Az egyutteles bolygoja Symbiotic Planet - A New Look at Evolution

LYNN

MARGULIS

VILÁG - EGYETEM

LYNN MARGLJLlS

..

,

,

AZ EGYUTlfELES , BO LYGC)JA AZ EVOLÚCiÓ Új MEGKÖZELíTÉSE

A VILÁG-EGYETEM sorozat főszerkesztője : L ANG ISTVÁN akadémikus A mű eredeti címe: Symbiotic Planet. A New Look at Evolution Copyright © 1998 by Sciencewriters, Amherst, MassachusettS A fordítás a Basic Books, A Member of the Perseus Books Group 1998. t:vi kiadása alapján készült . Fo ·dította: Schoket Zsófia A fordítást el enőrizte: Vida Gábor akadémikus Minden jog fenntartvI . Kritikákban és recenziókban felhasznált rövid idézetek kivételével a mű egyetlen része sem reprodukálható semmilyen eljárással a jogtulajdonos előzetes engedélye nélkül.

Kiadta a Vince Kiadó Kft., 2000 1027 Budapest, Margit körút 64/B A kiadásért a Vince Kiadó igazgatója felel Hungarian .ranslation © Schoket Zsófia, 2000 Sz ~rkesztette : Pesthy Gábor Műszaki szerkesztő: Haiman Ágnes Tördelés: Simon Attila Nyomta és kötö te a Reálszisztéma Dabasi Nyomda Rt. Felelős vezető: Mádi Lajos vezérigazgató ISBN 953 9192 52 X / ISSN 12184500

ELÓSZÓ

Az idő bizony halad -Vígan mondom azoknak, akik most szenvednek Túl fogják élni Létezik egy napsugár Bár ők most nem hisznek benne - (1121 )*

- Anyu, mi köze a Gaia-elméletnek a te szimbiotikus elméletedhez? - kérdezte 17 éves Zach fiam egy nap, munka után. Már nem törekvő politikus, most kiábrándult segédtörvényhozó a bostoni parlamentben; épp most ért haza a kimerítő kísérlet után, hogy két távol lévő főnökének egyike helyett megalkossa az öregek otthonával foglalkozó törvény tervezetét. - Semmi - válaszoltam rögtön - vagy legalábbis tudomásom szerint. Azóta is állandóan tűnődöm a kérdésén. A könyv, melyet az Olvasó a kezében tart, megkísérel választ adni a kérdésre. Központi témáját az a két fő tudományos elmélet alkotja, amelyeken egész szakmai múltam során dolgoztam: a sorozatos endoszimbiózis-elmélet (Serial Endosymbiosis Theory = SET) és a Gaia, valamint egyiknek a másikhoz való viszonya. Zach kérdésére, hogya szimbiózis miként felel meg a Gaiának, világos választ adott egy tüneményes korábbi tanítványom, Greg Hinkle (ma már a dél-dartmouth-i University of Massachusetts professzora) találó megjegyzése. PhD-fokozatának elnyerése előtt Greg úgy tudta és úgy is tanította, hogya szimbiózis egyszerűen a különböző fajok organizmusainak fizikai kontaktusban való együttélése. Partnerek a szimbiózisban, szimbiózisban élő társszervezetek, amelyek azonos időben azonos helyen maradnak, a szó szoros értelmében egymáshoz érve vagy éppen egymáson belül elhelyezkedve. A Gaia-koncepció - mely az ógörög Földanyáról * Valamennyi fejezet mottója idézet Emily Dickinson (1820-1886) T. H. Johnson által szerkesztett The Complete Book of Poems of Emily Dickinson c. (Little Brown and Company, 1955).

kötetéb ő l

s

kapta a nevét - azt a gondolatot sugallja, hogya Föld élő, eleven. Az angol vegyész, James E. Lovelock által felvetett Gaiahipotézis szerint a légköri gázok és a felszíni sziklák, valamint vizek helyzetét az élő organizmusok növekedése, pusztulása, anyagcseréje és egyéb működési megnyilvánulásai szabályozzák. Greg megjegyzése szerint a világűrből nézve a Gaia is szimbiózis: minden organizmus érintkezik, mert mindegyiket ugyanaz a levegő és ugyanaz az áramló víz veszi körül. Azt, hogy miért értek egyet Greg okfejtésével, a következő oldalakon részletezem. Ha ez a könyv újat mond Önnek a szimbiózissal és a Gaiaelmélettel kapcsolatban, s azokat gyökeresen új életszemléletek összefüggésébe helyezi, mindössze négy szerencsés tényezőnek köszönhető: először Zach kérdésének, másodszor Dorion Sagan szerepének gondolkodásom és írásom szÍnvonalának emelésében l, harmadszor annak, ahogyan Lois Byrnes felülbírálta, átrendezte és újraszerkesztette ezt a kéziratot fantasztikus őszinteséggel és kifinomult művészi ízlésseF, végül annak, hogy a Basic Books kiadó munkatársa, William Frucht határozottan ragaszkodott az összpontosítottabb szerkesztéshez és a kevésbé terjengős szöveghez. Egy ilyen intellektuálisan kíváncsi és megfelelően kritikus szerkesztővel való együttműködés maradandó élmény. Ez a könyv bolygónk életéről, a planetáris evolúcióról és a minderről alkotott nézeteink változásairól szól. Az esetleges kiegészítő szövegek az újonnan feltárt eredményekre, pontosabban a tudományos kutatásokra és az azokat elősegíteni vagy gátolni képes vitapont okra vonatkoznak. A tudományos felfedezések hátráltatásában - különösen azokéban, melyek kellemetlenül érintik emberi kultúránk szent és sérthetetlen normáit - sok körülmény játszik össze. Fajként ragaszkodunk a tömeggel való jól bevált, megnyugtató hasonlósághoz. A megszokás azonban még mélyebben húzódik, mint ahogyan azt hajlandók vagyunk beismerni. Még ha nincs is megfelelő elnevezésünk és ismeretünk bármely meghatározott filozófia vagy gondolkodásmód történetéről, mindnyájan rabjai vagyunk saját biztonságos" valóságunknak" . Szemléletmódunk alakítja, hogy mit látunk, és mit hogyan ismerünk. Bármilyen 6

gondolat, melyet tényként vagy igazként ismerünk el, egy olyan teljes gondolkodásmódba integrálódik, melynek rendszerint nem is vagyunk tudatában. Hívhat juk kulturális kényszereinket "belénk nevelt elfogadásképtelenségnek", "sablonokban gondolkodásnak", "a valóság társadalmi szerkezetének". Gátlásainkat, amelyek meghatározzák nézőpontunkat, nevezhetjük, aminek csak akarjuk: ezek mindnyájunkra, még a tudósokra is hatnak. Mindnyájunkat sújtanak az érzékelést erősen nehezítő nyelvi, nemzeti, területi és generációs gátak. Ezek a ki nem mondott feltevések a tudósnál is, mint bárki másnál, kihatnak a viselkedésre, akaratlanul is korlátozva a gondolkodást. Az egyik ilyen széles körben elterjedt feltételezés az élőlé­ nyek nagy láncolatára vonatkozik, amely az emberi lények tisztes helyét az élőlények láncolatában az univerzum kellős közepén - Isten alatt és a kövek fölött - határozza meg. Ez az antropocentrikus elmélet uralja a vallásos gondolkodást, de még azokét is, akik elutasítják a vallást, és tudományos világnézettel helyettesítik azt. A görögök számára a láncolat istenek egész sorát kapcsolta össze, felülről lefelé haladó sorrendben, férfiakkal, nőkkel, rabszolgákkal, állatokkal és növényekkel. Kövek és ásványok rétege alkotta a legalsó láncszemet. A zsidó-keresztény változat, némi módosítással, az embereket az állatok fölött, de egy kicsit alacsonyabban helyezte el, mint az angyalokat. Természetesen, vitán felül és nyilvánvalóan, a Mindenható 3 került a legmagasabbra. Ezeket az elméleteket, mint teljes képtelenséget, a tudományos világszemlélet elutasítja. Minden ma élő egyed egyformán alakult ki. A közös bakteriális ősöktől kezdődően mindegyik több mint háromezermillió éves fejlődésen ment keresztül. Nincsenek "felsőbbrendű" lények, nincsenek "alsóbbrendű állatok", nincsenek angyalok és istenek. Az ördög éppúgy, mint a Mikulás, csak szükséges mítosz. Latin nevük ellenére (primate a latin primusból ered, és 'első' -t jelent), még a "magasabbrendű" főemlősök, a majmok és emberszabású majmok sem kapnak rangosabb helyet. Még mi, a Homo sapiens sapiensek és főemlős rokonaink sem vagyunk annyira különleges alkotóelemek: sokkal inkább újonnan fellépők az evolú7

ció színpadán. A humán hasonlóságok az egyéb életformákhoz jóval szembeötlőbbek, mint a különbségek. Mélyen gyökerező, óriási geológiai korszakokat átfogó kapcsolatainknak inkább félelemmel vegyes ámulatot kellene kelteniük, mint ellenszen vet. Mint faj, saját magunkról alkotott nézeteinkben még mindig félünk a másságtól. Darwin ellenére, vagy talán éppen miatta, mint kulturális lények még mindig nem teljesen értjük az evolúciót. A tudomány és a kultúra összeütközéséből mindig a kultúra kerül ki győztesen. Az evolúció tudománya megérdemli, hogy sokkal jobban megértsék. Igen, az emberi lény valóban fokozatosan evolválódott, de nemcsak emberszabású majmokból, még csak nem is más emlősökből, hanem ősök hosszú sorából, végső soron az első baktériumokból. A legjelentősebb evolúció azokban az élőlényekben történt, melyeket "mikrobák" kifejezéssel intézünk el. Most már tudjuk, hogy minden élet a létező legkisebb életformából, a baktériumokból jött létre. Nem kell ujjongva fogadnunk ezt a tényt. A mikrobákat, különösen a baktériumokat, ellenségeknek tekintik, és leszólj:ik őket mint kórokozókat. A mikrobák valójában, legyenek bármilyen élőlények - algák, baktériumok, élesztőgombák és így tovább -, sokkal pontosabban megfigyelhetők mikroszkóppal, mint szabad szemmel a kenetekben. Meggyőződésem, hogy az emberszabású majomhoz hasonlóan az ember sem Ist~: n teremtménye, hanem a rendkívül reagálóképes mikrobák közötti, több ezermillió éves kölcsönhatás eredménye. Ez a nézet egyesek számára nyugtalanító. Némelyek számára elrettentő hír a tudomány világából, egy elutasítan dó információforrás. Én viszont lenyűgöző nek találom: további kutatásra sarkall.

l. FEJEZET

Szimbiózis mindenütt

Fényesre tisztított kocsiját egy méh Arcátlanul e ,~y rózsához vezette Közösen rátalálva Saját magára - (1339)

A szimbiózis, vagyis az a rendszer, melyben a különböző fajok egyedei fizikai kontaktusban élnek, egyszerre él bennünk misztikus fogalomként és biológiai szakkifejezésként. Ennek oka az, hogy nem vagyunk tudatában elterjedtségének. Nem csak a belei nket és szempilláinkat árasztják el bakteriális és állati szimbionták, de ha megfigyeljük hátsó udvarunkat vagy közös parkunkat, a szimbionták - bár nem szembetűnőek - mindenütt jelen vannak. A közönséges lóherének és a bükkönynek például kis gümők vannak a gyökerein. Ezekben nitrogénkötő baktériumok élnek, amelyek nitrogénben szegény talajban az egészséges fejlődéshez szükségesek. Nézzük csak a fákat: a juhart, a tölgyet és ahikoridiót. Gyökereiket nem kevesebb mint háromszáz különböző szimbionta gomba, a mikorrhiza fonja körül. Vagy vegyük a kutyákat: rendszerint tudomást sem vesznek a beleikben szimbiózisban élő férgekről. Mindnyájan szimbionták vagyunk egy szimbiotikus bolygón, és ha akarjuk, mindenütt felfedezhetjük a szimbiózist. A fizikai kapcsolat sokféle élet vitathatatlan kelléke. Tulajdonképpen mindazt, amin jelenleg dolgozom, elfelejtett iskolák képviselői, természetkutatók előre látták. Az egyik legjelentősebb tudományos elődöm tökéletesen értette és megmagyarázta a szimbiózis szerepét a fejlődésben. Ivan E. Wallin (1883-1969) a University of Colorado anatómusa figyelemre méltó könyvet írt, amely új fajok szimbiózis révén való létrejötte mellett érvel. A szimbiogenezis evolúciós szakkifejezés, új szövetek, szervek, szervezetek - sőt fajok - hosszú távú, tartós együttélésének következménye. Wallin soha nem használta a sz im biogenezis szót, de tökéletesen tisztában volt a fogalommal. 9

Különös hangsúlyt fektetett az állatok és a baktériumok szimbiózisára. Ezt a folyamatot "a mikro szimbiotikus komplexek létrejöttének" vagy "szimbionticizmusnak" nevezte. Ez igen nagy jelentőségű megüllapítás. Noha Darwin legfőbb művét Afajak eredetéről (On the Origin of Species) címmel látta el, az új fajok megjelenéséről alig esik szó benne. l A szimbiózis - és e tekintetben teljesen egyetértek Wallinnelkiemelkedő fontosságú az evolúciós újdonságok és a fajok eredetének megértésében. Én is igazán hiszem, hogy magában a faj fogalmában is benne van a szimbiózis. A baktériumoknak nincsenek fajaik. 2 Mielőtt a baktériumok egyesültek, hogy nagyobb sejteket formáljanak (többek között mind a növények, mind az állatok őseit), nem léteztek fajok. Ebben a könyvben azt szeretném elmagyarázni, hogyan vezetett a hosszas együttélés először a sejtmagvas, összetett sejtek, majd onnan más szervezetek - mint amilyenek a gombák, a növények és az állatokkialakulásához. Ma már nem vitatott, hogy az állati és növényi sejtek szimbiózis útján keletkeztek. A molekuláris biológia, beleértve a géntérképezést, sejtszimbiózis-elméletemnek ezt a szemléletét igazolja. A növényi és állati sejtekbe történő állandó baktériumbeépülés plasztiszok és mitokondriumok formájában része "sorozatos endoszimbiózis teóriámnak" (SET), amely ma már egyes középiskolai tankönyvekben is szerepel. Az evolúció szimbiotikus szemléle1:ének teljes hatását azonban majd csak később lehet érzékelni: ám azt a gondolatot, hogya szimbiotikus egyesülésből új fajok keletkeznek, a művelt tudományos társadalom még csak nem is vitatja. Íme egy példa. Egyszer megkérdeztem a jeles előadót és megnyerő modorú paleontológust, Niles Eldredge-et, van-e tudomása olyan esetről, amikor dokumentálták volna egy új faj kialakulását. Közöltern vele, hogy elégedett lennék, ha ezt a példát laboratóriumból, a mezőről vagy az őskori leletek megfigyeléseiből venné. Csak egy jó példát tudott bemutatni: Theodosius Dobzhansky kísérleteit a Drasaphilával, az ecetmuslicával. Ebben a káprázatos kísérletben az ecetmuslica populációi, melyeket fokozatosan emelkedő hőmérsékleteken tenyésztettek, genetikailag elkülönültek. Körülbelül két év el10

riboszómák

mitokondriurn

plasztisz

DNS sejtfal

ostor

baktériumok, sejtmag nélküli sejtek

eukarioták, sejtmagvas sejtek

1. ábra

Prokariota és eukariota sejtek összehasonlítása

teltével a legmagasabb hőmérsékleten tenyésztett egyedek már nem voltak képesek termékeny utódoka.t létrehozni hidegben tenyésztett társaikkal. - Azonban - tette hozzá gyorsan Eldredge - a jelenségnek valami köze van a parazitákhoz! Valóban, később felfedezték, hogya meleg ben tenyésztett muslicákban nem volt jelen olyan sejten belüli szimbionta baktérium, amelyet a hidegben tenyésztettekben találtak. Eldredge az esetet nem tekintette fajkeletkezésnek, mert mikrobiális szimbiózissal járt! Neki is megtanították, mint valamennyiünknek, hogy a mikrobák kórokozók, és ha baktériumok vannak jelen, akkor kóros elváltozásról van szó, nem új fajról. Azt II

is megtanították neki, hogya természetes kiválasztódás általi fejlődés az egyes génmutációk fokozatos halmozódásával, mérhetetlenül hosszú időszak alatt jön létre. Ironikus megfogalmazásban Niles Eldredge, Stephen Jay Goulddal együtt, a "pontozott egyensúly" elméletének értelmi szerzője. Eldredge és Gould érvelése szerint az őslénytani leletek azt mutatják, hogy az evolúció általában statikus, majd hirtelen ugrásokat mmat: a fosszilis populációkban rövid idő­ szak alatt következik be változás, ezután hosszú ideig változatlan marad. A földtörténet hosszát tekintve a szimbiózis olyan, mint egy evolúciós villámlás felvillanásai. Számomra a szimbiózis - mint az evolúciós újdonságok egyik forrása - segít megmagyarázni az őstörténet szakaszosságának a "pontozott egyensúly" elméletén alapuló megfigyelését. Az ecetmuslicákon kívül más olyan szervezetek is léteznek, amelyekben fajokat láttunk kialakulni laboratóriumi körülmények között, és ebben szerepet játszott a szimbiózis, ezek az Amoeba nem tagjai. A szimbiózis egyik - de nem a közismert - fajtája a lamarckizmusnak. A lamarckizmust, melyet Jean Baptiste Lamarckról - a franciák állítása szerint az első evolucionistáról- nev,eztek el, gyakran említik mint a "szerzett tulajdonságok öröklődését". Az egyszerű lamarckizmus szerint azonban a szervezetek olyan tulajdonságokat örökölnek, melyeket őseikben a környezeti viszonyok alakítottak ki, míg szimbiogenezis révén a szervezetek nem tulajdonságokra tesznek szert, hanem teljesen más szervezetekké alakulnak, és természetesen szert te~.znek azok teljes génállományára! Úgy fogalmaznék, amint azt francia kollégáim gyakran meg is tették, hogy a szimbiogenezis a neolarmackizmus egy formája. A szimbiogenezis tehát evolúciós változás, melyet szerzett génállomány öröklése okoz. 3 Az élőlények meghazudtolják a legjobb meghatározásokat is. Küzdenek, táplálkoznak, mozognak, párosodnak, elpusztulnak. Az élet valamennyi jól ismert, meghatározó formájának kreativitásából kiindulva, a szimbiózis újat hoz létre. Összekapcsol eltérő életformákat, s ennek mindig megvan az oka. Gyakran az éhség egyesíti a ragadozót a zsákmánnyal, vagy a szájat a fotoszinletizáló baktérium vagy alga áldozattal. 12

A szimbiogenezis eltérő egyedeket hoz össze, nagyobb, összetettebb lényeket alkotva. A szimbiogén életformák még eltérőbbek, mint egymásra nem hasonlító "szüleik". Az "egyedek" állandóan összeolvad nak, és szaporodásukat szabályozzák. Új populációkat generálnak, melyek több összetevőjű, szimbiotikus új egyedekké válnak. Ezek az integráció magasabb, még átfogóbb szint jein ismét "új egyedekké" válnak. A szimbiózis nem marginális vagy ritka, hanem sokkal inkább természetes és általános jelenség. Szimbiotikus világban élünk. Bretagne-ban, a francia tengerpart északnyugati részén és a La Manche csatorna menti partrészeken egy különös "tengeri moszat" található, mely egyáltalán nem tengeri moszat. Távolról nézve élénkzöld folt a homokon. A foltok imbolyognak a vizen, vibrálva a sekély tócsákon. A zöld vízből merítve és ujjainkon átengedve, tengeri moszathoz nagyon hasonló nyúlós foszlányokat észlelünk. Egy kis kézi nagyító vagy kis felbontású mikroszkóp azonban elárulja, hogy ami tengeri moszatnak látszott, az a valóságban zöld férgek csoportja. A sütkérező zöld férgeknek ezen tömegei, bármilyen tengeri moszattól eltérően, beássák magukat a homokba, és valósággal eltűnnek. Elsőként az angol J. Keeble, aki nyarait Roscoffnál töltötte, írta le ezeket az 1920-as években. Keeble "növényállatoknak" nevezte és ragyogóan ábrázolta ezeket a NövényáZZatok c. könyvének színes címlapján. A ConvoZuta roscoffensis faj laposférgei mind zöldek, mert szöveteik tele vannak PZatymonas sejtekkel; mivel a férgek áttetszőek, a PZatymonas, azaz a fotoszintetizáló algák zöld színe átüt. Bár nagyon tetszetősek, a zöld algák nem csupán dísZÍtőik az állatkáknak. A férgek testében élnek és növekednek, pusztulnak és szaporodnak, valójában ezek termelik a táplálékot, amit a férgek fogyasztanak. Miután a féreglárvák kúelnek, a férgek szája feleslegessé válik, már nincs szerepe. A napfény eljut az algákhoz mozgó üvegházukban, és lehetővé teszi számukra, hogy fotoszintetizált termékek kibocsátása által önállóan növekedjenek és táplálkozzanak, és belülről táplálják házigazdáikat. A szimbionta algák még a féreg salakanyagairól is gondoskodnak: a féreg húgysavürülékét átalakítják saját maguk számára szükséges tápanyaggá. Az algák és a féreg napfürdőző minia13

tűr

ökoszisztémát alkotnak. Tulajdonképpen a két lény olyan "intim kapcsolatban" van, hogy nagy teljesítményű mikroszkóp nélkül nehéz megmondani, hol a vége az állatnak, és hol kezdődik az alga. Ehhez hasonló társas viszonyok szép számmal léteznek. A Plachobranchus csigák teste zöld szimbiontákat rejt, melyek olyannyira egyenletes sorokban növekednek, mintha így "ültették" volna őket. Óriás kagylók élő kertek ként viselkednek: testük algákat tart a fény felé. A Mastigias a medúzák egy Csendes-ó<;eánban élő faja. A Mastigias 4 medúzák úgy lebegnek ezrével a világító fénycsóvákon át a vízfelszín közelében, mint temérdek kis zöld ernyő. Hasonlóképpen, az édesvízi hidrák attól függően lehetnek fehérek vagy zöldek, hogy testük tele van-e zöld fotoszintetizáló társakkal vagy sem. A hidrák állatok vagy növények? Ha egy zöld hidrába betelepülnek táplálékadó társai Ca Chlorella moszatok), akkor ezt elég nehéz eldönteni. A hidrák, ha zöldek, szimbionták. Képesek fotoszintézisre, úszásra, mozgásra és helyben maradásra. Fennmaradtak az "élet" nevű játékban, mert bekebelezéssel egyedekké váltak. Mi, állatok, mind a harmincmillió fajunk, a mikrokozmoszból származunk. A mikrobák világa, a talaj és a levegő forrása, irányt mutat saját túléJésünk vonatkozásában is. A mikrobális dráma fő témája az egykor független szereplők közösségének egymásra hatásából kikristályosodó egyéniség. Szeretem nézni nem emberi földlakó társaim napi küzdelmét az élettel. Lorraine Olendzenskivel, korábbi diákommal, aki most a University ofConnecticuton dolgozik, sok éven át videóztuk az életet a mikrokozmoszban. Az utóbbi időben Lois Byrnesszel, a Massachusetts állambeli worcesteri New England Tudományos Központ korábbi igen aktív igazgatóhelyettesével működünk együtt. A University of Massachusetts egy kiváló diákcsoportjával közösen mikrobális ismereteinket népszerűsítő filmeket és videókat készítünk. Az Ophrydium, egy mesterséges tavi lény, amely közelebbről szemlélve megszámolható zöld "zselégolyó" testekből áll, egyik példája az olyan hirtelen létrejövő egyedi létnek, melyet nemrégen fedeztünk fel és ismertettünk Massachusettsben. 14

Filmjeink rendkívül szemléletesen mutatják be ezeket a vízi golyócskákat. A nagyobb, "önálló" zselégolyó kisebb, kúp alakú, aktív összehúzódásra képes "egyedekből" tevődik össze. Ezek is összetettek: a zöld Chlorellák a csillókon belül helyezkednek el, mind sorba tömörülve. Min den felfordított kúp belsejében gömb alakú szimbionták százai, Chlorella-sejtek vannak. A ChloreIla egy gyakori zöld alga; az Ophrydiumban találhatók csapdába estek a zselégolyó-közösség szolgálatára. Minden egyes "önálló szervezet" ebben a "fajban" valójában egy csoport, mikrobák membránnal kötődő csomója, amely különálló egyednek látszik és akként vü,elkedik. A Kaukázusban fogyasztott tápláló ital, a kefír szintén szimbiotikus komplex. A kefír szemcsés aludttejet tartalmaz, amelyet a grúzok "Mohamed-galacsinok" -nak neveznek. A szemcse több mint huszonöt különbözőféle élesztőgomba és baktérium integrált elegye. Minden szemcsét egyedek milliói alkotnak. Az egymásba olvadt szervezetek ily módon kölcsönható test jeiből néha új lények keletkeznek. Az "önálló" életek afelé haladnak, hogy összekapcsolódjanak, és a szerveződés egy magasabb szintjén új teljességükben ismét felbukkanjanak. Gyanítom, hogy a Homo sapiens mint fa ) közeli jövője megkívánja majd, hogy érdeklődésünk ismét azon földi bolygótársaink fúziói felé forduljon, melyek elődeink voltak a mikrokozmoszban. Egyik fő törekvésem valamelyik befolyásos illetékes vezetőt rávenni arra, hogy az evolúciót mikrokozmikus képként jelenítsék meg az IMAX-ban vagy OMNIMAX-ban, olyan látványosan mutatva be az élőlények egymáshoz való viszonyát, ahogyan azok keletkeznek és megszűnnek. A földtörténet minden korszakában, manapság is, mind az állandó, mind az átmeneti szimbiózis uralkodott. Az effajta evolúció nagy nyilvánosságot érdemel.

