Cum vedem noi viata?

Cel mai potrivit mod de a vedea organismele este sa nu le privim ca “specii diferite”, ci ca insule genetice, unde istoria genetica a tuturor organismelor este sub nivelul apei si nu o putem vedea. Insulele si continentele pot fi observate separat, ca fiind niste bucati de pamant neconectate una de cealalta, dar noi astazi stim ca sunt unite. In cazul vietii, pentru a vedea “ce se afla sub apa” este putin mai dificil, pentru ca asta ar insemna sa privim in trecut; nu putem observa asta in mod direct. Timpul si mecanismele evolutiei sunt singurele lucruri care separa “speciile”.

Asa cum am discutat mai inainte despre conceptul de specie, conceptul de “rasa” ridica si mai multe probleme. Cu siguranta conceptul Linnaean al speciei nu este intocmai valid. Putem folosi termenul de “specie” pentru a discuta despre populatii izolate, dar termenul nu inseamna acelasi lucru si pentru omul simplu. Conceptul de “rasa” ar trebui sa fie si el de asemenea invalid. Rasa nu exista, deoarece, la fel ca si in cazul speciilor, este un concept dezvoltat pentru acceptarea teoriei evolutiei fiind adoptat cu mult timp inainte sa descoperim multe lucruri din genetica ce au schimbat lumea si modul nostru de a privi evolutia vietii.

Unii pionieri care propun conceptul de rasa sustin ca ele nu sunt inrudite si ca albii, negrii, orientalii etc au fost creati separat, si doar albii sunt descendentii lui Adam si Eva. Iar mormonii de exemplu, privesc negrii ca fiind descendentii lui Cain, caracterul biblic care si-a omorat fratele.

Ceea ce stim astazi este ca toti oamenii, defapt toate organismele, sunt alcatuite din aceleasi colectii de gene. Toate fiintele vii impart in mare parte, aceleasi gene.

Intelegerea virusurilor si altor replicatori subcelulari

Timp de 100 de ani, comunitatea stiintifica si-a schimbat opinia despre ce sunt virusurile cu adevarat. La inceput au fost vazute ca otravuri, mai apoi ca forme de viata, iar astazi se afla intr-o zona gri, intre entitati vii si non-vii.

Virusurile au fost studiate in principal datorita bolilor pe care le cauzeaza. Termenul de “virus” isi are originea in limba latina, insemnand “otrava”.

La sfarsitul secolului 19, cercetatorii au realizat ca anumite boli precum rabia, erau cauzate de “particule” asemanatoare bacteriilor, insa mult mai mici. Deoarece se puteau raspandi de la o victima la alta cu efecte biologice evidente, virusurile au fost privite ca fiind cele mai simple forme de viata, purtatoare de gene.

Virusurile au inceput sa fie privite ca materie inerta incepand cu anul 1935, cand Wendell M. Stanley si colegii sai de la Universitatea Rockefeller din New York, au cristalizat virusul mozaicului de tutun. Au observat ca acestia contineau biochimicale complexe, insa lipseau sisteme importante pentru functiile metabolice. Iar fara metabolism, nu puteau fi considerate a fi vii.

Virusurile sunt cele mai cunoscute entitati subcelulare capabile de a se reproduce, putand fi bazate atat pe ADN cat si pe ARN, invelite de o proteina, dupa cum s-a observat in urma cercetarilor efectuate de Stanley. Cum au aparut acestia nu este cunoscut, desi exista cateva ipoteze propuse.

Sub unele conditii, reducerea codului genetic este o prima caracteristica a virusurilor. Virusurile si alti replicatori asemanatori, devin mai putin complexe de-a lungul generatiilor si devin mai eficiente. Ceea ce permite acestor virusuri sa devina mai “putin complexe” este faptul ca o mare parte de “ciclul” lor al vietii este realizat de celulele lor gazda.

Odata cu evolutia celulelor gazda care au devenit din ce in ce mai complexe, virusurile n-au mai avut nevoie de o parte din codul propriu genetic, asta pentru a evita functionalitatea redundanta si au folosit ceea ce exista deja, devenind mai eficiente. Asa se explica de ce virusurile de astazi nu sunt mai complexe decat cele de acum sute de mii de ani.

