Originea vieţii: de la chimie la informatica viului
+ zoom
O nouă concepţie propune abordarea evoluţiei materiei vii
dintr-un nou unghi: viaţa ar fi o problemă de informaţie, nu de chimie.
Galerie foto (4)
Este
unul dintre Marile Mistere ale lumii: cum a început viaţa pe Pământ? Cum
s-a ajuns de la un amestec de substanţe chimice anorganice, lipsit de
viaţă, la ceva atât de complex ca materia vie? Miracol, spun unii.
Abiogeneză, o numesc alţii. Dar, chiar dacă teorii bine argumentate şi
experimente spectaculoase consolidează mereu concepţia evoluţionistă
asupra vieţii, multe lucruri au rămas neexplicate. O nouă viziune asupra
viului, foarte diferită de cele de până acum, ar putea oferi o nouă
perspectivă şi lămuri multe dintre aspectele rămase neînţelese. Mai
mult, ne-ar putea da şi noi idei despre viaţa extraterestră, pe care o
căutăm atât de pasionat. Totul depinde de modul în care definim termenul
de „viu”.
De peste un secol, oamenii de ştiinţă se străduiesc să reconstituie
modul în care a apărut viaţa pe planeta noastră. Teoriile evoluţioniste
asupra originii vieţii au la bază convingerea că, în vremurile dintâi
ale apariţiei materiei vii - acum 3,8 miliarde de ani - existau pe Terra
condiţii de mediu (temperatură, compoziţie chimică, radiaţii) care ar
fi putut permite unor substanţe simple să reacţioneze unele cu altele,
formând substanţe organice complexe (aşa-numitele „cărămizi ale vieţii”)
şi care ar fi permis apoi acestor substanţe complexe să se asambleze în
structuri dotate cu proprietăţi şi comportamente noi -
particularităţile materiei vii.
Teoriile evoluţioniste asupra originii vieţii au apărut la începutul
secolului XX, fiind promovate independent de doi cercetători, unul rus -
Alexandr Oparin, altul britanic - J. B. S. Haldane. Viaţa este produsul
unei evoluţii chimice, aşa s-ar putea exprima esenţa acestor teorii.
- Până acum, cercetările s-au concentrat asupra chimiei vieţii, aşadar. La jumătatea secolului trecut, un experiment epocal - cuvântul nu e exagerat - a testat şi confirmat faptul că, în anumite condiţii (se presupunea că erau condiţiile care existaseră pe Terra în perioada apariţiei vieţii) din substanţe simple se puteau forma substanţe organice complexe, de tipul celor care se găsesc în materia vie. Experimentul a rămas în istoria ştiinţelor drept experimentul Urey-Miller, după numele autorilor - Stanley Miller şi profesorul său Harold Urey, de la Universitatea din Chicago. În 1952, ei au realizat acest celebru experiment chimic, supunând un amestec de gaze (vapori de apă, metan, hidrogen, amoniac) unor descărcări electrice. Analizând produsele rezultate, au identificat mai mulţi aminoacizi - substanţe ce conţin azot şi care constituie unităţile de bază ale proteinelor (proteinele sunt nişte lanţuri de aminoacizi, cu forme complexe). Rezultatele experimentului au fost publicate în 1953 şi au stârnit o furtună de reacţii, entuziaste sau ostile. În acelaşi an 1953, James Watson, Francis Crick şi Maurice Wilkins au descifrat structura ADN-ului - celebrul „dublu helix” - inaugurând astfel o eră nouă în cercetare, deschizând un nou câmp de studii - biologia moleculară - şi dând un spor de avânt discuţiilor despre originea vieţii.
De-a lungul anilor care au urmat, alte experimente şi noi teorii au pus
în discuţie rezultatele lui Miller, au promovat noi concepţii, au oferit
explicaţii alternative.
Dar un lucru a rămas constant şi comun tuturor acestor abordări: toate s-au aplecat asupra aspectului chimic
al vieţii, asupra substanţelor şi reacţiilor chimice implicate. Fie că
se discuta despre sursa de energie necesară reacţiilor chimice din
cadrul metabolismului, fie că se polemiza în jurul întrebării „Ce a
apărut mai întâi - acizii nucleici sau metabolismul?”, un lucru rămânea
la fel: unghiul „chimic” din care era privită chestiunea.
