Az élet nagy átmenetei: hogyan jött létre a szénből szociális aggyal létező ember?

A

biológia könyvek unalmasak közhelyesek és hiányzik minden izgalom, kreativitás belőlük. Hogyan neveljünk tudósokat, ha nem vagyunk képesek azt a csodálatos világunkat és az azt övező tudásunkat érdekessé, és felejthetetlenné tenni? Az élet megjelent valamikor, voltak dinók, de kipusztultak és volt még a neandervölgyi, ami nagy aggyal bírt de mi okosabbak voltunk. Röviden ennyiről szól, ez marad meg egy biológia, evolúcióra épülő könyvből az emberek többségében. Az egyetemen a mélység a lényeg, nem a rendszerben gondolkodás, részletesen tudunk mindent az ember csontjairól, de nem látjuk a fától az erdőt, nem látjuk, hogy ez hogyan alakult ki, milyen rendszer része, milyen előnyei hátrányai vannak, és miért alakult az állatvilágban ki ez a típusú vázrendszer. Azt hiszem a rendszerben gondolkodás egyrészt tágítja a perspektívánkat, madártávlatból nagyobb mintázatokat láthatunk, másrészt a mintázatok könnyebben utat találnak a memóriánkba, és ezzel alapját képezhetik egy holisztikusabb látásmódnak.

 Az 1950-es évek elején egy karácsonyi ajándék forradalmasította a profi futballt. Mara-t szülei egy izgalmas új találmánnyal lepték meg: egy Polaroid fényképezőgéppel. Az azonnali film technológia nemrégiben debütált, és gyorsan az időszak legmenőbb ajándékává vált. Marát is lenyűgözte az azonnalisága, beleszeretett újszerű szerkezetébe, és nem tudott ellenállni annak, hogy munkába is elvigye.

Az egyik kollégája, akinek megmutatta, a csapat segédedzője, Vince Lombardi volt. A fényképezőgép egy váratlan ötletet adott Lombardinak, félrehívta Marát, és együttműködést javasolt. Ettől a naptól kezdve Mara minden hazai meccsen megtalálható volt a felső lelátó tetején, elvegyült a szurkolók között. Közvetlenül a labda elpattanása előtt titokban lefényképezte az ellenfél csapatának alakzatát, a fényképezőt ezután, mint egy kémfilmben egy  zokniba dugta, és türelmesen várta a következő játékot. Amint a szurkolók figyelmét elterelte a pályán zajló események, a zoknit a Giants kispadja irányába dobta.

Az információ felbecsülhetetlen értékűnek bizonyult. Mara Polaroidjai példátlan győzelmi sorozatba indították a Giants-t, és a következő nyolc évből hatban a bajnoki meccsig (később Super Bowlnak nevezték át) jutottak el.

Manapság természetesen a profi futballcsapatok mindenhol a légi felvételek folyamatos áramlására támaszkodnak, amelyeket a játék után másodperceken belül eljuttatnak egy színes táblagépre. Az edzők és a játékosok egyaránt vallásosan tanulmányozzák őket a meccs során – és ennek jó oka van. A nagy látószögű felvételek információkat közvetítenek az akcióhoz közel állók számára.

Semmi sem fedi fel gyorsabban a csapat játéktervét, mint amikor az ellenfelek hátra lépnek, egy bizonyos távolságot tartanak, és bepillantást engednek a mezőn zajló események teljességébe.

Talán nem hozzáértőként vethettünk egy pillantást a Földi élet kialakulásától kezdődően egészen addig amíg…

Első képkocka: metabolizmus

Anaerob, aerob azt sem tudom, hogyan kell írni, de halványan emlékszem rájuk, az egyik oxigénes a másik pedig oxigénmentes környezetben megy végbe. A növények szén dioxiddal, mi pedig oxigénnel tápláljuk testünket. Vannak még húsevők, meg vegák.

 Hogyan jutott el az élet eddig, és a mostani bonyolultnak nevezhető metabolizmusunkra tekinthetünk egyszerűbben és ugyanakkor átfogóbban is? Nagyítsunk rá és menjünk vissza a múltba nagyon távolra.

Ha nagyon le akarjuk egyszerűsíteni az élet történetét, elég ránézni a periódusos rendszerre, és rámutatni két elemre: Szén és Oxigén.

 Az egyik épít, a másik rombol. Az egyik a végtelen variációk vállalkozója, a másik a kémiai Síva, aki tűzbe borít mindent, amihez hozzáér.

