Život >
Izgubljeni recept
Da li se živim mogu smatrati i veštačke protoćelije ako procesiraju energiju i reprodukuju se?
Kako je sve to počelo pre više od 4 milijarde godina? Šta se zapravo desilo sa neorganskim materijama koje su se spojile u primordijalnoj supi? Hajde da se okušamo sa nekim drugim receptom. Pre svega, za život je neophodan okean. Posuda. Ili barem kolevka. Za ovu priliku možemo da upotrebimo i bilo koju veliku i providnu kutiju od klirita ili neke druge plastike, otvorenu sa jedne strane.
Zatim – Sunce. Pošto toliku zvezdu ne možemo sa lakoćom obezbediti, upotrebićemo kakav drugi jak motor. Ventilator ogromne snage, na primer. Ako ga usmerimo ka kutiji, ka otvorenoj strani, umesto toplih zraka koji padaju na Okean, energiju sistemu će davati izuzetno snažan vetar.
Zatim uzimamo prvu neživu supstancu, kakav običan neorganski molekul. Možemo da koristimo i običnu pingpong lopticu od četiri centimetra u prečniku. U kutiju sa vetrom ona će, kao što i priliči jednom "molekulu", povremeno skakutati gore-dole.
Ako umesto jedne upotrebimo deset pingpong loptica, sistem postaje zanimljiviji – loptice skakuću, sudaraju se i haotično kreću gotovo kao Braunove čestice. Sistem je očigledno vrlo dinamičan, ali očigledno nije živ.
Nedostaje nam – kompleksnost. Zarad nje ćemo upotrebiti i druge vrste loptica. Recimo, dvostruko veće i dvostruko manje. Ako ih ubacimo sve zajedno u posudu i izložimo vetru, one će se pokretati na način koji mnogo više uzima u obzir uzajamne odnose. U nekim delovima će se pojaviti prvi klasteri, grupe loptica, na drugim mestima loptice samo haotično skakuću – ohrabrimo se i nazovimo ih protoćelijama.
Povećanjem na deset vrsta loptica, većih i manjih, takvih pojava je sve više. Posudu zauzimaju klasteri, manji i veći, oni se raskidaju i loptice se iznova grupišu. Ove protoćelije se spajaju i kreću ukrug – počinju da vezuju energiju. Ove sintetičke protoćelije praktično imaju metabolizam. Neke nove forme postojanja. Gotovo život.
Zamislimo li da je naša posuda dovoljno velika (ili loptice vrlo, vrlo male), tako da bude milion vrsta loptica u njoj. Moglo bi se očekivati i da se stvore divovski klasteri koji će energiju vetra zarobiti na duže vreme, razmenjivati loptice. Metabolisati. Cepati se, spajati i tako se reprodukovati. I kako vreme prolazi, evoluirati u složenije forme. Živeti, i to sasvim bez organskih molekula i onog što obično smatramo živim.
SINTETIČKA ĆELIJA: Sledeći tradiciju koju je još početkom XX veka započeo francuski biolog Stefan Leduk, naučnici poput danskog biologa Martina Hanczika (Hanczyca) koriste vrlo slične recepte za dobijanje sintetičkih protoćelija, odnosno "živih" formi od neživih molekula. Samo što umesto mehaničkih "molekula", odnosno loptica, koriste kapi ulja i kašu od desetak molekula kojima stvaraju gotovo "žive" strukture. Takozvana sintetička biologija nudi čitav niz recepata za strukture koje mogu da zadovolje bar neke od formalnih definicija života.
Sintetička biologija se, generalno, bavi pokušajima da se stvori veštački život kao takav. Pod pojmom sintetički život, što je na neki način oksimoron, obično se podrazumeva veštački život koji je biološki i treba ga razlikovati od veštačkog života, koji se odnosi na artificijelne, robotske sisteme.
Međutim, šta je život? Da li je sasvim nevažno kakvu hemiju ili fiziku koristi? Da li će se ta pojava kao emergencija javiti na raznim skalama i raznim nivoima kompleksnosti? Potraga za pitanjem nastanka i razumevanja života poslednjih decenija nauku vodi u smerovima koji su daleko odmakli od biologije. Neuspeh u pokušajima da se u laboratorijskim uslovima od nežive napravi živa materija vodi brojne naučnike ka takozvanim prelaznim formama.
Jednu biološku ćeliju čini milion raznih vrsta molekula. Ona je daleko kompleksnija od bilo kog mehaničkog i hemijskog modela koji će pokazati neke osobine života, kao što su kompleksnost, vezivanje energije, reprodukcija i metabolizam.
