Bevezetés a biológiába

Az előadások a következő témára: "Bevezetés a biológiába"— Előadás másolata:

1 Bevezetés a biológiába
A Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék előadásában 294-en vették fel az órát, túlnyomó többségben biológus BSc-sek.

2 szept. 8. Müller Viktor: Életdefiníció
szept. 15. Müller Viktor: Immunológia szept. 22. Kun Ádám: Az élet eredete szept. 29. Kun Ádám: Anyagcsere okt. 6. Fedor Anna: Genetika és evolúciógenetika okt. 13. Gedeon Gábor: Egyedfejlődés és szabályozás okt. 20. Gedeon Gábor: Egyedfejlődés nov. 3. Zachár István: Makrotaxonómia és replikátorok nov. 10. Garay József: Evolúció nov. 17. Czárán Tamás: Ökológia nov. 24. Fedor Anna: Neurobiológia dec. 1. Számadó Szabolcs: Kommunikáció, kooperáció dec. 8. Számadó Szabolcs: Kultúra

3 Játékszabályok csak írásbeli vizsga 3 időpont + 1 UV az utolsó héten
az előadások anyaga elérhető: a számonkérés alapja a powerpoint fájlokban (a diákon és a hozzájuk tartozó kiegészítő jegyzetekben) olvasható anyag. Előadások a jövő héttől: 8.15 – 9.45.

4 Mi az élet? … avagy mit vizsgál a biológus?
Ez az előadás nem annyira lexikális anyag átadására törekszik, mint inkább azt az apró problémát célozza meg, hogy a biológia valójában mivel is foglalkozik, azaz mi az élet, ha definiálható egyáltalán.

5 Irodalom von Bertalanffy (1952). Problems of Life. An evaluation of modern biological thought. John Wiley, New York Szent-Györgyi Albert (1973). Az élő állapot. Kriterion, Bukarest Gánti Tibor (1983). Az élet princípiuma. OMIKK, Budapest. (2003) The Principles of Life. OUP, Oxford John Maynard Smith (1990). Kulcskérdések a biológiában. Gondolat, Budapest John Maynard Smith – Szathmáry Eörs (1997). Az evolúció nagy lépései. Scientia, Budapest John Maynard Smith – Szathmáry Eörs (2000). A földi élet regénye. Vince, Budapest Az egyes gondolatok nem egyszer több könyvben is visszaköszönnek, és a szerzők általában ismerték vagy legalábbis olvasták egymást, illetve az elődeiket. Von Bertalanffy könyve német eredetiben 1949-ben jelent meg, Szent-Györgyi vonatkozó esszéi 1946-ban és 1948-ban. Gánti könyvének első kiadását 1971-ben nyomták. Ludwig von Bertalanffy osztrák volt, de magyar gyökerekkel. Az elméleti biológia egyik megalapozója, ő vezette be a rendszerszemléletet a biológiai gondolkodásba.

6 Öt képből három a(z angol) wikipédiáról származik, amit melegen ajánlok bármilyen biológiai háttéranyag forrásának, érdemes először itt keresni. Bal felső kép: Ludwig von Bertalanffy. Bal alsó: John Maynard Smith. Középen fent: Szent-Györgyi Albert. Középen lent: Szathmáry Eörs. Jobboldalt: Gánti Tibor.

7 Hol a határ? (Szent-Györgyi nyomán)
a béka, a szíve, annak rostjai és pora az egyes szervek izolálva nem maradnak sokáig életben – viszont ugyanez a teljes egyedekről is elmondható... az összeszerelés a lényeg az élet az anyag játéka Konklúzió: nincs élő anyag, csak élő állapot. Nincs „életerő”, csak szervezettség. Itt a szerveződési szinteken lefelé haladva keressük a határt. (A határ alighanem a sejt. Érdekes, hogy éppen ez az a szint, amit már nem tudunk szintetizálni.) A XIX. századig a szerves anyag különleges természetében („életerő”) gyanították a titkot, de 1828-ban Wöhler elsőként szintetizált szervetlen anyagból szerveset, karbamidot. Máig sem bukkantunk semmi olyasmire az élő anyagban, ami ellent mondana fizikai, kémiai ismereteinknek. 1. lépés: az élet rendezettség.