2. FEJEZET

Támadás az ortodoxia ellen

Fejük felvetik a hegyek, Lent kémlelnek a folyók, Kíváncsiságra csak az ember Nem talál okot (1688)

Nem emlékszem, hogy életemben valaha ;,s súlyosabb érzelmi gyötrelmeken mentem volna keresztül, mint 13 éves koromban. Sem szakmai csalódás, sem szerelmi bánat nem taszított mélyebb nyomorúságba vagy tehetetlenségbe azóta sem. Gyakorolva a titkos felismerést, hogy szabad akarattal rendelkező egyén vagyok, szépen megléptem a University of Chicago 8. kémia tagozatos osztályából, ahol ugyancsak gyenge volt a sZóba jöhető udvarlók felhozatala, és visszatértem abba a hatalmas állami középiskolába, ahová véleményem szerint igazán tartoztam. Nem voltam hajlandó egy nappal sem tovább maradni abban a kémia tagozatos osztályban, ahol minden annyira megszokott volt, a matek pedig iszonyatosan kemény. Szüleim szép South Shore Drive-i lakásában laktam, és úgy döntöttem, hogya menekülés az egyedüli megoldás. Természetesen nem volt pénzem, nem tudtam, hova menjek, csupán az osztály és iskola feszes szabályairól és követelményeiről tudtam. Mire a menekülés kivitelezhetetlensége nyilvánvalóvá vált számomra, és a napok egyre lassabban vánszorogtak, az idő meg egyre csípősebb, hidegebb lett, összeeszkábáltam egy tervet. Miután a University of Chicago kémiai tagozatának 4. évfolyamát szeptemberben kezdtem el, tudtam, hogy egy szemeszterrellemaradtam. Volt iskolatársaim fél évvel előt­ tem jártak. Nyomorúságom november és d.ecember táj án csúcsosodott, mivel a 8. osztályelső szemesztere a vége felé járt. Eddigre azonban már határozott tervern született. Ú gy képzeltem, hogy örökre otthagyom az algebra bonyolult világát, és a régi iskolatársaimmal beiratkozom a Hyde Park Középiskola 9. osztályába. Az iskolának 5000 diákja volt. Miután óva17

tosan puhatolóztam apám n ál, és kiderült, hogy szerinte "az ember ilyet nem csinál", úgy döntöttem, hogy terveimet titokban valósítom meg. Egy kora februári napon, amikor már alacsonyan sütött a na.p, úgy éreztem, hogy végre-valahára megszabadulok a felelősség szorításából, és ez győzedelmes érzéssel töltött el. Ennek örömére elmentem iskolanézőbe. Buszra szálltam, és a 63. utcában, egy meglehetősen zavaros és katonás, névtelen városi iskola hatalmas irodájában találtam magam. Beiratkoztam a 9. évfolyamra, mert úgy gondoltam, hogy nagyon is odavaló vagyok, és amikor kérdeztek, azt mondtam az iskolai hivatalnokoknak, hogy általános iskoláimat a University of Chicagón végeztem, de kihagy tam az őszi szemesztert, és nemrég érkeztünk szüleimrnel vidékről. Az elkövetkezendő 12 hétben minden, számomra kijelölt órára elmentem. A legjobban egy Mrs. Kniazza nevű fantasztikus spanyoltanár óráit élveztem. Én voltam amintadiák. Szüleim természetesen még csak nem is sejtették, hogy én naponta nem a University of Chicago kémia tagozatára járok, és nekem sem volt okom megingatni őket ezen hitükben. Késő tavasszal azonban érkezett egy értesítés. A Hyde Park Középiskolát - amikor hiányzó okmányaimat bekérte az előző iskolából - értesítették a.rról, hogy nem fejeztem be a University of Chicago 8. osztályát. Ebből arra a következtetésre jutottak, hogy nem vagyok jO;50SUlt a Hyde Park-i iskolába járni. Behívattak az igazgatóságra egy kis vallatásra. Valóban egyáltalán nem fejeztem be a kémia tagozatos osztályt, de hát kit zavart ez? Végső soron, mint februári belépő, az O'Keefe Általános Iskola előkészítőjéb61 csupán visszatértem az ott már végzett iskolás barátaimhoz, akik most a Hyde Park Középiskola tanulói lettek. A tény, hogy csatlakoztam a régi osztálytársaimhoz, számomra nem jelentett mást, mint hogy visszaállítottam a korábbi status quót. Igencsak felkorbácsolódtak a kedélyek, amikor az iskola vezetése rájött, hogy szüleim mit sem tudnak az egész cseréről, és amikor megmondtam nekik, hogy kilépek, nem vallottam be, hogy szüleim erről sem tudnak. Természetesen a szüleim nem hiányolták a tandíj befizetését igazoló számlát. 18

Sok-sok könnyes óra következett, iskolában és iskolán kívül. Nem emlékszem, hogy apám vagy én hozakodtam-e elő a megoldási javaslattal: megkérdeztük, hogya külföldi iskolákból jövő tanuló k, összemérhetetlen értékelési rendszerük alapján, végül is hogyan kapnak elhelyezést az amerikai középiskolák különböző szint jein. Kértük, hogy vizsgáztassanak le matematikából, angolból, történelemből, humán tantárgyakból úgy, mint a külföldi diákokat. Könnyedén átmentem a vizsgákon, így csatlakozhattam a 9. évfolyamhoz. Egyszóval megnyertem a csatát. Megengedték, hogy befejezzem a 9. évfolyamot a Hyde Parkban, és itt sokkal, de sokkal több fiúbarátra is szert tehettem. A baj csak az, hogy tulajdonképpen mégis elvesztettem a háborút. Miután két évet eltöltöttem ebben a középiskolában, amikor ismét visszairatkoztam a U niversi ty of Chicagóra, nevelési tanácsadóim azt mondták nekem, ,::!ngedményes egyetemi hallgatónak, hogy bizony ez idő alar: csökkent matematikai tudásom és képességem, szókincsem :izegényedett, és úgy általában sokkal gyengébb diák lettem a 10. év végére, mint amilyen voltam a 8. felén. Amikor 1954 tavaszán végleg elhagytam a Hyde Park városi rasszista nyomorát azért, hogya főiskolára járhassak (ahogyan a University ofChicagót nevezték, ahova nagyon fiatal diákokat is felvettek), két év szünet után megértem arra, hogy ismét klassz diák legyek. Miután visszakerültem oda, ahová aggódó szüleim szerint tartoztam, eltökéltem, hogyalegcsinosabb, legragyogóbb és legígéretesebb fiatalemberek közül fogok választani. A "Sagan-évek" következtek. 14 évesen valóban szerencsésnek mondhattam magam, hogy elfogadtak a University of Chicago speciális, korengedményes programjára. Bár 3 és fél évvel később sok nyereséggel fejeztem be az iskolát, beleértve, hogy bölcsészettudományi fokozatot szereztem, férjhez mentem, legnagyobb hasznom hosszú távon mégis az volt, hogyelsajátítottam egy finoman kimunkált kritikus, szkepticista gondolkozásmódot. Szívesen emlékszem vissza a University of Chicago azon legfontosabb tanítására, miszerint az embernek igyekeznie kell, hogy mindig meg 19

tudja különböztetni a hülyeséget az

eredetiségtől

vagy a hite-

lességtől.

Diáktársam, a nálam 5 évvel idősebb Carl Sagan, kezdő csillagász volt. Magas vollt, és jóképű, jól mutatott sötétbarna hajzuhatagával, rendkívül értelmesen tudta előadni magát, és tele volt ötletekkel. Egy nap, amikor az Eckhart Hall lépcsőjén bandukoltam fölfele a matematika tanszék épületében, szó szerint belerohantam. A 19 éves Sagan ebben az időben szép reményekkel indult a csillagász karrier felé. Végzett fizikus volt, én csupán egy izgága, lelkes, tudatlan kis fruska. Magam voltam a tudományos tudatlanság. Carl viszont csodálatosan tudott beszélni, és ez elbűvölt. Ebben az időben már kész szakembernek tűnt. Rögtön az elején, ahogy találkozott velem vagy bárki mással, aki hajlandó volt ráfigyelni, éreztette, mennyire tudatában van idő és tér végtelenségének. A csillagászklub elnöke, cikkeket közlő újságíró és szónok is volt, nekünk, körülötte lévőknek azonnal értésünkre adta, hogy mi, noha csak buta libák vagyunk, csatlakozhatunk egy hatalmas tudományos vállalkozáshoz. Tudomány iránti odaadása és szenvedélye ragályos volt. Mindazonáltal amilyen szenvedélyes volt betörésünk a szerelem világába, ugyanolyan katasztrofális volt annak vége is. Apám gyűlölte Carl arroganciáját, anyám mindig gyanakodva méregette túlméretezett öntudatossága miatt. Elutaztunk délre, Mexikóba, keletre, New Jerseybe. Sok helyre mentünk el együtt, többször szakítottunk. Még magnószalagra is mondtam magamnak, mennyi minden szól amellett, hogy hozzámenjek feleségül, és mennyi minden ellene, mert hülyeség és önpusztítás lenne. Mégis 1957. június 6-án, 19 éves koromban csodálatos esküvőt tartottunk. Mamám, az elegancia mestere, a legjobbat hozta ki belőlem. Carl anyja, Rachel Sagan, bár természetesen mindenhol jelen volt az ünnepségeken, egy táviratot küldött nekerr:.. Ez állt benne: "Diplomától a házasságig csupán egy hét alatt." Egy héttel az esküvő előtt zajlott ugyanis, Robert M. Hutchins nagyszerű hagyatékaként, a nem fő- és nem fakultatív tantárgyú bölcsészkari diploma ünneplése a University of Chicagón. Hutchins (1899-1977) felszabadította a felsőfokú oktatást, és 30 éves korában a University 20

of Chicago elnökségi székébe került, és ott is maradt 22 éven át. Noha mire én elkezdtem tanulmányaimat, ő már nyugatra vándorolt, az ő zsenialitásának és az általa megreformált tananyagnak köszönhetem tanultságomat. Részben Carlnak köszönhetően meggyőződésem volt, hogy az öröklődés végső soron kémiailag magyarázható, és azt gondoltam, hogy a genetika adhatná a legjobb kulcsot az evolúció működésének megértéséhez. Tizenkilenc évesen vakon követtem George Gaylord Simpson vezetését. l Simpson az evolúcióról azt írta, hogy ez a tantárgy nemcsak azért fontos, mert ő tanulmányozta, hanem ő azért tanulmányozta, mert a legfontosabb tudomány. Az év szeptemberében, csupán néhány nappal a Szputnyik nevű szovjet műhold fellövése előtt elkísértem Carl t William Bay-be, Wisconsinba, a Yerkes Obszervatóriumba. Yerkes, a University of Chicago csillagászati tanszéke kb. 90 mérföldre található a nagyvárostól, a tavon. Carl mint friss diplomás diák dolgozott ott, egyike volt azon négynek, akik a bolygók tudományával foglalkoztak, mely akkor még alig hallott diszciplína volt. Már akkor elkezdte a kutatást olyan bolygók után, ahol várható an élet lehetséges. Én is csatlakoztam egy diplomás programhoz. Meglepett, hogyelfogadták az én filozófiai, nem főtantárgy szakos diplomámat igazi baccalaureatusi fokozatként, és így 99 mérföldre északnyugatra, a madisoni University f Wisconsinon tudományos fokozatom elnyerésére pályázha.ttam. 1958-at írtunk. Terhes voltam, álmosan látogatt am az órákat, és sejtbiológiát meg genetikát tanultam két osztályban. Segédoktatóként ott működtem, ahol a leginkább szükség volt rám, a főiskola bölcsészkarán, a zoológia tanszéken. Másik munkám a mezőgaz­ dasági iskola genetikai tanszakán volt. Általános genetikát, majd populációgenetikát hallgattam nagyszerű tanáromtól, James F. Crow-tól. Csodáltam Crow általános genetikai kurzusait; teljesen megváltoztatták életemet. Amikor elhagytam a University of Chicagót, tudtam, hogy akarok genetikát tanulni, de Crow órái után vált igazán világossá, hogy csak genetikát akarok tanulni. Úgy véltem, hogya genetika az a tudomány, amellyel pontosan rekonstruálni lehet az evolúciót, 21

a korai, ember előtti életet a Földön. Emlékszem, hogy amikor legidősebb fiammal, DorionnalMikrokozmosz' CÍmű könyvünket írtuk, kérésér,e elmentünk Bostonba, a MBTA legnagyobb előadótermébe a Massachusetts sugárúti állomáshoz, hogy megnézzük a metró elrongyolt térképére rajzolt graffitiket. Hatalmas fekete betűkkel ez a kérdés állt ott: Honnan jelentek meg az amőbák a káoszban? Hangosan nevettem rajta. Amit a metrómegálló szutykos falán olvastam, régóta életem fő kérdésévé vált. Még mindig a régmúlt kezdetein tűnődöm. Mi történt az élettel magával a Földön a legelső napokban? Az első kurzus után úgy éreztem, hogyapopulációgenetika nyilvánvalóan absztrakt neodarwin ista koncepciókhoz ragaszkodik, mint például "mutációs nyomás", "rátermettség", "szelekciós koefficiens", és inkább vallást tanít, mint leír olyan szabályokat, amelyekkel valódi organizmusok továbbadják génjeiket, és továbbfejlődnek.

A génekről akkor már mindenki tudta, hogy minden egyes növényi és állati sejt magjában megtalálhatók, átörökítődnek az utódok ba, rendszerint változatlan formában. Ezek a gének, amelyeket könnyedén megismertünk a felvetett problémák során, valamint Crow csodálatos előadásaiból, valóban meghatározták és irányították az utódok tulajdonságait. A továbbiakban már nem hajlottam arra, hogy mániákusan csak a sejtmagra koncentráljak, annál is inkább, mivel szinte szatellitfeleségnek éreztem magam egy nukleáris családban. Figyelmem, mint megannyi más nőé, osztott volt. Egyik barátnőm, Mary Catherine Bateson úgy írta le a modern nőt, mint akinek "perifériás látása" van. Ha egy asszony túl akarja élni adott helyzetét, jobb, ha figyelmét megosztja, akár egy nyolckarú polip. Egyik karjában tartsa csecsemőjét - ahogy Bateson mondja -, a másikkal kavarja a rántást, miközben figyelje az éppen totyogó másik csöppségét. Ezen sokszoros nyomásokat mindmáig lehetetlen oldani, sem politikai akarattal, sem feminista retorikával. Munkám excentrik usan kezdődött. Én azokat a genetikai • Lásd 139. oldal.

22

rendszereket tanulmányoztam, amelyeket mások ugyancsak hanyagolni igyekeztek, mint pl. a sejtmagon kívül elhelyezkedő sejtszervecskéket vagy organellumokat. Az úgynevezett citoplazmagének elbűvöltek, amióta csak hallottam róluk. A citoplazma a sejtnek az a folyékony állapotban lévő része, amelyben a mitokondriumok, a kloropJasztiszok és más organellumok találhatók. 2 A génekről akkor is, most is azt tételezték fel, hogyasejtmagban centralizálódnak. Mivel a citoplazmagének zavarba ejtőek, a létükről szóló kísérleteket a tankönyvek gyakran hiányosan írják le. Nem én voltam az első, akinek figyelm ét a citoplazmagének felkeltették. Tulajdonképpen számos korai sejtgenetikus ismerte ezeket a géneket, amelyeket citoplazmás öröklődésnek neveztek. Jan Sapp, jelenleg a Toronto melletti York University professzora, Evolution by Association (Evolúció asszociáció révén) CÍmű munkájában csodálatosan írja le a genetika e területének teljes történetét. 3 Az ún. citoplazma-genetikai kutatások kezdete a 20. század első évtizedére tehető, kb. akkorra, amikor a sejtgenetikai munkák is elkezdődtek. Mindkét kutatási vonal tulajdonképpen Gregor Mendel munkájának újrafelfedezésével indult, aki csak a nukleáris génekkel foglalkozott. A kertészkedő, morva származású szerzetes, Mendel kikövetkeztette, hogy ilyen gének léteznek. Ezeket a géneket ő "faktor" -oknak nevezte, a zöldborsó alternatív tulajdonságainak öröklődésében játszott szerepük alapján Az 1860-as években készült munkáját három különböző szerző 1990-ben, jóval a halála után újból felfedezte. Közhely, hogy Mendelt mint "a genetika atyját" ünneplik. Agenetikakutatókban Mendel ún. nukleáris faktorainak (a későbbi ún. nukleáris gének) felfedezése eufóriát váltott ki, zavarba jö ttek azonban a nem nukleáris (citoplazma eredetű) genetikai rendszerek miatt. Boris Ephrussi, egy Franciaországban élő orosz emigráns, élesztőgomba-genetikai szakember, cs f pősen megjegyezte: "kétfajta genetikai rendszer van, egy nukleáris és egy nem világos" (szójáték: nukleáris=nuclear, nem világos=unclear - a ford. megj.). Természetesen a "nem világos"-sal ő a citoplazmagénekre utalt. 4 Ami eddig a sejt mikroszkópos képén periferikus volt, az 23

most kezdett a közép felé mozdulni. A szimbiózis evolúcióban játszott fontos sZérepének felismerése arra késztetett bennünket, hogy felülvizsgáljuk sejtmagközpontú elképzelésünket az evolúcióról mint az állatok létért folytatott küzdelméről. A természet "foggal és körömrnel" harca, mely közömbös az egyéni szenvedés iránt, nem zárja ki azt a tényt, hogya szimbiózis, mely kezdetben különböző életformák kényszerű szövetségét jelenti, a legfőbb evolúciós újdonságok eredetének háttere. Az emberi és állati tudat, valamint a biológiai csoda és komplexitás a mi együtt fejlődő pointillista bakteriális őse­ ink tulajdonsága. A celluláris szinten való együttélés - mely sokkal nagyobb fokú infiltráció és asszimiláció, mint a humán szexualitás bármelyik aspektusa - mindent létrehozott, a zsenge tavaszi zöld lomboktól az emlősállatokon át egészen a Föld globális kapcsolatrendszeréig. A szimbiogenezis három évtizeddel később a citoplazma-genetikát marginális tárgyból központi témává léptette elő a génkutatásban. Mendel csupán "fak torok ról" beszélt, később mások nevezték el ezeket nukleár:ls géneknek. Mendel elmélete szerint e faktorok különböző szÍneket állítottak elő (sárgát, zöldet), és ezek voltak felelősek annak a növénynek, ebben az esetben a borsónak ráncos vagy sima felületéért, amelyet ő a rendház konyhakert jében termesztett és keresztezett. Mendel célja minden bizonnyal az volt, hogy megmutassa, az öröklődés végső fokon megváltoztathatatlan, s hogy szembehelyezkedjék ezáltal- tiszteletre méltó és briliáns újkori oximoronnal a "teremtéstudomány" kutatójaként - a darwini, Ádám-képet összetörő, a fajok mutációképességét hirdető tannal. Egy amatőr tudománytörténé:;z ragyogó, kiadatlan kézirata szerint akinek a személyére innen a Bahamákról, Nassau szigetéről nem tudok visszaemlékezni - Mendelnek nem volt bizonyítéka arra, hogy a fajok változnak és fejlődnek. A piros hím- és a fehér nőnemű virágo:~ olyan magokat hoztak létre, amelyekből rózsaszínű utódok keltek ki, de azok a virágok, amelyek a rózsaszín szülőktől származtak, éppen olyan fehérek vagy vörösek lettek, mint amilyenek a nagyszülő virágok voltak. Bármik voltak is Mendel motivációi, a Mendel-féle faktorok korreláltak az állandó jegyek öröklődésével. Továbbá ezen hipo24

tetikus faktorok viselkedése szoros kapcsolatot mutatott a vörösre festődő kromoszómákkal. Jan Sapp kollégám Mendel munkájáról olyan elemzéseket végzett és publikált, mint az az ismeretlen asszony, aki félénken állított be irodámba egy hatalmas papírköteggel, éveken át végzett, napvilágot sosem látott munkájával. A kromoszómákat, az állati vagy növényi sejtek magjain belül elhelyezkedő parányi testeket jóval 1953 - a dezoxiribonukleinsav (DNS) szerkezetének felfedezése - előtt ismerték. Amikorra én tudományos kutatói koromat elértem, az öröklődés kromoszomális elmélete már kanonizált igazságnak számított. A "teória" vagy "elmélet" elnevezést elvetették, már mint tényt tanították, hogya gének a "kromoszómákon vannak". Ezek a gének pontosan megfeleltek a Mendel-féle feltételezett faktoroknak: bizonyos szabály k szerint működtek, és meghatározták, hogy piros, fehér vagy rózsaszín virágok jöjjenek létre; a tulajdonságok öröklődése az állatoknál is hasonlóképpen játszódik le. Kellő bizonyíték gyűlt össze arra nézve, hogya jellemző tulajdonságokat örö ldtő gének a sejtmagban találhatók. Az újsütetű genetikai ismereteket "az öröklő­ dés kromoszomális alapja" -ként lehetett kezelni. Az 50-es évek második felében a vezető biológusok (vagy ahogyan akkor nevezték őket, "biokémikus és biofizikus citológusok") meglehetősen izgatottan keres ék a Mendel-féle faktorok tényleges materiális alapját. Felvetődött a kérdés, hogy miből állnak a vörös festődésű kromoszómák. Mi az öröklő­ dés kémiája? Amikor a tudomány maga, akár egy gótikus vagy tudományos fantasztikus regény, felfedi az élet titkát, akkor az ilyen kutatás fausti borzongását aligha lehet túlbecsülni. Hamis kiindulási pontokkal ugyan, de végül is látványos sikerekkel sokat gyarapodtak a sejt belsejére és a sejtmagra vonatkozó ismereteink. Sikerült feltárni a sejtek állandó aktivitása mögött meghúzódó kémiai folyamatokat. Táplálékmolekulákból proteint szintetizáltak, és nuk.leinsavat replikáltak. Ezek a kémiai folyamatok jelentik minden élet anyagcseréjének alapját. A petesejt azonban nem csupán egy génekkel teli sejtmagot tartalmazó tasak. Az embriológusok és botanikusok kitartóa n

