔다. 그들은 이 문구를 다른 문구에 대한 한 요소의 중요성을 설명하기 위해 사용하는 연구자들은 이 문구를 논리적인 의미로 해석하는 사람들에게 자신들의 연구 결과를 잘못 전달할 위험이 있지만, 동시에 명령 뉴런이 어떻게 공식적으로 정의되는지에 대한 예를 들어, "필요하고 충분하다"는 생각을 생물학에 적용한다고 주장한다.엄격히 논리적인 의미에서 수술적 요인은 지나치게 제한적일 수 있으며 일부 발견이 부적절하게 기각될 수 있다. 그 대안으로 저자들은 "필수적이고 유도적인" 문구를 사용할 것을 제안한다.[18][19]

참조

  1. ^ Chiang IA, Jhangiani RS, Price PC (2015). "Experiment Basics". Research Methods in Psychology - 2nd Canadian Edition. Victoria, B.C.: BCcampus. ISBN 978-1-77420-011-7.
  2. ^ a b c "Causal Reasoning". Retrieved 2021-04-22.
  3. ^ a b c "[M06] Necessity and sufficiency". philosophy.hku.hk. Retrieved 2021-05-06.
  4. ^ a b Swartz N (1997). "The Concepts of Necessary Conditions and Sufficient Conditions". Retrieved 2021-04-22.{{cite web}}: CS1 maint : url-status (링크)
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  6. ^ Coleman AB, Lam DP, Soowal LN (2015). "Correlation, necessity, and sufficiency: Common errors in the scientific reasoning of undergraduate students for interpreting experiments". Biochemistry and Molecular Biology Education. 43 (5): 305–15. doi:10.1002/bmb.20879. PMID 26146931. S2CID 205519318.
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  9. ^ Wyart C, Del Bene F, Warp E, Scott EK, Trauner D, Baier H, Isacoff EY (September 2009). "Optogenetic dissection of a behavioural module in the vertebrate spinal cord". Nature. 461 (7262): 407–10. Bibcode:2009Natur.461..407W. doi:10.1038/nature08323. PMC 2770190. PMID 19759620.
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  18. ^ Yoshihara M, Yoshihara M (2018-04-03). "'Necessary and sufficient' in biology is not necessarily necessary - confusions and erroneous conclusions resulting from misapplied logic in the field of biology, especially neuroscience". Journal of Neurogenetics. 32 (2): 53–64. doi:10.1080/01677063.2018.1468443. PMC 6510664. PMID 29757057.
  19. ^ "The phrase 'necessary and sufficient' blamed for flawed neuroscience". Nature. 558 (7709): 162. June 2018. Bibcode:2018Natur.558R.162.. doi:10.1038/d41586-018-05418-0. PMID 29895927. S2CID 48354584.