8 Élet és halál mezsgyéjén
carotis, tetszhalál, szárított baktérium, nyugvó mag és fagyasztott rovarok friss tetem: még rendezett, de már nem tartja fenn Gánti: a halál az életképesség megszűnése az élet önfenntartó szervezett állapot Itt az önfenntartó állapot vonzási tartományának határai, azaz a halál felé haladunk. Mi a különbség a frissen elpusztult döglött macska és a fagyasztott rovar között? 2005-ben sikeresen csíráztattak egy 2000 éves datolyapálma-magot, amit még 1973-ban ástak ki Maszada erődjében Izraelben. Tanulság: az őrült ötleteket is érdemes kipróbálni. Az élő szervezetre jellemző rendezettség nem lehet stabil, hiszen energiabevitel híján minden folyamat az entrópia növekedése felé mutat. 2. lépés: az élet önfenntartó rendezettség.

9 Aktív állandóság a forma állandó, az anyag változik: disszipatív struktúra, anyagcsere és homeosztázis Az élő szervezet állandósága a folyó és a tűz állandósága. a struktúrák lassú folyamatok nyílt rendszer (von Bertalanffy): stacionárius állapot (aktív állandóság) az entrópia csökkenhet is ekvifinalitás, kanalizáció Az élő állapot olyan komplex rendezettség, amely megfelelő körülmények között, átáramló energiát felhasználva, szabályozó folyamatok révén fenntartja önmagát. Milyen fokú rendezettséget várunk el? Pl. a gázégő lángja is fenntartja az alakját miközben anyag és energia áramlik át rajta – mégsem él. Struktúrának látjuk a gleccsert, de folyamatnak a folyót. Ekvifinalitás: „azonos végűség”. Egy zárt, determinisztikus rendszer adott kezdőállapotból adott végállapotba jut, másféle kezdőállapotból másféle végállapotba. A nyílt rendszerek (pl. az élő rendszerek) képesek arra, hogy különböző kezdőállapotokból ugyanabba a végállapotba konvergáljanak. Például a hallgatóságban biztosan vannak vegetáriánusok és megrögzött húsevők is, és a nagyon különböző „input” ellenére mindenkinek „emberformája” lett. A kanalizáció ennek egy szűkített formája a genetika, illetve fejlődésbiológiai szóhasználatában: az élőlények képessége, hogy a genotípus és a környezet variációi ellenére (azokat pufferelve) hasonló fenotípust hozzanak létre.

10 Aktív állandóság Röviden: az élet dinamikusan önfenntartó komplexitás.
a dinamikus állandóság az összes biológiai szerveződési szint sajátja: molekulák, sejtek, egyedek... A homeosztázis nem tökéletes – öregedés. elvileg lehetne-e tökéletes? Vajon lehetne-e tökéletes a homeosztázis? Elképzelhető-e halhatatlanság? A halhatatlanság evolúciós szempontból plusz egy génkópiát jelent a következő nemzedékben, ami legfeljebb (diploid esetben) két utóddal egyenértékű. Mivel még nem figyeltünk meg halhatatlan élőlényeket, úgy tűnik, hogy a halhatatlansághoz szükséges fenntartó mechanizmusok költsége magasabb, mint még két utódé.

11 Elég-e a szabályozás? Termosztát és centrifugális nyomásszabályzó
Igaz, hogy a termosztát csak a hőmérsékletet tartja állandó szinten, és a karbantartásához szerelő kell, de az élőlények is csak megfelelő környezetben és csak korlátozott ideig tudják fenntartani magukat – különbség csak a mértékben van. Kulcs a komplexitás, bár ebben sem vonható elvi éles határ.

12 Elég-e a szabályozás? Termosztát és centrifugális nyomásszabályzó
Él-e egy állam, egy gazdaság vagy egy vállalat? Egy cégben, hivatalban „anyagcsere” is zajlik: az emberek cserélődnek, de az állások maradnak. Az egyetemen is cserélődnek a hallgatók és a tanárok is...

