Egy előző posztban Nick Lane "Life ascending", vagyis "Az élet, feltörekvőben" című könyvét méltattam. Jó okom van rá, hiszen nagyszerűen összeszedte azokat az okokat, gondolatokat és elméleteket, amelyek az ő Top10-es listájára felkerültek.
Nézzük az második ötöt részletesebben.
A mozgás
Arról gondolom nem kell senkit sem meggyőzni, hogy a mozgás, a helyzet- és helyváltoztatás nagy találmánya az életnek. A mozgás nélküli passzív élet helyett aktív táplálékkeresést, védekezést, párválasztást és párzást teszi lehetővé. De az, hogy létezik, Lane szerint nem magától értetődő, de logikus következménye volt a bolygó lassú de biztos átalakulásának, amelyek a fotoszintetizáló növények okoztak.
Szabad oxigén nélkül ugyanis többsejtű organizmusok számára lehetetlen a mozgás. Ennek oka az energiaháztartásban rejlik, vagyis a mozgás óriási energiaigényében, amit teljes oxidáció nélkül nem lehet sokáig vagy megfelelő sebességgel fenntartani. Egy másik fontos akadály a sejtfal maga, amit persze az összetett sejtek elhagytak már a kialakulásuk során. A nagy kérdés persze az, hogy mi kell még ezen kívül ahhoz, hogy egy organizmus mozogni tudjon? A válasz meglepő.
Semmi.
Azért semmi, mert minden más moleculáris és sejt szintű fejlődés, ami a mozgáshoz, az izomzat kialakulásához szükséges, már jelen volt az ős összetett sejtekben. Az aktin, ami az izomsejtek egyik legfontosabb fehérjéje, megtalálható szinte minden egyszerű és összetett sejtben. A sejten belüli mozgásokért, a sejt orgánumainak mozgatásáért, a sejtosztódásért felelnek az aktin alapú szálak-rostok.
Vagyis a mozgás lehetősége alapjaiban rendelkezésre állt az összetett sejtekben. Amikor az oxigén szint annyira megemelkedett, hogy lehetővé tette a teljes (tehát nem csak tejsavig elmenő) oxidációt, és ezzel a táplálékból való energiakinyerést, a ragadozó életmóddal párhuzamosan kialakultak, differenciálódtak a mozgáshoz szükséges szervek. S azóta is rohanunk az életünkért (vagy elől vagy hátul az üldözésben).
A látás
A látás az egyik kulcsfontosságú érve az isteni beavatkozás, vagy isteni tervezés (divine intervention vagy grand design/er) szószólóinak érvelésében. Miszerint a szem, mint érzékszerv, nem alakulhatott ki evolúciós folyamat által, tehát egy felsőbbrendű lénynek (legyen ez akárki is) azt megterveznie.
Lane világos gondolatmenettel és bizonyítékokkal világít rá, hogy ez mind nem igaz. A látás, csakúgy mint bármilyen más érzékszerv evolúciós nyomásra és evolúciós eszköztár segítségével alakult ki olyanná, mint amilyen az most. Ez annyit jelent, hogy a szem, mint érzékszerv nem csak egyszer, hanem többször is párhuzamosan kifejlődött, s azt is jelenti, akármennyire is nehéz ezt elfogadni, hogy a mi szemünk — legalábbis mérnöki szempontból nézve — nem a legtökéletesebb alkotás, ennél jobb tervek és megoldások is születtek az evolúció során. A legutóbbi kutatások szerint a szem, a jelenlegi összetett formájában, viszonylag gyorsan, akár pár millió év alatt is kifejlődhet. Vagyis sem isteni beavatkozás, sem hosszú idő (legalábbis evolúciós szempontból hosszú idő) nem kell hozzá.
Molekuláris szinten a rodopszin (és a többi 'opszin'), mint fényérzékelő molekula csak egyszer alakult ki, és jelen volt már az ős összetett sejtben is, és öröklődött tovább bizonyos változtatásokkal. Ezekre azért volt szükség, hogy a fényelnyelési spektrumot (vagyis azt a frekvenciatartományt, amely a rodopszin elektron energiaszintjeit gerjeszti) változtassa a sejt.
De miért is volt szükség a rodopszinra alapvetően? A válasz erre is meglepő. Nem azért, hogy lásson vele a sejt, hanem azért, hogy a fénysugárzás káros hatása ellen védje a sejtet. S ez egyből érthetővé válik, ha valaki belegondol, hogy az evolúció több mint egy milliárd évig szabad oxigén nélkül, vagyis ózonréteg nélkül, állt ellen a földet érő ultraibolya sugárzásnak. Ehhez kellett a rodopszin, nem a látáshoz. De mint annyi máskor, az evolució 'újrahasznosísotta' a már meglévő molekulákat, s felhasználta a belső 'naptej' molekuláját a látáshoz később.