Valahol a kettő között, az építés és a rombolás feszültségében született meg az, amit ma életnek hívunk. Azóta ez a minta ismétlődik: az evolúció időről időre merész fogadásokat tesz valamire, ami néha bejön neki, néha pedig nem.

Legtöbbször többletenergiát, nagyobb komplexitást, több szabadságot próbál nyerni – azzal az árral, hogy közben nő a sérülékenység, a káosz, a kockázat.

 

Szén épít, Oxigén rombol – és ebből lesz az élet

A Szén egy különleges elem: képes négy különálló kötést kialakítani, köztük önmagával is. Ebből lesznek a gyűrűk, láncok, elágazó struktúrák – az élet molekuláris LEGO-készlete, ez a fő és joker alapanyag ehhez.

Az Oxigén ezzel szemben az agresszív elektronvadász. Nem finomkodik: letépi az elektronokat, szétszedi a bonyolult molekulákat, és közben energiát szabadít fel. Ha nagyon leegyszerűsítjük: a Szén épít, az Oxigén felgyújt, ő a kistestvér, aki a nagy nehezen összerakott Lego Batmant darabjaira töri.

Az anyagcsere nem más, mint egy időszakos megegyezés a két erő között.

Építés-Lebontás. A kialakított egyensúlyban nem mindenki elégedett, lehetne többet belőle, több anyagot felépíteni, vagy gyorsabban lebontani. Energiapotenciálok, egyensúlyok alakultak ki. Hogyan tovább, maradni ebben az egyensúlyi, meleg kis tóban, vagy keresni egy több lehetőséggel járó kiútat ebből a langyos pocsolyából?

 Az élet úgy döntött, hogy kockáztat: jobb felgyújtani a világot irányítottan, mint tétlenül ülni az energiapotenciál tetején.

Innen indul az első nagy átmenet: a kémia passzív törvényeiből aktív, önfenntartó rendszerek születnek.

Oxigén Holokauszt: amikor az élet megmérgezte önmagát

Az evolúció egyik legszebb, ironikus, és nagyon  ellentmondásos fordulata a fotoszintézis feltalálása. A cianobaktériumok kitalálták, hogyan lehet a fényt és a vizet felhasználni energianyerésre, egyszerű alapanyagok, mindenhol ez vette körül őket.  

A melléktermék a sokat emlegetett negatív hősünk :  az Oxigén. Sokat termeltek. Túl sokat.

A Föld légköre Oxigénnel telítődött, és a korábbi anaerob életformák, azok akik nem oxigénen éltek, jó részét szó szerint megmérgezte a saját testvéreinek innovációja. Ezt hívjuk Nagy Oxidációs Eseménynek, vagy költőibben: Oxigén Holokausztnak.

Az élet elkezdte felégetni önmagát a saját melléktermékében, szó szerint.

De néhány életforma nem elmenekült az Oxigén elől, hanem megtanult együtt élni vele.

Ez volt a légzés (respiráció) feltalálása: irányított égés, amely akár tizenkilencszer több energiát tud kinyerni ugyanabból a táplálékból, mint az Oxigén nélküli fermentáció.

Itt lép színre az Asgard archaea és a lélegző baktérium házassága. Egy rugalmas membránú, gyenge, egy Oxigéntől rettegő ősi baci bekebelezett egy oxigént kedvelő baktériumot, és nem emésztette meg.

 Ez a „félresikerült ebéd”, ez e gyomorrontás lett a mi tartományunk, az eukarióták születése: egy szupersejt, amelynek belsejében ősi baktériumok – a mitokondriumok – végzik az égést.

Roham léptekkel haladunk, már az eukarióták is itt vannak, de tovább lépésünk előtt vessünk egy gyors röpke pillantást a középpontba, a DNS világába.

Kié a hatalom: az archívumé vagy a munkásgépé?

A gének, a DNS mindent meghatároznak, milyen a szemszínünk, utáljuk e a karfiolt vagy éppen milyen filmeket szeretünk nézni. Vagy mégsem?  Nézzük meg a molekuláris szinten, hogy valójában mi is történik egy sejtben, ki a parancsnok és kik végzik a munkát.

Az élet molekuláris politikája első ránézésre egyszerű.

 A DNS archivál: négy nukleotid (A, T, C, G) tökéletesen másolható mintázatokat hoz létre. Ez a kontinuitás, folyamatosság, örökölhetőség esszenciája – a generációk szinte megszakítás nélküli folyamata évmilliárdokon át.