13 Célszerűség A szervezet részei és folyamatai úgy vannak elrendezve, illetve felépítve, hogy biztosítsák az élő rendszer fenntartását és reprodukcióját. (von Bertalanffy) alapvető különbség a fizikai, kémiai rendszerektől! Minden alrendszer funkciót tölt be – tervezés? Az egyednek már nincs funkciója. William Paley Viktória-korabeli természetteológus párhuzamot vont az élőlények és az ember alkotta tárgyak, például egy óra részeinek célszerűsége között. Az utóbbiakról tudjuk, hogy tudatos tervezés eredménye, és ebből azt a következtetést vonta le, hogy az élőlények szervezetének célszerűsége szintén tervezést tükröz, azaz a Teremtés bizonyítéka. Látni fogjuk, hogy a természetes szelekció révén haladó evolúció is célszerűségre vezet. Mikor Paley meghalt, még 4 évet kellett várni arra, hogy Darwin megszülessen. William Paley

14 Kérdőjelek A termosztát és az állam teljesítik az alegységek célszerűségének elvét is. önreprodukáló automata (von Neumann) Szent-Györgyi: „Hogy valami élő vagy sem, az a mi felfogásunkon múlik, azon, hogy mit nevezünk élőnek, milyen kritériumokat választunk. Az „élet”-nek mint főnévnek nincs értelme, ilyen dolog nem létezik.”

15 Az élet kritériumai Klasszikus életjelenségek: mozgás, táplálkozás, növekedés, szaporodás és ingerlékenység túlhaladott? öszvér, öreg elaltatott állat, stb Gánti: Reális (abszolút) kritérium: minden élőlényben, élete minden pillanatában megvan Potenciális kritérium: az élővilág fennmaradásához kell Lássuk, kinek milyen a „felfogása”! A klasszikus kritériumok sem rosszak, ha az ember rugalmasan alkalmazza őket. Az öszvér mellett jegyezzük meg, hogy egy darab nyúl sem tud szaporodni (Szent-Györgyi). Két nyúl sem maradna magában életben – csak az egész bioszféra él?

16 Abszolút kritériumok (Gánti)
inherens módon egység anyagcserét folytat inherensen stabil: a homeosztázis képessége nyugvó mag, fagyasztott rovar információs alrendszerrel rendelkezik szabályozás, vezérlés A 3. pont lényegében megállapodás kérdése: ha az inherens stabilitás a kritérium, akkor a fagyasztott rovar él; ha a homeosztázis, akkor nem, csak az életképességét őrzi még. Az 5. pontból a szabályozást eleve feltételezi a 3. teljesülése, a vezérlés viszont újdonság: ez kell ahhoz, hogy az élőlény végrehajthassa az egyedfejlődési programot. Gánti komoly érdeme, hogy elsők között ismerte fel és fogalmazta meg világosan az élet kettős természetét.

17 Potenciális kritériumok (Gánti)
1. növekedés és szaporodás 2. öröklődő változások 3. halandóság Találóbb elnevezés volna a „potenciáló” kritérium (JMS és Szathmáry). Az első kettő az evolúció feltételeit foglalja össze. A harmadik inkább filozófiai.

18 Az evolúciós egységek kritériumai (Muller féle életkritériumok)
Szaporodás Öröklődés Változékonyság (variáció) Olyan egységek képesek evolúcióra, amelyek rendelkeznek a szaporodás, öröklődés és változékonyság képességével. Szaporodás: egy egyedből több lesz. Öröklődés: az utódok szüleikre hasonlítanak, azaz a hasonló hasonlót hoz létre. Változékonyság: az új változatok létrehozásának képessége. Az evolúció feltétele szorosabban véve a variáció, azaz a változatosság, hiszen ebből válogathat a szelekció. A tartós evolúciónak azonban az is feltétele, hogy folyamatosan újabb változatok jöjjenek létre, különben a változatosság egyre szűkülne, és előbb-utóbb megrekedne a folyamat. Kiegészítő feltétel, hogy a változékonyság érintse az egyedek túlélését és/vagy termékenységét meghatározó tulajdonságokat. Ez azonban gyakorlatilag magától értetődő, ha a változékonyságot létrehozó mechanizmus eléggé általános érvényű. (Pl gondoljunk bele, hogy a DNS-alapú öröklődés gyakorlatilag végtelen számú változatot enged meg – az ilyen rendszert korlátlan öröklődési rendszernek nevezzük). Természetes szelekció zajlik, ha vannak olyan bélyegek, amelyek öröklődő változásokat okoznak a túlélésben és/vagy a termékenységben. feltételezi és létrehozza a homeosztázist és a komplexitást...