25

hangoztatják azt a nézetüket, hogyacitoplazmagének vagy citoplazmafaktorok mind a növényi, mind az állati petesejtekben - bár a magon kívül helyezkednek el - szabályozó hatást gyakorolnak a tulajdonságokra. A sejtmagon kívül talált faktorokról kiderült, hogy komoly szerepet játszanak a levelek oxigénlélegzésében és színük alakulásában. Más szóval elmondhatj uk, hogya gének nem szükségszerű­ en a sejtmagon belül helyezkednek el, bizonyos sejtgenetikai faktorok mind a növényekben, mind az állatokban szétszórtan találhatók. A 30-as évek óta Németországban és Angliában végzett kezdeti biokémiai munkák határozottan bizonyították, hogy az élesztőben és más gombákban a mitokondriumok saját génekkel rendelkeznek. Ezek az apró organellumok azok a helyek, ahol a levegőből származó oxigéngáz táplálékmolekulákkallép reakcióba, hogy kémiai energiát hozzon létre. A zöld alga és a növényi sejtek feltűnően zöld testecskéket, ún. kloroplasztiszokat tartalmaznak, ahol a napfény fotoszintézis révén felhasználható kémiai energiává és táplálékká alakul. A kloroplasztiszoknak szintén vannak saját génjeik. Ezt a századfordulón két növénykutató, H. De Vries és C. Correns észlelték, akik egymástól függetlenül újra fölfedezték a Mendel-féle géneket. A csak egyik szülőtől, általában a nőne­ műtőI örökölt kloroplasztisz határozza meg a zöld színt. Az öröklődés típusa nem nukleáris. "Az öröklődés szempontjából a sejt citoplazmáját nyugodtan figyelmen kívül hagyhatjuk." Amikor először hallottam ezt a magabiztos kijelentést T. H. Morgantól a Columbia professzorától, aki 1945-ben a genetika megalapítói között kulcsfigura volt, már akkor nagyon arrogánsan túlzott leegyszerű­ sítésnek tartottam. s A celluláris öröklődést, akár nukleáris, akár citoplazmás eredetű, mindig az egész sejtre és az egész organizmusra vonatkoztatva kell vizsgálni. Ha Carl kitüntetett szerepet játszott is az én serdülőkori tudomány felé fordulásomban, akkor elmondhatom, hogy ebben valószínűleg még nagyobb szerepet játszott a University of Chicago. Tudományos neveltetésemben a kritikus első lépés egy egyéves kurzus volt a 2. sz. természettudományi fakultáson. A különbözó tankönyvek helyett biológia szakos di26

ákokként nagy tudósok műveit olvastuk: Charles Darwint, Gregor Mendeit és Hans Spemannt, a 20. század első két évtizedében aktív német biológust, majd August Weismannt, a megtermékenyítés társfelfedezőjét, aki a. "csíraplazma kontinuitását" tételezte fel. Sokat olvastunk angol ajkú neodarwinistáktól is, beleértve brit matematikusokat és genetikusokat, mint pl. G. S. Hardy, J. B. S. Haldane és R. A. Fisher. Hardy, Haldane, Fisher és még sokan mások a populációgenetika matematikai elméletét dolgozták ki, amely a neodarwinizmus fennmaradásának rendkívül fontos tartóoszlopa volt. Ez az iskola inspirált bennünket továbbá arra, hogy populációgenetikát, embriológiát és sok más olyan kérdést tanulmányozzunk, mint pl. mi az öröklődés, mi a kapocs az egyes generációk között, és a petesejt meg a sperma fuzionálásábóllétrejött anyagok miként váltják ki egy teljesen kifejlett állat kialakulását? Itt tanították, hogy a természettudomány egy szabad művé­ szeti ág, mintegy a tudáshoz vezető út. Arra okítottak bennünket, hogya természettudomány által fontos filozófiai kérdésekre találjuk meg a választ. A természettudományi kar 2. évfolyamán a mély öröklődésről benn> em megfogant kérdések a mai napig ösztönzőleg hatnak rám. A University of Chicago nagyszerű tudományossága, a tudomány becsületes, nyílt, hozzáférhető módszereinek összessége, úgy tűnik, alig létezik a mai techn okrata gondolkodásmódban. A természettudomány az alapkérdések megválaszolását ott könnyítette meg, ahol a bölcsészet és a természettudomány összefonódik: Mik vagyunk? Miből vagyunk, és miből áll az univerzum? Honnan származunk, és hogyan műkö­ dünk? Semmi kétségem afelől, hogy tudományos pályaválasztásom ennek a sajátos neveltetés nek az eredménye. Az egyetem tanmenetét olvasva lelki füleimmel hallom a nagy biológusok szavát, mint pl. Van ce Tartarét, aki a Stentort, az óriás csillóst boncolta; vagy Thomas Hunt Morganét, aki hangsúlyozta a sejtmag mindenekfeleniségét; Hermann J. Müllerét, aki az életet mint "mutációt, reprodukciót és a mutáció reprodukcióját" definiálta; Theodosius Dobzhanskyét, akinek az ecetmuslicák evolúciója volt a vesszőparipája, végeláthatatlan kutatásokat végzett, hogya gének, a kromoszómák 27

és a környezet közötti kapcsolatot felfedje, s evolúciójukat leírja. Szinte magam el6tt látom a pipázó A. H. Sturtevant a Columbia University Jégyszobájában, amint megpróbálja felfedni azon faktorok kromoszomális alapját, amelyek meghatározzák a különböző ecetmuslicák jellemzőit. A genetika és az evolúció, a genetikusok és a fejlődéskutatók, akik közül sokan már nincsenek az élők sorában, valósággal megigéztek munkájukkal való els6 találkozásom pillanatától. A 20. század első felében élő és alkotó amerikai genetikaiskola képviselői megteremtették egy összefüggő, egységes tudomány törzsét, mely kialakította bennem a biológiai, s különösen a genetikai gondolkodást. Kezdettől fogva világos volt számomra egy kémiai magyarázat szükségessége. Természettudományos tanulmányaim 2. évében kerültem a fejlődéstörténet bűvkö rébe. Theodosius Dobzhansky még aktív volt a Columbiai Universityn, amikor először olvast am a könyvét. Ezt írta: "A biológiában semminek sincs értelme, kivéve, ha az evolúció fényében nézzük."6 Az evolúció, egyszerűen definiálva, az érdeklődés középpontjába helyezi az időbeni változás kacskaringós történelmét, melynek élő örökösei vagyunk. Az evolúció tanulmányozása elég szerteágazó ahhoz, hogy magába foglalja a kozmosznak és csillagainak, az életnek, beleértve az emberi életet, testünknek és működési mechanizmusainknak vizsgálatát. Az evolúció egyszerűen maga a történelem egé.ize. Már egyetemista koromban is éreztem, hogy van valami kedélyes rálegyintés, túlságos leegyszerűsítés abban az elképzelésben, miszerint a sejtmagban található gének a növény vagy állat minden jellemzőj ét meghatározzák. Hogyan vezethet egy véletlen génmutáció egy virág vagy egy szem kialakulásához? Szkepticizmusom csak fokozódott, amikor Carlt Wisconsinba követtem. Madisonban folytattam biológiai munkáimat. Szívesebben tanulmányoztam közvetlenül az élő sejteket ahelyett, hogy összezúztam volna azokat, bonyolult anyagcseréjük vizsgálatára. Ily módon egyre szorosabb lett kapcsolatom a kromoszómákkal és más öröklött organellumokkal, látható sejten belüli testekkel. Transzmissziójuk törvényszerűségei­ nek kutatására adtam a fejem. 28

1963-ra számos olyan közlemény jelent meg a petesejt citoplazmafaktorairól, melyek említést tesznek a sejtmagon kívül található titokzatos génekről. Ha zöld nőnemű növényeket kereszteztek fehér hímnemű társaikkal, akkor néhány esetben csak zöld egyedek jöttek létre. Mégis, ugyanezen fajok esetében, ha zöld hímnemű növényeket fehér nőnemű növényekkel kereszteztek, csak fehér egyedek keltek ki a magokból. Miért? A sejtmaggének örökítésében a nónemű és a hímnemű közreműködés egyenlő mértékű, nem ~;zámít, hogy melyik szülő milyen. Az, hogya petesejt vagy a növényi sejt nem csupán egy tasak, mely sejtmagot tartalmaz annak összes fontos génjével, világos volt számomra, mint ahogy világos volt genetikus elődeim számára is, akiknek munkáit olvastam. T. H. Morgan tanácsa, miszerint a citoplazmát figyelmen kívül lehet hagyni, már abban az időben is kétséges volt számomra. A felismerés, hogy a genetikának a kémiával való összekapcsolása szükségtelenül leszűkíti a kutatók perspektíváit, mivel nyilvánvalóan csak a sejtmagra koncentrálnak, volt az a pont, ahonnan elrugaszkodtam. Tanulmányoztam Ruth Sager és Francis Ryan munkáit a citoplazmagénekről és az olasz Gino Pontecorvo 7 által penészgombákban összegyűjtött különös genetikai esetekről. E szerzők által leírt kísérletek kimutatták, hogy két organellum, membránhoz kötött struktúra létezik a sejten belül, de a sejtmagon kívül is, a plasztiszok és a mitokondrium, amelyek szignifikánsan befolyásolják az öröklődést. Az idevonatkozó irodalmi hivatkozások elvezettek a The Cell in Development and Heredity (A sejt a fejlődésben és az öröklődésben) CÍmű, E. B. Wilson 8 tollából született, 1928-ban megjelent mestermunkához. Wilson korábbi műveket tekintett át, melyek a sejtorganellumoknak, a plasztiszoknak és a mitokondriumoknak a szabadon élő mikrobákkal való hasonlatosságát tárgyalták. Az az észrevétel, hogya természetben milyen kiterjedt a szimbiózis, különöse n az együtt élő baktériumoknál, néha rovarok és férgek sejt jeinek belsejében, hozott kapcsolatba olyan korai kutatókkal, akikre Wilson utalt, mint például L E. Wallin, K. S. Merezskovszkij és A. S. Famincin. Khakhina remek könyvének 9 köszönhetően írásaik most angol nyelven is elérhetővé váltak. Ú gy vélem, hogy 29

feltevésük helyes volt, miszerint a sejt nem sejtmag részecskéi különleges örökítő tulajdonságukkal tulajdonképpen korábban szabadon élő baktériumok fennmaradt formáiként foghatók föl. Nyilvánvalónak tűnt számomra, hogy a sejten belül kettős örökítőrendszer működik. Később rájöttem, hogy ez az elképzelés Merezskovszkij számára is nyilvánvaló volt. 1960-ban diplomás diákként beiratkoztam a University of California berkeleyi genetikai tanszékére. Bár ekkor már 22 éves voltam, és két állandóan nyüzsgő fiúgyermek anyja, lelkesedésem a sejtgenetika és az evolúció iránt elnyomta bennem a vágyat, hogy teljes munkaidős háziasszony legyek. Sokkal inkább akartam gyerekeket, mint férjeket. Szüleimmel ellentétben a whiskyt és a cigarettát, a pókert és a bridzset, az összejöveteleket, a politikát, a pletykát, a golfot elviselhetetlenül unalmasnak tartottam. Kiállhatatlan könyvmoly voltam, komoly, tudásvágyó, és sokkal jobban szerettem a kisgyerekek társaságát, az agyagot, a fákat, az ős maradványokat, a babákat, a mikrobákat a felnőttek normál világánál. Így van ez most is. A Berkeleyn abszol-.Jt semmilyen kapcsolat sem létezett a paleontológia tanszék (ahol az evolúciót vizsgálták) és a genetikai tanszék között (ahol viszont az evolúciót éppen csak érintőlegesen említették). Miután én a sejtfejlődés, a paleontológia, valamint a genetika minden olyan aspektus ára kíváncsi voltam, amely megvilágíthatja számomra a sejtevolúció történetét, megrökönyödtem a tudományos apartheid mélységén. Úgy tűnt, valamennyi tanszék teljesen figyelmen kívül hagyta a saját falain kívüli embereket, illetve kutatásokat. Sőt, mivel gyakorlatilag minden baktériumgenetikus az egyetem keleti oldalán, a baktérillm- és víruslaboratóriumban vegyészként kezdte a pályáját, tökéletesen tájékozatlanok voltak a növényi és az állati sejtek genetikáját illetően. Alig volt közöttük olyan, aki hallott valamit a citoplazmás öröklődésről vagy a sejtmagvas sejtekber:. található sejtszervecskékről. Az egyetemnek ezen a végén dolgozó baktériumgenetikusok, mikrobiológusok, virológusok alig tudtak például az algák citoplazmájának genetikai rendszereiről. Némelyikük annyira baktériumcentrikus volt, hogy csak érintőlegesen tudott valamit a 30

maggal rendelkező sejtekre jellemző mi': ózisról, a sejtek osztódásáról. Bizonyára soha nem tanítottak, még csak nem is gondolkodtak a mitózis speciális változatáról, a meiózisról, amely a Mendel-féle öröklődés mozgatórugója. Sokan közülük semmit nem tudtak a sejtmagvas organizmusokra vonatkozó öröklődésről. Ezek a zöldfülű biológusok, de képzett fizikusok és vegyészek olyan arrogánsak voltak, hogy még azt sem tudták, mit nem tudnak. Sokan közülük nagy kémiai tudást, de nagy biológiai tudatlanságot és arroganciát adtak tovább diákjainak. A baktérium- és víruslaboratóriumi fakultás hallgatói még csak nem is hallottak arról az izgalmas munkáról, amit mások a citoplazmán belüli örökítés területén folytattak. Ez abban az időben a genetika rendkívül új, izgalmas ága volt, a csillósok genetikája. Még az egyetem nyugati végén lévő genetikai tanszék dolgozói sem voltak tisztában azzal, hogy mi is folyik tulajdonképpen a csillósok genetikai kutatásában, ami pedig engem akkoriban nagyon érdekelt. Érdeklő­ désük hiánya és tudatlanságuk meglep en, de nem tántorított el. A csillós Paramecium (papucsállatka) genetikája elbűvölt, amióta először olvastam róla, akárcsak ennek a területnek a vezetője, Tracy Sonneborn (1895-1970) . Amit Sonneborn és francia kolléganője, Jannine Beisson felfedezett, ellentmondani látszott annak az elterjedt dogmának, mely szerint a szerzett tulajdonságok nem örökíthetők. SO::l lleborn, aki régóta a genetika professzora volt az Indiana Universityn, és a kutató Beisson közleményükben arról számoltak be, hogy amennyiben a papucsállatka csillószőreit alapjukkal együtt sebészi úton csomókban eltávolítják, és 180 fokkal megfordítva visszahelyezik a sejtfelületre, a csillók az utódsejtekben több generáción keresztül ebben a fordított pozícióban jelennek meg. Más szóval, a csillók reprodukciója és a kutatók által kísérleti úton előidézett változások igenis öröklődtek a műtét után legalább 200 generáción keresztül. Itt volt tehát egy laboratóriumi példa arra, hogy az ún. szerzett tulajdonságok öröklődnek, az ortodoxia bármennyire is figyelmen kívül hagyta ezt mint lamarckizmust. Az én érdeklődési területem ilyen részletekben való műve­ lése már akkor is elég magányos intellektuális gyakorlat volt. 31

Az 1960-as évek politikai orientációja felerősödött, az akadémián egyre több időt és beszélgetést szenteltek az ún. "relevanciának", ami azt eredményezte, hogya szellemi erőfeszíté­ seket az emberi jólét szemszögéből ítélték meg. Ebben a légkörben az én érdeklödési területem - a sejtöröklődés - antiszociálisnak minősült. Ami engem a legjobban érdekelt, az a legtöbb témavezetőm vagy évfolyamtársam számára irreleváns volt. A berkeleyi baktériumgenetikusok ellenére számomra a genetika az evolúció történetében mindig kulcsfontosságú maradt. A nem nukleáris (azaz nem mendeli) öröklődés számos példáját gyűjtöttem össze a legkülönbözőbb fajoknál, pl. olyan növényeknél, mint az Eupatorium (sédkender) vagy a Zea (kukorica), aMirabilis ja lapa (csodatölcsér) és az Oenothera (ligetszépe), valamint algáknál, mint amilyen a Chlamydomonas. Tanulmányoztam az élesztőgomba nem sejtmag eredetű, defekt es oxigénlégzésű, ún. petite mutánsait, amelyek lassan növekednek és kis telepeket képeznek. Tanulmányoztam a csillós papucsállatkák (Paramécium) ún. kappa-ölő öröklődésmintáját is. Ezt az alaposan tanulmányozott jelenséget Tracy Sonneborn írta le, akinek megfigyelése szerint néhány papucsállatka arra születik, hogy másokat, a genetikailag különbözőket megölje. Én soha nem éreztem, hogya "nem nukleáris", tehát "nem sejtmagon belüli" öröklődés ne lenne "világos" vagy érthető. A híres genetikus H. J. Müller (1890-1967), aki később Nobel-díjat kapott, mert kimutatta, hogya röntgensugarak örökletes változásokat (mutációkat) idéznek elő, azt hirdette, hogy az élet legmélyén -legalábbis elméletben -léteznek ún. "csupasz gének". Elegáns munkája ellenére sem hittem, hogy bárki bebizonyította volna a "csupasz gének" létezését növényi vagy állati sejtek magján kívül. Belemerültem egy régi, de kitűnő munkába, melyet egy francia tl~ngerbiológus, Edouard Chatton (18831947) és egy harvardi professzor és kutató, Lemuel Roscoe Cleveland (1892-1969) írtak. Tengernyi cikket olvastam Tracy Sonneborntól, aki gyönyörűen írt, és hangosan gondolkozott munka közben. Megvettem nyomtatásban a sejtszervecskék nagy nagyítású, elektronmikroszkópos képeit, amelyeket Madisonban az én tekintélyromboló és szeretett wisconsini

32

egyetemi professzorom, Hans Ris készített. Ezek a különféle információforrások felfokozták kutatói étvágyamat. Baktériumok - nem csupasz gének - igenis léteznek néhányegysejtűben, élesztőgombában, sőt növényben és állatban a sejtmagon kívül, de a sejten belül is. Amint áttekintettem él citoplazma-genetikával foglalkozó irodalmat, világossá vált, hogyamembránhoz kötött organellumoknak (plasztiszok, mitokondriumok és csillók) legalább 3 csoportja létezik, melyek valamennyien a sejtmagon kívül helyezkednek el, és mind viselkedésben, mind anyagcserében hasonlítanak a baktériumokhoz. Valóban, esetenként szinte lehetetlen megkülönböztetni egy sejtbe zárt baktériumot a sejtben jelen levő, öröklött részként megjelenő sejtszervecskétől. Egy elfogott kékeszöld baktérium, mely elvesztette falát, hogy egy növényi sejt citoplazmájában létezzék és kényelmes en növekedjék, éppen olyan o rganellumnak tűnik, mint amit mindenki kloroplasztisznak hív. Miután ily módon betörtem a citoplazma-organellumok genetikájával foglalkozó irodalomba, erősen felbátorodtam, és megjósoltam, hogyaplasztisz vagy más néven a csapdába esett baktérium bizonyára megőrzött valamit a bakteriális DNS-ből. A berkeleyi egyetem genetikai tanszékén kezdődött könyvtári böngészés a mai napig is tart. Most is mohón falom az olyan tudományos cikkeket, amelyek a szimbiózisban élő mikrobákról és membránhoz kötött organellumokról szólnak. Diákjaimat és jómagamat is még mindig az a központi gondolat foglalkoztat, hogyasejtmagvas sejtek eredete nem más, mint a szimbiotikus baktériumközösségek evolúciós integrációja. A "sorozatos endoszimbiózis teóriámat" először csak kb. 15 különféle elutasítás, valamint egy kínnal kidolgozott, bonyolult, de elég gyatrán megírt kézirat elvesztése után tudtam nyomtatásban megjelentetni. Végül is 1966-ban Origin of Mitosing Cells (A mitózissal osztódó sejt,~k eredete) címmel, James F Daniellinek, a Journal of Theoretical Biology szerkesztőjének merész személyes közbenjárására fogadták el közlésre, és 1967 végén még első asszonynevem, a Lynn Sagan név alatt jelent meg. Az elméletet egy másik protista, Max Taylor professzor (University of British Columbia, Vancouver) sorozatos endoszimbiózis teóriának (serial endo3ymbiosi theory, rö33

viden SET) nevezte d, mely nem tévesztendő össze a SETIvel, ami a search for extraterrestrial intelligence (földön kívüli intelligenciakutatás) rövidítése. 1969-ig, második házasságom és lányommal, Jenniferrel való terhességem idején kénytelen voltam hosszabb időszakokat otthon tölteni. A kényszerű otthonlét viszont megszakítások nélküli gondolkodást tett lehetővé és arra ösztökélt, hogy a négyrészes SET kibóvített változatát dokumentáljam és a leíró részt világosan megfogalmazzam. Az 1967-ben megkezdett, a sejtek eredetének történetéről szóló cikkem egyre nőtt, terebélyesedett, és végül könyv terjedelmű kézirattá fejlődött. Késő éjszakákba nyúlóan gépeltem, hogya szerződésben előírt határidőt tartani tudjam. Természetesen ismeretlenségem folytán se előleget, se kornpenzációt nem kaptam rengeteg illusztrációmért. Segítség mindössze csak otthonról jött. Végül sikerült az általam véglegesnek hitt verziót befejeznem. Egy reggel, a gyerekek ébredése előtt, nagy gonddal és büszkeséggel bedobozoltam és feladtam a gazdagon illusztrált művet a szerződést ajánló kiadónak: Academic Press, New York City. Vártam. Újabb 5 hónapig vártam. Egy szép napon, mindennemű magyarázat nélkül dobozom újra megjelent postaládámban. Jóval később, de mégcsak nem is a szerkesztőtől, azt a tájékoztatást kaptam, hogy az Academic Press - a rendkívül rossz minőségre tekintettel- hónapokra visszatartotta kéziratomat. Végül a kiadótól megérkezett az elutasítás. Se magyarázat és gyakorlatilag egyetlen, a kiadó szerkesztője által írt levél sem kísérte. Több mint egy évvel később és egy sokkal hosszabb és gyötrelmesebb "szül.és" után, mint amilyent Jenny okozott nekem, a könyv végül is szépen szerkesztve megjelent a Yale University gondozásában és kiadásában. Max Taylor és más nagylelkű kollégák recenziója és kritikája eredményeként sorozatos endoszimbiózis teóriám ismertté vált, és az Academic Press elutasítása okozta fájdalom is csillapodott. A SET a 70-es és a 80-as években sok, számomra ismeretlen kutatót és végzett diplomást ösztökélt további kísérleti munkára. A molekuláris biológiai, genetikai ismeretekkel és nagy teljesítményű mikroszkópokkal alá akarták támasztani azt az egykor radikális, 19. századi gondolatot, hogy a növények és 34

1Ul.'1__/JI l\ Csont

Tannm Lignin

Cellulóz

,

Mészváz

' ='-""-"!7 Izom

ÁLLATOK

NÖVÉNYEK HIsztogenezIs

Blastula Komplex seJtkapcsolatok / Gametlkus melózls

GOMBÁK

!