Mada je broj definicija života ogroman, većina istraživača se slaže da život mora pokazivati ovih nekoliko osnovnih karakteristika. I većina se slaže da on ne mora biti uopšte zasnovan na ugljeniku i organskim molekulima. U prirodi postoji čitav niz prelaznih formi – ako su bakterijske ćelije najmanje jedinice života, šta su virusi koji imaju samo DNK, bića bez tela koja mogu da se reprodukuju samo kao paraziti. Zašto neka od prelaznih formi ne bi bila i sintetička protoćelija?
SUPERORGANIZAM: Pojedini istraživači i mislioci pak život već vide svuda oko nas, ali ne kao manifestaciju organskog života, već kao pojavu koja je karakteristika svih kompleksnih sistema – između ostalog i same planete Zemlje. Ovaj koncept se zasniva na takozvanoj Geja hipotezi, prilično kontroverznoj i istovremeno uzbudljivoj teoriji o Zemlji koja kao celina, sa svojim okeanima, atmosferom i živim svetom neprekidno evoluira kao jedan gigantski organizam. Ideja potiče još iz XVIII veka, a javljala se i u SF literaturi kao motiv o Zemlji kao živom biću.
Moderni koncept Zemlje kao superorganizma osmislio je 1972. godine engleski hemičar Džejms Lavlok, zaključivši da se planeta nalazi u dinamičkoj ravnoteži i da sama sebe reguliše. Nazivu Geja hipoteza navodno je kumovao Lavlokov prvi komšija, romanopisac Vilijam Golding, slavni autor Gospodara muva. Početkom osamdesetih godina, Lavlok je svoj koncept pokušao da dokaže računarskom simulacijom koja je poznata kao Svet belih rada (Daisyworld), model u kome planetu prekrivaju bele i crne rade koje odbijaju i upijaju Sunčevu toplotu, grejući i hladeći planetu sa promenom svog brojnog stanja. To gotovo sasvim liči na ono što doživljavaju kolonije bakterija u ljudskom telu ili rojevi pčela u košnici, koji kao celina predstavljaju superorganizam.
Kako god, bilo koji od pristupa pokušava da odgovori na osnovno pitanje – kako je život tek tako slučajno nastao iz neorganske materije? I dok evolucija ispituje kako se nešto što je već bilo živo s vremenom menjalo i transformisalo, biološka teorija koja se bavi problemom kako je od nežive materije nastao život na Zemlji, naziva se abiogeneza. Ona istražuje tajni recept koji je, tamo negde u toplom Praokeanu, bar jednom uspeo. I potom nastanio celu planetu.
Evolucija
Tri miliona godina pre epohe ljudi, australopitekusi trče afričkom savanom. Šezdeset pet miliona godina ranije planetom vladaju dinosaurusi. Šeststo miliona godina pre toga dolazi do prve eksplozije višećelijskog života koji se širi planetom. Četiri milijarde godina ranije, na planeti bez kiseonika, prvi organski molekuli plutaju toplim morem.
"Tako, osim rata u prirodi, usled gladi i smrti, neposredno proizlazi najuzvišeniji objekt koji možemo zamisliti, naime stvaranje viših životinja", kaže Čarls Darvin. Šta je uopšte evolucija? Mada o njoj uobičajeno mislimo kao o sporom procesu koji traje milionima godina, ona svakog dana bukvalno živi u nama, menjajući i razvijajući sve one populacije mikroorganizama koje naseljavaju ljudsko telo.
Ponekad se čak kaže da razvoj pojedinih ljudskih osobina (poput sposobnosti da se pije kravlje mleko ili vari pivo) ljudi duguju evoluciji i prilagođavanju pojedinih sojeva bakterija. Naime, bakterije žive izuzetno kratko, brzo se razmnožavaju i njihovo generacijsko vreme ne traje sedamdesetak godina kao kod čoveka, već se meri danima i satima, pa je i njihova evolucija u odnosu na evoluciju sisara – gotovo ekspresna.
Sve je, uostalom, u igrama brojeva. Mogućnosti evolucije dodatno se mogu otkrivati u eksperimentima, pre svega sa bakterijama i organizmima koji imaju izuzetno kratko generacijsko vreme i brzu evoluciju. Tako je evolucionista Ričard Lenski sa Univerziteta u Mičigenu sa saradnicima uspeo da za deset godina isprati promene kod čak 45.000 generacija mikroba koji se za samo jedan dan toliko razmnože da dočekaju praunuke svojih praunuka.
Bakterije su pokazale dramatične promene tokom tog perioda i formirale zasebne vrste. No, u poređenju sa ljudskom evolucijom, eksperiment Lenskog je ispratio samo mali vremenski interval evolucionog razvića, koji je kod ljudi uporediv sa periodom od milion godina, što nije tako davno – pre 45.000 generacija, umesto ljudi planetom su hodali Homo erectusi. A ako se pratilo dejstvo selekcionog pritiska u dužim intervalima, kolike bi tek dramatične promene bile uočene?
Entropija
Život je jedna od pojava u prirodi koja narušava čuveni Drugi princip termodinamike, koji se u literaturi, filmovima i stripu često pojavljuje kao duboki filozofski zakon koji upravlja sudbinom univerzuma, što nije čudno jer je to jedan od univerzalnih fizičkih zakona koji utvrđuje nepovratnost fizičkih procesa i na izvestan način pokazuje da vreme teče u jednom smeru.
U osnovi, ovaj princip je još u XIX veku definisao lord Kelvin i on samo konstatuje očiglednu činjenicu da se toplota ne može prenositi sa hladnijeg na toplije telo. Kad se definiše pomoću fizičke veličine poznate kao entropija, koja je mera neuređenosti fizičkog sistema, Drugi princip termodinamike zapravo govori da se neuređenost u zatvorenim sistemima neprestano povećava. To jest da entropija raste.
Međutim, postoje mnogi procesi u kojima to naizgled nije tako, a najčešći i najpopularniji povod za debate o entropiji jeste činjenica da se nered smanjuje u biološkim sistemima. Živa bića rastu i razvijaju se tako da se u njima stalno povećava uređenost. Da li živa bića zaista narušavaju Drugi princip termodinamike?
Odgovor je da život ne narušava ovaj zakon jer se u tako postavljenom pitanju previđa važan detalj. Biološki sistemi, čovek, drvo ili tigar, nisu izolovani u stanju termodinamičke ravnoteže. Oni se stalno snabdevaju energijom iz okoline. To omogućuje da se uređenost živih organizama stalno povećava, a entropija smanjuje.
No, prema rasprostranjenom viđenju, nered i ukupna entropija u univerzumu stalno rastu. To je zato što su svi spontani procesi nepovratni, a znači da se sve manje energije može pretvoriti u mehanički rad. Inače, koncept entropije je 1850. godine u fiziku uveo nemački fizičar Rudolf Klauzijus, a slavni britanski fizičar Džejms Klark Maksvel je objasnio kako su rast entropije i nepovratnost fizičkih procesa istiniti kao što "kada se pehar pun vode prospe u okean, nije moguće ponovo iz okeana zahvatiti isti pehar i pronaći prosutu vodu". Uz takvo tumačenje Drugog principa, zaista primamljivo zvuči da živim organizmima uspeva da svoj pehar povrate iz okeana.
POŠALJI KOMENTAR REDAKCIJI
|  |
ODŠTAMPAJ TEKST
|
|||
| |||||
|
| |||||
IZ ISTOG BROJA
-
Vreme nauke >
Četrdeset četiri
Čarls Darvin -
Etika života >
Kada je fetus postao čovek
M. Vidić -
Život van Zemlje >
Potraga za zelenim poljoprivrednicima
M. Vidić -
Interval >
Nema teorije
FOTO GALERIJA
Miler Urej eksperiment
Pre četiri milijarde godina, u primordijalnoj supi, obični neorganski materijali se naizgled iz čista mira pretvaraju u prvi život. I mada postoji sijaset teorija i hipoteza kako je do toga moglo doći, još uvek život iz neorganskih molekula nije napravljen u laboratoriji. Koji tajni sastojak nedostaje? Kako popuniti prazninu između nežive materije i nastanka samoreplicirajućeg živog sistema? Kako to ponoviti u laboratoriji?
Za razliku od sintetičkih biologa, neki naučnici već decenijama pokušavaju da iznova stvore život od ugljenika, simuliraju uslove "primordijalne supe" ili neke druge, koji su po brojnim hipotezama vladali u vreme kad je od neorganskih molekula nastala prva "koacervatna" kapljica, odnosno jedna veća gomila molekula koja više nije bila samo to, već živo biće.
Najpoznatiji eksperiment da se takvi uslovi naprave je Miler-Urej eksperiment (Miller-Urey), koji su 1952. godine na Univerzitetu u Čikagu izveli Stenli Miler i Harlod Urej, u želji da provere hipotezu o nastanku života Aleksandra Oparina i J.B.S. Holdejna (Holdane).
Prema njihovoj hipotezi, uslovi na primitivnoj Zemlji podstakli su hemijske reakcije u kojima su se od neorganskih sintetisala organska jedinjenja. Miler i Urej su napravili eksperiment sa vodom u staklenoj posudi (okeanom), električnom varnicom (munjom) i gasom u kome je bio izmešan metan sa amonijakom (atmosfera), i uspeli su da u laboratorijskim uslovima dobiju čak pet amino-kiselina.
Njihov eksperiment sa poreklom života ponovljen je više puta, a u izvedbi 2008. godine naučnici su veštački dobili čak 22 amino-kiseline. Međutim, brojni drugi in vitro (u staklu) pokušaji da se u takvim uslovima stvori nešto što će biti ne samo organski molekul već živi stvor, nikada nisu uspeli.