19 A chemoton (Gánti) az élő rendszerek minimálmodellje
autokatalitikus „kémiai motor” a növekedés alapja az autokatalízis tartós munkavégzés alapja csak körfolyamat lehet kettős membrán spontán osztódás a növekedés révén membrán csak membránból lesz információs alrendszer Az autokatalízis azt jelenti, hogy a kémiai folyamat végén a kiindulási molekulából két példány keletkezik, azaz egyfelől ciklussá zárul a folyamat, másfelől minden „fordulóban” megkettőződik a részt vevő anyagok mennyisége. Ez minden biológiai növekedés alapja. A chemoton „kémiai motorja” egy autokatalitikus ciklus, amely egyúttal az információs alrendszer és a membrán felépítéséhez szükséges építőegységeket is előállítja. Nyersanyagként a környezetből felvett anyagokat használ, az alacsony energiaállapotú melléktermékeket pedig a környezetbe adja le. A spontán osztódás alapja, hogy a sztöchiometriailag kapcsolt reakciók eredményeképpen a membrán alkotóelemei a „sejtplazma” alkotóelemeivel azonos ütemben keletkeznek. A gömb alakú sejt felszínét a membránalkotók, a térfogatát pedig a sejtplazma alkotóinak mennyisége szabja meg. A felszín a sugár négyzetével, a térfogat viszont a köbével arányos. A térfogat megkettőződése esetén tehát a felszín – azonos alak mellett – kettő a kétharmadikon-szorosra, azaz kb 1.6-szeresére nő. A chemotonban azonban a térfogat megkettőződése a membránalkotók megkettőződésével jár, így a felszín nagyobb lesz a gömb alakhoz szükséges felszínnél. Kimutatták, hogy ennek hatására a felszín betüremkedik, és ha a betüremkedés eléri a túloldali membránt, összeolvadhat vele, és bekövetkezhet a spontán sejtosztódás, amellyel helyreáll az ideális gömb alak. Az élet kialakulását érintő érdekesség, hogy a jelenlegi sejtekben membrán csak membránból lesz, azaz az újonnan szintetizált membránalkotó molekulák már meglévő membránokba épülnek be (azokat növelve), és sohasem alkotnak spontán új membránt. Új membránfelületek pedig lefűződéssel képzőnek már meglévő membránokból. Az információs alrendszer a chemoton alapverziójában a membránalkotók szintéziséhez szükséges molekulát termel -- általánosságban a chemoton többi elemének szintézisét befolyásolja.

20 A definíciók osztályozása
Fenotípusos: klasszikus homeosztázis, anyagcsere, fenntartott rendezettség Gánti abszolút: 1-3, 5, potenciális: 1,3 Genetikai, evolúciós: Darwin (az evolúciós egységek kritériumai) Gánti abszolút: 4, potenciális: 1-2 von Bertalanffy, JMS és Szathmáry: funkció A növekedés-szaporodás átfed „Igazán élő” szervezetekben mindkét aspektus jelen van: anyagcsere-homeosztázis, illetve evolúciós képesség, információ és funkció A fenotípusos definíciók az élet anyagcsere-homeosztatikus oldalára koncentrálnak, míg a genetikai-evolúciós definíciók az evolúciós képességre, az ebből fakadó funkcionalitásra, és az információkódoló képességre helyezik a hangsúlyt. A két aspektus együtt képezi az élet kettős természetét. A természetes élőlényekben mindkét aspektus jelen van, mivel evolúció révén jöttek létre. Mesterségesen létrehozhatunk majd olyan élőlényeket, amelyekre az összefonódás nem teljesül, például nem hordoznak önmaguk létrehozására vonatkozó információt, noha minden egyéb szempontból „élnek”.