A fehérjék ezzel szemben a funkcionalitás, a csinálás szerkezetei. Ők az élet nanogépei, folyékony robotok, amelyek mindent elvégeznek: emésztést, oxigénszállítást, a memória molekuláris lenyomatát. Információs szempontból zsákutcák: amit egyszer fehérjévé fordítottunk, onnan már nincs visszaút a kódhoz.

Francis Crick centrális dogmája pontosan erről szól: DNS → RNS → fehérje. Az információ egyirányú utcán halad.

A hatalom pedig ott marad, ahonnan indul ez, ami valójában szaporodik: a másolható DNS-nél, nem pedig a zseniális, de halandó fehérjéknél.

Az RNS ebben a történetben olyan, mint a régmúlt birodalmak romjai. A kutatók szerint volt egy korszak, amikor az RNS egyszerre volt archívum és gép – egy „ősi startup”, ahol még nem vált szét a stratégia, a kommunikáció és a végrehajtás.

Az RNS-világ elmélet szerint ebből a multifunkciós molekulából kristályosodott ki a mai munkamegosztás: a DNS lett a konzervatív könyvtáros, a fehérje a specializált munkás, az RNS pedig a futár.

Ez egy lényeges elválás: az információ és a funkció szétválása, ez a DNS és a fehérjék megkülönböztető jellege.

 Minél jobban elválik a kettő, annál rugalmasabb lesz a rendszer , de  annál több hibalehetőség is keletkezik.

Szex, halál és az egyediség megszületése

Mi történik akkor, amikor a sejtkomplexitás plafonja eléri a határait, honnan nyerhetünk további energiát, ha a sejtjeink önmagukban már nem képesek többet, jobbat nyújtani? Túlléptünk a baktériumokon, már van mitokondriumunk, hogyan merre tovább?

Az evolúció új trükköt próbál: nem a sejteket akarja bonyolítani, hanem a sejtek közötti viszonyokat.

A többsejtűség ezt a logikát radikalizálja. Egy többsejtű szervezet nem csak „sok sejt együtt”. Ez egy sejtkommuna, ahol a sejtek túlnyomó többsége lemond a szaporodás jogáról. Ez a kvázi munkamegosztás és a kommunába tömörülés több energiát biztosít egy sejtnek, mintha önállóan kellene tengődnie a világban. Ennyi elég is volt, gyertek fiúk, lányok legyünk együtt, de csak úgy, hogy….

Ők alakítják a testet, a szómát – a halandó infrastruktúrát –, pusztán azért, hogy  a csíravonal, néhány kiválasztott  sejt halhatatlan génvonala fennmaradjon.

A szexuális szaporodás első látásra romantikus ügynek tűnik, de valójában brutálisan pragmatikus: nem a nemekről szól, hanem az egyediségről. Míg a baktériumok klónozzák magukat, a szexuális utódok génjeik 50%-át véletlenszerűen kapják mindkét szülőtől. Minden egyes egyed evolúciós kísérlet terméke, vagy inkább MVP-je, minimálisan életképes terméke, szabad fordításban.

Testünk komplexitása meghaladja azt, amit a genom részletesen elő tudna írni. A gének csak vázlatos instrukciókat adnak: „ne halj meg, szerezz energiát, szaporodj, ha lehet”.

 A többit a rendszer maga „oldja meg” – emergens módon.

 A komplexitás autonómiát szül.

 

Amikor a szivacslárva úgy dönt, hogy nem akar cső lenni

Az állatok királyságának lényegét mi a mozgásban látjuk, ami láthatóan mozog az csak állat lehet. Nem véletlen, hogy kínaiul az állat szó szerint „mozgó dolog” (dòngwù).

 A mozgás az, ami elválaszt minket a fotoszintetizáló növényektől és a lassan növekvő gombáktól.

Ironikus módon az állatok története a mozgás feladásával kezdődik.

Az állatok ősei, az úszkáló choanoflagelláták többsejtű kolóniákat alkotva szivacsokká válnak: statikus baktériumszűrő tornyokká, amelyeknek a mozgását a vízáramlás végzi.

A fordulat egy renegát szivacslárvánál történik, amely úgy dönt: nem akar mozdulatlan kőszoborrá válni. Hogyan de a fő kérdés, hogy miért érdemes mozogni, amikor a táplálék házhoz is jöhet? Többet, finomabbat ehetünk és ezzel még több energiához juthatunk, mint ha csak passzívan várjuk a vacsorát, ami vagy jön, vagy nem, és azt sem válogathatjuk meg, hogy mi legyen az. Bundás kenyér jön felénk, de szarvaspörköltet szeretnénk, az nem mindegy.