Dikariózis Zigotikus meiózis révén kialakult spórák

----~ / ,~, , , ,"

PROTOCTISTÁK

Algák, vízi penészek, talajpenészek, nyálkagom bák, protozoo nok FagocitózIs Intracellularis

~ ~::;~,

.:"...'.<::.:.~ : ...........\... Centriólumok ... :.:0. ..:,. ;,; \"'1 Osto rok .:.:.c;. ,..~\\ Zoospórák

~..

motilitás

Endomembránok

Differenciálódás

Endospórák Soksejtüség

Sokseltüség

Fotoszintézis

Mozgás

Fermentálás

.~ ., .. ,

Coccoid cianobaktériumok Chloroxybakteriumok

0":

Spirochaelák Spiroplazmák

Termoplazmál:

Paracoccusok Bdellovibriók

BAKTÉRIUMOK (Monera, prokarioták) 2. ábra SET (sorozatos endoszimbiózis teória) filoge nezis

az állatok, valamint a gombák és egyéb szervezetek sejtjei olyan sejtmaggal rendelkező sejtekből épülnek fel, melyek különböző típusú baktériumok meghatározott sorrendben történt 35

összeolvadásából keletkeztek. Az összeolvadt sejtek győzedel­ meskedtek és szaporodtak. A SET-tel kapcsolatos legfrissebb verziómat a 2. ábrán mutatom be. Ma már ámulattal figyelem, mennyire elavult az a SET-változat, amelyet feltárt igazságként tanítanak. Rémületemre, ha ugyan nem meglepetésemre, úgy vélem, hogy a bemutatás dogmatikus és félrevezető, nem logikusan rendezett és gyakran nem is igazán korrekt. Nem úgy, mint magát a tudományt, a SET-et most kritika nélkül elfogadták. Hát így megy ez, kérem! A SET olyan elmélet, mely azt fejtegeti, miként kerülnek össze vagy olvadnak össze különböző előéletű és különböző képességű sejtek. A StET előtt nem volt sejtfúziós szex, mint pl. a spermium által megtermékenyített petesejt. A SET tette lehetővé, hogy ez a fúziós szex létrejöjjön. Maga a szex is tulajdonképpen az egym~lshoz, az együvé kerülést jelenti, azaz a különböző történelm ű és különböző képességű sejtek összeolvadását.

3. FEJEZET

Egyediség beépülés útján

Talány felé hajolva Újabb kerül elém Komolyabb - és nemesebb Mint az enyém (69)

A "szimbiózis" kifejezés, melyet Anton deBary német botanikus 1873-ban alkotott, nagyon különbözó fajta organizmusok együttélését jelenti; deBary valójában úgy definiálta, mint "különbözőképpen elnevezett organizmus ok együttélésé" -t. Bizonyos esetekben, hosszú távon, az együttélés szimbiogenezist eredményez: új testek, új szervezetek, új fajok megjelenését. Röviden, úgy hiszem, hogy a legtöbb evolúciós újdonság közvetlenül a szimbiózisból jött, és még mindig így jön létre, annak ellenére, hogy ez a gondolat nem népszerű az evolúciós változás alapjairól alkotott, legtöbb tankönyvben szereplő tézisekkel szemben. Elméletem a növények, állatok és más sejtmagvas sejtek szimbiogenetikus eredetéről négy bizonyítható feltevést tartalmaz. Mind a négy magába foglalja a szimbiogenezist, beépülést és szimbiózis általi testegyesülé~it. Az elmélet pontosan felvázolja azokat a lépéseket, amelyek bizonyára megtörténtek a múltban, különösen a ragyogó zöld színű növényi sejtek vonatkozásában. A sejtek természetesen ismerős szerkezeti egységek amoszatokban, páfrányokban és minden más növényben. A vékony porzószálakat, melyek különösen a Zebrina és a Tradescantia virágokban láthatóak, ilyen növényi sejtek sorai alkotják. A nagy, sejtfallal rendelkező zöld sejtek megelőzték a növényeket: végleges formájuk már teljesen kialakult a zöld algákban, a növények vízben élő őseiben. Az, hogyasejtmagvas szervezetek a beépülés útján keletkeztek, legjobban a növények szép nagy sejtjeiben láthatók, ahol az organellumaik integritását könnyű megfigyelni. Az elgondolás egyszerű: négy, valaha teljesen független és fizikailag kü37

lönálló ŐS bizonyos sorrendben egymásba épült, hogy zöld algasejtté válj on. Mind a négy baktérium volt. A négy baktériumtípus mindegyike kikövetkeztethető en különbözött. Mind az egybeolvadt, mind pedig a szabadon élő formákban még ma is élnek mind a négy típusú baktérium leszármazottai. Néhányan azt állít ják, hogya négy típus kölcsönösen rabja egymásnak, mind a n övénybe zárva, mind pedig növényként. A régebbi baktériumok minden típusa kulcs az ősökhöz; az élet kémiailag olyan konzervatív, hogy ki tudjuk következtetni még azt a bizonyos sorrendet is, amelyben egyesültek. A sorozatos kifejezés a sorozatos endoszimbiózis-elméletben az egybeolvadás sorrendjére utal. Azt hiszem, most már sikerült meggyőznöm sok kutatót és diákot, hogy a sejtek részei, az organellumok szimbiózissal alakultak ki. Természetesen az elmélet bizonyítása nagyrészt nem az én munkám; tudósok százai járultak hozzá. Most az elképzelés tovább-bóvítésén dolgozom, hogy megmutassam: a sejteknél nagyobb organizmus ok és azok új szervei, valamint új szervrendszerek szintén szimbiogenezis útján jöttek létre. Ha a szimbiózisban élők teljesen egybeolvadnak, ha fuzionálnak és egy újfajta lényt hoznak létre, az új "egyed", az egybeolvadás eredménye, definíciójánál fogva szimbiogenezis által jött létre. Noha a szimbiogenezis koncepciója egy évszázad dal ezelőtt született, csak most állnak rendelkezésünkre azon eszközök, melyekkel az elméletet alaposan tesztelni tudjuk. Megpróbálom a lehető legegyszerűbben felvázolni az elképzelést. Először is, egy kén- és hőkedvelő baktériumtípus, amelyet fermentációs ősbaktériumnak (vagy "termoacidofil" -nek) nevezünk, egybeolva.dt egy úszó baktériummal. Az egybeolvadt egyed két komponense nukleocitoplazmává, az állatok, növények és gombasejtek őseinek alapanyagává vált. Mai leszármazottaihoz hasonlóan ez a legkorábbi úszó egysejtű is anaerob volt. Mivel az oxigén mérgező hatást gyakorolt rá, szerves iszapban és homokban, sziklarepedésekben, pocsolyákban és tavakban élt, ahol az oxigén hiányzott vagy alig volt jelen. (A gombasejtek tartalmaznak ilyeneket a gombákban és az élesztőben.) Az állati, növényi és gombasejtek sejtmagvasok, mivel nagy víztartalmúak és átlátszóak, sejtmagjuk látható. A 38

növényekben és az állatokban, amikor a sejt osztódik, a membrán által határolt sejtmag eltűnik, mivel a membrán feloldódik, és a kromoszómák minden alkalommalláthatóvá válnak. A kromatin, a vörösen festődő anyag, amelyből a kromoszómák állnak, könnyen látható szerkezetekké csavarodik össze. Ennek a folyamatnak a tankönyvbeli magyarázata úgy szól, hogy a kromatin látható, megszámolható kromoszómákká sűrűsödik össze, amelyeknek száma a kérdéses fajra jellemző. A kromoszómák tánca, amelyek később lazán összetekeredett kromatinban eltűnnek, amint a sejtmembrán újra megjelenik, a mitózis sejtosztódási folyamatának egyik lépése. Amitózis, a protoctistákban (lásd 64. oldal) és sejtmagvas gombasejtekben található számos változatával a legő s ibb sejtmagvas organizmusokban fejlődött ki. Miután az úszó egysejtűekben kialakult a mitózis, egy másik típusú szabadon élő mikroba, egy oxigént belélegző baktérium épült be az egybeolvadási folyamatba. Még nagyobb, még összetettebb sejtek jöttek létre. Az oxigént belélegző háromutas együttes (sav- és hőkedvelő, úszó és oxigént belélegző) képessé vált arra, hogy bekebelezzen szilárd táplálékot. Ezek a sejtmagvas sejtek, úszó és oxigént lélegező összetett és különös lények, talán már 2000 millió évvel ezelőtt megjelentek a Földön. Ezen második egybeolvadás, amelynél az úszó anaerob megszerezte az oxigént belélegzőt, vezetett a háromkomponensű sejtekhez, amelyek egyre inkább képesek voltak megbirkózni a levegőben lévő, növekvő mennyiségű szabad oxigénnel. Miután egyesült a kifinomult úszó, sav- és hőtűrő ősbaktérium, valamint az oxigént belélegző, ezzel egyetlen külön egyeddé alakulva szaporodtak tovább. A komplex sejtsokszorozó sorozat végeredményeként az oxigént lélegzők bekebelezték, elnyelték, de nem sikerült megemészteniük a ragyogó zöld fotoszintetizáló baktériumokat. A szó szerinti "beépülés", "egybeolvadás" csak nagy harc után valósult meg, melyet az emésztetlen zöld baktériumoknak sikerült túlélni ük, és a teljes fúzió győzedelmeskedett. Végül a zöld baktériumok kloroplasztiszokká alakultak. Ezek a termékeny napimádók, mint negyedik partner, teljesen beolvadtak a korábbi különálló partnerekbe. E végső egybeolvadás eredmé39

nyeként alakultak ki az úszó zöld algák. Az ősi úszó zöld algák nemcsak hogy ősei voltak a mai növényi sejteknek, hanem minden egyedi összetevőjük ma is él és virul, még mindig úszva, fermentálva és oxigént lélegezve. A sorozatos endoszimbiózis-elmélet részletei nek a kidolgozását legjobb munkámnak tartom. A központi elképzelés az, hogy a növényi, állati és egyéb eukariota sejtek citoplazmáiban lévő extra gének nem "csupasz gének", hanem bakteriális eredetűek. A gének kézenfekvő örökségei egy erőszakos, versengéssel és békekötésekkel teli múltnak. Sok idővel ezelőtt a baktériumok, melyeket más testek részben elnyeltek és csapdába ejtettek, organellumokká váltak. A zöld baktériumok, melyek fotoszin tetizálnak és oxigén t termelnek, s amelyeket cianobaktériumoknak nevezünk, még mindig léteznek tavakban és patakokban, iszapban és a tengerparton. Rokonaik együttélnek számos nagyobb organizmussal: minden növénnyel és minden algával. Hogy a korai növénygenetikusok felfedezték a géneket a növényi sejtek kloroplasztiszaiban, azok állandó jelenlétének köszönhető. A cianobak térium kis zöld leszármazottai mindenkor ott vannak minden növényi sejtben. A cianobaktériumok az élet igen sikeres formái. Bevonják zuhanyfüggönyeinket, és habot képeznek úszómedencéink, vécéink és tavaink tetején. Ha megmelegszenek és süti őket a nap, napok alatt ragyogó zölddé tudják tenni az álló pocsolyák vizét. Habár a legtöbb cianobaktérium még mindig szabadon él, némelyek a legkülönfélébb társakkal együtt léteznek, szimbiontaként. Néhányuk kloroplasztisz, az alga- és növényi sejtek zöld része. Mások növényi üregekben, gyökérrétegekben vagy zöld növények szármirigyeiben találhatók. Ahogya cianobaktériumok és a kloroplasztiszok közeli rokonok, a mitokondriumok a szabadon élő, oxigént lélegző baktériumokhoz hasonlítanak. Meggyőződésem - ahogy korábban figyelmen kívül hagyott más tudósoké is - , hogya növényi és állati mitokondriumok egyenes ági ősei szintén szabadon élő baktériumokként kezdték. A mitokondriumok, ezek a sejten belüli erőművek kémiai energiát termelnek minden állati, növényi és gombasejten belül. A mitokondriumok szin40

tén rendszeresen megtalálhatók a tengernyi különféle mikrobajellegű lényben, a protoctistákban is, amelyekb ől a növények, az állatok és a gombák kifejlődtek . Pusztán számukat tekintve, a kloroplasztiszok és a mitokondriumok - inkább, mint az emberek - a Föld domináns létformái. Bárhova megyünk mi, emberek, a mitokondriumok is jönnek velünk, mivel bennünk vannak, és energiával látj ák el egész anyagcserénket: izmainkat, emésztésünket és gondolkodó agyunkat. A szimbiogenezis, amelynek ötletét az orosz Konsztantyin Merezskovszkij (1855-1921) vetette fel, új szervek és szervezetek szimbiotikus fúzió révén történt kialakulására vonatkozik. Amint azt be fogom mutatni, ez egy alapvető evolúciós tény. Minden olyan organizmus, mely elég nagy méretű, hogy láthassuk, valaha független mikrobákból állt, amelyek a nagyobb egész létrehozására csoportosult ak. Egybeolvadásuk során sok közülük elvesztette előző egyediségét, amelyet visszatekintve - felismerhetnénk. Szeretek dicsekedni, hogy mi, diákjaim és kollégáim megnyertünk hármat a négy csatából, amely a sorozatos endoszimbiózis-teória (SET) körül zajlik. Ma már a sejtegyediség eredetében szereplő négy partnerből hárma"t azonosítani tudunk. Azok a tudósok, akiket nagyon foglalkoztat ez a történet, ma már megegyeznek abban, hogy a sejtek alapanyaga, a nukleocitoplazma, az ősbaktériumokból származik; nevezetesen a fehérjegyártó anyagcsere zöme a termoacidofil (Thermoplasma szerű) baktériumokból keletkezik (első lépés). Az oxigént lélegző mitokondriumok sejt jeinkben és egyéb, sejtmagvas sejtekben baktérium-szimbiontákból alakultak ki, melyeket ma "bíborbaktériumoknak" vagy "pro teobaktériumoknak" nevezünk (harmadik lépés). A kloroplasztiszok és más algaés növényi plasztiszok valaha szabadon él ő fotoszintetizáló cianobaktériumok voltak (negyedik lépés). Bizonyára észrevették, hogya második lépést nem írtam le. Egy fontos vitatott kérdés még maradt: honnan erednek az úszónyúlványok, a csillók? Ez az a pont, ahol a legtöbb tudóstól elszakadok. Az én szimbiotikuselmélet-változatom jellemzésekor Max Taylorral értenek egyet, aki ezt az elméletet "szélsőséges SET-nek" nevezi. Taylor és kollégája, Tom Cavalier41

Smith, a vancouveri University of British Columbiáról a sejtmagvas sejtek eredetét illetően egy nem szimbionta, "ág"-elméletet részesített elönyben. Még mindig az ő hipotézisük uralkodik. Létezik azonban bizonyíték arra, hogy az ősi szövetséghez egy titokzatos második bakteriális partner csatlakozott. Az első egybeolvadás - az első és második partner állandó fúziója - alapve':ő volt. Ez megtörtént. Még akkor is, ha az első egybeolvadás öröksége ma már homályos és nehéz követni, támpontokat hagyott, amelyeket ma is keresünk. Feltevésem, miszerint az uszó, egy másik eltérő mikroba, a sejtmagvas sejt eredetében szimbiózis útján jött létre a legeslegelső, legősibb lépésnél, az elképzelés legkevésbé megvédhető része. Ez az első egybeolvadás talán 2000 millió évvel ezelőtt történt. A SET kulcsgondolata (második lépés), hogya csilló k, ostorok, érzékelőkitü remkedések és a sejtmagvas sejtek sok más nyúlványa (az ún. undulipodiumok) az ősbaktérium úszó baktériummal történt eredeti fúziójakor alakult ki. Biztos vagyok benne, hogy egy évtizeden belül meg fogjuk nyerni ezt a vitát: végül meglesz a négy a négyből! Ebben a fejezetben azt magyarázom, miért vagyok hű népszerűtlen véleményemhez, és segítek megérteni, miért töltöm azzal életemet, hogy bizonyítékokat gyűjtök a biológia poros zugaiból. Egyes kollégáim harciasnak bélyegeznek, mások tisztességtelennek. Néhányuk szerint én csak idevágó munkákat gyűjtök, és tisztességtelen módon figyelmen kívül hagyom az ellentmondó adatokat. Lehet, hogy ezek a vádak helytállóak. A szimbiózisban egybeolvadt baktériumok előző függetlenségükre utaló nyomokat hagynak. Mind a mitokondriumok, mind aplasztiszok méretüket és formájukat tekintve baktériumjellegűek. Igen fontos, hogy ezek az organellumok úgy szaporodnak, hogy sok van jelen egy időben a citoplazmában, azonban soha nem a sejtmagon belül. Az organellumok mindkét típusa, a plasztiszok és a mitokondriumok nemcsak burjánzanak a sejteken belül, hanem szaporodásuk módja és ideje is eltér az általuk lakott sejt többi részétől. Talán 1000 millió évvel az első egybeolvadás után mindkét típus megtartotta saját, megfogyatkozott DNS-készletét. A mitokondriumok génjeinek riboszomális dezoxiribonukleinsava (DNS) 42

még mindig meglepően hasonlít a ma önállóan élő, oxigént lélegző baktériumok ilyen génjeire. Aplasztiszok riboszomális génjei nagyon hasonlítanak a cianobaktériumokéira. A 70es évek elején, amikor először hasonlították össze az algasejtekben található plasztiszok DNS-ében a nukleotidsorrendet a szabadon élő cianobaktériumok nukleotidsorrendjével, azt találták, hogyakloroplasztisz DNS-e sokkal inkább hasonlít a cianobaktérium DNS-ére, mint az ugyanazon algasejt sejtmagjában lévő DNS-re! Az ügyet lezárták. E DNS-szekvenciák hármas összehasonlítása (a sejtmagból, az organellumból és az organellum szabadon élő utódtársából) bebizonyította a plasztiszok bakteriális eredetét. A kevésbé színes sejtszervecskékre, a mitokondriumokra is végeztek egy hasonló vizsgálatot. A történet elmeséléséhez nem kellett az időben visszautazni. Max Taylor a világ legnagyszerűbb szakembere bizonyos sZÍnes és elbűvölő tengeri egysejtűek terén. Ö és majdnem mindenki más dinoflagellátának nevezi ezeket. Én makacsul elutasítom ezt, és dinomastigotáknak hívom őket, mert allergiás vagyok a flagellum (ostor) elnevezésre, amikor azt nem baktériumokra használják. Nézetem szerint flagellumai a baktériumoknak vannak, a sejtmagvas organizmusoknak soha. Max egy ponton különálló alternatív feltevést fejlesztett ki az én sorozatos endoszimbiózis-elméletemhez. A 70-es évek elején egy endogén- vagy "közvetlen leszármazás" elméletet mutatott be, élesen láthatóvá téve a nem szimbiotikus elmélet körvonalait a sejtmagvas sejtek eredetéről. Egyenesen ellenezte az én nézeteimet. A közvetlen leszármazás elmélete szerint a citoplazmabeli organellumok három fajtája - a mitokondriumok, a csilló k és a kloroplasztiszok - szimbiózis nélkül alakultak ki. Mindez inkább úgy fejlődött ki - szól Max feltevése és minden más preszimbiogén vélemény -, hogy DNS-t "csípett le" a sejtmagból. A mitokondriumok, a plasztiszok és a csillók mindig a sejt részei voltak. Soha nem kezdték idegen baktériumként. Nemcsak a közvetlen leszármazás volt Max elméleti gyermeke, hanem az elágazás is megegyezett ki nem mondott feltevésével a minden biológus által elfogadott fúziós fejlődéssel szemben. 43

Az alaposság és az óriási mennyiségű részletes információ rendezése érdekében Max katalogizálta a közvetlen leszármazás és a szimbióziselmélet lehetséges változatait. A közvetlen leszármazás szélsőséges formájában tagadja bármilyen sejtszimbiózis létezését. Eszerint a magvas sejtek különböző forrásokból vagy a bakteriális ős egyetlen típusában bekövetkezett változásokból közvetlenül alakultak ki. Aplasztiszok általános elnevezés a fotoszintetizáló alga- és növényi sejtszervecskékre - magukba foglalják a zöld alga és növényi őseik híres kloroplasztiszait. Ez a kategória tartalmazza azon tengeri-vörösmoszatok rodoplasztiszait és a barna feoplasztiszokat is, melyek a dinomastigotákban, kovamoszatokban, barnamoszatokban és sok más algában találhatók. A szimbióziselmélet legenyhébb változata azt állítja, hogyaplasztiszok szimbionta fotoszintetizáló baktériumokból alakultak ki, és hogya mitokondriumok és minden más organellum szimbiózis nélkül közvetlen leszármazással azon génekből erednek, amelyek leváltak a sejtmagról. Van még egy "középutas" SET, mely elfogadja mind a plasztiszok, mind pedig a mitokondriumok szimbiotikus származását. A középutas változat ma már vitathatatlan. Ahogyan a tankönyvekben magyarázzák, ezen elgondolást a bizonyítékok bősége támogatja. Max Taylor nem tisztességtelenségből nevez engem radikális szimbiogenetikusnak, és SET változatomat "szélsőséges"-nek. De miért? A csekély bizonyíték ellenére én még mindig hiszek a 2. és 3. ábrákon szereplő úszókban. Nézetem szerint az organellumok másik osztálya Ca sémán a második lépés) szintén bakteriális eredetű. A csillók, a spermiumfarok, az érzékelőkitüremkedések és egyéb undulipodiumok, melyeket mindig centriólum-kinetoszómák nak nevezett testecskék, apró pontok bélelnek alá, a második lépésből származnak. Ezeket a képleteket a sejtmozgással hozzák kapcsolatba. A második lépésben szereplő organellumoknak, mivel még ősibbek és szorosan kapcsolódnak a sejthez, mint a mitokondriumok vagy a plasztiszok, olyan evolúciós történelme van, amelyet igen nehéz nyomon követni. A második lépés organellumainak származásával kapcsolatos magyarázat körüli probléma egy része az, hogy a mozgó sejtszerkezetek ezen osztályának sok elnevezése van, és vala44

mennyi megtévesztő. Az elmélet lényeges része a csillók keletkezésével kezdődik. A rejtélyes centriólum-kinetoszómák apró magokként mű­ ködnek. A spermiumfarkak, a csillók és néhány organizmusban a mitotikus orsók, melyek sejtosztódáskor kulcsfontosságúak a kromoszómák elmozdítás ában, szinte varázslatos módon nyúlnak ki a kis magvakból. Közvetlen őseitől függően a sejt egy vagy több centriólum-kinetoszómát növeszthet, vagy a már előzőekben létező centriólumokhoz kapcsolódva, vagy látszólag a semmiből (ez utóbbit hívjuk de novo centriólumkinetoszóma-megjelenésnek). Az időzítés kulcsfontosságú. A csupasz sejt kialakíthat sok centriólum-kinetoszóma-"magot", melyek mind azonnal kitüremkednek. Minden centriólumkinetoszóma-"magot" vékony proteincsövecskék, mikrotubu1usok alkotnak. A csövek falainak proteinjét eléggé logikusan tubulinnak nevezzük. A mitokondriumok és plasztiszok szimbiotikus eredetét akkor fogadták el végleg, amikor felfedezték, hogy az organellumok e két fajtája különböző DNS-t tartalmaz, amelyek eltérnek a sejtmagétól, és típusuk, valamint elrendezésük egyértelműen bakteriális. Ezeknek az organellumoknak a DNS-e kódolja a saját különleges fehérjéket. A szabadon élő baktériumokhoz hasonlóan a fehérjeszintézis a mitokondriumokon és plasztiszokon belül játszódik le. Ford Doolittle és Michael Gray molekuláris biológusok az új-skóciai halifaxi Dalhousie Universityn kimutatták, hogyamitokondriumokban és a plasztiszokban a DNS-nukleotidsorrendjei rendkívül hasonlóak a megfelelő, önállóan élő baktériumokéhoz. Ezen a ponton fogadják el a tudósok ezt és sok más bizonyítékot, mint a SET középső, csupán "három a négyből" változatának igazolását. Mi a helyzet azonban az én "szélsőséges" teóriámmal? Létezik-e egy másik bakteriális maradvány, az eukariota sejtmagvas sejt centriólum-kinetoszóma őséből? Úgy gondolom, hogy a centriólum-kinetoszóma baktérium integrációja az, ami elsőként létrehozta az eukariota sejtet! Ha igazam van, a szimbiogenezis az a tényező, amely megkülönbözteti a sejtmagvas sejtéletet minden egyéb bakteriális élettől. Nem létezik kö4S