21 Zárszó az élet után Ha az egyik aspektus hiányzik:
Spiegelman és a vírusok A vírusok tökéletesen hordozzák az élet információs aspektusát, evolúcióra képes egységek és korábbi evolúció termékei. Viszont hiányzik belőlük az anyagcsere és a homeosztázis. Szaporodásra csak megfertőzött sejt belsejében képesek, annak apparátusát használva. A vírusrészecskék rendezettsége statikus, nem újítják meg karbantartó folyamatok, hiszen ezek anyagcserét igényelnének. A kettős definíció értelmében tehát a vírusok nem élnek, csupán információt hordoznak, amely képes az élő rendszerekkel sokszorosíttatni magát.

22 Evolúció kémcsőben: a Spiegelman-kísérlet (1965)
Sol Spiegelman a kémcsövekbe az RNS-molekulákat felépítő építőköveket és a Q-fág (egy baktériumot fertőző vírus) replikáz enzimét tette. Ehhez hozzáadta a vírus (kb 4000 bázis hosszúságú) RNS-molekuláját, amelyet a replikáz sokszorosítani kezdett. A replikáz a másolás során ejt hibákat, így a másolatok között az eredeti molekula sokféle változata keletkezett. Az alapanyagok elfogytával természetesen megállt a replikáció, ezért bizonyos idő után mintát vett a kémcsőből, és a mintát újabb kémcsőbe oltotta, amelyben a replikáz enzim mellett az RNS építőkövei voltak. Az új nyersanyagok segítségével a mintával átjutó RNS-molekulák replikációja újra megindulhatott. Az átoltást sokszor megismételte, majd megvizsgálta az utolsó kémcsőben keletkezett RNS-molekulákat. A kémcső túlnyomó többségben az eredetinél jóval rövidebb, kb. 220 bázis hosszúságú RNS-molekulát, illetve annak közeli változatait tartalmazta. Mi történhetett? A kémcsövekben valódi evolúció zajlott. A replikáció feltétele, hogy az RNS-molekula képes legyen a replikázhoz kötődni, a kötődés hatékonysága pedig az RNS bázissorrendjétől függ. A molekula hossza is befolyásolja a replikáció sebességét: minél rövidebb az RNS, annál gyorsabban elkészül róla a másolat. Különböző RNS-molekulák tehát különböző sebességgel másolódnak, a változatosságot pedig a másolás során ejtett hibák biztosították. Azok a molekulák, amelyek jól kötődtek a replikázhoz és/vagy rövidebb hosszuk miatt gyorsabban másolódtak, nagyobb mennyiségben keletkeztek a kémcsövekben, és nagyobb eséllyel jutottak át a mintával a következő kémcsőbe. A másolási hibák révén újabb és újabb változatok szálltak versenybe. A másolás néha nem haladt végig a molekulák teljes hosszán, így rövidebb változatok is keletkeztek, amelyek előnyt élveztek és ezért kiszorították a hosszabbakat. A folyamat azonban nem mehetett a végtelenségig, hiszen nem veszhetett el az a szakasz, amely a replikáz kötődését biztosította. Így alakult ki az optimális molekula. Érdekes, hogy a kísérletet sokszor megismételve mindig nagyon hasonló molekula lesz a végeredmény, azaz a kísérleti körülmények pontosan meghatározzák az optimális bázissorrendet. Megváltozott körülmények között más lehet az optimum. Ha a kémcsövekhez a replikációt gátló anyagot adtak, másmilyen RNS-molekula lett a végtermék, amely az eredetinél jobban másolódott az inhibítor jelenlétében. Mi több, annyira alkalmazkodott az inhibítorhoz, hogy nélküle éppen hogy lassabban másolódott! A Spiegelman-kísérlet ismét illusztrálja az evolúció feltételeit: a rendszer rendelkezett a szaporodás (másolódás), öröklődés és változékonyság képességével, és az öröklődő változások befolyásolták a szaporodást. Nem rendelkezik azonban az önálló anyagcsere képességével – az RNS-molekulák nem élnek. Az élet legelemibb egysége alighanem a sejt. Lásd az „inherens egység” kritériumát! A belső állapot fenntarthatóságának és a pontos replikációnak alighanem feltétele a külilágtól való elkülönülés. Az RNS-molekulák adaptálódtak a kísérleti viszonyokhoz (pl. replikációt gátló anyag)