 Mi történt a mozdulatlan sejt kolóniával? Egy renegát behajlítja sejtlabdáját befelé, létrehoz egy belső üreget – az úgynevezett belet –, és vele együtt egy szájat. A bél határozza meg a mozgást, ha nincs ez a betüremkedés, akkor nincs hova rakni az ételt, nem érdemes mozogni azért, hogy elkapjunk valamit, amivel nem tudunk mit kezdeni. De ha már tudjuk mi legyen vele, akkor már érdemes rá fejleszteni.

 Hirtelen nem baktériumokat szűr, hanem nagy falatokat kebelez be. Más állatokat.

A nagy falatokhoz nagy energiaáramlás kell. Ehhez pedig izmok és idegrendszer: gyors koordináció, összehangolt mozgás. Így születik meg az állati test, amely most már aktív ragadozóként járja a világot.

Ez az következő átmenet: a szűrőgyárból mozgó királyság lesz. Az energiaáramlás felpörög, az erőszak belép a rendszerbe, de a mozgással együtt megjelenik a felfedezés szabadsága is.

Rovarok vs. gerincesek: gázcsere, méret és hatalom

Amikor az élet kiköltözik a hideg tengerből a szárazföldre, két nagy megoldás, két eltérő testterv kezdett el  versenyezni: az ízeltlábúaké és a gerinceseké. Eltérő megoldási rendszerek a szárazföldi létre, azokra a problémákra, amelyekkel a vízi életmódnál még nem szembesültünk.

Az ízeltlábúak külső váza védelmet ad a fizikai támadások ellen, de cserébe gátolja a folyamatos növekedést, állandó vedlést kíván, és korlátozza a maximális méretet. Légzésük passzív, légcsövek hálózatán át jut el a gáz a szövetekhez – ez kiválóan működik kicsiben, de összeomlik nagy méretnél. Nem véletlen, hogy a Karbon időszak óriás szitakötői a magas légköri Oxigénszint gyerekei voltak.

Mi, gerincesek más stratégiát választottunk: belső váz, izomra felfüggesztve, és aktív tüdőlégzés. A levegőt pumpáljuk, a vért keringettjük, nem bízunk mindent a diffúzió szeszélyére. Ez egy drága megoldás, de cserébe a testméretünk nagyságrendekkel nőhetett, és ami fontosabb: kevésbé függünk a környezet Oxigénszintjétől.

A testtervek valójában energia- és gázcsere-hipotézisek, kísérletek. Aki jobb kompromisszumot talál, azé lesz a jövő az  adott korszakban.

A karbon időszak egyértelműen a rovaroké volt, a későbbi, alacsonyabb oxigénszintű világ azonban már a gerinceseknek kedvezett.

Amikor az emlősök energiát kezdenek pazarolni

 A gerincesek is kettéágaztak, két nagy klánra oszthatjuk őket: a szauropszidákra (hüllők, madarak, dinoszauruszok) és a szinapszidákra (az emlősök ősei).

 A Paleozoikumban, annak  nagy részében a szinapszidák voltak felül: jobb állkapocs, differenciált fogak, magasabb metabolizmus.

Aztán jött a  perm végi kihalás, a  világ átrendeződött, a szauropszidák vették át az uralmat, és megkezdődött a dínók hosszú korszaka.

A dinoszauruszok egy része – a madarak ősei – olyan tüdőt fejlesztett ki, amelyen a levegő egyirányú hurkon áramlik keresztül, rendkívül hatékony oxigénfelvétellel. Nem csoda, hogy ők uralták a meleg nappalokat. Csak a tüdőjük hatékonysága eldöntötte, hogy ők lesznek az uralkodó klán.

Az emlősök őseit ez visszaszorította az éjszakába. Az éjszakáról pedig tudvalevő, hogy sötét és hideg.  Egy szűk evolúciós kapu, ahol a túlélés ára az alkalmazkodás a sötéthez és a hideghez.

A sötétség átalakította az érzékelésünket: szemeinkben a színlátást biztosító csapok javára a gyenge fényt érzékelő pálcikák kerültek túlsúlyba. Más érzékszerveink is segített az éjszakában töltött életmódunkat, hallásunk és szaglásunk kifinomultabb lett.

A hideg ellen radikálisabb megoldás szükségeltetett, a melegvérűség.