Aşa merg lucrurile de decenii. Oare n-ar fi timpul pentru o schimbare de
paradigmă? Se pare că da. Şi schimbarea vine din partea a doi
specialişti de la Arizona State University (ASU) - Paul Davies,
fizician, şi Sara Walker, astrobiolog, care şi-au publicat recent teoria
în jurnalul Interface.
În esenţă, ei mută interesul de la partea de „hardware” - fundamentul
chimic al vieţii - la cea de „software”: informaţia conţinută în materia
vie. Dacă ne imaginăm materia vie ca pe un computer, atunci chimia
explică natura materială a maşinăriei respective, dar aceasta nu
funcţionează decât dacă există date şi programe - cu alte cuvinte,
informaţie.
În lucrarea
lor, Davies şi Walker sugerează că deosebirea esenţială dintre
sistemele vii şi cele non-vii este dată de modul în care organismele vii
controlează fluxul de informaţie prin sistem.
„Când descriem procese biologice, folosim termeni din domeniul
informaticii: celulele trimit semnale, rulează programe de dezvoltare,
sunt citite instrucţiuni codificate, datele genetice sunt transmise de
la o generaţie la alta. Aşadar, căutând originea vieţii în modul în care
informaţia este procesată şi gestionată, putem deschide noi căi pentru
cercetare”, spune Sara Walker.
Cu aceasta, ajungem la Marea Problemă, cea a definiţiei: ce anume
înseamnă „viu”, ce înseamnă materie vie? Cum trebuie să fie un sistem
pentru a putea fi definit drept viu?
Lipsa unei definţii clare a ceea ce înseamnă „viu” este un mare
impediment, consideră astrobiologul Sara Walker. Şi explică: „De obicei,
modul în care identificăm materia vie pe Pământ este prin prezenţa
ADN-ului într-un organism. Nu avem un mod matematic riguros de a o
identifica”. Iar folosirea acestei „definiţii chimice” a vieţii -
prezenţa ADN-ului - ne poate duce la limitări şi chiar erori mari; de
exemplu, ne limitează criteriile pentru căutarea vieţii extraterestre
sau ne poate face să includem, în mod greşit, în categoria „viu” ceva
care nu este realmente un organism viu, cum ar fi un vas de laborator în
care se găsesc fragmente de ADN care se replică.
Deci, avem nevoie de o nouă definiţie, de noi criterii pentru identificarea viului.
„Noi sugerăm că tranziţia de la non-viaţă la viaţă este unică şi
definibilă”, spune Paul Davies. Sugerăm că viaţa este caracterizată prin
utilizarea activă, într-un mod distinct, a informaţiei, furnizând
astfel un ghid pentru identificarea unor condiţii riguroase pentru
apariţia vieţii. E un contrast marcat faţă de gândirea care a prevalat
timp de un secol, în care tranziţia la materia vie a fost privită ca o
problemă de chimie, cu scopul de a identifica un model plauzibil al
reacţiilor care au dus de la un amestec de substanţe chimice la o
entitate vie.”
În ce mod ar putea fi utilă o astfel de abordare? După părerea celor doi
specialişti, concentrarea asupra dezvoltării informaţionale a materiei
ar ajuta la depăşirea unor obstacole inerente încercării de a identifica
originile vieţii din punctul de vedere al chimiei.
Explicaţiile bazate pe chimie care încearcă să descrie evoluţia
complexităţii chimice a materiei se opresc la un stadiu foarte timpuriu
al acestei evoluţii, aflat departe de orice sistem pe care l-am putea
considera viu. În plus, după părerea lui Walker şi Davies, aceste teorii
chimice suferă de lacune conceptuale, în sensul că nu fac o distincţie
suficient de clară între chimic şi biologic.
Pentru un fizician sau chimist, viul pare ceva „magic”, explică prof.
Davies. Materia vie se comportă în moduri extraordinare, care nu îşi au
corespondent în niciun alt sistem fizic sau chimic, oricât de complex.
Printre proprietăţile specifice materiei vii se numără autonomia,
adaptabilitatea şi comportamentul orientat spre scop, adică acea
capacitate de a pune reacţiile chimice în slujba unor obiective
prestabilite, în loc de a fi „sclava” acelor reacţii.
Şi bineînţeles, trebuie menţionată acea extraordinară, uluitoare
însuşire a materiei vii, care constă în perpetuarea ei, reproducerea
prin mijloace proprii, auto-replicarea, dar după un model propriu, cu
totul aparte.
