Šta nam, zapravo, govore nauke o životu? Pojam živog

Nauka pokušava komplikovano vidljivo da svede na prosto nevidljivo.

Svi smo u školama bar po nešto učili o kvantnoj i relativističkoj fizici. Priče o mački koja je i živa i mrtva ili o blizancima koji stare nejednakom brzinom pokušale su da nam prenesu slike koje je proizvela fizika početka dvadesetog veka. Malo pre toga, hemija je u svom zamahu pokazala da je sve kombinacija malog broja elemenata, čije osobine određuju ponašanje supstancijalnog univerzuma. I ne samo što je pokazala, već je, sa Mendeljejevim, počela da predviđa. Ovakva otkrića promenila su svest učenog čoveka o vremenu i prostoru koji ga okružuje. Implikacije ovih nauka postale su očiglednije od teorije koja iza njih stoji. A šta je sa naukama o životu? Jedino što nas je naučila biologija jeste da podelimo i opišemo (ograđujem se o teoriju evolucije). Kako je moguće da jedna takva disciplina bude dominantna naučna oblast savremenog sveta? Šta je, pobogu, ona otkrila, a da se tiče poimanja bića, onakvog kakvo može da razume ma ko ko ume da čita, piše i misli, bez nužnosti da čita hiljade stranica i uči hiljade termina? U nekoliko narednih tekstova pokušaću da ukažem na one principe, koje su uvele nauke o životu, a koji su vodeće promene u naučnom shvatanju sveta tokom poslednjih pedesetak godina. I naravno, počeću univerzalnim, osnovnim pitanjem i odgovorom koje na njega nudi savremena nauka:

Šta je živo, šta je život i šta je živo biće?

Želim da napomenem, pre nego što počnem sa pregledom odgovora na zadato pitanje, da ovaj tekst nema namenu naučnog rada, te neće biti strogo referenciran, kao i donekle uprošćen. Gotovo sve izneto u narednim poglavljima obrađeno je u knjigama „Logika živog“ Fransoe Žakoba i „Šta je život?“ Ervina Šredingera, iz ugla dva Nobelovca koji su govorili o temama u jeku njihovog bujanja i koje toplo preporučujem. Obe knjige su prevedene na srpski jezik. Takođe, najveći deo iskazanih informacija može se pronaći u ma kom kvalitetnom udžbeniku iz biohemije, biofizike ili molekularne biologije, sa nešto formalnijim pristupom i jezikom nego u gore navedenim.

Kako bismo razumeli ponuđene odgovore na ova pitanja, kao i njihovu potpunu nejednakost, moramo se podsetiti nekoliko principa preuzetih iz ostalih nauka: princip uređenosti, princip informacije, princip stabilnosti i princip inertnosti. Kada razumemo ove ključne koncepte, i to onako kako ih je konačno oblikovala svest o živom, sasvim će nam biti jasno sve gore zahtevano.

Dakle, počećemo sa uređenošću. Reč je o terminu kojem je tokom devetnaestog veka Ludvig Bolcman dao primat u nauci, koji je, prvi put u istoriji, vreme učinio jednosmernom dimenzijom. Mnogi istoričari nauke smatraju da je ideja neuređenosti obezbedila tlo Čarlsu Lajelu i Čarlsu Darvinu da pretpostave da planeta Zemlja i život na njoj imaju jednosmernu istoriju, redom. Možda nam je poznat drugi princip termodinamike, koji kaže, parafraziram, da uređenost univerzuma neprekidno opada. Ili, u slučaju pojedinačnog slučaja, da je malo verovatan događaj koji će dovesti do uređivanja univerzuma. Ako pitamo zašto, nameće se odgovor koji se nalazi u samom pitanju: zašto će se dogoditi neuređenije, haotičnije, verovatnije? Zašto je verovatnije da, kada bacamo žeton, dobijamo i glave i pisma nego samo glave? Jasno je da je odgovor u odabiru reči: verovatnije. Pre početka eksperimenta, postulirali smo da je jednako verovatno da novčić padne na obe strane. Kakav je, imajući to u vidu, smisao pitanja sa jednakim brojem pisama i glava? I ne samo to, već i pitanje „Zašto neće novčić pasti tri puta na pismo, pa tri puta na glavu, ili pak slediti neki još složeniji algoritam?“ Dakle, u samom konceptu verovatnosti leži neuređenost. I ako je do verovatnoće, ona je neprestana i nužna. Ako imamo gomilu pokretnih molekula u delu prostora, očekujemo da će oni da se rašire po okolini. Ne iz razloga što se oni na većem prostori lepše osećaju, već iz proste osobine tog kretanja da ih usmerava haotično, u svim pravcima. Dakle, tokom vremena svaki izolovani sistem teži smanjenju uređenosti kao svom neodvojivom svojstvu. Stanje svemira nije uravnoteženo, već jednosmerno, ka haosu.