Az emlősök lényegében feltörték az anyagcseréjüket. A barna zsír mitokondriumai lyukat ütöttek az ATP-termelő folyamatba, és a felhasználható energia egy részét egyszerűen hővé szórják szét.

 Ez a UCP1 fehérje által vezérelt „energia-pazarló program”.

Energetikailag őrület, és érthetetlen fejlesztés. De evolúciósan zseniális.

Egy velünk azonos méretű hüllőnél körülbelül ötször több energiát fogyasztunk – cserébe gyorsabbak vagyunk, tartósabbak, és akkor is működünk, amikor a környezet hőmérséklete ingadozik.

Az élet eljutott oda, hogy már nem a hatékonyság maximalizálása a cél, hanem a teljesítmény, a rugalmasság és a folyamatos „bekapcsolt állapot”.

Mintha az evolúció feltalálta volna a sportautót.

Oxitocin és a tükör a fejünkben: amikor a túléléshez mások fejében kell gondolkodnunk

Az emlősök történetének talán legfinomabb, de legmélyebb átmenete nem a tüdőben vagy az állkapocsban történt, hanem a társas kapcsolatainkban.

A melegvérűség feltalálása és működtetése drága, az utódok „fenntartása” költséges.

A hideg éjszakában a petesejteket és az utódokat védeni kellett, ez vezetett a méhen belüli fejlődéshez. A szaporodás és a gondoskodás így vált elválaszthatatlanná.

A kapcsolat molekuláris kulcsa az oxitocin. Ugyanaz a hormon, amely a rovaroknál a szaporodást szabályozza, nálunk a kötődés, a bizalom, az empátia kémiai üzenet hordozója lett. Az oxitocin felerősíti az agy tükröző képességét: azt a képességet, hogy a másik élményt, szándékait saját magunkon keresztül modellezzük.

A csecsemőjét gondozó anya nem tárgyként kezeli a gyereket, nem reflexek láncolatával reagál, hanem személyiséget lát: „mit fog akarni?”, „mit fog érezni, ha ezt teszem?” Ez a gondoskodó tükrözés később általános szociális képességgé válik: barátok, partnerek, kollégák tucatjainak belső modelljeit tartjuk és frissítjük folyamatosan.

A szociális agy hipotézis szerint az agyunk azért nőtt ekkorára, mert a csoportban való élet – a sokszoros, kölcsönös kapcsolatok kezelése – nehezebb probléma, mint szerszámot faragni vagy mamutot elejteni. Egy átlagos ember nagyjából 150 fős társas hálót kezel: nem neveket, hanem dinamikus történeteket, hiedelmeket, érzelmi egyenlegeket.

Mi jön ezután? Az evolúció átköltözik a kultúrába

Ha végig nézzük ezeket az átmeneteket – Szén és Oxigén paktuma, DNS–RNS–fehérje munkamegosztás, Oxigén Holokauszt és mitokondriumok, szex és többsejtűség, mozgó királyság, testtervek versenye, éjszakai életmód, szociális agy –, felmerül egy kellemetlen kérdés:

Vajon a mi evolúciónk megállt a testnél?

Egyre több jel mutat arra, hogy a biológiai evolúció nálunk áttolta a hangsúlyt a kultúrába, a nyelvbe, az intézményekbe, a technológiába.

 Az új „mutációk” nem a DNS-ben jelennek meg, hanem eszmékben, algoritmusokban, rendszerekben.

Az új „niche-eket” nem új szervek, hanem új szabályok, platformok, energiarendszerek hozzák létre.

Bizonyos értelemben mi vagyunk a kultúra eukariótái: ősi elemeket (szavak, szokások, eszközök, technológiák) kebelezünk be, integráljuk őket, és olyan szimbolikus szupersejteket hozunk létre, amelyeket vállalatnak, városnak, hálózatnak hívunk.

És ahogy a fotoszintézis Oxigén Holokauszthoz vezetett, úgy tűnik, a mi technológiai innovációink is mérgező melléktermékeket termelnek: klímaváltozás, ökológiai összeomlás, információs túlterhelés, mesterséges intelligenciával való bizonytalan együttélés.

Lehet, hogy éppen egy új átmenet peremén állunk: vagy megtanulunk együtt élni saját „Oxigénünkkel” – az általunk termelt energiával, adattal, eszközökkel –, vagy belefulladunk.

A következő nagy átmenetet ha megírjuk, miről fog az szólni?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

• .