stílus 1 (fehér)
stílus 2 (fekete)

+ betűméret | - betűméret   



Francois Jacob
MI AZ ÉLET TITKA?

A 2000. év méltó fogadására készülve - ez egyébként szerintem csupán a három nullás túlértékelésének a jele -, felkértek, hogy fejtsem ki véleményemet erről a kérdésről. A felkérés igazán alkalomhoz illő, hiszen erre a kérdésre mind a mai napig nem találtuk meg a választ. Amióta csak emberek élnek a földön és gondolkodni tudnak, foglalkoztatja őket ez a rejtély. Mindannyian elég korán ráébredünk halandó voltunkra, a legtöbbünk már fiatalon látott embereket vagy állatokat meghalni, és mindannyian tudatában vagyunk az élet múlékonyságának. Mindannyian szeretnénk tudni, hogy tulajdonképpen mi is az élet, de az a bökkenő, hogy igen nehéz, vagy talán teljességgel lehetetlen megválaszolni ezt a kérdést. Egy kicsit úgy vagyunk ezzel is, mint az idő fogalmával: intuíciónk segít abban, hogy érezzük és értsük, mit is jelent, de pontosan meghatároznia még senkinek sem sikerült.
Amikor az életről beszélünk, általában a halálhoz viszonyítjuk. Jóval ritkábban hasonlítjuk, viszonyítjuk az élőlényeket az élettelen dolgokhoz, mint amilyenek pl. a hegyek, a sziklák, a homok, a víz. A tudomány területén a világ jelenségeinek élő és élettelen dolgokra való felosztása viszonylag új keletű. A 18. század végéig a növények és állatok vizsgálata a természetrajz feladata volt, és ez csupán leírásukat, osztályozásukat, morfológiájuk összehasonlítását tekintette feladatának.
A 19. század elején több szerző, közöttük Lamarck, az élőlények tulajdonságait kezdte vizsgálni, azt kutatva, hogy miben különböznek az élettelen világ jelenségeitől. Ekkor született meg a biológia elnevezés is. Érdemes megjegyeznünk, hogy a biológia a romantikával egykorú.  Éppen akkor fordult az érdeklődés az élővilág felé, amikor a világirodalom első nagy hatású öngyilkossága, az ifjú Werther halálának története felkavarta, megrázta a lelkeket.

Vitalizmus - Pasteur és a baktériumok - sejtelmélet - Darwin és az evolúció elmélete
A tudósok és a filozófusok régóta szeretnék megfejteni az élet titkát. Hosszú ideig azt hitték, hogy az élet valami sajátos anyagban vagy erőben rejlik, és az "élő anyag" egészen más alkotóelemekből, "erőkből" épül fel, mint az élettelen világ, és így egészen más tulajdonságai vannak. Évszázadokon át keresték, kutatták ezt a rejtélyes anyagot, az "életerőt". Pedig az élet nem valami önmagában álló, elkülöníthető, sajátos tulajdonságokkal rendelkező egység, hanem egy folyamat, az anyag sajátos szerveződése. Megkísérelhetjük ennek a folyamatnak, az anyag eme sajátos szerveződésének a leírását, a meghatározását, de az életet mint elvont fogalmat soha nem fogjuk tudni meghatározni. Egy élő szervezetet lehet vizsgálni, tanulmányozni, próbálkozhatunk az élő és élettelen világ között húzódó határvonal kijelölésével, de az "élő anyag" előállításával kár is kísérletezni. Az élőlények ugyanazokból az anyagokból épülnek fel, mint az élettelen világ, egyiküknek sincsenek kivételes tulajdonságokkal rendelkező sajátos alkotóelemei.
A vitalizmus igen hosszú ideig számított elfogadott nézetnek, és sok biológus még a 20. század elején is bátran hivatkozhatott valamiféle titokzatos erőre, amely az élő világot megkülönbözteti az élettelentől, mert a vitalista felfogást cáfoló érvek még nem voltak eléggé meggyőzőek. Ennek az ellentábornak a szószólói Descartes-ot követve azt vallották, hogy - talán csak az embert kivéve -, minden szervezet tulajdonképpen úgy működik, mint egy gépezet. Az élő szervezetek működési modelljét a gépi szerkezetek modelljére egyszerűsítették, és ez nem vezethetett kielégítő eredményre, hiszen a két rendszer között sok lényegbeli eltérés van. Ki látott már olyan gépezetet, mechanikus szerkezetet, amely képes szaporodni, saját kérdéseire választ ad, és a működéséhez szükséges energiát saját erejéből biztosítani tudja? E nyilvánvaló ellentmondások dacára ez az elmélet egészen a legutóbbi időkig fennmaradt.
A vitalizmus fölötti első komoly győzelem a vegyészek érdeme. Mivel úgy vélték, hogy az élettelen és élő testek teljesen különböző anyagokból állnak, feltételezték, hogy vegyészek nem is tudják előállítani ez utóbbiak alkotóelemeit, azaz szerves vegyületeket. De 1828-ban Frederik Wöhlernek sikerült laboratóriumi úton, ásványi anyagok szintézisével egy szerves anyagot, a karbamidot előállítania. Ezzel cáfolhatatlanul bebizonyította, hogy szervetlen alkotóelemekből laboratóriumi úton is létre lehet hozni szerves molekulát.