Viroizii nu sunt altceva decat mici salturi ale ARN-ului. Sunt entitati infectioase, asemanatoare virusului, insa mai mici ca dimensiuni, care infecteaza plantele superioare cauzand cresterea stramba sau chiar moartea. Viroidul reprezinta un singur lant de ARN cu 220 – 350 de nucleotide, forma circulara si fara capsida proteinica, prevazuta la virusuri. Acestia depind de existenta virusurilor pentru a se replica. Mai sunt numiti si “sateliti”. In unele cazuri, virusurile nu se pot reproduce fara satelit, iar in altele, satelitul este mai mult precum un parazit al virusului.

Plasmida este o macromolecula de ADN prezenta in unele bacterii si mai rar in celulele eucariote si care se poate replica autonom de cromozomul “gazdei”, dar folosind aparatul replicativ al celulei in care se gaseste. In general, acestea sunt formate din ADN dublu catenar si au forma circulara. Intr-o singura celula se pot afla de la una pana la cateva sute sau chiar mii de copii ale aceleiasi plasmide.

Plasmidele contin adesea gene care codifica caractere utile gazdei, cum este rezistenta la antibiotice sau transferul de material genetic prin intermediul pililor. Plasmidele pot trece de la o celula la alta, sau chiar si intre specii diferite. Orice plasmida contine cel putin o secventa de ADN ce serveste ca origine a replicarii, fiind un punct de pornire pentru replicarea ADN-ului.

Transpozonii sunt segmente de ADN ce se replica si pot migra dintr-un organism intr-altul. Au un efect indirect asupra amestecarii codului genetic, si pot mari rata schimbarii genetice.

Prionii sunt primii replicatori cunoscuti care nu au acizi nucleici – realizati doar din proteine. Au fost descoperiti in 1980 si reprezinta cauza principala a mai multor infectii, incluzand boala “vacii nebune”. Prionii cunoscuti sunt adesea produsi de proteinele din tesutul creierului, iar boala provocata de acestia este in stransa legatura cu boli ale acestui tesut. ADN-ul si ARN-ul pot fi distrusi usor, dar proteinele sunt mult mai rezistente si pot avea o viata mai lunga.

O conceptie gresita despre virusuri si alti replicatori subcelulari este ca toti sunt “activi” si ca ei “fac diverse lucruri”. Cu mici exceptii, toti acesti replicatori subcelulari sunt complet inerti. Exista unele virusuri ce au o activitate metabolica limitata pentru anumite perioade, dar in marea majoritate, virusurile nu fac nimic. Sunt unele virusuri ce se ataseaza la celule si injecteaza codul lor genetic.

Celulele nu sunt constiente, asa cum nici virusurile nu sunt. O celula este practic o mica fabrica avand un set de instructii (ADN sau ARN) pentru a efectua diverse sarcini, bazate pe structura codului. Daca o bucata de ADN se afla in celula, aceasta o va lua si va incerca sa o integreze in nucleu, sa o replice / sa o traduca. Atunci cand codul lor ajunge intr-o celula, celula ia codul si incepe sa execute instructiunile de cod, asemenea unui microprocesor de calculator. Celula trateaza ADN-ul viral ca pe alt ADN aflat in celula, cu exceptia ca in unele cazuri virusul codeaza enzime ce nu sunt prezente in mod normal in celula, iar atunci comportamentul poate devia.

Replicatorii subcelulari sunt agenti pasivi, iar celulele sunt cele care le produc de fapt. Virusurile nu au un rol activ in reproducerea lor. Celula noastra nu are “judecata” pentru a-si da seama daca trebuie sau nu sa execute instructiunile. Celulele sunt doar niste pungi de chimicale iar reactiile care au loc sunt datorate legilor chimiei fara nicio “ghidare externa”.

Bacteriile

Bacteriile sunt microorganisme monocelulare ce fac parte din regnul procariota, fiind cele mai vechi forme de viata, foarte raspandite in aer, apa, sol, pe obiecte, alimente si organisme. Regnul lor cuprinde doua increngaturi: Bacteriophyta (bacteriile) si Cyanophyta (algele albastre-verzi).

Majoritatea bacteriilor au un perete celular care le protejeaza si le ajuta sa mentina un echilibru osmotic dintre ele si mediu, membrana citoplasmatica, citoplasma si un nucleoid. Fiecare bacterie are un cromozom principal, ele mai continand segmente circulare de ADN, numite plasmide.