23 Élnek-e a vírusok? Csak öröklődés, de nincs anyagcsere
Passzív rendezettség: tetszhalál vagy „tetszélet” Kisebb méret, kisebb komplexitás

24 A hűtőtorony meséje: Mimi, mama és a szputnyik
Az U. urealyticum egy kis méretű baktérium. Először a mimivírust is Gram-pozitív baktériumnak hitték, és egy évtizedig a labor hűtőjében várta a(z) (újra)felfedezést. Mimivírus 400 nm 1,2 megabázis DNS 1000< gén

25 Mimivírus: metabolizmus
Azért ezek persze csak egyes elemek, nem komplett, önálló metabolizmus. Az egyenlőre még megmaradó abszolút (leíró, nem elvi) kritériumok a sejtes élőlények és a vírusok közötti határvonal meghúzására a riboszómák jelenléte, az osztódás és a növekedés. fehérjeszintézisben, DNS-repairben, anyagcserében fontos gének! de: riboszómái azért nincsenek és nem tud osztódni és nőni

26 Mamavírus és a szputnyik
Sputnik: 50 nm 18 kilobázis DNS 21 gén csak a mamavírus jelenlétében szaporodik VIROFÁG A mamavírus pedig egy párizsi hűtőtoronyból került elő. A virofág több mint egyszerű „szatellitavírus” (illetve defektív interferáló vírus). Az utóbbiak maguk is a gazdasejt apparátusát használják a szaporodáshoz, amihez igénybe veszik az „anyavírus” géntermékeit is. A Sputnik viszont a mimivírus saját „vírusgyárában” készül. mamavírus: a mimivírus egy új törzse gazdájuk egy amőba mamavírus (piros), sputnik (zöld)

27 BL Scola et al. Nature 000, 1-5 (2008) doi:10.1038/nature07218
a, Mamavirus virus factory (MVF) with mamavirus particles at different stages of maturation. Clumps of Sputnik particles (arrows) are observed within MVF. b, In some cases, Sputnik is observed within mamavirus capsids. c, Defective particles are produced. d–f, Co-infection with mamavirus and Sputnik results in abnormal morphology of mamavirus particles, such as membrane accumulation at one side (d), membrane accumulation around the particles (e), or open particles (f). Scale bars, 200 nm. A Sputnik jelenléte jelentősen csökkenti a mamavírus károsító hatását az amőbában (harmadannyi amőba pusztult el a fertőzéstől számított 24 órán belül). Tekinthetnénk a virus factoryy élőlénynek, aminek a szabad virionok (vírusrészecskék) a szaporítóképletei. Igaz, hogy csak a gazdafajon belül életképes, de ez igaz az obligát endoparazita baktériumokra is.

28 Lehet-e nem élő, ami megbetegedhet?
Ebben az irányban is elmosódik a határ… Azóta több hasonló vírust kihalásztak az óceánból… Záró megjegyzések: azóta a mimivírussal, illetve a Sputnikkal rokon génszekvenciákat találtak tengervízben, illetve mimivírussal rokon vírust három tengeri algában. Ez arra utal, hogy az óceáni életközösségekben fontos szerepet játszhatnak az óriásvírusok és virofágjaik. Korábban azért nem találták meg őket, mert a baktériumfilterek az óriásvírusokat is kiszűrték. Tanulság: amit nem keresünk, azt nem is találhatjuk meg. A képen Craig Venter látható az óceáni „metagenom” gyűjtéshez használt jachtján. A metagenomika itt azt jelenti, hogy adott mérettartományban mindent kihalásznak (pl a vízből), feldarabolják a mintában levő DNS-t/RNS-t, aztán megszekvenálják a darabokat, és a szekvenciákat a már ismert szekvenciákhoz hasonlítva besorolják a törzsfára.