A melegvérűség
A melegvérűség rengeteg energiát emészt fel. Hiszen a test nem csak az alapvető energiaszükségletét kell, hogy fedezze, hanem folyamatosan és kontroláltan fenntart egy, a környezeténél rendszerint magasabb, hőmérsékletet. Miért is van erre szükség?
Lane válasza a kitartás, a sztamina körül forog először. Vagyis amíg egy hidegvérű (vagy pontosabban váltakozó hőmérsékletű) állat esetén egy rövidebb idejű mozgás után a szervezetnek hosszú ideig kell 'regenerálódnia', vagyis erőt gyűjtenie ahhoz, hogy ezt megismételje, addig a melegvérű állatoknál a erőkifejtés hosszabb ideig tart, a regenerálódás pedig rövidebb ideig.
A mozgással, vagyis a ragadozó-préda hajszával, párosítva a melegvérűség hatalmas evolúciós előnyt jelent, amelyet, ha már egyszer kifejlődött, nem ad fel egyetlen faj sem. De ez még mindig nem ad választ arra, hogy miért is alakult ki a melegvérűség, vagyis miért tartjuk fenn alapállapotban (tehát nem akkor, amikor mozgunk) a testhőmérsékletet.
A válasz (az egyik lehetséges válasz) nagyon meglepő.
Ugyanis semmi köze sem a vadászathoz, sem a belső szervek magasabb hatásfokon tartásához, sem a légzéshez (ami elengedhetetlen ahhoz, hogy egy szervezetnek elég oxigén álljon rendelkezésére ahhoz, hogy a testhőmérsékletét fenn tudja tartani).
A megoldást a nitrogén háztartásban találjuk meg. Vagyis abban, hogy ahhoz, hogy egy növényevő szervezet elegendő nitrogénhez jusson, rengeteget kell ennie. Ennek semmi más oka nincs csak az, hogy a növények fajlagos nitrogén tartalma (ami a fehérjeszintézishez szükséges) jelentősen kisebb, mint az állatoké. Ha egy növényevő a szervezetét építeni akarja, akkor nagyon sok növény kell elfogyasztania. S ezzel nagyon sok kalóriát fog a szervezetébe bevinni.
Amit el kell égetni valahogyan. A mitokondriumok képesek erre, de alapállapotban rengeteg sejten belül felhasználható energiát, ATP-t, gyártanának, amivel aztán a sejt nem tud mit kezdeni. Az ATP felhalmozódása után a mitokondrium leáll az 'égetéssel', az egész folyamat bedugul. Viszont, ha a mitokondriumban található sejtfalakon lyukak vannak, ahol az ATP készítéséhez elengedhetetlen proton koncentráció különbség ki tud egyenlítődni, akkor kevesebb ATP készül. Viszont hő termelődik eközben.
Vagyis egy nagy növényevő, előbb vagy utóbb rákényszerül arra, hogy hőt termeljen, méghozzá folyamatosan, hiszen valahogy át kell magát 'rágnia' a nagy energiakoncentráción, amit a növényekben levő cukor alapú poliszacharidok jelentenek azért, hogy a fehérje szintézishez szükséges nitrogénhez hozzájusson. Ha akarja, ha nem, előbb vagy utóbb melegvérű lesz.
Az eszmélet
Talán a legrövidebb fejezet ez a könyvben, ahol Lane nem is próbál beleásni az agy működés rejtelmeibe. Ezzel sikerül is elkerülnie a nagy filozófiai buktatókat. Inkább a fiziológiás fejlődésre koncentrál, a látás és a (fájdalom) érzés kialakulására és fontosságára.
A látás neurológiai alapja maga külön könyvekre való témakör, Lane is csak a legfontosabb elemeket jegyzi. Ezek között a vizuális kéreg (cortex) nagyjából 70-100 Hz-es felfogóképessége az első, vagyis az, hogy a látókéreg ennél gyorsabb változásokat nem képes érzékelni. Ennek az az oka, hogy az érzékeléshez meghatározott neuron kapcsolatoknak egyszerre kell beindulnia, és egyszerre 'rezonálnia'. Vagyis ahhoz, hogy a szem által közvetített információból az agy által értelmezhető 'kép' legyen, neuronok ezreinek kell egyszerre kommunikálnia egymással.
S ebből az értelmező agy még mindig nem 'fog fel' mindent, hiszen az agy ezen része egy nagyjából 40 Hz-es 'ritmusra' jár, vagyis másodpercenként negyvenszer képes hasonló neurális köröket mozgásban hozni.
De ez még nem ad választ arra, hogy mi is az eszmélet. Lane definíciója szerint ez nem más, mint az a képesség, hogy egy érzést vagy érzelmet érezzünk. S itt rejlik a nagy kérdés: azt tudjuk, hogy egy idegsejt hogyan továbbítja az információt, azt is, hogyan érzékelünk valamit (fájdalom, fény, hang), de arra nagyon nehéz megadni a választ, hogy ezen érzékek hogyan alakulnak át érzéssé. Vagyis, milyen fizikális állapot kapcsolható össze azzal, hogy valaki szomorú vagy vidám, vágyakozik vagy kielégült.
A bár választ nem ad a kérdésre, Lane jól látja, hogy ahhoz, hogy bizonyos neurális áramkörök egyszerre működve letérképezzenek egy érzékszervi bejövő információt, az szükségeltetik, hogy ezen áramkörök ne legyenek 'tudatában' annak, hogy léteznek. Vagyis, hogy az agy ne tudja, hogy létezik, cserébe azért, hogy érezhesse, hogy mi történik körülötte. S ilyen alapon, mármint hogy meghatározott agyi áramkörökhöz kapcsolhatóak az érzelmek, és ezzel az eszmélet tudat is, kutatható. Még nem tudjuk pontosan, hogyan működik, de semmi nem áll annak útjában, hogy ezt kifürkésszük.
A halál
Az utolsó, és talán legfontosabb 'találmánya' az életnek a halál, vagyis annak képessége, hogy a szervezet kontroláltan kikapcsolja egyes sejtjeit, funkcióit. Érdekes módon ez a találmány is azért fejlődött ki, hogy a túlélést segítse. Már az egysejtű élőlényeknél is jelen van, és nagyon gyakran a populáció védelmét szolgálja az, hogy egy sejt a sok közül saját indíttatására kivégezheti önmagát. Gondoljunk csak a baktériumok és vírusok harcára, ahol egy baktérium tenyészet továbbélését elősegíthei az, ha egy vírussal megfertőződött sejt nem vírusokat gyárt, hanem 'öngyilkosságot' követ el: teljességgel leállítja a sejtfolyamatokat és feloldja saját magát ahelyett, hogy a vírust replikálná, s ezzel még több vírust szabadítana a szomszédaira.
De sejt és a szervezet halála között nagy a különbség. Míg egy sejt halála megmentheti a szervezetet, a szervezet halála nem feltétlenül hat pozitívan a közösségre. Weismann még 1880-ban tételezte fel tévesen, hogy azért öregszünk, hogy elkopva-elhasználódva meghaljunk, új életteret biztosítsunk a következő generációnak. A baj itt csak az, hogy ehhez pont az öregedést, mint folyamatot kell feltételezni, s ugyanezzel magyarázni, hogy miért is öregszünk.
Lane szerint a fő ok a mitokondriumokban, illetve a mitokondriumok membránján átszökő szabadgyökök koncentrációjában keresendő. Persze végigjárja a teloméres, gerontogénes, kalóriacsökkentéses utat, de a megoldást mégiscsak a szabadgyök koncentrációjában, és az ezzel együtt járó sejten belüli stresszre adott reakciókban találja meg. Jó oka van rá, hiszen a legújabb kutatások szerint igenis lehetséges az egészséges, betegségmentes szakaszát az öregségnek kiterjeszteni. Vagyis azt elérni, hogy a középkorú állapot, a reprodukción túl, de még nem betegségekkel tűzdelve meghosszabbodjon, és az élet minősége folyamatosan magas maradjon az elhalálozás bekövetkeztéig.
Mind a madarakban, mind a denevérekben, és mind az olyan populációkban, ahol átlagon felüli magas életkort érnek el az emberek, alacsony szabadgyök koncentrációt mérnek a sejtekben. S ezt a sejtek nem az antioxidánsok koncentrációjának növelésével érik el, hanem egy pontmutációnak köszönhetik, amely lecsökkenti a mitokondriumokbók kiáramló szabadgyökök mennyiségét nagyjából egy nagyságrenddel.
Ezek az eredmények persze rögtön felvetik annak lehetőségét, hogy ezt a pontmutációt másokban is előidézzük géntechnológiai eszközökkel. Mint Lane írja, azzal, hogy az élet minőségét megnöveljük, még nem feltétlenül hosszabbítanánk meg a várható életkort. Helyette betegség mentesebbé tehetnénk, ami mindenképpen megérné. De nagyon valószínűleg nem fogunk ettől kétszáz vagy akár ezer évig élni.
"Kicsi annak az esélye, hogy örökké éljünk, de nem is akarnának sokan. [...] Az agyunk nem lecserélhető. Amikor az idegsejtek meghalnak, nincs mivel őket pótolni. Ha őssejtekkel újra is tudnánk ezeket teremteni, az idegsejtek kapcsolataiban felhalmozott tapasztalatokat nem tudjuk újrateremteni a semmiből. Vagyis az örökké élés ára a saját emlékeink és tapasztalataink feláldozása. S ezek pont azok, amik minket emberré tesznek."