Bacteriile sunt foarte rezistente, dovedesc o diversitate sporita si o adaptabilitate fara precedent. Reusesc sa-si asigure materialul nutritiv din aproape orice: incepand de la utilizarea celor mai simple substante chimice, chiar anorganice, pana la utilizarea celor mai complexe substante organice.

Ce este pana la urma, viata?

Filozofii nu mai sunt de multa vreme singurii care-si pun intrebari asupra vietii. Astazi, oamenii de stiinta incearca sa dea o definitie a vietii, sa o creeze, si de putin timp, o cautam si pe alte planete. In 2007, cercetatorii au inlocuit identitatea genetica a unei bacterii cu a unui microb. Altii incearca sa creeze viata artificiala, iar cei de la NASA cauta viata in spatiu, chiar daca nu stiu cum ar trebui sa arate exact.

Din punct de vedere biologic, viata este acea conditie care deosebeste organismele de obiectele anorganice sau organismele moarte, fiind manifestata de crestere prin intermediul metabolismului, de reproducere si de reglari interne influentate de mediul inconjurator. Cercetatorii au identificat sapte caracteristici ale vietii.

Viata este compusa din celule. Celulele reprezinta componentele de baza ale tuturor fiintelor. Unele organisme sunt formate dintr-o singura celula, precum bacteria, sau din mai multe celule, precum oamenii.

Viata are nevoie de energie. Organismele vii au nevoie de energie, de obicei in forma de adenozintrifosfat. Organismele folosesc energia pentru a realiza activitatile necesare precum metabolismul si locomotia. Adenozintrifosfatul este o parte din acizii nucleici (ARN si ADN) fiind compus din trifosfat, adenina si riboza. Adenozintrifosfatul este acumulatorul de energie necesara celulei prin inmagazinarea si conversia energiei celulare dupa necesitatile metabolice. Este generat prin glicoliza, ciclul Krebs si fotofosforilare.

Viata se poate reproduce. Toate organismele vii se reproduc, fie pe cale sexuata sau pe cale asexuata.

Ereditatea. Organismele vii mostenesc trasaturile de la parintii care le-au creat. Acest lucru se numeste ereditate.

Raspund la mediul inconjurator. Toate organismele raspund la stimulii din mediul inconjurator in care traiesc.

Mentin homeostaza. Toate organismele vii mentin o stare interna de echilibru. Homeostaza este un proces de reglare prin care organismul isi mentine diferitele constante ale mediului interior intre limitele valorilor normale. De exemplu, rinichiul excreta anumite produse de catabolism si regleaza metabolismul apei si pH-ul sangelui; plamanul elimina dioxidul de carbon si putina apa; intestinul evacueaza reziduurile alimentelor ingerate si secretiile digestive. Pentru numeroase substante precum calciul, potasiul si sodiul, acest echilibru este asigurat prin actiunea hormonilor antagonisti: trebuie sa intervina adesea un mecanism de control retroactiv, conform caruia, un nivel sangvin excesiv al unei substante inhiba stimularea hormonala a producerii sale.

Evolutia si adaptarea. Toate organismele vii evolueaza si se adapteaza mediului inconjurator in care traiesc. De exemplu, Mycobacterium tuberculosis este bacteria care provoaca tuberculoza. Antibioticele erau eficiente in combaterea ei, insa aceste organisme au dezvoltat o rezistenta impotriva lor.

Folosind aceste caracteristici, putem imparti lucrurile intre organice si anorganice. Imagineaza-ti ca esti un biolog care n-a mai fost pe Terra. Ai fost trimis intr-o misiune pentru a determina daca lucrurile numite “copaci” sunt vi. Cum satisfac acestia cerintele, sau caracteristicile mai sus mentionate? Dar virusurile? Pot fi ele catalogate ca fiind vii?

Asa cum am spus mai inainte, virusurile se afla la granita dintre materie inerta si viata, de aceea sunt atat de interesante. Desi nu sunt compuse din celule, ele poseda aproape toate celelalte caracteristici ale vietii. Se pot reproduce, dar cu ajutorul gazdei, au nevoie de energie (din celulele vii), se adapteaza, raspund la stimuli si mostenesc trasaturile. Cercetatorul Wolfhard Weidel spunea ca “nimic nu ne aduce mai aproape de originea vietii si raspunsul la intrebarile noastre precum virusurile”.

Vezi aici toate articolele din aceasta serie:

http://www.descopera.org/de-la-eucariote-la-omul-bionic/