Punând accentul pe arhitectura informaţională a reţelelor chimice,
această abordare arată că organizarea logică a sistemelor biologice
auto-replicante se deosebeşte de procesele de replicare obişnuite
întâlnite, de pildă, la formarea cristalelor (materie non-vie). Luând în
considerare în mod direct rolul cauzal al informaţiei, multe dintre
însuşirile uimitoare ale materiei vii pot fi explicate.
Un model matematic simplu, creat de autori, surprinde această tranziţie de la non-viu la viu.
După opinia celor doi specialişti, sistemele vii sunt caracterizate de o
proprietate unică: un flux bidirecţional de informaţie, de sus în jos
şi de jos în sus, „sus” şi „jos” însemnând, respectiv, nivelurile mai
complexe şi cele cu complexitate mai scăzută.
De pildă, de jos în sus ar însemna de la molecule la celule şi apoi la întregul organism.
Iată un exemplu simplu: când o persoană atinge o sobă fierbinte,
receptorii specializaţi din mâna sa simt căldura (prin mecanisme
moleculare), transmit informaţia la creier, iar creierul transmite
muşchilor să mişte mâna (tot prin mecanisme moleculare); de aici,
reacţia rapidă de retragere a mâinii din apropierea obiectului
fierbinte.
Această circulaţie a informaţiei în două sensuri este prezentă la toate
formele de viaţă, mici şi mari, simple sau complexe, de la bacterii până
la balene.
În schimb, dacă punem pe sobă un bucată de pâine, s-ar putea să se ardă,
dar nu va „face” nimic, nu va răspunde printr-o acţiune.
O altă caracteristică a organismelor vii este faptul că au sisteme şi
localizări diferite pentru păstrarea şi pentru citirea informaţiei. De
exemplu , succesiunea „literelor” din ADN (secvenţa de baze azotate)
cuprinde instrucţiunile pentru procesele vitale, dar nu ADN-ul însuşi,
ci o altă componentă a celulei (ribozomii), trebuie să „traducă” aceste
instrucţiuni şi să le transforme în acţiuni, în procese, în interiorul
celulei.
Modelul propus de Davies şi Walker stabileşte, aşadar, în ce mod ar
trebui să se comporte un sistem, în ceea ce priveşte circulaţia
informaţiei, pentru a putea fi considerat viu.
Această nouă abordare este încă la începuturile ei, dar are potenţialul
de a transforma modul în care oamenii de ştiinţă gândesc apariţia vieţii
pe Pământ, evoluţia ei, precum şi problema vieţii pe alte planete.
Cei doi specialişti de la ASU se aşteaptă ca, reconfigurând cadrul
conceptual în acest mod radical, să poată explica nu numai originea
vieţii, ci şi alte tranziţii majore, de exemplu tulburătoarea problemă a
trecerii de la organismele unicelulare la cele pluricelulare. Şi tot
această nouă abordare ar duce şi la o restructurare a gândirii oamenilor
de ştiinţă aflaţi în căutarea vieţii extraterestre. Până acum, ei au
căutat pe alte corpuri cereşti forme de viaţă identice cu cele de pe
Terra, formate din aceleaşi molecule de bază, din aceleaşi „cărămizi ale
vieţii”. Noul cadru de gândire permite lărgirea concepţiei: poate că,
în alte părţi ale Universului, alte molecule stau la baza a ceea ce
poate fi definit drept viaţă.
Autorii numesc modelul lor „un manifest” şi „o chemare la arme”, pentru a
reorienta şi redefini problema şi pentru a o privi într-un mod diferit
de cel în care a fost privită până acum. Viaţa e mult mai mult decât o
problemă de chimie, iar a aborda acest mare mister dintr-un nou unghi
poate însemna reîmprospătarea unor idei învechite şi un pas înainte în
înţelegerea fenomenului vieţii în uriaşa lui complexitate.
„În încercarea de a explica în cel fel a apărut viaţa, oamenii s-au
cramponat de o problemă de chimie, de parcă geneza vieţii ar fi ca
prepararea unei prăjituri; avem un set de ingrediente şi nişte
instrucţiuni pe care trebuie să le urmăm”, spune prof. Paul Davies. ”O
asemenea abordare, însă, nu reuşeşte să capteze esenţa a ceea ce
înseamnă viaţă.”
Poate că, reconsiderând lucrurile, privindu-le prin prisma informaţiei
şi nu a chimiei, vom putea, în deceniile următoare, să ne apropiem cu
câţiva paşi de înţelegerea celui mai tulburător dintre Marile Mistere
ale lumii.
Surse: Live Science, Science Daily
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu