A magyar megoldás a legjobb eddig az élet meghatározására

A 21. század elején még mindig nem tudjuk pontosan meghatározni, mi az élet. Egyesek szerint hasonló nehézségekkel állunk szemben, mint azok, akik a vizet akarták definiálni a molekula-elmélet megalkotása előtt. A korábbi próbálkozások és a NASA-definíció után a nemrég elhunyt Gánti Tibor elmélete állhat legközelebb a valósághoz.

A tavalyi év legizgalmasabb tudományos hírei között az első "mesterséges" élőlény létrehozása, illetve a DNS-e felépítéséhez foszfor helyett (állítólagosan) arzént használó baktérium leírása is ott volt. Mindkét bejelentés kapcsán számos cikk született, amelyek ilyen-olyan színvonalon a felfedezések esetleges filozófiai vonatkozásait is taglalták: előbbi esetben a mesterséges, utóbbi esetben pedig a Földön kívüli élet potenciális léte jelentette azt a paradigmaváltó megfigyelést, ami miatt "megváltozik mindaz, amit az életről gondolunk".

Ezek fényében ésszerű feltételezés, hogy elég pontos definícióval rendelkezünk arról, mi az élet. Ez azonban nincs így. Az "élet" ugyanis - hasonlóan a "fajhoz" - a biológia legalapvetőbb, ugyanakkor definíciók szintjén legnehezebben megfogható fogalmainak egyike. Az Astrobiology című tudományos magazin több szerzőt is felkért a probléma körbejárására, ám a lap decemberi számában megjelent írásaikat elolvasva, csak egy dologban lehetünk biztosak: ez egy nehéz kérdés.

Az erdőtűz nem élőlény

Mind az élet, mind a faj fogalmát számos alkalommal próbálták megragadni az évek során, és a definiálás nehézségét jól jelzi, hogy igazából még mindig nem rendelkezünk mindent lefedő, logikailag kikezdhetetlen meghatározással. Az persze mindenki számára egyértelmű, hogy egy vizsla és egy szarvasbogár minőségileg más kategóriát alkot, mint ahogyan az is, hogy egy szikla és egy vizsla valami esszenciális tulajdonságában különbözik. Ám, amikor ennek a különbözőségnek a pontos meghatározására teszünk kísérletet, akkor olyasvalamit keresünk, ami nemcsak a fent említett evidens eseteket tudja kezelni, hanem arra is választ ad, hogy élőnek tekinthetjük-e a vizsla májsejtjeit, ha gazdájuk már elpusztult, vagy élőnek (lesz-e) tekinthető egy mutációmentes mesterséges baktérium.

A szintetikus genommal rendelkező M. mycoides baktériumok (további információ a szövegben)

A meghatározással az a legnagyobb probléma, hogy jelenleg szükségképpen körülíró lesz. Az élet nem egy elvont, elméleti konstrukció (mint amilyenekkel matematikában és filozófiában találkozunk), így definiálásakor csak arra tudunk hagyatkozni, amit eddigi ismereteink alapján állítani tudunk róla. Például minden sejt anyagcserét folytat, környezetéből tápanyagot vesz fel, amit növekedéshez és szaporodáshoz használ fel. De vajon akkor élőnek tekinthető-e az erdőtűz, ami teljesíti ezeket a kritériumokat? Természetesen nem. A valóban élő szervezetek tulajdonságaikat képesek örökíteni, gyakran mutációkból eredő, apróbb eltérésekkel, ám ezek az eltérések maguk is örökíthetőek lesznek. A tűz "szaporodása" során viszont ilyen jellegű információátadás nem következik be. Ebből a megfontolásból a lista-alapú definíciónkba beleépíthetjük az örökíthető változásokkal jellemezhető szaporodást is.

A DNS és a genetikai kód sem elég

Természetesen minél jobban megfigyeljük a ma minket körülvevő élő szervezeteket, annál több közös tulajdonságukat fedezhetjük fel. A tökéletes meghatározásra való törekvés során pedig erős a kísértés, hogy mindezeket fel is használjuk. Ugyanakkor ez a kényszer könnyen tévútra vezethet: a nagy igyekezet eredményeképpen nem általában véve az "élet" definíciójával állunk majd a kezünkben, hanem az "általunk ismert földi élet" pontos, de szükségszerűen limitált körülírásával.

Például minden általunk ismert szervezet elsődleges örökítő anyaga DNS-alapú (az egyszerűség kedvéért a vírusokat, amelyek közt RNS-genommal rendelkezők is léteznek, nem-élő replikátorokként kezeljük), és néhány könnyen megmagyarázható, így elhanyagolható kivételtől eltekintve, az "univerzális" genetikai kódot használja. Mégis szűklátókörűség lenne ezt a két tulajdonságot felvennünk a meghatározásunkba. Egyrészt világos, hogy a genetikai kód univerzalitásának történeti okai vannak (minden ma ismert földi élőlény egy közös őstől származtatható), és nem valami fizikai törvényszerűség miatt olyan, amilyen. (A kevés különleges kivétel is ezt támasztja alá.) Másrészt, ma már az is általánosan elfogadott, hogy az élet kialakulásakor valószínűleg nem a DNS látta el az információhordozó szerepét, hanem a feltételezések szerint az RNS, illetve azt megelőzően talán egy peptidalapú replikátor.

Az élő földi szervezetek örökítőanyaga a DNS

A NASA-definíció

Az élet leggyakrabban használt definíciója sem lista-alapú. Ez az ún. "NASA-definíció", amit Carl Sagan alkotott meg 1994-ben, a Földön kívüli élet valószínűségét vizsgáló tudományos bizottság egyik beszélgetésén. Eszerint az élet egy "önfenntartó, darwini evolúcióra képes kémiai rendszer". Ez a frappáns definíció egyszerre tűnik kellően általánosnak, hogy ne csak a földi életre vonatkozhasson, és specifikusnak, hiszen velősen megfogalmazza az élő anyag két, már említett lényeges tulajdonságát. Egyrészt deklarálja, hogy ami élő, az anyagcserére képes (hiszen "önfenntartó"), másrészt magában foglalja, hogy egy élő szervezet apróbb változásokkal örökíteni tudja a tulajdonságait (mert a természetes szelekción alapuló "darwini evolúcióra" képes).

Első olvasatra a NASA-definíció valóban megfogja a lényeget, hiszen pontosan arra az általános felismerésre épít, hogy a legegyszerűbb sejtes szervezetektől a legbonyolultabbakig, az összes földi élő szervezet darwini evolúció révén jött létre, egy olyan folyamat során, amelyre a tűz, vagy az autokatalitikusan növekvő kristályok egyáltalán nem képesek. Ezzel párhuzamosan, a replikátornak tekintett vírusokat is kizárjuk a körből, mivel azok önálló anyagcserére képtelenek. A gondok akkor kezdődnek, ha arra kezdjük keresni a választ, hogy élőnek tekinthetünk-e egy öszvért, vagy bármilyen más olyan állatot, amelyik szaporodásra, s így darwini evolúcióra is képtelen. Vagy minek vegyünk egy olyan sejtet, amelynek a DNS-javító mechanizmusa 100%-os hatékonyságú, így nem alakulnak ki benne mutációk (így tehát szaporodik, de a sejtvonal nem tud evolválódni)? Vagy mit gondoljunk egy differenciálódott testi sejtről, amely normális esetben osztódni sem fog már és az őt hordozó szervezet szaporodásában sem vesz részt? Él-e egy ilyen sejt?

Egy huszáros magyar megoldás

A látszólagos probléma huszáros megoldását a nemrég elhunyt Gánti Tibor fogalmazta meg: szerinte ugyanis a hiba ott van, hogy a szaporodást és az evolúcióra való képességet az élet abszolút kritériumainak tekintjük, miközben ezek csak lehetséges kritériumok. Bár a legtöbb élőlény képes darwini evolúcióra, az előbbi példák is mutatják, hogy ez nem mindig igaz. Sőt, bár a legtöbb evolúcióra képes szerveződés egyértelműen élőlény is, itt is vannak kivételek: a legprominensebbek az említett vírusok. S hogy akkor mi is az élet? Gánti mindenféle definíció helyett egy absztrakt modellt ajánlott egy minimális élő sejt tulajdonságainak leírására: ez az ún. chemoton.

A chemoton-modell absztrakt hálózata, amelyben az anyagcsereciklus, az információhordozó replikációja és a membránnövekedés összekapcsolódik (Gánti Tibor)

A chemoton három önreprodukáló alegységet tartalmazó szerveződés, amelyben a membrán alrendszer veszi körbe a metabolikus és vezérlő alrendszereket, így azok a külvilágtól elkülönítve működhetnek. A metabolikus alegység egy önreprodukáló kémiai rendszer, amely a környezetből felvett táplálékokat használja fel működéséhez, melynek során energiát, valamint a másik két alegység működéséhez szükséges alapanyagot termel. A vezérlő alrendszer a chemoton működéséhez felhasználható információt tartalmazza és replikálja. A replikáció esetenként hibákkal jár, ami lehetővé teszi a chemoton evolúcióját, ugyanakkor Gánti hangsúlyozza, hogy ez csak egy "potenciális" életkritérium, a chemoton enélkül is "él". A három alrendszer működése egy ciklus során a chemoton "megduplázódását" eredményezi.

A chemoton egyik különlegessége, hogy alapesetben hiányoznak belőle az egyes reakciók lejátszódását elősegítő fehérjék, az enzimek. Eltekintve attól, hogy így eleve kétséges, hogy a valóságban működőképes lenne-e (enzimek hiányában a metabolikus alrendszer egyes lépései a legtöbb esetben túl lassan zajlanának le), ez azzal is jár, hogy a vezérlő alegységben kódolt információ is csak kis mértékben befolyásolja a működését (valódi sejtekben a genom egyik legfontosabb feladata éppen a sejt különböző folyamataiban segítő fehérjék kódolása). Egy ilyen rendszer működését a mai földi körülmények közt aligha lehet elképzelni, és persze nagy kérdés, hogy valaha léteztek-e a feltételek a működéséhez. Mindez azonban nem kisebbíti Gánti érdemeit abban, hogy az életről való vitát a listák és leírások szintjéről, a kísérletesen sokkal jobban megfogható és vizsgálható modellek szintjére emelte.

Megemlítendő még a chemoton kapcsán, hogy ezzel a modellel az életet egyértelműen a sejt szintjén próbáljuk megfogni. Mivel a komplex szervezetek maguk is sejtekből épülnek fel, illetve az élet eredete az első protosejtek kialakulása körül keresendő, érthető ez a megközelítés, ugyanakkor az elmélet hasznosságát is behatárolja. (Gánti Tibor meghatározó tagja volt a Collegium Budapestben működő magyar kutatócsoportnak, amely az Európai Űrügynökség támogatásával jelenleg is a marsi élet lehetőségét vizsgálja - a szerk.).

A szerveződési szintek problémája

Az élet definícióinak egyik közös problémája, hogy általában nem tudnak mit kezdeni az élet különböző szintjeivel. Másképp tekinthető élőnek egy baktérium, mint egy összetett, többsejtű szervezet, amely esetében nem csak egy kontextusban beszélhetünk életről. A vizsla önmaga is él, de az őt felépítő sejtek is élnek. Viszont, ha a vizsla elpusztul, sejtjei még egy ideig élnek, és számos sejt elpusztulása sem jelenti feltétlenül a vizsla halálát.

Ezek a nem könnyen feloldható paradoxonok is hozzájárultak, hogy két amerikai kutató, Carole Cleland és Christopher Chyba egy sokat idézett cikkükben arra a következtetésre jutottak: jelenlegi tudásunkkal nem is lehetséges az élet univerzális definíciója. Chyba és Cleland szerint hasonló nehézségekkel állunk szemben, mint azok, akik a vizet akarták definiálni a molekula-elmélet megalkotása előtt. A "nedves", "színtelen", "íztelen", "szomjoltó" jelzők ugyan mind igazak a vízre, de igazak más, a vízhez hasonló anyagokra is. A víz igazi definíciója csak akkor vált lehetségessé, amikor annak molekuláris természetét vizsgálva kiderült, hogy a víz H₂O-molekulákból álló folyadék. A molekulaszintű meghatározásból pedig egyértelműen következik, hogy a víz miként viselkedik különbözőbb fizikai és kémiai körülmények között; ezt egyik korábbi definíció sem tudta volna biztosítani.

Elképzelhető, hogy jelenleg valóban hiányzik az élet "molekula-elmélete", s ha egyszer arra rájövünk, egyértelműen tudjuk majd definiálni az élő anyagot. Ha ez bekövetkezik, szórakoztató és egyszersmind tanulságos lesz visszatekinteni rá, milyen próbálkozások születtek az élet meghatározására korábban. De persze az is lehet, hogy egyetlen, átfogó, mindent megmagyarázó meghatározás soha nem születik majd, hanem részmeghatározások összességét kell használnunk továbbra is, amikor életről beszélünk.

Varga Máté