Dalje, informacija. U fundamentalnoj nauci kraja dvadesetog veka, ne postoji disciplina koja se bar nekad neće pozvati na ovaj termin. Kakvo je njegovo značenje među naučnicima o životu? Ovo je tesno povezano sa prethodnim terminom. Ili preciznije, to je njegov sinonim. Ako želimo da kažemo da novčić pada tri puta na pismo, te dva puta na glavu, mi iznosimo informaciju koja se ispoljava povećanom uređenošću. Ili obratno, uređenost padanja novčića po sebi nosi informaciju o sebi samom. Što je uređenost veća, informacija je složenija. Važno je razumeti da ovo nije implikacija razumnog procesa, već direktna posledica značenja reči. Na primer, u sistemu tri novčića koji padaju istovremeno, jedan novčić pada na glavu svaki peti put, drugi na pismo svaki treći put, a treći pada na glavu ako su prva dva pala na različite strane, a na pismo ako su pala na iste. Posmatrajući tako ova tri novčića tokom vremena, mi ćemo uvideti da je njihovo padanje uređeno ili ćemo reći da postoji informacija o algoritmu padanja. Slično je sa molekulima zarobljenim u delu prostora: ako vidimo gas u obliku jednoroga, do našeg mozga dopreće informacija o jednorogu na tom prosoru. Dakle, informacija se ogleda u uređenosti i sistem bogatiji informacijom je uređeniji i dakle, ima veću težnju da postane haotičan. A ako bacimo bombu na grad izgrađen po informaciji koju je prosledio arhitekta, informacija će prestati da se ispoljava, tj. nastupiće haos.

Princip stabilnosti se oslanja na prethodna dva. Kao što smo zaključili, sistem bogat informacijom (dakle uređen sistem), verovatno (ili kako prirodnjaci radije sinonimom kažu, spontano) će se transformisati u sistem sa manjim sadržajem informacije. Kada poredimo ovaj početni i potonji sistem, koristimo reč stabilost: drusi sistem je stabilniji od prvog. Ili na drugi način, drugi sistem je siromašniji informacijom (tj. manje uređen) nego prvi. Drugi sistem će opet, da se spontano transformiše u treći, informacijom siromašniji sistem. Ili prevedeno na priču o novčićima, ako napravimo kulu od sto novčića i stavimo je na tresilicu, uskoro će od nje nastati kula sa dvadeset novčića, a ostalih osamdeset će se rasuti po neposrednoj okolini (ovo je, iako se možda ne čini, informacijom siromašniji sistem: mi nužno opisujemo samo dvadeset novčića u stubu da bismo ga okarakterisali), potom pet novčića u stubu i devedeset i pet u okolini, i na kraju, neće više biti stubova, tj. neuređenost će biti maksimalna. Nastaće najstabilniji mogući sistem.

Međutim, ako onu prvu kulu novčića obmotamo gipsom, mnogo će tresti tresilica bez efekta. To, međutim, ne znači, da on nema tendenciju da postane haotičniji: ako mu damo dovoljno vremena (ili ga energičnije protresemo), postaće jednako neuređen kao što je i nearmirani sistem postao. Dakle, sistemi su približno jednako uređeni u odnosu na potpuni haos, jednako stabilni. Ono u čemu se razlikuju jeste brzina smanjenja stabilnosti, koja se karakteriše terminom inertnost: što je ona manja sistem je inertniji i obrnuto. Zaključujemo da, iako mnogi sistemi jesu nestabilni, njihova inertnost može da ih učini gotovo nepromenjenim tokom dugog vremenskog perioda. Iako svemir teži uneređivanju, čuveni drugi princip nigde ne govori o njegovoj moći da to uneređivanje brzo ostvari. Jedino što zapravo pouzdano znamo je da je malo verovatno da počne da se uređuje i da će, ako se pravila ne promene, u beskonačnotoj sekundi od sada biti maksilano velik i neuređen. Jer, kako kaže Fransoa Žakob, za nauku nije nužno da Bog ne postoji, važno je samo da ne menja pravila igre koje je postavio od trenutka kada čovek može da spozna svet oko sebe.

I sada možemo da priđemo u nazivu poglavlja postavljena pitanja. Evo koncenzusnih odgovora koje moderna biologija nudi:

Živo je sve ono nestabilno i neinertno što, u celini, održava svoju uređenost i način na koji se ona manifestuje kroz vreme, a izgrađeno je iz jedinjenja ugljenika kao osnovnih strukturnih konstituenata.

Važno je skrenuti pažnju na zamku česte pogreške pri interpretaciji, koja navodi da se živi sistemi protive težnji ka opštem uneređivanju. Drugi sistem termodinamike podrazumeva neprestano uneređivanje univerzuma kao celine. Živi sistemi održavaju svoju, lokalnu uređenost (ili je čak povećavaju razmnožavanjem), ali na uštrb povećanja neuređenosti okoline. Dakle, ne postoji nikakva magija kojom život izmiče opštem poretku, samo postoji specifičnost koja je sa njim saglasna.

Život je pojava održavanja uređenosti živog.

Ako sam već primoran, doslednošću, da navedem neku koncenzusnu definiciju živog bića, neka to bude (unapred se izvinjavam da netačnosti): živo biće je sistem molekula sposoban da se kao pojedinačan umnožava, ali ne svakim svojim delom, već samo specijalizovanim delovima zvanim polne ćelije u slučaju višećelijskog organizma (ovo je kriterijum koji volvoks čini kolonijom, a ne organizmom – ne postoje međusobno nezamenljive polne i telesne ćelije) čijem je opstanku podređen ostatak sistema. Vidimo, dakle, besmrtnost živog ispoljenu kroz smrtnost oklopa koji sačinjavaju sve ćelije višećelijskih organizama, osim večnih, polnih.

Treći termin, živo biće, je trenutno najproblematičniji, ako uopšte definicijabilan. Da li je volvoks kolonija hlamidomonasu sličnih algi ili zaseban organizam? Da li smo mi, sa bakterijama creva čiji broj višestruko premašuje broj humanih ćelija (i bez kojih ne opstajemo), jedan jedinstven organizam? Da li su dve jagode, nastale iz matične biljke izrastanjem iz stolona postale nove biljke, ako stolon i dalje postoji? Ili pak (čak?) ako ne? Poznati su primeri čitavih šuma, sa megaorganizmom Pando u Juti kao ekstremom, izgrađenih, po ovoj ideji, od samo jednog drveta sa zajedničkim korenskim sistemom i hiljadama stabala. Kakvo je značenje fizičke povezanosti i da li je, da bi nešto bilo organizam neophodno da ne razmenjuje supstanciju sa drugim? Ili informaciju? U krajnjem slučaju, da li ti i ja imamo nezavisne svesti u onoj meri u kojoj mislimo? Jedan od osnovnih ciljeva savremene biologije jeste ispitati mehanizme protoka informacija unutar organizma i među organizmima. Ako se ispostavi da su ovi mehanizmi identični, gde prestajem ja, a počinješ ti? Ne budimo smešni pozivajući se na fizičke barijere površine kože. To smo davno prežvakali.

Ako sam već primoran, doslednošću, da navedem neku koncenzusnu definiciju živog bića, neka to bude (unapred se izvinjavam da netačnosti): živo biće je sistem molekula sposoban da se kao pojedinačan umnožava, ali ne svakim svojim delom, već samo specijalizovanim delovima zvanim polne ćelije u slučaju višećelijskog organizma (ovo je kriterijum koji volvoks čini kolonijom, a ne organizmom – ne postoje međusobno nezamenljive polne i telesne ćelije) čijem je opstanku podređen ostatak sistema. Vidimo, dakle, besmrtnost živog ispoljenu kroz smrtnost oklopa koji sačinjavaju sve ćelije višećelijskih organizama, osim večnih, polnih.

Pred kraj, predočiću sve jednim primerom: postoji jabuka – živo biće. Ili drugačije rečeno, uređena skupina molekula i događaja kojom se ispoljava informacija nazvana „Postoji jabuka“. Ova jabuka nije stabilna: ako samo malo „pokreneš tresilicu“ drvcetom šibice, preći će za tili čas u ugljen-dioksid, vodu i malo pepela. Međutim, ona ima plod, koji se otkotrljao u dno brda na kom raste. U ovom plodu, oplođenoj jajnoj ćeliji sa omotačem, smeštena je informacija koja se zove „Postoji jabuka“. Kada je zemlja prihvati, ova informacija će krenuti da se ispoljava preuređivanjem atoma vazduha i zemlje u novu jabuku. Kako bi ovo uradila, u početku će razložiti omotač oko sebe (time povećavajući njegovu neuređenost), a potom će početi da (uređene) sunčeve zrake pretvara u (raštrkanu) toplotu, proces koji takođe uneređuje svemir. I posle nekoliko godina, moći ćemo da uočimo: „Postoji jabuka“. U međuvremenu, majku jabuku su pojeli termiti. Dakle, vidimo da jabuka nije inertan sistem, nije održao uređenost ne menjajući svoje stanje. Čak naprotiv, kroz koliko je samo transformacija ovo brdo prišlo da bi jabuka opstala! I to je, kao jedinka, ispoljila pomoću samo jedne ćelije koju je oplodilo udaljeno drvo sa istim imenom. A jabuka je nastavila da postoji, iako više ne deli ni jedan zajednički atom sa onom od pre samo jedne generacije.

Ovde se nameću nova pitanja: na koji način se ispoljava, a na koji način ostvaruje život? Šta je informacija o živom? Šta znači razmnožavanje i održavanje uređenosti? Da li je to održavanje identičnosti tokom vremena ili su dozvoljene određene fluktuacije, odstupanja? Ovo su, zajedno sa onima iz prethodnog pasusa, pitanja koja pokrivaju osnovne biološke discipline sadašnjosti: biohemija, molekularna biologija, genetika, fiziologija, evolucija i ekologija (ne zaštita životne sredine!). I osnovne odgovore na njih pružiće naredni tekstovi.

Za P.U.L.S.E: Igor Asanović

Tekstovi o nauci na portalu P.U.L.S.E

  Biologija, Ervin Šredinger, Fransoa Žakob, Nauka, Nauka o životu, Život