29 Zárszó az élet után Ha az egyik aspektus hiányzik:
Spiegelman és a vírusok tűz és örvény élő csak élőből keletkezik: az eredet problémája csak egy Földünk van: az esetlegesség problémája asztrobiológia: lehet-e máshol élet? A gázégő lángja vagy a teli kádban a dugó kihúzásakor kialakuló örvény is fenntartja az alakját, miközben anyag áramlik át rajta – azaz az élőlényekhez hasonlóan rendelkezik az alak fenntartásának képességével, „anyagcserét” folytat. Ezek a rendszerek azonban nem rendelkeznek az öröklődés képességével. A tűz még replikálni is képes önmagát – újabb tüzeket gyújthat –, de azok nem öröklik a sajátságait: méretük, alakjuk a meggyújtott anyagtól fog függeni, nem az őket meggyújtó tűz méretétől és alakjától. Emiatt nem evolválódnak, nem válnak komplexebbé, és nem szereznek a fenntartásukat és a replikációjukat elősegítő struktúrákat. Belőlük tehát az információs-evolúciós aspektus hiányzik. Esetlegességen azt értem, hogy egyetlen példáját látjuk az élet kifejlődésének – az összes ismert földi életforma közös tőről fakad –, emiatt a földi élőlények közös vonásait vizsgálva nehéz eldönteni, hogy melyik sajátság elengedhetetlen jegye az életnek, és melyik csupán a földi élet leszármazás útján közös jegye, amit a kezdeti véletlenek szabtak meg. A perspektívánkat jelentősen tágítani fogja, ha a Földön kívül élet nyomaira bukkanunk. Erre a Naprendszeren belül jelen pillanatban három esélyt látunk.

30 A Föld mostohatestvére, a Mars
Korábban volt légkör és folyékony felszíni víz. Volt-e rajta élet? Van-e rajta élet? Rokona (volt) a földinek? A Marson fejlődésének korábbi szakaszában volt légkör és folyékony felszíni víz, azaz adottak voltak az élet keletkezésének feltételei. Elképzelhető, hogy kialakult az élet, de mára – a légkör elszökésével – kipusztult. Ekkor is megtalálhatjuk azonban fosszilis nyomait. Még izgalmasabb azonban az a lehetőség, hogy a haldokló marsi élővilág utolsó hírmondóit esetleg még ma is életben találhatjuk. A lehetséges marsi élet további érdekessége, hogy elképzelhető a földivel közös eredet: az extrém körülményeket elviselő baktériumok elviselhetnek egy Föld-Mars vagy Mars-Föld utazást is, és ismertek olyan meteoritok, amelyek megtették ezt az utat... Ebben az esetben persze kevésbé nyernénk megvilágosodást a földi élet jegyeinek esetlegességéről. A képen a Phoenix leszállóegység robotkarja látható. A kiásott mintában sikerült kimutatni a víz (jég) jelenlétét. Korábban is sejtették, hogy a felszín alatt van vízjég, de ez már közvetlen bizonyíték. A kép forrása: NASA/JPL-CALTECH/UNIVERSITY OF ARIZONA; (INSET) NASA/JPL-CALTECH/UNIVERSITY OF ARIZONA/MAX PLANCK INSTITUTE Keressük a válaszokat…

31 A Föld mostohatestvére, a Mars
„Sötét dűnefoltok”: fotoszintetizáló élőlények munkája? Talán még a mi életünkben kiderül… A mai marsi élet egy elméletét éppen egy magyar csoport dolgozta ki – a részletek megtalálhatók itt: és itt:

32 Europa: titokzatos jégvilág
A Jupiter holdja A másik célpont a Jupiter Europa nevű holdja, amelynek felszínét vastag kéregben vízjég borítja, alatta folyékony óceán húzódhat. A folyékony víz tehát adott, az élet kialakulásához és fennmaradásához szükséges energiát pedig az óceán mélyén rejlő hőforrások biztosíthatják, akár a földi óceánok „pöfögőinek” életközösségei számára. A képen az Europa szabdalt jégfelszíne látható.