zépút - vagy szimbiogenezis által fejlődött ki az organizmusok csoportja, vagy nem. Meggyőződésem, hogy minden sejtmagvas organizmus (protisták, növények, gombák és állatok) szimbiogenezis révén jött létre, amikor az ősbaktériumok a legutolsó protistaős: a sejtmagvas sejt evolúciója során fuzionált a centriólum-kinetoszómák őseivel. A korábbi idegen, amely centriólum-kinetoszómává vált, még ma is szabadon élő rokonok kal rendelkezik. Ezek a baktériumok spirochaetákként ismertek. Ezeknek az ősei, ősrégi vad csúszómászók, éhesen és elkeseredetten lerohantak sok ősbaktériumot, még néhány, a mai Thermoplasmához hasonlót is. Az inváziókat fegyverszünetek követték. Feltételezem, hogy a legkorábbi sejtmagvas sejtek azután jöttek létre, hogya spirochaeták és az ősbaktériumok életben maradtak az összeolvadt állapotban. A sejtmagvas sejt szimbiogenezis révén alakult ki. A SET-nek léteznek egyéb "szélsőséges" változatai is. Anélkül, hogy a részleteket kidolgozta volna, dr. Hyman Hartman, a NASA kaliforniai, Moffet Fieldben lévő Ames Kutatóközpontjából felveti, hogy maga a sejtmag is szabadon élő baktériumként kezdte. A "szimbionta sejtmag"-ra vonatkozó nézetet nem a bozontos fejű, ma is élő Hartman fogalmazta meg elsőként, hanem az 1921-ben elhunyt, orosz K. S. Merezskovszkij. Merezskovszkij soha nem állította, hogya mitokondriumok szimbiontákként kezdték létüket, mert amikor ő írt, sem ő, sem mások nem értették, mik azok a mitokondriumok. Az igen nagy felbontóképességű elektronmikroszkóp megjelenéséig több mint húsz elnevezése volt azoknak a sejteken belüli apró testecskéknek, amelyeket később mitokondriumokként tartottak számon. A 60-as évek közepén a mikroszkópia fejlődésével a terminológia letisztult, és a kifejezések jelentése tisztázódott. A sejtmag szimbiotikus eredetében nem értek egyet Hartmannal és Merezskovszkijjal. Amennyire én tudom, a mikrobák világa nem tartalmaz szabadon élő, sejtmagszerű baktériumokat. Nézetem szerint a sejtmag válaszként fejlődött ki a Thermoplasma- és Spirochaetaszerű baktériumok nehézkes egybeolvadására. "Új sejtek" jöttek létre, megnagyobbodtak és 46

interaktív membránjaik burjánzottak. Kettős származásuk következtében genetikájuk összetettebbé vált. Radney Gupta a McMaster Universityről részletes - habár rejtett - bizonyítéko t szolgáltat a legkorábbi sejtmagvas sejtek "kimérás" természetéről. Gupta érvelése kizárólag a számos nélkülözhetetlen fehérje aminosavsorrendjének elemzésén alapszik. Más fogalmakat használ, és eltérő kritériumokra hivatkozik, azonban alapvető elképzeléseink megegyeznek: az ősbaktérium-eubaktérium egyesülésből alakultak ki az első, membránnal határolt sejtmaggal rendelkező sejtősök. Mindenki egyetért abban, hogyasejtmagvas sejtek eredete kulcsfontosságú újdonság volt a Föld bolygón az élet kifejlő­ déséhez. A sejtmagot hordozó első mikrobák apró, oxigénkerülő úszók voltak. Ma a protoctisták birodalmába sorolnák őket. E sokszínű csoport legkisebb ma élő tagjai oly kicsik, mint a baktériumok. Annak ellenére, hogy olyan zónákban élnek, ahol nincs oxigén, mivel vannak sejtmagjaik és a sejtmagvas sejtek sok jellemzőjét hordozzák, nem baktériumok. Mi is történt valójában? A sejten kívüli környezettel összehasonlítva, mely mindig ki van téve kiszáradásnak, a táplálék hiányának, mérgezésnek és egyéb lehetséges tragédiák nak, a sejten belüli környezet nedvdús és táplálékban gazdag. Bármely, az ősbaktérium membrángátján áthatolt spirochaeta (vagy más úszó baktérium) állandó energia- és táplálékáramlást élvezett. A támadó és a megtámadott reprodukciós rátája végül szinkronba került. Az úszó támadó túlélők, melyek birtokba vették életterüket, nem éltek túl sokáig. Ma már tudjuk, hogya támadók szimbiontákká váltak, és végül organellumokká alakulhatnak. Az egybeolvadásokat követően új túlélési trükkök jöttek létre. Az ősbaktériumok belsejéhez és széléhez kapcsolódó, csúszómászó, oxigéntől elpusztuló sejteket úgy írn ám le, mint amelyek állandóan táplálék után kutatnak. A csúszómászókkal benépesített, megfertőzött ősbaktériumok felgyorsulnak, mivel idegen csatlósaik szüntelen mozgásban vannak. A sejtmagvas sejtek mitózissal szaporodnak, s ezt a folyamatot nevezik a "kromoszómák táncának". Máshol már leírtam, hogyan képzelem el az élő spirochaeták szüntelen mozgásából eredő effajta sejtosztódást. 47

Már diplomás és jelenleg végzős hallgatóim mal tovább vizsgáljuk a "szélsőséges" hipotézist. Feltételezett forgatókönyvünkben az ősi egyesülés maradványait minden sejtmagvas sejt mai viselkedésében és kémiai reakcióiban nyomon lehet követni. Természetesen még a magunk teljes meggyőzésére is további bizonyítékra van szükségünk. Az evolúció eseményeinek sorrendje döntő fontosságú. A mikrobák világának csavarhúzó alakú spirochaetái, gyorshajtói kígyószerűen összetekeredtek. Ezek a baktériumok ide-oda, föl és le, jobbra-balra szökellnek egy olyan viszkózus közegben, mint például a sár, a nyálka és az élő szövet. Úgy, ahogy ma is teszik, úszásban felülmúltak minden más baktériumot a távoli múltban is. A gyors és termékeny spirochaeták betörtek az ős­ baktérium belső terébe, és ezt azok élték túl, amelyek együttműködtek. Ma élő leszármazottaik részt vesznek a mitotikus mozgásban és a komplex sejtekre jellemző egyéb folyamatokban. A partnerek oly mértékben összeolvadtak, hogy az eredeti forgatókönyvet nehéz, de azért nem lehetetlen rekonstruálni. Minden mitokondriummal rendelkező sejtnek mikrotubulusai is vannak, amelyek az őscsúszómászók maradványai. Ez a szerkezet következetesen egyezik azzal az elképzeléssel, hogy a spirochaeta-ősbaktériumok szimbiózisa alakult ki először. Bizonyos mitotikus úszó sejtek, melyek számára az oxigén méreg, ma is mitokondriumok nélkül léteznek. Ebből arra következtetek, hogy minden eukariota élet mitotikus őse azelőtt fejlődött ki, hogy az oxigén átjárta volna a légkör minden zugát. Ma a spirochaeták mind az oxigénben gazdag, mind az oxigénben szegény környezetben úsznak. Néha olyan ügyesen támadják meg szomszédaikat, hogy a biológusok összetévesztik a centriólum-kinetoszómával, testüket pedig csillóknak nézik. A mai spirochaeták nagy számban élnek az egészséges faevő rovarok belsejében. Néhány fajuk emberi bél- vagy hereszövetekben él. Némelyek az iszapban burjánzanak. Mások a protisták (mint például az iszapban élő csillósok vagy trichomonasok) lyukas membránjain telepednek le. A spirochaeták általában nedves, tápdús, sötét élőhelyeken tenyésznek. A spirochaeta csúszás-mászással, táplálkozással és szaporodás48

3. ábra

A spirochaetákból kialakulnak az undulipodiumok

sal tölti életét. Transzverzális, baktériumszerű osztódással szaporodik. A csillókhoz vezető út akkor indult, amikor a korai spirochaeták, ahol csak tudtak, bejutottak sérülékeny szomszédaikba, és némelyikük végleg bennrekedt. A sok kis spirochaeta kölcsönös mozgásából, számos egyesülés után sejtmagvas úszók, az első protisták fejlődtek ki. Még mindig remélem, hogy a végső SET posztulátum győz. Sok kollégám szerint meg kellene adnom magam ... 49

A centriólumokat és a kinetoszómákat, mint azt a bizonyos Dr. Jekyllt és Mr. Hyde-ot, soha nem látni egyszerre az osztódó sejtekben. Sok sejtben a cent rióI um ok átalakulnak kinetoszómákká, amelyek nyúlványokat bocsátanak ki, amint a mitotikus sejtosztódás befejeződik. Ez egyetlen egység létére utal. 1898-ban a párizsi élettanprofesszor L. F. Henneguy, valamint Lenhossék Mihály Budapesten feljegyezte és leírta az állati szövetben a centriólum és a kinetoszóma azonosságát. Elképzelésük, mely szerint a mitotikus centriólumok szaporodnak, a mitotikus pólus ok felől mozognak, és a csillók kinetoszómáivá válnak, "Henneguy-Lenhossék-elmélet" -ként ismert. A tény, hogya két tudós halálát követően elektronmikroszkóppal is bebizonyosodott a Henneguy-Lenhossékelmélet érvényessége, arra ösztönöz, hogya centriólumkinetoszóma kettős elnevezést használjam. Szerintem a spirochaeták a fogékony ősbaktériumokhoz csatlakozó képleteket hoztak létre. Minthogy szimbiogenezis útján egyesültek, a csatlakozási pont vált a mai centriólum-kinetoszómává. David C. Smith, az Oxford University biológus a, a sejtmagvas sejtek belsejében lévő szimbionta spirochaeták feltételezett maradványait Lewis Carroll vigyori macskájához (a magyar kiadásban: Fakutya) hasonlítja. Épp úgy, ahogyan a macska lassan eltűnik, de a levegőben sejtelmesen lebegő vigyort hagy maga után, "az organizmus is egyre több részt veszít el előző létéből (melyet valami maradvány mindig elárul), majd lassan belemosódik a háttérbe".! Az egybeolvadt lény a részt vevő partner belsejében lesz valami. Mivel a fúzió befejeződött, nehéz meghatározni a résztvevők idevonatkozó genetikai hozzájárulását. Laboratóriumunkban olyan nukleinsavakat és fehérjéket kutatunk, amelyek gyakrabban fordulnak elő a szabadon élő spirochaeta baktériumokban és a csillókban, mint egyéb, önkényesen kiválasztott organizmusok és sejtorganellumok között. Számos vizsgálat folyik főleg orvosi laboratóriumok ban, melyeknek kutatói nem az evolúcióra összpontosítanak. Én leginkább csak nyomon követem az eredményeket. Néhány sejt az abszolút nulla fokhoz közeli hőmérsékletet is képes kibírni. A metabolizmus szünetel, leáll a táplálék-, a

SO

salakanyag- és az energiaáramiás. Felmelegítés után azonban ezek a sejtek tökéletesen működnek és növekednek. A sejt emlékszik, az életről szóló információ sejtstruktúrájának lényegi része. A sérült spermiumfarkak sejtmag, mitokondriumok, sőt még külső membrán nélkül is megmaradnak, és legalább egy óra hosszat úszkálnak a megfelelően kiegyensúlyozott és energiadús oldatban. Ezek az ondósejtfarkak, a csillós protisták csillói, a női petevezeték sejt jeinek csilló i és torkunk csillói (mind undulipodiumformák, amelyek rendelkeznek finomszerkezetük kilenc mikrotubulusával), véleményem szerint azon eredetileg szabadon élő spirochaetákból származnak, amelyek beleolvadtak réges-régi ősbaktériumainkba. Reményeim szerint akkor fogjuk megtalálni a bizonyítékot, amikor a motilitásifehérje-gének, sőt maguk a motilitás i és más, rokon fehérjék - mivel utóbbiak kevésbé gyorsan változnak azonosíthatókká és besorolhatókká válnak. Egy zöld úszó mikrobában a maradvány DNS-tartalom megtalálása kulcsfontosságú momentum a centriólum-kinetoszómák bakteriális eredetének bizonyításában. John Hall, David Luck és Zenta Ramanis a Rockefeller Universityről a Chlamydomonas nevű zöldalgában találtak olyan különleges géneket, amelyek a centriólum-kinetoszóma-mikrotubulus úszóképletek befolyásolásáért felelős tulajdonságokat kódolják. E géneket csoportosították és elkülönítették a standard sejtmaggénektől. Amint elolvastam munkájukat, meggyőződ­ tem a "szélsőséges SET" érvényességéről. Eddig senki sem különÍtette el a centriólum-kinetoszóma-DNS-t más sejtDNS-től, így természetesen a centriólum-kinetoszóma-géneket nem hasonlították össze közvetlenül a szabadon élő spirochaeták génjeivel. Az említett kutatók azt állít ják továbbá, hogya gének egy speciális készlete, mely a centriólumkinetoszómákhoz és azok undulipodiumaihoz kapcsolódik, a sejtmagon belül van. Lefotózták az alga két osztódó centriólum-kinetoszómájához nagyon közel elhelyezkedő DNS-t. A centriólum-kinetoszóma-DNS, amely a sejtfejlődés bizonyos szakaszaiban elkülöníthető a többi sejt-DNS-től, a mitotikus sejtosztódás során kötődik az összes többi kromoszomális DNS-hez. SI

Mivel ugyanebben a zöldalgában nem tudták kimutatni a centriólum-kinetoszóma-DNS-t, Joel Rosenbaum (Yale University) és mások tagadják létezését. A spirochaeta-hipotézis nyakatekert bizonyítása is kínosan szegényes. Lehet, hogy tévedek. Lehetséges, hogyanem spirochaeta baktériumok (mint például a zöld, non-szulfur típus ú eubaktérium) már régen bejutottak más sejtekbe, ahogyan azt Gupta feltételezi. Talán a szimbiózis még csak nem is szerepelt a legkorábbi úszó eukarioták eredetében. Carl Woese és Max Taylor munkatársa, Cavalier-Smith bizonyára nem értenek egyet velem. A szimbiogenezisnek egyáltalán semmilyen szerepet nem tulajdonítanak a legkorábbi anaerob protisták eredetében. Mindazonáltal úgy vélem, nem kell Sherlock Holmesnak lennünk, hogy feltételezzük: az ősmúltban egy mikrobiális szereplő jelentős mértékben fokozta úszósebességét, míg később egész társulássá lett. A mozgékonyság azonos leszármazottja megmarad. A neuronok, agyunk idegsejt jei és a periferikus idegek színültig vannak tubulinfehérjéből felépülő mikrotubulusokkal. Ugyanezek a mikrotubulusok építik fel a csillókat, az ostorokat és a centriólum-kinetoszómák falát. Az idegsejtek nyúlványait, azaz az axonokat és dendriteket, amelyek segítségével agyunkban az információt feldolgozzuk, mikrotubulusok bélelik alá. Ha radikális szimbiogenezis-elméletem helytálló, agyunk kialakulását és a gondolkodást, mely szükséges e mondat elolvasásához, azok a fehérje-mikrotubulusok tették lehetővé, amelyek elsőként a baktériumokban alakultak ki. Még akkor is, ha kiderül, hogy spirochaeta-hipotézisem nem helytálló, a szimbiózisról való gondolkodás maga is szimbiotikus jelenség. Az általunk belélegzett oxigén véráramunkból az agyba jut, és azok a mitokondriumok használják fel, amelyekről tudjuk, hogy korábban lélegző baktériumok voltak. Attól függetlenül, hogya spirochaeta csúszómászók létünk magvát jelentik-e vagy sem, szimbionta lények maradunk egy együttélő bolygón.

4. FEJEZET

A lián neve Sok Őrültség a legszebb Eszme A józan Szemnek Sok eszme a legnagyobb Ő rültség­ A Többség ebben is Mint minden másban - Úr Egyetértesz - és elméd ép Habozz - rögtön veszélyes vagy És lánco d megkötik - (435)

Az élőlények nevei és azok csoportosításai eléggé ártalmatlannak tűnnek. Az én tudományos életemet mégis alapvetően meghatározta az elnevezések, a névadások vagy csoportba sorolások felszínesen unalmas gyakorlata. A téves taxonómia félrevezet, a ki nem mondott feltételezések vagy vallásos hiedelmek bonyolultságával. Az, hogya szimbiogenezis közvetlen összeütközésbe kerül az általánosan elfogadott feltételezésekkel, kései elfogadásának egyik magyarázata. A taxonómia az organizmusok azonosítás ának, elnevezésének és osztályozásának tudománya. A nevek és osztályozási sémák hatalmas információtömeget rendszereznek. A taxonómiák, akárcsak a térképek, kiemelnek egy-egy megkülönböztető tulajdonságot. Egy angol-amerikai filozófus-antropológus, Gregory Bateson népszerű mondása szerint azonban "a térkép nem egyenlő azzal a területtel, amit ábrázol". Ugyanez a szervezetek neveire is érvényes. Az organizmusok történetét gyakran családfa képében jelenítik meg. A családfák általában alulról felfele növekednek, egyetlen törzsnek számos leágazása van, minden ág közös ősöktől ered. A szimbiózis viszont megmutatja, hogy az ilyen életfák a múlt idealizált képét jelenítik meg. A valóságban az életfa gyakran nő befelé, önmagába. Különböző fajok jönnek össze, fuzionálnak, és új egyedeket hoznak létre, melyek ismétlik ezt a folyamatot. A biológusok az ágak ilyen összejöttét -legyen szó akár vérerekről, gyökerekről vagy gombafonalakról - anasztomózisnak nevezik. Az anasztomózis - az ágak eggyé válása - csodálatos hangutánzó szó. Szinte hallani az összeolvadást! Az életfa csupán összecsavarodott, egymással összekapaszkodó ágakból áll, pulzáló 53

entitás, melynek gyökerei vannak, és ágai, amelyek a föld alatt és a levegőben is összefonódnak különleges, új gyümölcsök és hibridek létrehozására. Az anasztomózis, bár kevésbé gyakori jelenség, ugyanolyan fontos, mint a szétágazás. A szimbiózis olyan, mint a szex: kész, kifejlett egyedeket hoz új partneri kapcsolatba. Akárcsak a szexben, a szimbiózis révén egymás mellé került egyedekből egyesek hosszú, stabil kapcsolatot létesítenek, és jövőjük a sokszorozódás, mások ellenben hamar szétválnak. A genetikailag folytonos lények generációinak kapcsolata megkérdőjelezi a könyvekben ábrázolt életfát. Egy mások által elképzelt, és legidősebb fiam, Dorion Sagan által a 80-as évek közepén megrajzolt ábra egy kéz metaforája (4. ábra). Az öt ujj az élő szervezetek egy-egy nagy csoportját ábrázolja. Úgy kell elképzelni, hogy egy-egy ujj öt nagy "birodalom" valamelyikét jelképezi: az összes baktérium Ca sejtmag nélküli Monera-beliek vagy prokarioták); a protoctisták (az összes alga, nyálkagombák, csillós egysejtű és sok egyéb kevéssé ismert, szimbiózis útján létrejött, sejtmagvas sejtből felépült organizmus); az állatok (mindegyik embrióból jött létre, a petesejt és a hímivarsejt egyesüléséből); a gombák ( élesztőgombák, kalaposgombák, penészgombák, amelyek gombaspórákból alakulnak ki); és végül a növények (ezek vagy spórákból, vagy szexuálisan létrejött embriókból fejlőd­ tek, még ha ezek nem is mind fotoszintetizálnak). Az "életkéz" minden ujjának - a baktériumok kivételével - többszörös szimbiózison átesett mikrobiális ősei vannak. Amikor a 20-as években a University of Columbián Ivan Wall in azzal a feltételezéssel hozakodott elő, hogya sejtkomponensek, a kloroplasztiszok és a mitokondriumok szimbiózisban élt baktériumokra vezethetők vissza, ő maga és ötletei általános elutasításba ütköztek. Az udvarias biológustársadalomban a "szimbionticizmus teóriáját" nevetségesnek találták. A komoly kutatótársadalom kiközösítette őt, ezért 40 éves korában felhagyott a szimbiózis laboratóriumi kutatásával. Abban az időben a baktériumokat csupán kórokozóknak tartották, és nem fejlődéstani újdonságok őseinek. Kollégái szerint a mikrobák egyáltalán nem ugrottak át a szabadon élő baktériumállapotból az állati sejtbe, hogy azok szinte fogva 54

...... :.:

.... ..

. : '

'

. "

~ .

..

'

....

, '.

.. ' . ::-:;:.: .. : ...... :'

, :.0

:': ' .,.

,~

': ':. ',

. ~

.'

". "

.

': '.

.... , . .:'

:. :'. :

. .

.'

,

..... .

'.

,'..' ):

..

:, '~

", . ~~: ,:,,:I ~,,: ,,:

.....~~. . :,: .... . ;.;:-;;:.> :":::':: '.: :. : . ' ~~~')" .:::.'." '0

, " . ..•. 1-.. ,. ;

~

~ ,.:;': O~:~:. O~: .:/ .: \ ~

.

"

.,'

.

.. .

"

:" 0"

'.' .";

: : .... ',,-'.'

.

"'," ," .

... ..

,

•

o;. o •. ~,

"

, \.

.:: . ~; '"

'

I ,:'.

.1 : ..,

-,-.--~... '. : .~~:\"~"~;:~.;:<~~:~ ' :~'<:!,'<'":' :'' '

"':, ,.

:.'

• ::; "

•

':,

~ .":

.,', ."