A 19. század vége a biológia bámulatos fejlődését, forradalmian új elméletek megjelenését hozta magával. A "csírák", azaz a baktériumok elméletét Pasteur képviselte. A mikroorganizmusokat a mikroszkóp feltalálásának köszönhetően már a 17. században felfedezték, de hosszú időbe telt, amíg rájöttek, hogy hova sorolják őket, és mihez kezdjenek velük. Pasteur volt az első, aki bebizonyította, hogy milyen óriási szerepük van ezeknek a parányi élőlényeknek az emberek és állatok betegségeinek kialakulásában és bizonyos termelési folyamatokban, például a bor és a sör előállításában. Pasteur érdeme az is, hogy végleg leszámolt az ősnemzés elméletével, amikor kimutatta, hogy baktériumokat csakis baktériumok hozhatnak létre.
A sejtelmélet alapjait Schleiden vetette meg a növény-, Schwann pedig az állatvilág területén. Minden élő szervezet sejtekből áll, ez minden élő szervezet alapegysége. Új élet csak a megtermékenyítés útján, azaz két szaporítósejt, a spermatozoida és a petesejt egyesüléséből jöhet létre. Az embrió a megtermékenyült petesejt fejlődéséből, a sejtek sokszorozódásából és differenciálódásából, izom-, ideg-, máj- stb. sejtekké való specializálódásából alakul ki.
Az evolúciós elmélet megteremtője Darwin. Szerinte az egész élő világ a mai formájában (beleértve minket, emberi lényeket is), a Föld történetének szerves része. Darwin azt állítja, hogy a ma létező fajok egy általa felfedezett mechanizmus, a természetes kiválasztódás törvényének megfelelően alakultak ki más, korábban létezett fajokból. Végül is minden élőlény egyetlen - vagy néhány - közös ős-szervezettől származik. Ez az állítás már magában is foglalja a következő nagy kérdést: honnan ered ez a közös ős-szervezet, ősanyag?

Biokémia és genetika
A 20. század elején két új tudományág jelent meg, a biokémia és a genetika.
A biokémia célja a sejt alkotóelemeinek és működésének tanulmányozása. Ennek eredményeként kezdődhetett el az élő anyag kísérleteken alapuló vegyi vizsgálata. A kutatók rengeteg, viszonylag egyszerű reakciót elemeznek, és nyomon követik azokat az átalakulási folyamatokat, amelyek során energiatartalékok képződnek, és létrejönnek a sejtépítéshez szükséges alkotóelemek.
A sejt szerkezetét elemezve felfedezték, hogy kétféle: kisebb és egészen nagy  molekulából állnak.
A kisebbeket reakció-sorozatok láncai alkotják, és a kapcsolódási pontoknál, ahol egy újabb sorozat kezdődik, bizonyos atomcsoportok eltűnnek vagy éppen ellenkezőleg, új atomcsoport kapcsolódik a lánchoz. Minden reakciót sajátos módon egy sajátos enzim katalizál. A nagyobb molekulák teljesen másképpen szerveződnek. Ezek tulajdonképpen polimérek, amelyek ugyanannak a reakciónak az ismétlődéséből jönnek létre. Minden újabb szakaszban ugyanolyan típusú kisebb molekulák csatlakoznak a polimérekhez. Ilymódon ezek a polimérek több száz, esetenként több ezer ilyen elemet is tartalmazhatnak. Két nagy csoportjukat ismerjük, mindkettő alapvető fontosságú a sejt életében.
A nukleinsavak olyan polimérek, amelyeket a vegyészek purikus és pirimidikus bázisoknak neveznek, és négyfélék lehetnek. Két nagy csoportra osztják őket, az egyik a DNS, azaz a dezoxiribonukleinsav, amely a sejt információinak megőrzéséért és újratermeléséért felel, és a ribonukleinsav, azaz a RNS, amelynek tovább kell adnia az információkat. A proteinek aminosav-polimérek, és kb. húsz fajtájuk ismeretes. A proteinek meghatározzák a sejt szerkezetét, biztosítják az enzimek, azaz a vegyfolyamatok katalizátorainak termelődését.
Minél alaposabban sikerült megismerni az élő anyag összetevőit, a bennük és közöttük lejátszódó reakciókat, annál nyilvánvalóbb lett, hogy ezeket meg lehet ismételni laboratóriumi körülmények között is. Az élőlények különlegessége elsősorban az enzimekben, illetve ezek katalizáló szerepében rejlik. Az enzimek közvetítésével végbemenő katalízis pontossága, hatékonysága és sajátos jellege biztosítja az összes vegyi folyamat lefolyását a sejt határolta parányi térben. Az enzimek tevékenysége szervesen kapcsolódik a proteinek jelenlétéhez. Ha meg akarjuk fejteni az élővilág kémiájának a titkát, egészen bizonyos, hogy a proteinek természetének és tulajdonságainak a megismerése révén juthatunk közelebb a megoldáshoz.

A másik tudományág, a genetika a századdal együtt született, és vele együtt haladt előbbre. Mendel az 1860-as években végezte és publikálta kutatásait, de a tudományos világ nem figyelt fel a jelentőségére. A 20. század elején (egymástól függetlenül, de majdnem egy időben) több biológus is felfedezte Mendel munkásságát, amelynek az a lényege, hogy a szemmel látható, megfigyelhető "jellegzetességek" egy nem látható, a sejtben rejtőző faktor hatására alakulnak ki. Ezt a faktort génnek nevezték el. A tudósok azóta is fáradhatatlanul igyekeznek megérteni, hogy mi is az a gén, melyek a jellemzői és hogyan működik. Minél többet sikerült megtudni a génekről, annál nyilvánvalóbbá vált, hogy minden sejtnek, minden szervezetnek ezek a meghatározó részei, és hogy az egész biológia a genetikán alapul.