33 Europa: titokzatos jégvilág
A vízjég kéreg alatt folyékony óceán rejtőzhet. Kialakulása után egy ideig a felszínen is folyékony lehetett a víz. (hasonló szerkezet más jeges holdakon is elképzelhető, pl Enceladus) A másik célpont a Jupiter Európa nevű holdja, amelynek felszínét vastag kéregben vízjég borítja, alatta folyékony óceán húzódhat. A folyékony víz tehát adott, az élet kialakulásához és fennmaradásához szükséges energiát pedig az óceán mélyén rejlő hőforrások biztosíthatják, akár a földi óceánok „pöfögőinek” életközösségei számára. A képen az Europa szabdalt jégfelszíne látható. A jégkéreg vastagsága 10 km, a vízrétegé km lehet. Az Enceladus a Szaturnusz holdja.

34 Titán: szerves kémiai laboratórium
A Titán a Szaturnusz holdja, a Cassini űrszonda Huygens leszállóegysége folyóvölgyekre, tengerekre emlékeztető képződményeket talált rajta. Azóta bebizonyosodott, hogy folyékony metán-etán keveréket tartalmazó óriási tavak vannak rajta, amiket metán-etán esők táplálnak. Komplex szerves vegyületek előfordulhatnak. alig kisebb, mint a Mars sűrű légkör (nitrogén, metán), komplex felszíni formák

35 Titán: szerves kémiai laboratórium
Felmerül a nem-vizes alapú élet lehetősége vagy a kéreg alatti víz-ammónia rétegben víz alapú élet. További ajánlat: az origo szakszerű asztrobiológia rovata: metán-etán tavak komplex „(m)etánkörzés” a mélyben itt is lehet szilárd vízjég és alatta folyékony víz

36 Zárszó az élet után Ha az egyik aspektus hiányzik:
Spiegelman és a vírusok tűz és örvény élő csak élőből keletkezik: az eredet problémája csak egy Földünk van: az esetlegesség problémája totálszintézis és „újfajta élet” szintézise a gyakorlati biológus nyugodt álma... Többféle irányban feszegettük az élet „határait”: az élő egyed szintjétől lefelé és felfelé; a halál felé; élettelen analógiák felé. Az élet eredetét egyelőre nem tudjuk leírni, de sok részproblémára már javasoltak megoldást. Gondoljunk arra is, hogy száz évvel ezelőtt az élő anyag működését sem tudták elképzelni „életerő” nélkül. Ehhez nekünk már van elegendő ismeretünk, és talán egyszer az élet kialakulásának megértéséhez is lesz. Végezetül megjegyzem, hogy a biológus általában nem az „életet”, hanem az életjelenségeket, az élőlények struktúráit, tulajdonságait és közösségeit vizsgálja, így nem ütközik az élet definiálásának nehézségeibe... A gyermekbénulásért felelős vírust (polio) sikerült teljes mértékben biokémiai módszerekkel szintetizálni. Komoly erőfeszítések folynak egy teljes önreprodukcióra képes kemotonszerű „protosejt” előállítására – optimista becslések szerint erre 10 éven belül esély van. Venterék már szintetizáltak komplett bakteriális genomot.

37 Zár-zárszó Az élő állapot olyan komplex rendezettség, amely megfelelő körülmények között, átáramló energiát felhasználva, szabályozó folyamatok révén fenntartja önmagát. Nem húzható éles határ élő és élettelen között.

38 A biológia központi helye
fizikára, kémiára épül, de nem redukálható azokra a komplexitás miatt szükséges a leíró jelleg célszerűség, funkció pszichológia, szociológia, filozófia táplálkozik belőle (és viszont) A „miért” kérdése értelmetlen a fizikában, kémiában, de nagyon is értelmes a biológiában. Mivel az ember is élőlény és evolúció „terméke”, ezért az emberi dolgokkal foglalkozó tudományokban mindenhol felbukkan a biológia.

39