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