A 20. évszázad első harmadában több biológus is kísérletezett állati illetve növényi mutánsok létrehozásával és egymástól több mutációban eltérő szervezetek keresztezésével. 1910-ben sikerült végleg bebizonyítani, hogy a gének helyzete pontosan meghatározott, és hogy mindig egy adott helyet foglalnak el egy meghatározott kromoszómában. A kromoszómákon lineárisan elhelyezkedő géneket bemutató ábra és az első géntérkép, több jelzővel, 1913-ban jelent meg.
Ekkoriban a genetikusok kutatásaikat a bonyolultabb szervezetekre korlátozták,  és elsősorban olyan géneket fedeztek fel, amelyek a morfológiai tulajdonságok kialakulását vagy a viselkedést határozták meg. Az 1930-as évek végén ébredt fel az érdeklődés a biokémia iránt. A génkutatást kiterjesztették a mikroorganizmusokra is. Ki tudtak mutatni olyan géneket, amelyek a biokémiai folyamatokat irányítják. Ennek eredményeként térképezték fel az anyagcsere egyes folyamatait és azt, hogy ezek minden szakaszában lejátszódó katalízisért (és a katalizátorért, amely mindig egy bizonyos protein) egy specifikus gén a felelős.
Ekkoriban a géneket még csak elképzelni tudták, és elsősorban arra  használták őket, hogy a segítségükkel a megismert folyamatokat meg tudják magyarázni. Soha senki nem látott még gént. Képzeletbeli fonalakra - azaz a kromoszómákra - fűzött képzeletbeli gyöngyszemekként ábrázolták a géneket. Amikor aztán a kutatások egyre valószínűbbé tették, hogy baktériumoknál és vírusoknál a DNS, azaz a dezoxiribonukleinsav az öröklődés hordozója, az addig csupán elméletben létező gén kezdett valóságos testet, térbeli alakot ölteni.
A 20. sz. közepén egy új tudományág, a molekuláris biológia megjelenésével merőben új szemlélet alakult ki az élő szervezetek vizsgálata terén. A molekuláris biológia alaptételeinek helyességét csak később sikerült kísérleti úton is bizonyítani. Az új tudományos megközelítés szerint az élőlények tulajdonságait szükségszerűen az őket alkotó molekulák szerkezete és azok egymás közti kölcsönhatásai határozzák meg. Az újszerű gondolat a fizikusok fejében született meg: Bernal, Niels Bohr, Delbrück, Schrödingen számára minden biológiai ténynek molekuláris magyarázata van. Még azzal az eshetőséggel is számoltak,  hogy talán olyan törvényszerűségeket fedeznek majd fel, amelyek kizárólag az élővilágra érvényesek. De hát ilyen felfedezésekre soha nem került sor.
A patológia terén sikerült először a molekuláris biológia kutatási eredményeit  felhasználni a sarlóalakú vérsejtek okozta vérszegénység magyarázatára. Az új elmélet teljes győzelmét, a fizikusok elgondolásának meggyőző bizonyítékát a DNS molekuláris felépítésének megismerése jelentette. A molekuláris biológia elindulhatott diadalútjára. A Watson és Crick javasolta szerkezetnek köszönhetően megfejtették az öröklődés titkát, választ kaptunk az emberiség egyik legrégibb kérdésére.
A molekuláris biológia eleinte csak a legegyszerűbb szervezeteket, a baktériumokat és virusokat tanulmálnyozta.
A baktériumoknak van egy igen előnyös tulajdonságuk: egyetlen egyedből kiindulva pár óra alatt néhány milliárdnyi, teljesen homogén populáció állítható elő. És ez fordítva is működik: több milliárdnyi populációból ki lehet tenyészteni egyetlen sajátos mutánst,  ha biztosítani tudjuk a létrejöttéhez szükséges sajátos feltételeket. Ez a magyarázata a biokémikusok és genetikusok baktériumok iránti érdeklődésének. Pasteur felfedezései után a mikrobák csupán betegségekkel és bizonyos ipari eljárásokkal kapcsolatban kerültek szóba, tulajdonképpen a tudományos élet perifériájára kerültek. De a 20. sz. derekán kiderült, hogy ezek a parányok is ugyanazokból a vegyi alkotóelemekből állnak, mint a többi élőlény, és hogy nekik is ugyanúgy vannak kromoszómafonalra fűzött génjeik. A kutatások kimutatták, hogy az élő világ szerkezetét és működési módját tekintve is egységes. Ilyen feltételek mellett a baktériumok ideális kutatási és kísérleti anyagnak bizonyultak.
A vírusok olyan picinyek, hogy optikai mikroszkóppal nem is láthatók, csak elektronmikroszkóppal lehet vizsgálni őket. Hosszú ideig nyitott kérdés volt, hogy egyáltalán élőlénynek tekinthetők-e. Ma már tudjuk, hogy a válasz határozott nem. Hiába helyezik őket a legkedvezőbb körülmények közé, képtelenek anyagcserére, nem tudnak energiát termelni vagy felhasználni, nőni, szaporodni, már pedig ezek a tulajdonságok jellemzik az élőlényeket. A vírusoknak nincs saját enzimkészletük. Csak idegen sejtekben képesek szaporodni, ahova fertőzés útján kerülnek be, és ha egyszer bejutottak, akkor a sejt enzimanyagát használják saját céljaikra.