,

:\

4, ábra Az ötbirodalom-kéz

tartott részeivé váljanak. Wallin ezután New Yorkból Denverbe költözött, és 40 évig egyetemi oktatóként működött, de soha többé nem vitatkozott a sejtelemek szimbiotikus eredetéről. A baktériumokat veszedelmes kórokozóknak tartották; senki nem írt róluk az élet evolúciójának vonatkozásában. Ellenkezőleg, az úgynevezett "családfán" további tagolódások történtek. Merezskovszkij kivételével senki nem állította, hogy az életfa ágai fuzionálnak. Ma már tudjuk, hogya "különc" Wallin munkája sokkal inkább napjaink gondolkodásával van összhangban, mint sa ~ ját koráéval. Az akkori tudomány ragaszkodott a merev rend ~ szertanhoz. Ennek megfelelően minden megfigyelt élőlényt vagy állat~, vagy növénycsoportba soroltak. Ily módon Wallin érveit még csak meg sem kísérelték kritikusan megvizsgálni.

ss

Valóban eléggé megtévesztően, de annál jellemzőbb en minden úszó mikrobát az állatok birodalmába soroltak. Ha ezekhez nagyon hasonlító mikrobákkal találkoztak, amelyek zöldek voltak és éppenséggel nem mozogtak, akkor ezeket növényeknek minősítették. Egy botanikus, ha történetesen a növénytani intézetben dolgozott, minden bizonnyal az összes mikrobát és azok leszármazottait a növények közé sorolta. A camp us túloldalán viszont egy zoológus az ezekhez hasonló élőlényeket az állatok kategóriájába helyezte. Az egymásnak ellentmondó vélemények és minősítések egyre szaporodtak. A szabad szemmel alig észrevehető apró organizmusokat, de még az egymással teljesen megegyező egyedeket is a botanikusok növényekké, a zoológusok pedig állatokká kiáltották ki. Amikrobiológusok (bakteriológusok) és a mikológusok (gombákkal foglalkozó tudósok) hasonló csatát vÍvnak a baktériumokkal, élesztőkkel és más gombákkal kapcsolatosan. Igazán sajnálatos, hogy ez a látványos rendszertani összevisszaság máig érezteti hatását. Antony van Leeuwenhoeknak (1632-1723), a mikroszkóp feltaláló jának megbocsáthatjuk, hogy azokat az új kis lényeket, amelyeket felfedezett, mikroszkopikus állatkáknak, illetve parányoknak nevezte. Mihez hasonlíthatta volna őket egyáltalán? Ugyanez viszont alig bocsátható meg a mai kor tudósainak, akik fenntartják az olyan kifejezéseket, mint pl. protozoa (mely szó szerinti fordításban "első állatokat" jelent), olyan úszó teremtmények megnevezéseként, amelyek biológiai tulajdonságai nem igazán állatokra jellemzőek. Vannak olyan kezdetleges protozoonok, sejtmagvas mikrobák, amelyek tekinthetők ugyan az állatok őseinek, de egyben ősei a növényeknek, gombáknak és az összes rakoncátlan protoctistának is. Maguk az ősi protisták, amelyek sohasem egy spermiumból vagy petesejtből, vagy állati embrióból fejlődnek ki, nem állatok. E csoport képe döbbenetesen változatos. Több mint 50 nagyobb leszármazotti ág él. Ide tartoznak pl. a kovamoszatok, a barnamoszatok, a csilló s egysejtűek és még egy sor kevésbé ismert élőlény, melyek "az élet mindenhol jelenlevő­ ségét" hirdetik. l Akár amőbáról, akár csilló s egysejtűről, akár hipermasztigótáról vagy másról van szó, ezek nem állatok. 56

Csak elborzadni tudok, amikor biológusok tól olyan kifejezéseket hallok, mint "kékeszöldalgák", holott ilyenek nem léteznek; ezek a kékeszöld csodák mindenféleképpen fotoszintetizáló baktériumok. Ugyanilyen bosszantó, amikor az ember "egysejtű állatról" hall, ami szintén nem létezik. Ugyanígy nincsenek "magasabb rendű növények" vagy "többsejtű növények". Minden állat és minden növényembriókból fejlődik ki, melyek - már saját definíciójuk szerint is - többsejtűek. Mivel minden növény és minden állat többsejtű, a jelző teljesen felesleges. Leírásban a "protozoon" kifejezést használni oximoron, a több szóból álló kifejezések pedig, mint pl. "többsejtű növény", "többsejtű állat", megtévesztőek. A nyelv az embert félrevezetheti és becsaphatja. Sajnos máig használatban vannak olyan elavult kifejezések, mint pl. "kékeszöldalgák" vagy "protozoonok" (véglények), "magasabb rendű állatok" vagy "alacsonyabb rendű növények" stb., annak ellenére, hogy biológiai téveszméket és tudatlanságot propagálnak. Használatuk azok érdekeit sérti, akiknek vagyona, tudományos előmenetele és társadalmi pozíciója kontinuitásuk megszakításán múlhat. Gyanítom, hogya Wallin helyes meglátásait elutasító, vagy teljesen figyelmen kívül hagyó magatartásnak egyik oka az volt, hogy számos biológus és tanár tökéletesen félreértette azokat, mivel görcsösen ragaszkodtak a már létező rendszertan téves kategóriáihoz. A baktériumokban csupán betegségek okozóit látták, és máig tendencia azokat ellenségként számon tartani. Szinte látni, amint a baktériumok arra várnak, hogy "legyőzzék" őket a modern orvoslás "fegyvereivel". Természetesen nevetséges baktériumokat "hadászati", ellenséges kifejezésekkel leírni, hiszen a baktérium nem kártékonyabb, mint a levegő, és akárcsak a levegőt, őket sem lehet sem testünkből, sem környezetünkből kivonni. Mégis nagyon sokan és tévesen ma is azt hiszik, hogy ha környezetünkben bármilyen baktérium jelen van, akkor azt onnan ki kell írtani. Hát még Wallin idejében! Hogyan tartózkodhatnának baktériumok az egészséges szövetekben? Wallin kollégái minden bizonnyal összetévesztették a térképet az általa ábrázolt területtel. A mai emberek többsége számára az élet - mint jelenség57

három nagy kategóriára osztható: növények (táplálkozási és dekoratív célokra), állatok (kedvenc háziállataink, tenger gyümölcsei és mi magunk) és baktériumok (amelyeket el kell pusztítani). Nem emlékszem pontosan, mikor ébredtem tudatára, hogy ez a nézet mennyire veszélyes és mennyire uralkodó, de biztosan jó régen. Megpróbálom ezeket a túlságosan leegyszerűsített kulturális ostobaságokat olyan koncepciókkal helyettesíteni, melyek sokkal közelebb vannak az alig ismert tudományos igazságokhoz. Sem a növények, sem az állatok nem jelentek meg a Földön addig, amíg a baktériumok közel kétezermillió éves kémiai és szociális evolúciója végbe nem ment. Végül is elmondhatjuk, hogy addig a Földön sem növények, sem állatok, de még gombák sem léteztek. Mindazonáltal sem az állat, sem a növény kategória nem tekinthető örökérvényű rendszerezési egységnek. Azt sem lehet mondani, hogy valami isteni elme egy platóni hajlammal egyszer és mindenkorra megalapozta volna az ilyen kategóriákat. Ráadásul az összes ma élő növénynek és állatnak legalább három különböző létezési formája van, és ezeknél a nem növények/nem állatoknál lehet aztán igazi biodiverzitásról beszélni! Az állatok és a növények sokkal jobban hasonlítanak egymáshoz, mint a földi élet más formáihoz! Hála az elektronmikroszkópnak és a korszerű molekuláris biológiai technikáknak, amelyek lehetővé tették az organizmusok apró részleteinek tanulmányozását, ma sokkal jobban tudatában vagyunk a földi élet rendkívül színes kínálatának. A hosszú láncú molekulák, mint pl. a DNS, a ribonukleinsav (RNS) és a fehérjék megengedik, hogy az élet minden formáját egyetlen standard mértékkel mérjük. A nagy állat-növény szétválasztás még az Arisztotelész előtti időktől tartotta magát. Osztályozási rendszereinket utolérte a radikális revízió. A biológusok döbbenetes részleteket fedtek fel a mikrobákról, beleértve az olyan jelenségeket is, hogy a kedvezőtlen környezetben mennyire ellenállók, és abbéli hajlamukat, hogy szimbiotikus kapcsolatban maradjanak fenn. Mikrobaszimbiontákkal kapcsolatos munkáim arra ösztönöztek, hogy a rendelkezésre álló biológiai osztályozási rendszereket kritikusan vizsgáljam. Karlene V. Schwartzcal több 58

mint két évtizeden át egy sor rendszertani információt gyűj­ töttünk kollégáimtól és azok tudományos munkáiból, hogya sokszor ellentmondó és eléggé korlátolt biológiai osztályozási rendszereket egy ellentmondásoktól mentes sémába 01vasszuk. Célunk az volt, hogy a lehető legpontosabb és leghasználhatóbb osztályozási leírást készítsük, mely tükrözi az evolúciótörténetet. Modern, felülvizsgált osztályozásunkban a rendszer két sorba rendezett, öt birodalomból áll. Az életformák fő megkülönböztetője az, ami elválasztja az első ún. "sort", azaz a prokariát (minden baktérium "prokariota" sejtekből áll, melyek nem szimbiogenezisből fejlődtek) a második "sor" -tól, amely az összes eukariota egyedet foglalja magába (az eukarioták olyan organizmusok, amelyeknek sejtmagvas sejt jeik vannak, és mindegyikőjük szimbiogenezis útján alakul ki). Ide tartoznak a protoctisták, a gombák, a növények és az állatok. A 4. ábrán látható rajz sokat segít ennek megértésében. Ernst Haeckel, egy eklektikus német tudós, aki elismerte a protistákat, ezeket mind a növényekhez, mind az állatokhoz besorolta. Antony van Leeuwenhoek azonban, aki több mint 200 évvel Haeckel előtt született, felfedezte a mikrobák világát. A hollandiai Delftben élő posztókereskedő, van Leeuwenhoek - akárcsak jómagam - azzal töltötte napjait, hogya mikrokozmoszt tanulmányozta; ő azonban maga készítette mikroszkópját! Ez a 17. századi kedélyes holland ember a pocsolyákban, a tavak vizében, a szépasszonyok nyálában és a részegek híg székletében elképzelhetetlenül dúsan tenyésző mikrobavilágot talált. Leírásait, mint a Royal Societyhoz címzett leveleket, végül is kiadták. Sokkal később, a darwini evolúcióselmélet hatására, európai tudósok elkezdték keresni az élet közös őseit. Ekkorra a Leeuwenhoek által felfedezett parányi lények már többnek számítottak, mint "csodabogarak"-nak, amelyeket a holland mikroszkóp 18. századi módosításaival az amatőr természetkedvelők vizsgálhattak. Az általuk tanulmányozott mikrobák egyre inkább egy tágabb élet ősi formáinak tűntek. A mikrobákat természetesen felfedezésük után még sokáig nem sorolták be a hivatalos rendszertani kategóriákba. Mi59

után Louis Pasteur felfedezett egy szörnyű betegséget okozó baktériumot, a legkisebb organizmusoknak is neveket adtak, és osztályozási sémába erőltették őket. Jóval ezelőtt, Kr. e. a 3. században Arisztotelész több mint ötszáz állatfajt osztályozott. Szabad szemmel természetesen nem láthatott mikrobákat, így az élet különböző kategóriáit fixnek és változtathatatlannak tekintette. Furcsa módon azonban Arisztotelész osztályozásában vannak olyan momentumok, melyek megegyeznek mai modern rendszerünkkel. A delfin eket például inkább a szárazföldi emlős ök höz sorolta, mint a halakhoz. Később egy római tudós, az idősebb Plinius (Kr. u. 23-79) megírta harminchét kötetes Naturalis historia című munkáját, és kísérletet tett arra, hogy az addig említett összes élőlényt kategorizálja. Számos különböző forrásra támaszkodva Plinius az unikornisokat, a repülőlovakat és a tengeri sellőket is osztályozta ebben a munkájában. A középkortól a reneszánszig az élőlényeknek ezeket a leírásait széles körben idézték. Az utazók "bestiákról" (bestiarium = középkori vadállattörténetek) írtak, írásaikat bőséges fantáziával illusztrálták. Az elefántcsontvázakat emberi szörnyek létezésének bizonyítékaként tartották számon, a megkövesedett cápafogakat leölt sárkányok maradványaiként értelmezték. A taxonómia megbízhatóbbá vált, amikor az angol J ohn Ray (1627-1705) 1686-ban kiadott egy kompendiumot több ezer növényfajról. 1693-ban megjelent osztályozása az állatokról is. Az állatokat testi hasonlóságaik és különbözőségeik alapján osztályozta: paták, mancsok, fogak és egyéb jegyek szerint. Egyre többet pusmogtak a középkori fantázia és mesevilág szülte állatokról és növényekről. Ray azt állította, hogya megkövesedett növényi és állati maradványok már nem létező egyedektől származnak. A legteljesebb preevolúciós osztályozási séma az uppsalai híres svéd botanikustól, Carolus von Linnétől (1707-1778) származik. Írásaiban családnevének latinos formáját, a Linnaeust használta. Kidolgozta a később binomiális nómenklatúra néven ismertté vált rendszert. Minden életformának két nevet adott, amelyek közül mindegyik vagy a latin, vagy a görög nyelvből származott. A kéttagú elnevezésből az első név 60

azt a csoportot jelentette, amelyhez az organizmus tartozott, azaz a nemzetséget, az utónév pedig a fajt jelölte. Ezeket a neveket akkor is és most is dőlt betűvel írják, a nemzetség nevét nagy kezdőbetűvel. A Linné-féle rendszerezés kulcsfontosságú korunk biológiai tudás ához. A nemzetség- és faj nevet nemzetközi szinten is minden biológus elismeri. Még a japán és a kínai tankönyvek, sőt még az orosz szövegek is, melyek cirill betűvel íródnak, a fajok és nemzetségek neveit latin dőlt betű­ vel írják. Anyanyelvtől és származási helytől függetlenül, minden szerző és természettudós ismeri a Linné-féle neveket, és a fajra és a nemzetségre ekképpen utal. A nemzetség a magasabb kategóriájú, általánosabb taxon. A faj a kisebb, szűkebb rendszertani egység. Például minden kutya a Canis nembe (állatoknál a nemzetség helyett a nem kifejezést használjuk) tartozik. A háziasított faj afamiliaris. A farkasok a Canis lupus hoz, a prérifarkasok a Canis latranshoz tartoznak. Az emberek Homo sapiensek. Ezt a rendszerezést Linnaeus csupán testünkre alkalmazta; úgy gondolta, hogy lelkünk a megfelelően osztályozható természeten kívül található. A Homo nem további tagjai kihaltak, csupán emberi ősmaradványokként fordulnak elő, pl. Homo habilis, Homo erectus, Homo sapiens neanderhalensis és a nemrégiben felfedezett Homo sagittarius. Linnaeus a nemzetségeket további magasabb osztályokba sorolta, melyeket rendeknek nevezett el, és a rendeket osztályokba csoportosította. Georges Cuvier francia anatómus (1796-1832) ezeket a rendeket később ún. "leágazásokba" ("embranchements") csoportosította, amelyek átfogó csoportosításai a mai törzseknek. Cuvier munkája - a párizsi Természettudományi Múzeum gyűjteményének fontos darabja kiterjesztette Linnaeus klasszifikációját az ősmaradványokra (fosszíliákra) is. Mind Cuvier, mind Linnaeus úgy gondolták, hogy a fajok egymástól örökre különválasztott formában léteznek, ahogyan azt a mindenható Isten megteremtette. Cuvier úgy gondolta, hogya fosszíliák az özönvíz és egyéb katasztrófák miatt a Földről eltűnt élet nyomai. Ily módon tulajdonképpen elfogadta, hogy néhány állat kihalt. Másrészt nem látott semmilyen bizonyítékot arra, hogy az Isten teremtette 61

világ megszületése óta bármilyen új életforma is keletkezett volna. Bár sem Linnaeus, sem Cuvier nem voltak evolucionisták, azzal ahogyan az élőlények szoros kapcsolatát vizsgálták, igazán kiváló tudósoknak bizonyultak. Munkájuk értéke maradandó. Hangsúlyozták azt, ami a 19. század végén és a 20. században az evolúciós gondolkodás fő irányvonalává vált. Egy kiváló német természettudós, Ernst Haeckel (18341919) egyike volt az elsőknek, akik Darwin evolúcióelméletét elfogadták. Világosan látta, hogy az evolúció problémát okoz az ősi növény-állat szétválásban. Haeckelnek nem minden állítása volt igazán helyes: úgy hitte, hogy az élet még ma is az élettelenből fejlődik ki, a mi legrégebbi őseink - melyek közül néhányan - még mindig élnek a tenger fenekén - olyan különleges lények, amelyekből mind a növények, mind az állatok kifejlődhettek, míg ők maguk se nem állatok, se nem növények. Haeckel tulajdonképpen kiterjesztette, népszerűsítette és következetesen alkalmazta Darwin evolúcióelméletének eszméit. Sok új dolgot is leírt, pl. illusztrálta az óceán felszínén úszó gyönyörű planktonszervezeteket. Ó volt az első tudós, aki formálisan is visszahelyezte saját önálló birodalmukba az apró tengerlakókat, a sugárállatkákat (radiolaria) és a foraminiferát, amelyek se nem növények, se nem állatok. Ezeket Haeckel merészen átsorolta a "Monera-birodalomba", amely primitív egységeket jelent. Haeckel élete során a Monera-birodalom határai meglehetősen sokat változtak. Néha ebbe a csoportba sorolta az amőbákat és a nyálkagombákat, amelyeket ma a protistákhoz sorolnak. Néhány munkájában még a szivacs okat is ide, a Monera-birodalomba csoportosította, melyeket ma állatokként tartanak számon. Sok könyvének számos kiadása során Haeckel egyben következetes volt, mégpedig az ősrégi, "kétbirodalmú" osztályozórendszer visszautasításában. Azt gondolta, és ezzel én is egyetértek, hogy a merev növény-állat dichotómia ellentmond az új ismereteknek, és megakadályozza az élet evolúciós történetének jobb megértését. Linnaeustól eltérő en, aki Isten teremtményeit tízezer fajba osztályozta, Haeckel darwini evolúciós szemléletű volt. Egy Sacramentóban (California) élő és dolgozó biológiata62

nár, Herbert F. Copeland (1902-1968) átdolgozta Haeckel sémáját. 1956-ban kiadott egy kis könyvet, amelyben Haeckel Monera-birodalmát két részre osztotta. 2 A "Mon era" kategóriát fenntartotta a baktériumoknak, megjegyezve, hogy ezeknek sejtjeiben nem található sejtmag. A második birodalmat az ún. Protoctista alkotta (ezt az elnevezést az angol természettudós, John Hogg 1860-ban kiadott művéből vette). Copeland az összes mikrobát, amelynek sejtmagvas sejtjei voltak, a Protoctista-birodalomba sorolta. Ide sorolta továbbá az átmenetet képező protozoonokat, a vízigombákat, amelyek spermiumszerű úszósejtek képzésével szaporodnak, valamint a Hogg-féle Protoctista-birodalom összes algáját. A sejtmagvas mikroorganizmusok vagy magasabb rendű nyálkás életformák közül jó néhány furcsa csoportot önhatalmúlag a protoctisták közé sorolt. Egyedül dolgozott, nem működött együtt senkivel, nem kérte ki senki véleményét az osztályozás módosítását illetően, hogy az sémájába jobban illeszthető legyen. Legjelentősebb döntésének számít, hogya penészgombákat, az élesztőgombákat, a gombákat és minden egyéb gombafélét mint Phylum Inophytát sorolta a Protoctista-birodalom általa kidolgozott verziójába. Három évvel később Robert H. Whittaker (1924-1980), a Cornell University professzora, gondosan továbbfejlesztette Copeland előremutató, de lényegében mellőzött négybirodalmú rendszertanát. Whittaker, aki Észak-Amerikában a társulásökológia· megalapítója volt, hosszú évek ig tanulmányozta New Jerseyben a terméketlen fenyőerdőket. 3 Rájött, hogy ezekben a terméketlen fenyvesekben a -leggyakrabban gyökérhez kötött, soha nem fotoszintetizáló - gombák annyira nem hasonlítanak a növényekhez, hogy egy külön birodalomba tartozóknak nyilvánította őket. Whittaker öt birodalmat tartott számon: gombák, növények, állatok, Hogg-féle protoctisták (azok a kisebb, birodalomba nem sorolható tagok, melyek protistákként jelennek meg), valamint Haeckel monerái (baktériumok). Copelandhoz hasonlóan, Whittaker is észrevette, hogy ezekből a csoportokból az első négy eukariota: sejt jeik mindig tartalmaznak sejtmagot. Csak az utolsó birodalom tagjainak sejtjei magnélküliek, tehát 63

rioták. Miután Copeland kivette ebből a csoportból az összes sejtmagvas organizmust, e csoport tagjai, az összes baktérium, Haeckel Monerájában maradt. Copelandhez és Whittakerhez hasonlóan Karlene Schwartz és jómagam is sokat bosszankodtunk kollégáink következetlenségei, ellentmondásai és összevisszaságai miatt. Nehezen fogadtuk el, hogy az állati és növényi rendszerekről ostobaságokat tanítsunk diákjainknak. A "botanikai" régen és most is sokszor összeegyeztethetetlen a "zoológiai" -val. Szerettünk volna egy következetes és átfogó, értelmet adó rendszertant használni. Hosszú éveken át dolgoztunk, hogy sok tudós és kutató munkáját összegyűjtsük: botanikusokét, zoológusokét, mikrobiológusokét, protoctistológusokét, mikológusokét, filológusokét (=algakutatók) és másokét. Egy tanítható sémát akartunk kidolgozni, egy evolúciós osztályozórendszert, melyben tükröződik a sejtmorfológia, a metabolizmus, a genetika és a fejlődésbiológia. Nyilvánvalónak láttuk, hogya növények és állatok eltérő stratégiákat alkalmaznak ugyan a túlélésre, mégis jelentős szerkezeti hasonlóságokat mutatnak. Mindegyikük sejtjeiben a membránnal körülvett sejtmagon belül kromoszómák találhatók. Mindegyik képes pete, spermium és embrió létrehozására. 1969-ben, amikor először olvastunk a Science folyóiratban a Whittaker-féle öt birodalomra alapozott rendszerről, úgy véltük, hogy ez tükrözi a leginkább az élet kimeríthetetlen változatosságának fejlődéstani csoportosítását. 4 Minden nagy élet azonban közvetlen elődökkel rendelkezik a mikrobák körében: az óriás tengeri moszat az apró aranyalgáktól származik, a nyálkagombák az amőbákból fejlődtek ki, a nagy, zöld tengeri moszato k elődei a mikroszkopikus klorofita algák, amelyekből jó néhánya mai napig létezik. A nagy organizmusokat nem lehet elkülönÍteni parányi közeli rokonaiktól. Következésképpen Copelandot követve Karlene-nel együtt újraélesztettük John Hogg sok mindent magába foglaló Protoctista kifejezését. Ezt a kifejezést Whittaker "Protista" birodalmának kiterjesztett, evolucionista, forradalmian robusztus változataként használjuk. A nem hivatalos "protista" kifejezést inkább a Protoctista kisebb tagjaira utalva használjuk (lásd 5. ábra). Minden protoctista végső soron a 64