A molekuláris biológia művelői sokáig csupán a baktériumok és vírusok világára korlátozták kutatásaikat. A többsejtű szervezetek vizsgálatával egyelőre nem foglalkoztak: ezek DNS-e olyan feladatot jelentett számukra, amelybe nem volt merszük belevágni.De aztán lassanként kezdtek megbarátkozni a DNS-sel, egyre jobban tudták manipulálni. Megtanultak különböző hosszúságú szegmenseket adott pontban leválasztani és levágni róla, aztán ezeket a szakaszokat újra összeilleszteni, más szakaszokat megint visszahelyezni a kromoszómába. Ezeket a műveleteket hívják géntechnikának, és ezeknek köszönhető, hogy a bonyolult szervezetek genomjában található óriási mennyiségű DNS-t manipulálni lehet.

Amint látjuk, alig néhány év leforgása alatt az élőlényekről alkotott felfogás gyökeresen megváltozott, és működésük, feljlődésük vizsgálati módszerei is teljesen átalakultak. A biológia minden ágában: a sejtbiológia, a virológia, az immunológia, a fiziológia, a neurobiológia, az endokrinológia területén egyaránt alapfeltétel lett a jelenségek molekuláris magyarázata. Az ezt követő időszakban, amely napjainkban is tart, az élővilágról kialakult új szemlélet rengeteg új felfedezéshez vezetett. Eddigi ismereteinket továbbfinomítjuk, elmélyítjük. Hihetetlen technológiai bravúroknak köszönhetően a makromolekulák: a proteinek és nukleinsavak tanulmányozásában teljesen új korszak nyílt meg előttünk. Amikor ma egy fiatal hallgató életében először belép egy laboratóriumba, el sem tudja képzelni, hogy ezelőtt 20-25 évvel mit jelentett számunkra a proteinek vagy még inkább a nukleinsavak tanulmányozása. Manapság a diákok néhány hét alatt elsajátítják bármely szervezet genomjának feldarabolási technikáját. Gyorsan megtanulják, hogyan kell elkülöníteni a géneket, adott grammnyi mennyiségben, létrehozni egy szegmenset és újra egyesíteni bármelyik génnel bármely DNS-szegmenset, vagy egy gént injektálni egy sejtbe, akár egy megtermékenyített petesejtbe. Alig telik el pár hét, és ugyanolyan rutinosan barkácsolják majd az öröklődést hordozó molekulákat, mint öreg kocsijuk motorját a szomszéd garázsban. Milyen elképedve vettük tudomásul, hogy a kromoszómák, az öröklődés hordozói, amelyekről régebben azt gondoltuk, szent és sérthetetlen struktúrák, tulajdonképpen állandóan alakulnak, egymáshoz tapadnak, hosszabbak, majd rövidebbek lesznek, kifordulnak, darabokra szakadnak. Röviden szólva: be kell látnunk, az, hogy mi itt vagyunk a Földön, csupán egy kozmikus barkácsolás eredménye.

Ma már egyetlen biológus sem kérdőjelezi meg, hogy az élővilág, amely körülvesz bennünket, és amelynek mi is részei vagyunk, több milliárd évig tartó fejlődés eredménye. Ezt a tényt ma már mindenki, még a katolikus egyház is feltétel nélkül elfogadja. Az utóbbi száz év, és különösen a mikrobiológia felfedezései mind ezt az elméletet támasztják alá.
A biológiában igen sok az általánosítás, de meglehetően kevés az elmélet. Ez utóbbiak közt az evolúció a legjelentősebb:
- mert a legkülönbözőbb területeken felhalmozott megfigyeléseket, amelyek enélkül csupán elszigetelt ismeretek lennének, egységes egésszé fogja össze,
- mert minden, az élő világgal foglalkozó tudományágat összekapcsol,
- mert rendet teremt az élőlények hihetetlen sokféleségében, gazdagságában, és megtalálja köztük és a föld többi alkotórésze közti összefüggéseket, és végül,
- mert elfogadható magyarázattal szolgál az egész élővilág csodálatos változatosságának kialakulására.
Bár a biológia művelői közül senki nem vitatja az evolúció döntő szerepét az élővilág kialakulásában, abban, hogy milyen mechanizmusok játszottak szerepet az evolúció során, már nem ilyen nagy az egyetértés. A tudományos elméletekre egyébként éppen ez a jellemző, hogy a részletkérdésekről viták folynak, és újabb kutatásokra serkentik a tudósokat.
A molekuláris biológia az evolúcióval kapcsolatban felmerülő kérdések jórészére megadja a választ. Itt csak két kérdést szeretnék kiemelni. Az első arra keresi a feleletet, hogy a különféle szervezeteket alkotó molekulák különböznek-e egymástól, és ha igen, akkor miben. Sokáig hitték, hogy a molekulák teljesen különbözőek, és hogy éppen a különbözőségükkel magyarázható az élő szervezetek hihetetlen változatossága. Egyszerűbben: úgy gondolták, hogy a kecskét jellegzetes kecske-molekulák, a csigákat pedig csiga-molekulák alkotják. Hogy a sajátos molekulák tették sajátossá, eltérővé, jellegzetessé az élőlényeket.
De amint a gének és proteinek vizsgálati módszerei tökéletesedtek, és mind több szervezetet tudtak mind alaposabban tanulmányozni, felfedezték, hogy a legkülönfélébb élőlények egyes molekulái, mint pl. a hemoglobin vagy akár a hormonok, nagyon vagy legalábbis eléggé hasonlitanak egymáshoz. Lassanként rájöttek, hogy minden állat, minden élőlény rokonságban áll egymással, mindannyian kapcsolódnak egymáshoz egy eddig nem is sejtett közös pontban. A gének, a proteinek nem egyetlenek a maguk nemében, nem egy bizonyos fajra jellemző idioszinkráziák. Meglepően hasonló szerkezeteket lehet találni egymástól eltérő fajoknál is. Ami még érdekesebb, ugyanazon a fajon belül majdnem teljesen hasonló struktúrák egészen eltérő funkciókat láthatnak el. A gének és proteinek mozaikszerűen elrendeződő elemekből, motívumokból állnak, amelyeknek megvan a maguk felismerési helye. A motívumok száma ezer-kétezer között mozog, és ezeknek a kombinációi biztosítják a proteinek végtelen változatosságát. Néhány sajátos motívumtól függenek a protein specifikus tulajdonságai.
Az alapelem, amely közvetlenül irányítja a sejt kémiáját egy, a proteinben lévő felismerési hely. Eleinte úgy tűnt, hogy a molekuláris felismerés csupán az enzim és az alapanyag vagy az antigének és antitestek esetében működik. Ma már úgy látjuk, hogy döntő szerepe van egy egész sor jelenség lefolyásában, pl. a proteinek polimerizációjánál, amikor izomfehérjéket kell létrehozniuk, valamint a vírusos fertőzéseknél, a protein és a DNS-kölcsönhatásánál és a géntevékenységek szabályozása során, a sejtekben (kölcsönhatásaiknál,  a jelzések átadásánál, a sejtek tapadásánál stb.). Több ilyen receptor minden változás nélkül élte végig az egész evolúciós folyamatot, így ezek majdnem azonos formában fordulnak elő a legkülönfélébb szervezetekben.
Ezek voltak hát a legjelentősebb változások a biokémiai fejlődésről kialakult nézetek terén. Amíg minden egyes gént, minden proteint (mint a nuklein- vagy aminosav-terméket) a maga nemében egyedülállónak tekintettek, feltételezték, hogy mindegyikük csakis teljesen egyedi, egyszeri és igen valószínűtlen módon jöhetett létre. Miután azonban felfedezték, hogy léteznek hasonló szerkezetű népes protein-családok és hogy több proteinben fellelhetők ugyanazok a mozaikszerű (protein)elrendeződések, másrészt pedig bebizonyosodott, hogy az evolúció folyamán a proteinek - bámulatos morfológiai változatosságuk ellenére - megőrzik jellegzetes motívumaikat és aktivitási területüket, át kellett értékelni az evolúció mikéntjéről alkotott nézeteket. Úgy tűnik, hogy a biokémiai evolúció során két új törvényszerűség határozta meg az új molekulák kialakulását és szelektálódását.
A biokémiai evolúció első törvényszerűsége nem a semmiből, hanem a régiből hoz létre újat. Erre utaltam az imént, amikor a "molekula-barkácsolásról" beszéltem. Az első gének valószínűleg harminc-negyven rövid nukleinsav-láncból alakultak ki. Ezek a szegmensek aztán növekedni kezdtek, vagy úgy, hogy több szegmens összekapcsolódott a végeinél, vagy megkettőződtek, esetleg megtöbbszöröződtek. Több génnél is fel lehet fedezni egy, két vagy néha többszöri megkettőződés nyomait. Ezeket a folyamatokat általában kisebb-nagyobb átalakulások, változások is kísérték. Minden jel arra mutat, hogy a DNS-szegmensek vagy egész gének megkettőződése az egyik leggyakoribb molekula-barkácsolási módszer. Egymás utáni megkettőződésekből jött létre több géncsalád is, pl. a hemoglobinok, a rendszerellenőrző faktorok, az immunoglobulinok családjába tartozó gének, amelyek hasonló feladatokat látnak el, mint amilyen pl. az antigének felismerése, a sejttapadás bztosítása vagy az axonok irányitása.
A másik módszer: mozaikgének létrehozása a már előbb létezett részekből. Ezekben a folyamatokban a szelekció is fontos szerepet játszik. Általános volt a meglepődés, amikor kiderült, hogy az evolúció folyamán majdnem teljesen változatlanok maradnak a specifikus felismerésért felelős elrendeződések, motívumok. Ennek (a fajok káprázatos változatossága ellenére) fennálló stabilitásnak a magyarázata azokban a törvényszerűségekben rejlik, amelyek a felismerési pontokat, valamint a molekulák közötti, a sejtben végbemenő összes vegyi folyamatot is irányítják. E törvény értelmében a molekulák közötti folyamatok specifikusságát meg kell őrizni, ez azonban az evolúció folyamán némi renyheséghez vezethet a gén egyik kód-szegmensénél, az exonnál, amely a felismerési helyért felel, de nem hat a nem kódoló szegmenseknél, az intronoknál, sem a szomszédos szegmenseknél. A szomszédos intronok és a DNS-szegmensek szabadon variálódhatnak. Ez lenne a molekula-barkácsolás másik jól bevált módszere, a DNS-részek és exonok újfajta elrendeződése mozaik-molekulákba.
Ebben az esetben is véges számú elemből jön létre végtelen számú kombináció,  és így alakulnak ki a sejtek alkotóelemei. A biokémiai evolúció csak másodsorban támaszkodik a mutációkra, elsősorban a DNS-megkettőződéseknek és ezek újfajta elrendeződésének útján ment végbe. Ebben a fejlődési folyamatban azonban mindvégig változatlanul megőrződik néhány állandó pont, a specifikus felismerési helyek kis szigetei. Az ezeket kódoló DNS-szegmensek körül szabad koreográfia szerint csereberélik a helyüket más DNS-darabkák. Ezzel magyarázható, hogy az alapszerkezetek, a felismerési helyek a különböző szervezetekben más és más környezetben fordulhatnak elő. Az  egész élővilág úgy működik tehát, mint egy óriási Meccano-játék: ugyanazokat az alkatrészeket más- és másféleképpen lehet összeszerelni, szétszerelni, úgy, hogy mindig egészen eltérő végeredményhez jussunk. De tulajdonképpen az összes eltérő alakzatot ugyanazokból az alkotóelemekből rakjuk össze.