5. ábra Egy protoctista, a Mixotricha paradoxa; jó példája a legalább öt organizmusból kialakult egyednek

különböző

baktériumok szimbiózisából fejlődött ki. Néhány protista egysejtű; a többi néhány sejtből áll. Például bármelyik szabadon élő amőba protista. Az amőbák, a csillósok, az algasejtek, a nyálkagombák, a nagyméretű tengeri moszato kkal és az amő­ bák telepes formáival egyetemben, mind protoctisták. A protogörög előtag, mely elsőt jelent. A "protozoonokkal" ellentétben azonban a protista és a protoctista (mely a proto- és actista összetétele, ahol az utóbbi "elsőként létrehozott"-at jelent) kifejezéseknek nincs zoológiai értelmezése. Én a protoctistákat "bármilyenvízi" -eknek ("water neithers") nevezem. Mindegyik vízi lény, de egyikről sem mondható el egyértelműen, hogy állat vagy növény. Némelyikük tócsában él, mások fák odvaiban, továbbiak tavakban, megint mások az óceán felszí65

nén lebegnek. Annak ellenére, hogy némely protoctistából állatok fejlődtek ki (az ún. zoomastigoták), másokból növények (klorofiták), szintén másokb ól gombák (chytridek), mégis egy protoctista önmagában nem állat, növény vagy gomba. s Meggyőztek bennünket, hogya vírusok az öt birodalom egyikéhez sem tartoznak. Nem is élnek, hiszen az élő sejten kívül inaktívak. A vírusoknak az élő sejtek anyagcseréjére van szükségük, mert hiányoznak belőlük mindazon kellékek, amellyel saját anyagcseréjüket be tudnák indítani. A metabolizmus tulajdonképpen az önfenntartás szünet nélküli boszorkánykonyhája, az élet leglényegesebb eleme. A vÍrusoknál mindez hiányzik. A szüntelen metabolizmus, a vegyi- és energiaáramlás révén, az élet önmagát termeli, korrigálja és ismétli. Csupán a sejtek és a sejtekből álló organizmusok képesek anyagcserére. A vírusok - ha képesek is behatolni a növény, állat, gomba sejtjeibe, protoctistákba - legyenek bármilyenek, az élő sejtmembránon kívül inaktívak. Mindazonáltal bolygónkon a vÍrusok fontosak a lét történetében. Mivel mások anyagcseréjétől függetlenek, az első vírusok valószínűleg baktériumokból fejlődtek ki. Minden bizonnyal napfényben élő baktériumsejtek kirajzó részeiként kezdték. Néhány vírus szerkezete összetett, elektronmikroszkóp alatt úgy mutat, mint egy minirobot vagy injekciós tű. Hogyan fejlődtek ilyen komplex formákká annak ellenére, hogy nincs saját metabolizmusuk, olyan kérdés, amelyet nem állítom, hogy meg tudnék válaszolni. Ami igazán említésre méltó ezzel kapcsolatban az az, hogya vírusokat semmivel sem tartjuk inkább "csíráknak", "ellenségeknek", mint amennyire a baktériumokat vagy az emberi sejteket. A vírusok ma is géneket terjesztenek a baktériumok és az emberi s egyéb szervezetek között, ahogyan ezt mindig is tették. Akárcsak a bakteriális szimbionták, a vírusok is az evolúciós változatosság forrásai. A vírusfertőzött szervezetek populációit természetes kiválasztódás egyengette. A vírusok, mint minden egyéb sejtre alapozott életforma, akkor okoznak problémát, amikor kinövik természetes tartózkodóhelyüket. A markáns Ebola és egyéb vírusok népességek pusztulásáért felelősek. A vírus- vagy egyéb források túlfejlődése mindinkább az ökoszisztéma gyengülésének, illetve 66

szétesés ének tulajdonítható. Legalább annyira nem vagyunk kigyógyíthatók vírusainkból, mint amennyire nem szabadulhatunk meg agyunk frontális lebenyétől. Saját magunk vírusai vagyunk. A két részből álló (prokarya versus eukarya), ún. ötbirodalmas rendszertan hűen tükrözi az evolúció történetét, így messze tökéletesebb a sok félrevezető, elavult növény-állat dichotómiához képest. A baktériumok fejlődtek ki először. Sokféle formára ágaztak: lettek pirosak, bíborszínűek és zöldek; fermentálók, foto szintetizáló k és lélegzők; szulfid- és oxigéntermelők; oválisak, angolna alakúak vagy botformák. Még nagy, fa alakú baktériumok is kifejlődtek. A baktériumok azonban nemcsak sokféle "ruhát öltöttek", hanem támadásba lendültek, és egymás belsejébe hatoltak, hogy ott éljenek tovább. Elözönlötték a táplálékforrásokat, illetve egyéb baktériumok at. Immunrendszer híján a táplálékszerzési harcban összeolvadtak egymással, és vírusaikkal vagy azok nélkül géneket cseréltek. A kölcsönös agresszió túlélői kényszerű fegyverszüneteket kötöttek. Az összeolvadt, korábban független baktériumok új, bonyolult sejtekké alakultak, melyek a fajok kialakulásának kezdetével protisták lettek. Az apró protisták és telepeik hatalmas, sokszínű organizmuscsoportot hoztak létre. Napjainkban mintegy 250 OOO protoctista-faj él, még több a már kihaltak száma. Korábbi létezésükről csöppnyi maradványaik, a mikrofosszíliák adnak tájékoztatást. A protoctisták sejtmagvas mikroorganizmusok, amelyek végigjártak már egy evolúciós kört, beleértve a párosodó egysejtűek és a felnőttformáló generációk váltakozását. Néhány protoctista-utód esetleg szexuálisan reprodukálódó növénnyé, illetve állattá alakult. A szimbiózis által történő bakteriális együttfejlődés, mely őseinkben végbement, protoctista előde­ inket hozta létre. Tulajdonképpen a mikroorganizmusok egy hatalmas kolóniájának tekinthetjük magunkat. A korábbi protisták mára finoman összehangolt, fantáziadús szövetekkel és szervekkel rendelkező állatok. Karlene-nel együtt úgy érezzük, hogy az általunk módosított Whittaker-féle ötbirodalmú rendszertan unk hűen tükrözi azt a folyamatot, ahogyan 67

a szimbiózisban élő baktériumokból a protoctisták, majd ezekből az állatok, növények és gombák kialakultak. 6 Az urbanai University of Illinoison Carl R. Woese és munkatársai a miénktől egy gyökeresen különböző, háromrészes rendszertan t dolgoztak ki, mely az Archaeából (azelőtt archaeabaktériumok), az Eubacteriából (minden egyéb baktérium) és az Eukaryából (a sejtmagvas életformák) áll. Ezeket a csoportosításokat "tartományok" -nak nevezték. Az osztályozás első csoportjában az Eukarya, mely a sejtmagvas szervezeteket foglalja magába, azonos a miénkkel, de az Eukaryának ugyanazt a státust adják, mint a baktériumok mindkét csoportjának. A négy, különálló eukariotabirodalmat azonban (protoctisták, gombák, állatok és növények) Woese egy csoportba tömörítette. Véleményem szerint Woese ezzel inkább elhomályosítja, semhogy megvilágítaná azt a fontos választóvonalat, amely a prokarioták és eukarioták, a szimbiogenetikus és nem szimbiogén életformák között fennáll. Woese másik két tartománya, amint azt nevük is sugallja, bakteriális. Az összes organizmus osztályozásához Woese a minden életformában jelen lévő, kulcsfontosságú hosszú láncú molekulák egyikének, az RNS-nek a nukleotidsorrendjét vette alapul. Mintegy ezer különböző életformából gyűjtött adatok alapján Woese a különböző prokariotákat két csoportba osztotta: Archaea és Eubacteria. A Woese-féle Archaea-tartományba sorolható néhány halobaktérium, a sós vizet igénylő prokarioták, valamint a legtöbb, savanyú közeget kedvelő, meleg, kénes forrásból származó baktérium. Idesorolta a metángázt termelő baktériumokat is. Maga az Archaea elnevezés a görög "régi" vagy "öreg" -ből származik, és arra utal, hogy ezek jelentek meg először a Földön. Minden egyéb baktériumot Wo ese az Eubacteriához ("igazi baktériumok" -hoz) sorolt. Az Archaea és az Eubacteria elkülönítése, főleg génszekven cia-analízis útján, rendkívüli technológiát igényel. Minden különbözőségük ellenére, mind a Wo ese-féle háromtartományú osztályozás, mind az ötbirodalmú rendszer összhangban van az evolúció szimbiotikus felfogásával. Mind a kettő messze túlhaladja a növény-vers us-állat anakronizmust. A Wo ese-féle háromtartományú rendszertan a baktériumok 68

említett két csoportja közötti molekuláris különbségeknek nagyobb jelentőséget tulajdonít, mint akár egy gomba és jávorszarvas közöttieknek. Számomra ez elég groteszk. A világon a jelenleg legjobb evolúciós szakember, Ernst Mayr (Harward University) ugyanezen a véleményen van. "Ez a Woese-féle rendszer - ahogy mostanában írta nekem - sajnos szinte minden biológiai tankönyvben kezd tananyaggá válni. Azt hiszem ideje, hogy kicsit sikítozzak ellene!" Mayr megjelentetett egy közlemény t az Archaea baktériumok és más baktériumok hasonióságáról, valamint az összes baktérium és a többi életforma, azaz a sejtmagvas életformák közötti különbségekről. Bakteriofillévén azt hiszem, hogy a mi új, 1998-ban közzétett, módosított, sort sorra rendezett (prokarya, eukarya) és öt birodalomra osztott sémánk messze jobb, mint ez a háromtartományú osztályozás. Felértékelődött a minden életformát leginkább megkülönböztető kritérium, azaz hogy nem szimbiogén (prokarya) vagy szimbiogén (eukarya) sejtekről van-e szó. A továbbiakban a figyelem arra irányult, hogy az organizmus miként fejlődik: spórákból (gombák), embrióból, melyet az anya szövetei öveznek (növények), blastula embrióból (állatok) vagy egyikük ből sem (protoctisták). Mayrhoz hasonlóan én is sok problémát látok Woese kevéssé biológus szemléletű rendszerével kapcsolatban. Woese minden életforma megkülönböztetésében a legfőbb kritériumnak egyetlen gént, a DNS-nek azt a bizonyos részét tartja, amely egy szervezet egyik RNS-molekuláját kódolja. Az az egy RNS, melyet ez a DNS kódol egy sejtrészecske parányi alegységének, a riboszómának a része. Woese csupán ezt az egyetlen gént használja, annak ellenére, hogy még a kis baktériumok is legalább 5000 gént hordoznak minden egyes sejt jükben. Én ezt félrevezetőnek tartom. A szervezeteket mindig teljes biológiájuk alapján kell osztályozni. Másrészt legalább egy protoctista (Plasmodium, malária-kórokozó) élete során különböző idő­ pontokban megváltoztatja ennek az RNS-génnek a szekvenciáját. Mivel egy mikro organizmus RNS-e néhány óra alatt is megváltozhat, az RNS-szekvencia valószínűleg nem a legjobb paraméter a legnagyobb rendszertani egység meghatározására. Egy mindent magába foglaló osztályozási kategóriának, 69

melyhez egy bizonyos organizmus tartozik, sokkal több pillérre kell támaszkodnia. A legtöbb ember szabad szemmel is könnyen meg tudja különböztetni a nagy organizmusok négy nagy birodalmát, de közülünk csak kevesek számára hozzáférhetőek a Woese-féle génszekvenálási módszerek. Ráadásul, egy olyan rendszer, amelyben a gombák, a növények, a protoctisták és az állatok egy csoportba vannak gyömöszölve, ködösíti a róluk nehezen megszerzett ismeretanyagot. Egy osztályozó (taxonómiai) sémának mindig információkezelő rendszernek kell lennie. Egyéb kifogásaim is vannak a Woese-féle három tartománnyal szemben. A prokarioták - az állatokkal, a növényekkel és egyéb eukariotákkal ellentétben - egyenként is továbbadják génjeiket. Az Archaea és az Eubacteria baktériumai egymás között kereskednek génjeikkel. Ezek az apró organizmusok rendkívül hasonlóak, és együtt egy birodalomba vagy tartományba tartoznak, függetlenül attól, hogy minek akarjuk nevezni ezt a legmagasabb osztályozási kategóriát. Minden egyes életformának testi megjelenését, viselkedését, fejlődését kell vizsgálni molekuláik és vegyi összetevőik mellett. Még ha azonos génszekvenciákat lehetne is találni a banánfa törzse és a kutya bőre között, a kutyát akkor sem a banánnal, hanem a farkasokkal és asakálokkal sorolnánk egy csoportba. Az új molekuláris biológiai meglátások hatására felértékelődik, és nem megbukik a taxonómia azon jótékony hagyománya, mely arra készteti a botanikusokat, hogya növényeket a virágrészek alapján osztályozzák. Noha minden elismerésem Woese-é az egységes osztályozásban végzett hatalmas munkájáért, azt hiszem, hogy az általa létrehozott háromtartományú séma túl meSSZIre megy. Az evolúcióra alapozott osztályozórendszerek felé történt elmozdulás tartósnak bizonyul. A baktériumok fejlődtek ki elő­ ször. Variálódásuk azzal kezdődött, hogy elágaztak, bakteriális szimbiogenezis útján az oldalágak összeolvadtak, és létrejöttek a protoctisták. Egy bőséges ősállományból néhány protoctista gombákká, mások növényekké vagy állatokká fejlődtek. Az ősi csoportok fennmaradnak és tovább variálódnak. Az új formák vagy átmenetiek, vagy állandónak bizonyul70

nak. Míg az összes faj a kihalás felé halad, a nagyobb csoportosítások, melyeket nevezhetünk tartománynak, birodalomnak vagy bármi másnak, fennmaradnak. Minden rendszertani sémának vannak hátulütői. Hajlamosak vagyunk arra, hogy sok mindent megnevezzünk és kategóriába soroljunk, egyebeket pedig hanyagoljunk. Osztályozórendszerünk gyakran megvakít, és így megfoszt attól, hogy észrevegyük a természetben előforduló rendkívül sokféle rendeződést, mivel információinkat előre kigondolt elképzeléseink fogalmi osztályaiba próbálj uk illeszteni. Egy igazi osztályozórendszernek tükröznie kell a módot, ahogyan vizsgáljuk a természetet. A két sorba rendezett ötbirodalmú osztályozórendszer folyamatosan további finomításokra szorul. Bármilyen nehézségekbe ütközik azonban, ez az osztályozási rendszer nem fogja megismételni azokat a durva, régi hibákat, melyeket az "állat-versus-növény" dichotómia elkövetett.

S. FEJEZET

Élet a vizek habjából

Mily titokzatos egy kút A víz oly távol ér - ... Kedved szerint nézhetsz A végtelen felé ! (1 400)

Az élet egységei - bakteriális ak vagy sejtmagvasak - sejtekből állnak. Minden látható organizmus sejtmagvas sejtekből épül fel. Ahogyan azt már bemutattuk, a sejtmagvas sejt a baktériumsejtek összeolvadásából keletkezett. Miként keletkezhetett azonban ez az eléggé meghatározhatatlan egység, minden földi élet szülője? Honnan ered? Mi számít az ún. "sejt" kezdetének? Hogyan keletkezett az első baktériumsejt? Ez a kérdés nem kevesebb, mint az: "hogyan keletkezett az élet?" A SET megértéséhez (mely csak újrakombinálja, összeolvaszt ja és integrálja a rendkívül különböző baktériumokat) azt kell megértenünk először, hogya különböző baktériumok honnan jöttek. Röviden, meg kell értenünk, hogyan keletkezett az élet a vizek habjából. Pár évente diákjaimmal zarándokutat teszünk a San Quintín-öbölbe, a Baja California Norte Mexicóba, a bolygó legkorábbi sejtes életformáinak ökológiai tanulmányozására. Felkutatjuk a Laguna Figueroa mozgó partjait, egy lagúnaegyüttest, amelyet füzér alakban sós lerakatok tarkítanak. Ezeken a helyeken rétegezett, élénk csíkozatú üledéket találunk, mely alatt kocsonyás sár húzódik. Ezek a "mikrobasző ­ nyegek"-nek nevezett színes tengermelléki növedékek mindig elbűvölnek - egy élő táj, ahol a tenger oda-vissza nyaldossa aszárazföldet. Vizsgálódásunk szempontjából szerencsés, hogy a színhely egyáltalán nem vendégszerető a nagy életformák számára, beleértve az embert. Gyakran megmártom a kezem ebben a kocsonyás sárban, mely tele van a mikrobaszövetek darabjaival, és lefújom róluk a kilehelt gázokat. Ebben a közegben is, akár a humán szférában, de nem 73

parancsra vagy szükségből, a halál az élet része. A populáció növekedési potenciálja váltakozva csökken vagy fokozódik. Ezek a tengerparti élőközösségek több mint 3 milliárd éves létre tekintenek vissza. Naponta sok lakójuk elhal, s a közösség maga éppen ezért soha nem növi túl határait. Ez egy evolúciós éden, sokkal inkább, mint a legzöldebb füves legelők. Ebben a földi szövetben az állatok és növények teljességgel hiányoznak. Még a protisták és a gombák is csak ritkán fordulnak elő, a baktériumok azonban nyüzsögnek benne. Amikor a mikrobaszőnyegen állok, kivételezettnek érzem magam. Boldogság tölt el és megborzongok az örömtől, hogy magam mögött hagyhattam az emberi társadalom nyüzsgését. Felvillanyozódom attól a szabadságtól, hogy az élet legtávolabbi eredetén tűnődhetek. Nem azért, mert nem igaz, hanem inkább azért, mert a titokzatosság mély érzésével tölti el az embert, az élet eredete mitikus fogalom. Még maguknak a tudósoknak is szükségük van arra, hogy megfigyeléseiket eredettörténetekbe szőjék és ezeket elmeséljék. Hogyan is kezdődött a legkorábbi élet, és hogyan keletkezett az első bakteriális sejt? Miben különböznek az új baktériumok a környezettől, melyből állítólag kiemelkedtek? Ez nem csupán olyan kérdés, amely tudományos érdeklődésre tarthat számot, hanem adekvát válasz a SET megértéséhez. Tudnunk kell, hogyan keletkeztek és mivé váltak a baktériumok, ha azt akarjuk megérteni, hogya különböző baktériumok hogyan fuzionáltak sejt jeink megalkotására. Az "élet eredetével" kapcsolatos kérdésekre adott válaszok sok nemzet tudósainak életművéből szövődnek. A világ keletkezési mítoszai közül a földi élet eredetének tudományos magyarázata a legkevésbé "lokálpatriotikus". Bármely érdeklődő szabadon hozzáférhet. A kezdetleges bakteriális lét, tehát az első élet jellemzőinek kikövetkeztetésére több megközelítés lehetséges. Az első lehetőség az összes élőlény összehasonlítása, és közös jegyeik keresése. A minden életre nézve kötelező, abszolút szükséges jegyeket a legkorábbi baktériumősöktől származtathat juk. Az élet láncolata keletkezése óta sohasem tört meg. Egy másik lehetőség az eredet paleobiológiai vonalon törté74

nő megközelítése, a mikrofosszíliáknak - a korai élet maradványainak - tanulmányozása. A mikrofosszíliák kora a velük kapcsolatban álló vulkanikus kőzetek korának közvetlen mérésével meghatározható. A harmadik nagy lehetőség az élet eredetének megvilágítására a sejtek kísérletes körülmények között történő előállítá­ sa. A természet ősi, kezdetleges állapota laboratóriumban, vegyi úton szimulálható. Ilyen módon már sikerült egyszerű vegyületekből az élet néhány összetevőjét szintetizál ni, de labortóriumi szinten nem tudtak még baktériumsejteket újra előállítani. Még ha sikerülne is, semmi sem bizonyítan á, hogy ez az "ügyetlen imitáció" az a mód, ahogyan a sejtek a valóságban először keletkeztek. Vizsgálataim során, a módszerek kombinálásával- más kutatókkal egyetértésben - kikövetkeztettem a bolygó első sejtje eredetének legvalószínűbb és leginkább tanulmányozható forgatókönyvét. A sejtek előtt sejtszerű rendszerek léteztek. Tény, hogy egyetlen DNS-részlet, egyetlen gén sem replikálódik azon a sejten kívül, melynek része. Hasonlóképpen egyetlen vírus sem állít elő többet önmagából anélkül, hogy élő sejtben lakozna. A kutatást a baktériumsejtnél, az élet, az önfenntartás és reprodukció legkisebb ma ismert egységénél kell kezdenünk. Senki sem állítja, hogy "megoldotta volna" az élet keletkezésének problémáját. Bár képtelenek vagyunk sejteket vegyi anyagokból létrehozni, sejtszerű, membrán n al körülvett részecskék formálódnak éppoly természetességgel, mint a gömböcskék, ha az olajat és vizet összerázzuk. A még élettelen bolygón az első napokban az ilyen buborékszerű válaszfalak különítették el a belsőt a külsőtől. Amint Harold J. Morowitz, a George Mason University (Fairfax, Virginia) kiváló professzora és a Krasnow Tudatfejlődés-kutató Intézet igazgatója érvel a majonézről írt szórakoztató könyvében I, úgy hisszük, hogy az élet előtti lét egy zsíros membránon belüli, megfelelő energiaforrás segítségével vált kémiailag bonyolultabbá. Ezek a lipidtasakok azután tovább növekedtek és önfenntartókká váltak. Ezek az önfenntartó egységek, részeik kicserélésével, többé-kevésbé megőrizték kialakult struktúrájukat. Mindehhez természetesen energiára volt szükség. Valószínűleg a nap ener-

75

giája hozta először mozgásba ezeket a cseppecskéket: a szabályozott energiaáramlás ahhoz az önállósághoz vezetett, mely sejtéletté vált. 2 Definíció szerint e cseppecskék közül a legstabilabbak éltek legtovább, melyek végül- találomra - megőriz­ ték formájukat azáltal, hogy részeik vég nélkül kapcsolatba kerültek környezetükkel. Jókora metabolikus evolúció után, mely szerintem az önfenntartó zsíros membránon belül történt, azok a cseppecskék, amelyek foszfátot és nukleozidokat tartalmaztak a hozzájuk kötődő foszfáttal együtt, szert tettek a kisebb-nagyobb pontossággal történő replikáció képességére. Csak találgathat juk, hogy az első baktériumokkal hogyan történt ez. A ma ismert legidősebb ős maradványok baktériumfosszíliák. A valószínűleg legjobban konzervált, Dél-Afrikából származó fosszília több mint 3,5 milliárd éves. Ezek az ún. szváziföldi mikrogömböcskék azt mutatják, hogy az élet már mintegy 1,1 milliárd évvel a Föld szilárd kérgének, az azt körülvevő légkörnek és óceánnak kialakulása után virágzott, szaporodott, kiteljesedett. Senki sem kételkedik abban, hogy bolygónkon az élet nagyon öreg. Mivel maga a világegyetem a Nagy Bumm egyetlen eseményéből robbant a létbe, korát ál talában 12 000-15 OOO millió évre teszik; az élet több mint ezermillió éves jelenléte a Földön azt sugallja, hogy az élet a teljes univerzum életkorának hozzávetőleg egynegyednyi idején van már jelen. Nincsenek kétségek afelől sem, hogya legkorábbi életforma nem volt sem növényi, sem állati. Ami az élő szervezeteket alkotó anyagösszetételt illeti, a világegyetem keletkezése óta más értelemben vagyunk itt. Minden élőlény testének anyaga, beleértve természetesen a magunkfajta emlősökét is, szénbő l, nitrogénből, oxigénből és egyéb elemekből áll, amelyek a szupernóva-robbanások során keletkeztek. Elsőre valószínűtlennek tűnhet, hogy minden mai földi élet, városlakók, dzsungel ek, óceánok, erdők és nagy füves területek egyetlen ősbaktérium leszármazottai. Hogyan is lehetne egyetlen vagy néhány baktérium nak ilyen elképesztő hatása? Ne felejtsük el azonban, hogy egyszer mi is csupán egyetlen sejt voltunk, egy megtermékenyített petesejt, a zigóta, amely sokszoros osztódás után alakult embrióvá az anyaméhben, majd az anya karján síró csecsemővé. Ha kilenc hó76

nap alatt egy megtermékenyített petesejtből emberi lény válhat, legyen ez a csecsemő csupán egy dundi, védtelen, nem koordinált kis jószág is, miért lenne lehetetlen tovább képzelni, hogy minden ma ismert életforma háromezermillió év alatt egyetlen baktériumból fejlődött ki? A csodálatos sejtek, még a legparányibb baktériumokéi is, amelyek átmérője nem több a méternek kb. tízmilliomodrészénél, folyamatos anyagcserét folytatnak. Ez egyszerűen azt jelenti, hogy folyamatosan több száz kémiai átalakuláson mennek keresztül, és teljes mértékben élők, elevenek. Egy nemrégiben megjelent munka kimutatta, hogy a legkisebb, legegyszerűbb baktériumok is nagyon hasonlítanak hozzánk. Anyagcseréjük folyamatosan zajlik, és ugyanazokat az összetevőket használják, mint mi: fehérjéket, zsírokat, vitaminokat, nukleinsavakat, cukrok at és egyéb szénhidrátokat. Az is kétségtelenül igaz viszont, hogy még a legegyszerűbb baktérium is rendkívül összetett. Belső működése nagyon hasonlít ahhoz, ami a külső, tágabb életben tapasztalható. Már feltárták az egyik legegyszerűbb sejt, a Mycoplasma geniticulum baktérium teljes DNS-láncának szekvenciáját. Ez azt jelenti, hogy génjeiről minden apró részletet ismerünk. Minél közelebbről tanulmányozzuk a génszekvenciákat és az anyagcserét, annál jobban tudatára ébredünk, hogya kezdetektől minden élet hasonlít egymásra. A Mycoplasmák, mint minden más baktérium, szüntelenül energiát fogyasztanak a táplálékfelvétellel, egyensúlyban tartják sóháztartásukat, DNS-t, RNS-t és fehérjéket állítanak elő, kémiai úton egyik vegyületet a másikba alakít ják, hogy fenntartsák önmagukat. Határozottan elkülönítik magukat környezetüktől. A korai földi élet legegyszerűbb baktériumsejtjei, hasonlóan a most létező legkisebbekhez, már integritás sal rendelkeztek. Már az első, legkisebb baktérium is olyannyira bonyolult volt, hogy Sir Francis Crick, a DNS-szerkezet felfedezőinek egyike megdöbbentő állítást tett. Crick Life Itself (Az élet önmaga) címmel írt egy nagy hatású könyvet, amelyben felveti, hogy mindent felülmúló komplexitásával az élet a Földre valószínűleg a külső űrből kerülhetett. 3 Ú gy vélte, hogy a földi bakteriális élet egy másik, Földön kívüli civilizáció küldeménye betelepítés céljából. 77