A gének és proteinek mozaik-elrendeződésüknek köszönhetően többféle kölcsönhatásra is léphetnek egymással. A néha igen nagy kiterjedésű protein-szerveződések (komplexek) kialakulása továbbnöveli ezeknek a lehetőségeknek a számát. Ezek a speciális proteincsoportok végzik el a sejt néhány olyan alaptevékenységét, amelyek többszörös reakciós és interakciós folyamatokat feltételeznek. Ilyen alaptevékenység (mint pl. a sejtosztódás, a sejtek közötti kölcsönös folyamatok, a morfogenézis bizonyos szakaszai) során a géncsoport tagjai a sejtfelismerés révén szorosan ellenőrzik a folyamatok eredményét, "termékét". Ugyanazok a géncsoportok irányítják a sejtosztódást az emberi szervezetben, mint az élesztőben: több mint ötszázmillió éve végzik ugyanazt a feladatot, és szerkezetük is alig változott ez alatt az idő alatt. Antonio Garcia-Bellido ezeket a csoportokat, amelyek minden élő sejt szerkezetének állandó, változatlan alkotóelemei, szintagmáknak nevezte el.
Több fajnál is, de lehetséges, hogy valamennyinél megfigyelhetők az embrionális fejlődés során az ilyen géncsoportok irányítása alatt működő állandó alkotóelemek. Sok szervezet, és különösképpen a rovarok valószínűleg ilyen ismétlődő szegmensekből, azaz többsejtű alkotőelemekből alakulnak ki. Kezdetben ezek az elemek teljesen azonosak, de később a szabályozógének (mint pl. a homeogének) utasítására elkezdenek specializálódni. Ez utóbbiaknak éppen az a feladata, hogy módosítsák a szabvány-alkotóelemek alakulását, és minden szegmensnek biztosítsák a rá jellemző sajátosságokat. Ugyanazon a sejten belül, egymással párhuzamosan több homeogén-kombináció irányítja ezeknek a szegmenseknek, ezeknek a sajátos területeknek (mint pl. amilyenek az izom- vagy az idegsejtek) a létrejöttét, akár egy egyszerű a fonalféregről, akár az emberi szervezet kialakulásáról van szó. A baktériumok és a bálna, a vírusok és az elefánt, a sarkkörökön túl, - 20 Celsius-fok hőmérsékleten élő organizmusok mind-mind beletartoznak az élővilágba, és a köztük lévő óriási különbségek ellenére meglepő sok azonosságot találhatunk mind a felépítésükben, mind az élettani funckióikban. Nem a vegyi alkotóelemeik közötti eltérések jelentik egy pillangó és egy oroszlán vagy egy tyúk és egy légy közötti igazi különbségeket: azért ilyen sokfélék, mert ezek az alkotóelemek másként kapcsolódnak és arányaikban másként viszonyulnak egymáshoz. A gerincesek közötti különbségek az embrionális lét folyamán elsősorban azzal magyarázhatók, hogy a fejlődés melyik szakaszában jelentkezik a gének hatása, és milyen arányban hozzák létre termékeiket. Az így létrehozott teremékek apró szerkezeti különbségei emellett egészen mellékesnek tűnnek.
A természetben a bonyolult dolgok általában az egyszerűbbek kombinációiból jönnek létre: részecskék kombinációjából születik az atom, atomokból tevődnek össze a molekulák, sejtekből a szervezetek. Ugyanígy alakultak ki a gének és a proteinek is, olyan sajátos funkciókat végző szakaszokból, amelyek végtelen sorokba szerveződtek, hogy minél változatosabb feladatokat láthassanak el. Egy néhány DNS-szakasz nagyon sok gént hozhat létre.
Nagy meglepetés volt mindannyiunk számára, amikor kiderült, hogy maguk a molekulák mennyire nem változtak az evolúció folyamán.Itt nem csak az olyan proteinekre gondolok, mint a vörös vértest hemoglobinja, az izmok miozinjának aktinjai vagy a haj és a köröm keratinja. Nem csupán az emésztés enzimjeiről, a pepszinről és a tripszinről, vagy a légzésben oly nagy szerepet játszó citokrómokról van szó. Az olyan utasításokat kiadó génekről beszélek, amelyek az embrió fejlődését irányitják, és meghatározzák a születendő állat alakját
Két példával fogom szemléltetni a molekuláknak ezt a meglepő állandóságát. A gyümölcslégynél, amely igen tekintélyes genetikai múlttal dicsekedhet, már a petében jelen van kétféle gén. Az egyik csoportba tartozó gének meghatározzák a hamarosan fejlődni kezdő embrió "tengelyét", míg a másik "csapat" a szegmensek alakjának kialakulását és a később rájuk váró feladatokat irányitják. A kutatók meglepetve tapasztalták, hogy ugyanezek a génfajták fellelhetők minden vizsgált állatnál, a békánál, a gilisztánál, az egérnél éppen úgy, mint magánál az embernél. Ki merte volna tizenöt éve azt állítani, hogy ugyanazok a gének vázolják fel egy emberi szervezet felépítését, mint amelyek a légy vagy a giliszta kialakulását irányítják? Ebből természetesen az következik, hogy Földünk minden élőlénye egy hatszázmillió évvel ezelőtti közös élő szervezettől származik, amelyben már jelen voltak a ma is működő génkészletek.
Az imént mondottakat a szem példájával fogom alátámasztani. Ez a szerv igen nagy változatosságot mutat, egészen eltérő elvek alapján működik a különböző állatoknál, gondoljunk csak pl. a rovarok összetett, vagy a fejlábúak és gerincesek lencsés szerkezetű szemére. Bármekkora is legyen a különbség e két típusú szem között, megállapitották, hogy azonos felépítésű (de egészen másképpen "összebarkácsolt") génekből állnak, amelyek aztán hasonló funkciót betöltő, de teljesen eltérő architektúrájú szerveket hoznak létre. Bár az utóbbi félévszázad sok hasonló meglepetést tartogatott számunkra, a legutóbbi tizenöt év gyökeresen megváltoztatta eddigi ismereteinket, nézeteinket.
Az evolúció elméletének általános elfogadása egy újabb, igen nehezen megválaszolható kérdéssel szembesítette a kutatókat. Meg kellett találniuk az élet, az élővilág eredetét, kezdeteit. Pasteur egyszer s mindenkorra megcáfolta az ősnemzés elméletét. Ezek után már senki nem merte azt állítani, hogy pl. a legyek régi, eldobott rongyokból alakulnak ki. Élőlény csak élőtől származhat. Minden sejt sejtből születik. Darwin óta viszont az is köztudott, hogy minden faj egy másikból származik, és valamennyi faj egy néhány igen egyszerű szervezetből ered. E két állítás már magában hordja a következő kérdést: hogyan jött létre az első élő szervezet?
Mai ismereteink szerint a Föld mintegy négy és fél milliárd évvel ezelőtt született. Hány meg hány ezer, teljességgel valószínűtlen és ugyanakkor egymástól teljesen független eseménynek kellett bekövetkeznie ahhoz, hogy létrejöjjön a világmindenség, a naprendszerek, a mi naprendszerünk és a Föld maga, az élet kialakulásához szükséges feltételekkel együtt, amelyek más bolygókon nem is léteznek, mint amilyen pl. a víz jelenléte, vagy a megfelelő hőmérsékletet biztosító távolság a Naptól. Ahhoz, hogy a biológusok meg tudják magyarázni az élet megjelenését, igen gazdag képzelőerőre van szükségük.
Úgy tűnik, hogy a földtörténet során az élet meglepően korán jelentkezett, alig egymilliárd évvel a Föld születése után. Az  élet első formája valószínűleg egy úgynevezett "protobaktérium" volt. Az élő fogalma magában foglalja a szaporodás fogalmát is. De a ma ismert legkezdetlegesebb élőlény, a baktérium szaporodása is elképesztően bonyolult folyamat. Már a DNS egyszerű megkettőződése is nagyszámú proteint mozgósít, és ezek szintézise csakis igen sok és igen változatos makromolekula részvételével mehet végbe. És ez még csak az első lépés, a DNS megkettőződése, pedig, mint tudjuk, a szaporodáshoz a mai baktérium-sejten belül még rengeteg egyéb vegyi működésre és reakcióra van szükség. Egész egyszerűen elképzelhetetlen, hogy egy ilyen bonyolult rendszer csak úgy, hipp-hopp, minden előzmény nélkül megjelent volna. Sokkal közelebb járunk a valósághoz, ha inkább olyan, többé-kevésbé valószínű forgatókönyveket képzelünk el, amelyek során lépésről lépésre kialakulhatott ez az elképesztően bonyolult rendszer.
A mostanság legelfogadottabb forgatókönyv szerint a mai, DNS-irányítás alatt álló élővilág előtt létezett egy másik, melyben az RNS játszotta a meghatározó szerepet a szaporodásban és bizonyos vegyfolyamatok katalizálásában is. Nyilvánvaló, hogy a magyarázatnak igen sok gyenge pontja van, pl. nehéz elképzelni az egyik rendszerből a másikba vezető fejlődési szakaszokat, már ezek bekövetkezésének is igen kicsi a valószínűsége. Természetesen tovább lehet finomítani, jobban ki lehetne dolgozni néhány ehhez kapcsolódó hipotézist, de be kell látnunk, hogy kísérletekkel, laboratóriumi úton igen nehéz lenne bizonyítani ezt az elméletet. Fogdjuk hát el, hogy bár mi élők mindannyian (mikrobák, gombák, növények, állatok, emberi lények) egy és ugyanazon kezdeti probaktériumtól származunk, igen távol vagyunk attól, hogy el tudjuk képzelni közös ősünket.
 Amikor az élet eredetéről beszélünk, feltételezzük, hogy a kezdetben élettelen Földön kb. nyolc- vagy kilencszázmillió év alatt egész sor hihetetlenül valószínűtlen esemény követte egymást, míg kialakult előbb az RNS-, majd ezt követően a DNS-világ. Nem is meglepő, hogy a laikusok számára ez épp olyan hihetetlen, mint a világ teremtésének a meséje az Upaniszádokban, a Bibliában, vagy Hésziodosz Theogoniájában. Az átlagos emberi értelemhez talán közelebb is állnak ezek a mítoszok, mint a biokémikusok és mikrobiológusok fejtegetései.
De a tudósokat nem riasztja vissza sem a kérdés nehézsége, sem az, hogy valószínűleg igen sokáig nem találják meg a nyitját. Három hipotézist is felállítottak. Néhányan (köztük igen neves kutatók is) félig-meddig komolyan állítják, hogy mivel az élet megjelenése a Földön annyira valószínűtlen, a rejtély csakis egy "pánsperma" megjelenésével magyarázható. Ezek az ős-csírák egy távoli bolygó a miénkénél fejlettebb civilizációjából küldött űrhajón érkeztek volna Földünkre. Egy ilyesfajta válasz természetesen csak a kérdés megválaszolásának elodázását jelenti. Ennek a hipotézisnek nem sok követője akad.
Mások szerint az élet megjelenésének a Földön olyan elhanyagolható volt a valószínűsége, hogy ez csakis egyszer, egyetlen egyszer fordulhatott elő. Egy egész sor, teljesen valószínűtlen esemény egymásutánjának eredménye, és hajszálon múlott, hogy mégis bekövetkezett. Ennek a hipotézisnek a követői úgy vélekednek, hogy a világegyetemben rajtunk kívül nincsenek más élőlények, még kevésbé tudatos élőlények.
A tudósok harmadik csoportja szerint az RNS-, majd ebből később a DNS-irányította világ kialakulása egy sor teljesen szokványos vegyfolyamat eredménye. Ebből az következik, hogy ha elegendő idő és elegendő alkalom áll rendelkezésre, akkor előbb-utóbb meg is fog ismétlődni. Az életnek tehát volt esélye máshol is kialakulni. Figyelembe véve az asztrofizikusok érveit, akik szerint a világegyetemben léteznek más olyan bolygók is, amelyeken olyan körülmlények alakultak ki, mint a Földön, igen nagy a valószínűsége annak, hogy máshol is létezik élet, mégpedig tudatos élet.
Jelenlegi ismereteink szerint csak ízlés dolga, hogy e két utóbbi elmélet közül melyiket találjuk rokonszenvesebbnek. Sokan szeretnek eljátszani a gondolattal, hogy milyen különleges hely a Föld: az egyetlen olyan pont a világegyetemben, ahol élet létezik, ahol mi, emberek élünk, és töprenghetünk a világegyetem és lakói megjelenésének rejtélyén. Mások szerint az élet kialakulásában nincsen semmi rendkívüli, és mivel bizonyára sok, a mi Földünkéhez hasonló adottságú bolygó létezik, előbb-utóbb ott is megjelent vagy megjelenik az élet, amely azután törvényszerűen a lét tudatos formáihoz vezet. Ez utóbbi elmélet hívei fáradhatatlanul igyekeznek más, a világmindenség távoli naprendszereiben kialakult földön kívüli civilizációkkal kapcsolatba lépni.
Sajnálattal kell megállapítanunk, hogy a mai napig sem a mi naprendszerünkből, sem más naprendszerekből nem érkeztek olyan jelek, amelyek ezt az elméletet alátámasztanák. A Föld egész felszínét behálózó csillagászati obszervatórium-rendszer a legkülönbözőbb hullámhosszokon igyekszik felfedezni egy máshonnan érkező üzenetet, de eddig teljesen eredménytelenek voltak a megfigyelések. Természetesen nem szabad figyelmen kívül hagyni, hogy legközelebbi szomszédainktól is elképzelhetetlen távolságok választanak el. A közelmúltban felfedeztek egy olyan meteoritot, amely esetleg a Marsról származik, és amelyben állítólag olyan nyomokra bukkantak, amelyek a földi élet legrégebbi, kezdetleges formáira emlékeztetnek. De a bizonyítékok nem túl meggyőzőek, és még az is előfordulhat, hogy csupán a NASA próbál ezzel egy kis reklámot csapni magának a soron következő Mars-programokhoz.
Mindebből érzékelhető, hogy a tudomány az utóbbi egy-két évszázad alatt egyre szerényebb kérdések megválaszolását tűzte ki célul. A modern tudomány kezdeteit éppen ez a folyamat jelzi, amely során a nagy ívű, általános kérdések helyett a sokkal behatárolhatóbb részletkérdések foglalkoztatják a tudósokat. Ma már nem azt akarjuk megtudni, hogy hogyan alakult ki a világegyetem, miből jött létre az anyag, vagy hogy mi is az élet. Inkább azt kutatjuk, hogy hogyan zuhan szabadesésben egy kő, hogyan folyik a viz egy csőben és hogyan kering a vér az érrendszerben. Ez a változás meglepő eredménnyel járt: míg az általános kérdésekre általában igen szűk területre érvényes válaszok adták meg a feleletet, addig a részletkérdések megfejtése gyakran átfogó, egyetemes érvényű következtetésekhez vezet. Ez a tudomány jelenlegi célkitűzéseit is meghatározza. Érthető tehát, hogy ma már a laboratóriumokban nem az élet titkát kutatják, nem akarják felfedni határait, ehelyett az élő rendszerek elemzését, felépítését, működését, történetét vizsgálják, tanulmányozzák.
Ne várjuk el a tudósoktól, hogy meghatározzák, mi is az élet, hiszen ezt mindannyian nagyon jól tudjuk. Azzal is tisztában vagyunk, hogy mennyire sérülékeny, milyen bámulatosan változatos, és hogy ez a legnagyobb kincsünk itt a Földön. Talán ez az egyetlen igazi érték a világon, és az ember legcsodálatosabb feladata életet adni, továbbadni az életet egy gyermeknek. Malraux szerint: "Az élet nem sokat ér, de nincs értékesebb az életnél."

Minden tudományok egyeteme, 1. előadás, 2000. jan. 1.
Nagy Zsuzsanna


Bibliográfia
JACOB, Francois
A tojás és a tyúk
Az élők logikája
Európa, 1974


Kérjük küldje el véleményét címünkre: lettre@c3.hu




stílus 1 (fehér)
stílus 2 (fekete)

+ betűméret | - betűméret