Crick megmagyarázhatatlan komolysággal érvel amellett, hogy a "propagulák" ugyanúgy kerültek a Földre több eonnal (görög eon = geológiai évezred) ezelőtt, ahogyan manapság egy kertész elveti a magokat konyhakert jében. Maga az ötlet, mely századunk előtt született, és amely szerint az élet az űrből mag formájában került a Földre, irányított "pánspermia" vagy "pángenezis" néven vált ismeretessé, és szerintem bolygónk evolúciójának nem ismeretéből fakad. Az élet eredetének problémáját az űrbe áthelyezni intellektuálisan nem kielégítő. Ugyan miért keletkezhetett volna könnyebben az élet kívülről, mint magán a Földön? Bárhol is alakul ki a sejtes élet, ugyanazokkal az eredetproblémákkal kellett szembenéznie. A spontán generációk ötlete nem a fajok eredetét mutatja meg, hanem annak megtévesztő látszatát. Generációkon át az európaiak azt hitték, hogy az élet spontán keletkezik a koszban és a trágyában. Ú gy gondolták, hogy a rothadó húsban nyüvek, az ócska szőnyegben egerek keletkeztek. Közelebbről megfigyelve a jelenségeket, és kísérletezve azonban kiderült, hogy közvetítők is léteznek. Tudjuk, hogy nyüvek, férgek nem keletkeznek a piszokból, legyen az bármilyen komplex kémiailag, hanem a légy megtermékenyített petéiből kelnek ki. A bűzlő húsban nyüzsgő kukacok Louis Pasteur elődeinél azt jelentették, hogy az élet magából a pusztulásból keletkezik. Az 1860-as években Pasteur levegőn hagyott kifőzött húslét. Hosszú üvegedényt használt keskeny, lefelé hajló nyakkal, amely beengedte a levegőt, de a baktériumokat vagy más propagulákat nem. Az anyagminta egy másik üvegben szabadon érintkezett a levegővel, néhány napon belül benépesült baktériumokkal és gombákkal, és rothadni kezdett. Pasteur kísérleti kontrollja a zárt üvegben soha nem romlott meg. Párizsban, a Pasteur Intézetben még mindig látható a csíramentes húslevesminta. Pasteur meggyőzően, kétséget kizáróan bebizonyította a spontáneredet-elmélet utolsó híveinek elképzelésük helytelenségét. A kiskutyák kan és szuka kutyáktól; a kisbabák férfiaktól és nőktől származnak. A legyek petékből; az egerek a megtermékenyített anyaegértől származnak. Hasonlóképpen a mikrobák is a már előzőleg létező 78

mikrobákból jöttek létre, vagy legalábbis egy uniszex szülő mikrobától. Kétségtelen, hogy a történetben van némi irónia: Pasteur, aki meggyőződéses katolikus volt, úgy magyarázta eredményeit, ahogyan mi is tesszük, ami azt jelenti, hogy az élet az ugyanazon típusú dolognak előző életéből kellett hogy keletkezzék. Mindez azonban Pasteurnek azt mutatta, hogy nem evolúció zajlik, hanem a teremtő Isten alkotta az életnek sok formáját. A ma kutatói az érvelést megfordít ják: szerintük nem a teremtő Isten keze munkája az összes életforma, hanem ezek az első életből származnak, mely az élettelen naprendszer anyagából ered. Ez a dolgok iróniája. Pasteur meggyőzött bennünket arról, hogy a baktériumok éppoly elevenek, mint mi magunk. A baktériumok jelenléte kapcsolatban van a betegségekkel és a táplálékszennyezettséggel. Pasteur briliáns kísérletsorozata élő örökség. Megalapozta az uralkodó nézetet, hogy a fertőző, szinte ördögi baktériumok "csírák", melyeket valóban el kell pusztítani. A modern orvoslás nagy sikerei megerősítik azt az elméletet, miszerint a mikrobákban ellenségeket kell látnunk. A tisztaságot, a sebészi eszközök sterilizálás át és az antibiotikumok használatát úgy írják le, mint a mikroba agresszorok ellen folytatott háború hatásos fegyvereit. Sajnos mindmáig alig fogalmazódott meg egy kiegyensúlyozottabb vélemény a mikrobákról mint társainkról és őse­ inkről. Kultúránk nem vesz tudomást arról a nehezen meghonosított tényről, hogy ezek a "betegségokozók" ,ezek a "csírák" egyben az élet csírái is. Óseink a csírák, a baktériumok voltak. Honnan jöttek az első baktériumok? A spontán eredet, ahogyan azt Pasteur és mások diadalmasan bebizonyították, manapság nem fordul elő. A pasteuri megfigyelést azonban tévesen értelmezik a kreacionisták (teremtéshívek - a ford.) és más dogmatikusok, akik szerint az élő sohasem keletkezhet az élettelenből. Néhány információe1méleti szakember állítja, hogy az élet önmagától történő szerveződése az élettelenből molekulák véletlenszerű egymásrahatása útján - mint lehetőség - oly valószínűtlen, hogy szinte 79

"matematikai bizonyítékul" szolgál az élet isteni eredetére. Számomra azonban az a feltételezés, miszerint az élet molekulák véletlenszerű rendeződéséből alakult volna, meglehető­ sen hibásnak tűnik. "Az élet eredetével kapcsolatos kérdések" -re vonatkozó közvetlen kísérletek 1953-ban kezdődtek. Stanley L. Miller, akkoriban a Nobel-díjas Harold C. Urey (University of Chicago) 22 éves végzős diákja, laboratóriumi lombikokat steril víz felszíne fölött áramló gázokkal töltött meg. A korai bolygó kémiájának ezt a miniatűr diorámáját egy héten át időszakos elektromosságnak tette ki, amely a villámlást volt hivatott utánozni. Papírkromatográfiával sikerült elkülönÍtenie jó néhányat a spontán keletkezett szerves anyagok közül. AzonosÍtotta többek között az alanint, a glicint: azt a két aminosavat, amelyek minden fehérjében és az élő szervezet minden sejt jében jelen vannak. Mindebből Miller és Urey örömmel levonta azt a következtetést, hogy az élet kémiai komponenseinek ilyen "spontán generációja" a kémiai kölcsönhatások természetes eredménye. Szerintük az űrben vagy a korai Földön a szerves anyagok olyanok lehettek, mint amilyeneket Stanley Miller látott spontán átalakulni az egyszerűbb kiinduló molekulákból. Természetesen Miller és Urey csak következtetni tudtak a korai Föld felszíni környezetének kémiai jellemzőire. A gázok, amelyeket Miller a laboratóriumi edényekben használt - hidrogén, vízgőz, ammónia és metán -, elfogadhatóknak tűntek. Ezek a gázok mind hidrogénben gazdagok. A hidrogén, a Nap fő eleme, az egész univerzum több mint 90%-át teszi ki. Miller úgy vélte, hogya naprendszer korai történelmében a belső bolygók bővelkedtek hidrogénben. Így született meg az "ősleves" gondolata, vagyis hogy az élet egy ahhoz hasonló, összetett szerkezetű "kotyvalék"-ból ered, amilyen Miller laboratóriumi edényeinek falára úszott és tapadt. Szerintünk a Föld napfényből és más energiaforrásokból létrejött szerves vegyületekben ázott, mielőtt az élet megjelent rajta. Eléggé valószínű, hogya Miller-féle kísérlet bolygószinten is lezajlott. Ha huszonkét éves fiatalemberek, mint amilyen Stanley is volt, képesek aminosavakat előállítani mindössze néhány nap alatt 80

laboratóriumi körülmények között, akkor a Föld nagy laboratóriumában, a több ezermillió éves kísérletben miért ne keletkezhetett volna élet? Nemrégiben végzett kísérletek megerősítették, hogy az élet prekurzorai előállíthatók a korai Föld környezeti feltételeit szimuláló laboratóriumi körülmények között is. A molekulák azonban nem véletlenszerűen kombinálódnak: a szén, a hidrogén, a nitrogén, a foszfor, az oxigén, a kén és más életelernek a kémia szabályai szerint lépnek kölcsönhatásba egymással. A hő és az energia tudományának, a termodinamikának törvényei vannak, amelyeknek a molekulák engedelmeskednek. Bizonyos kémiai reakciók bekövetkezése sokkal valószínűbb, mint másoké. Az az elképzelés, hogy minden kémiai kombináció egyforma valószínűséggel történik, lehet kényelmes az élet valószínűtlenségének kiszámítására, de semmiképp sem pontos. Továbbá, ha feltételezzük, hogy az élet kezdetben sejtszerű lipidcseppecskékből keletkezett, akkor nő a valószínű­ sége a meglepően önfenntartó rendszerek kialakulásának. A tendencia az egyre bonyolultabb á válás. Az élet eredetével foglalkozó kutatások közül számomra az tűnik a legizgalmasabbnak, amelyet Harold Morowitz barátom végez. Az olyanokhoz, mint tér, idő vagy okság a biológiában Morowitz egy új fogalmat csatol, a "memóriát". Szerinte a biológia hidat képez a fizika és a történelem között. A Föld legöregebb sziklái, például Grönlandon az Isua-alakzat, majdnem négymilliárd évesek. Minden élet közvetlen időmérések­ kel meg nem határozható kémiai memóriával rendelkezik. Nagyon valószínűnek tűnik, hogy a mai sejtek metabolikus memóriája még a legrégebbi szikláknál is korábbra tehető. Néhányanyagcsereút, mint például a zsírvegyületek enzimatikus lépései a szteroidok (pl. koleszterin) felé, Morowitz szerint csak az állatokban fordul elő. Az elsődleges "anyagcserének" vannak azonban olyan elemei, melyek minden élőlény­ ben kimutathatók. Mivel bizonyos szénkémiai anyagcsereutak elengedhetetlenül szükségesek minden anyagcseréhez, a legrégebbieket, melyek az önfenntartás sejtes jelenségei mögött húzódnak meg és kezdettől jelen voltak - a szén, a nitrogén, a kén és a foszfor kémiai kölcsönhatásait, melyeken az összes 81

metabolizmus alapul - minden sejtben, minden időben fenn kell tartani. 4 Bármely sejt elpusztul, ha az alapvetően szükséges anyagcserét környezeti akadályok, letális DNS-mutáció vagy egyéb körülmények gátolják. A természetben egyre összetettebbé váló kémiai rendszerek, még ha képesek is önmagukból egyre többet előállítani, nem szükségképpen élők. Az ilyen rendszereketautokatalitikusaknak nevezik. Az autokatalitikus rendszer az egymásba fonódó reakciók olyan ciklikus sorozata, melynek végtermék e ugyanaz, mint kiindulópontja. Az ilyen reakciókat néha "kémiai óráknak" is hívják, mert nem érnek el gyorsan egy egyensúlyi állapotot; ehelyett inkább perzisztálnak vagy ismétlődnek. Az ún. Belousov-Zhabotinsky-rendszer az önfenntartó reakciók színes sorozata. A malonsav a bromát hatására oxidálódik cérium-, vas- vagy mangánatomokat tartalmazó kénsavoldatban. Minthogy ezek a vegyi anyagok kölcsönhatásba lépnek egymással, majd ez újra és újra ismétlődik, koncentrikus és körbefutó spirálhullámok jönnek létre, amelyek sokszor órákig fennmaradnak a végső, stabil forma elérése előtt. A belga Nobel-díjas Ilya Prigogine, e reakciók termodinamikai elemzése során disszipatív struktúrákként említi őket. Bármely olyan rendszer disszipatív szerkezetnek tekinthető, amely funkcióinak fenntartására asszimilál ja a hasznos energiát, és leadja a haszontalant, mely rendszerint a hő. E struktúrák reakciói sok hasonlóságot mutatnak az élettel, valamint azon kémiai rendszerekkel, melyek életté fejlődtek. Minden kémiai rendszer azonban, akár disszipatív, akár nem, csakis úgy tud továbbműködni, ha rövid időre rendezettebb formát ölt, ezt követő­ en esik szét részeire. Termodinamikai elemzések és tudományos tapasztalatok alapján örökmozgó szerkezetek nem létezhetnek: bár maga az energia nem tűnik el, visszavonhatatlanul átalakul. A leadott hő nem nyerhető vissza. A kiváló minőségű olyan energia, mely valóban munkavégzésre alkalmas, idővel eltűnik. A hóemberek is elolvadnak, és nem lehet őket újraformálni. A csészék és poharak sokkal gyakrabban törnek össze, mint amilyen sokszor össze lehet őket rakni. Sokkal könnyebb egy szobát feldúlni, mint azután rendet tenni benne. A termodinamikában 82

zűrzavar

uralkodik. Elkerülhetetlen tény, hogy az energia elvesszen, a dolgok szétessenek; ha ez megtörtént, soha nem rendeződnek vissza. Ez a természet törvénye. Az élet a maga összetett rendjével nem sérti a rendezetlenség irányába történő feltartóztathatatlan haladás termodinamikai törvényét. Az élet mindig kiváló minőségű, speciális energiaforrást követel magának. A napfény végighalad az életen, ciklusos munkát téve lehetővé, ugyanúgy, mint a kémiai energia csatornái a Belousov-Zhabotinsky-reakcióban. Mivel azonban a sejtek növekednek és reprodukálódnak, hogy magukhoz hasonló sejteket hozzanak létre, ha egyszer az élet már kifejlődött, akkor az élet kémiája sohasem szűnik meg. A ciklikus élet, ha energia- és táplálékellátása folyamatos, vég nélkül többet hoz létre önmagából. A kémiai rendszereknek nincs saját énjük: önmaguknál nem tudnak többet létrehozni. Az életet ezért mindig azonosították maguknak az organizmusoknak vagy sejteknek a sorozatával. Ezeknek energiát kell fogyasztaniuk, hogya létezésüket fenntarthassák, de ez elválaszthatatlan kapcsolatban van elmúlt életükkel. Az élet kezdettől fogva, megszakítások nélkül kémiailag kapcsolódott múlt jához. Morowitz rámutatott, hogy a tudósok százai által - főleg a századforduló elejétől - kidolgozott összesített metabolikus ábra egyike az emberiség legnagyobb, de ugyanakkor aláb ecsült intellektuális vállalkozásainak. Az anyagcsere fontos részeinek leírás áért, a sejtek összefonódó kémiai reakcióinak tisztázásáért számos Nobel-díjat odaítéltek már. Tudomásom szerint Morowitz az egyetlen, aki az anyagcseréről szóló információk részleteit megpróbálja egy összefüggő egésszé szerkeszteni, mely - akár egy objektív - betekintést enged az élet ős­ történetébe. Mivel az élet szövevényes memóriaraktározó, az eredetével foglalkozó forgatókönyvek némelyike számomra elég valószínűtlennek tűnik. Kristályok, üvegek, koacervátumok, agyag és pirit (bolondok aranya) vetődnek fel mint az élet előtti kémiai rendszerek legkorábbi kulcselemei. Mások sziklahasadékokban vagy agyagrészecskékben keresik az élet keletkezésének színhelyét. A folyadékkal töltött üregek szinte minden élőlény membránnal határolt sejt jében előfordulnak. Hason83

ló üregek, kémiai tasak ok, melyeket liposzómáknak nevezünk, szintén felbukkannak a természetben. Ilyen liposzómák, membránvezikulumok spontán létrejöttek az ún. életeredetkísérletekben. Véleményem szerint ezek a cseppecskék sokkal inkább reprezentálhat ják az élet eredetének természetes architektúráját, mint a pirit, az agyag vagy az üveg. Az élet kontinuitásának, az élet memóriájának alapelvét itt lehet megidézni. Szerintem a szabadon úszó DNS vagy RNS közmondásos őslevese sohasem létezett, mert a nukleinsavakat (DNS, RNS) sokkal könnyebb megsemmisíteni, mint amennyire képesek spontán kialakulni. A membránszerkezet az élet sin e qua nonja. Az identitással és integritással rendelkező, membránnal határolt egységeket ma sejteknek nevezzük. Az élet a maga celluláris teljességében keletkezett. Morowitz meghatározása szerint korunk sejtjei tulajdonképpen "virtuális fosszíliák" . Minden mai sejtben a géneket DNS alkotja. Az RNS, amely nagyon hasonlít a DNS-hez, a sejtek fehérjeszintéziséhez szükséges. A precíz aminosav-szekvencia sajátos struktúrájú, meghatározott feladattal ellátott fehérjét ad, ugyanúgy, ahogyan a betűk egymásutánisága meghatározza a leírt szó jelentését. Több száz funkciójú, sokféle méretű és alakú fehérje létezik. Egyes proteinek ionokat pumpálnak: nátriumot, hidrogént, foszfátot, káliumot és egyebet. Mások a pigmentekhez kapcsolódva a sötét szemekben energiaelnyelődést okoznak, vagy a szeplős bőrt, zöld cianobaktériumokat, valamint algaplasztiszokat hoznak létre. Az izmok főleg fehérjékből épülnek fel; a vér, a bőr és a nyelv sejtekbe csomagolt fehérjekomplexek. A sejtek működésének rendszere kétrészes. Először lemásolják vagy "replikálják" saját génjeiket. Ez a géntermelő lépés a DNS-szintézis. A DNS lemásolódik, az öröklődő információ egyik példánya tartalékolódik. A másik példány "lefordítódik": a genom kiválasztott részeinek azonos alapszekvenciáiból RNS készül. A sejten belül, a riboszómáknak nevezett apró "üzemekben" az RNS irányítja a hosszú láncú fehérjék gyártását. Egy szervezet teste különböző fajta fehérjékből, sejtenként háromezer-tízezerből áll. A növekedés végső soron fehérjeszintézist jelent (és természetesen vízfelvételt). Egy 84

folyadékkal telt, membránnal határolt tasakban a DNS, az RNS és a fehérje hozza létre a sejt szerkezetét. Az RNS-molekula azonban jóval sokoldalúbb, mint DNS-komplementje. Egy adott kémiai környezetben, melyben azonban nincs semmilyen fehérje, az RNS autokatalitikus úton képes sokszorosítani önmagát. Ezzel szemben a DNS-nek szüksége van mind az RNS, mind az enzimfehérjék jelenlétére a replikációhoz: a DNS önmagában halott. Az RNS azon képessége, hogy felgyorsít ja a kémiai folyamatokat és replikálódik, azt sugallja, hogy az élet történelmében az RNS megelőzte a DNS-t. Az RNS-t úgy is értelmezhetjük, mint az életelőttiség közelségének mutatóját. Nem létezik az élő sejtnél kisebb olyan egység, amely képes volna fönntartani identitását, és saját magát nagyobb számban újratermelni. A kezdetektől az élet egy sejt volt, kölcsönös interakció a génmolekulák (mint az RNS) és az olajos membrán között, mely elhatárolta ezeket a környezetüktől.

Freeman Dyson fizikus szerint az első élet molekuláris szimbiózisból jött létre, amikor a viszonylag amorf "fehérjeteremtmények" és az RNS-szupermolekula összejöttek. Mint szinte valamennyien, Dyson is csodálja az RNS-t, a szupermolekulát azon képességéért, amellyel - a DNS-hez hasonlóan replikálja önmagát, de - a DNS-sel ellentétben - aminosavakat is fehérjeszekvenciákká alakít. Bár szerintem Dyson tévesen használja a szimbiózis szót, elméletének - a makromolekuláris szekvenciák független fejlődéséről, melyet erős interakció követ - megvannak az értékei. 5 Dyson tudomása szerint az RNS-molekula egyedülálló képességeit laboratóriumi kísérletek igazolták. A 60-as évek végén Németországban, a Göttingen Intézetben Manfred Eigen Nobel-díjas fizikus kimutatta, hogy az RNS-molekulák kémcsőben maguktól is replikálódnak. Eigen és munkatársai, beleértve Don Millst (Columbia University) és a már elhunyt Sol Spiegelmant (University of Illinois, Urbana) bebizonyították, hogya kémcsőben lévő RNS mutáció révén új RNSmolekulává alakulhat, amely sokkal gyorsabban replikálódik, mint "szülei". A kémcsőben lévő RNS-molekulák önmagukban, akárcsak a vírusok, fehérjék vagy DNS-molekulák, az 85

oldatban élettelenek. Ennek ellenére - ha megfelelő támogatást kapnak - a molekuláris rendszerek a kémcsőben proliferációra és mutációra képesek. 6 Thomas Cech (University of Colorado) és Sidney Altman (Yale University) - mindketten még nagyon fiatalok a 80-as években - kulcsfontosságú felfedezést tettek. Kimutatták, hogy bizonyos RNS-molekulák nemcsak replikálódnak, hanem úgy is viselkednek, mint a fehérjék: összeilleszkednek, és ily módon újrarendezik saját molekuláris szerkezetüket. Cech és munkatársai a leghalványabb kétséget sem hagyták, hogy - szennyező fehérjék nélkül- az RNS fehérjeként viselkedve képes újrarendezni és átszervezni genetikai anyagát. Ezt a fajta RNS-t "ribozim" -nek nevezik. A RNS részei és csöppnyi alkotórészei (ribonukleotidoknak nevezett kémiai anyagok) és bizonyos ribozimok kémcsőben is képesek újratermelni önmagukat. Hangsúlyozni szeretném azonban, hogy az RNS-keverék akár liposzómába zártan, akár azon kívül, még mindig nem sejt. A RNS- és/vagy DNS-molekulák az üvegben semmi esetre sem nevezhetők élőknek. Ha kezeletlenül hagyjuk őket, akkor a kísérleti DNS és RNS önmagukban még egy vírussal sem egyenlőek; csupán vállalkozó kedvű baktériumok, protisták és gombák táplálékául szolgálnak. Az RNS-molekulák viszont igenis képesek kialakulni a kémcsőben, sugallván, hogya biokémiai evolúció esetleg megelőzte az életet. Gerald Joyce és Jack w. Szostak (University ofCalifornia, San Diego) olyan ribozimeket állítanak elő, amelyek gyorsít ják az RNS-replikációt. Egy Nobel-díjas harvardi kutató, Wally Gilbert találó kifejezést alkotott: "RNS-világ". Gilbert ráirányította a figyelmet az RNS képességére, több helytálló gondolat között például azt is felvetette, hogy az RNS mint egy replikálódó ribozim alkotta az első sejtmag lényegét. Teljes mértékben egyetértek Wallyvel abban, hogy az RNS anyagcsere-gyorsító reakciói és replikálódó molekulái megelőztek minden DNS-alapú molekulát. Azonban mind az RNS-, mind a DNS-alapú anyagcsere, ahogyan azt Morowitz is hangsúlyozta, a sejteken belül zajlik. Egy önfenntartó és önreprodukálásra képes sejt nélkül nem létezik élet. A Földön az életnek még a legkisebb lemeztelení86

tett egysége is rendkívül összetett. Még az apró, membránnal körülvett gömböcske, egy fal nélküli baktériumsejt is egész sor molekuláris interakciót igényel, és több mint IS-féle DNS-t és RNS-t, majdnem 500-féle fehérjét és azok közel 5000 fajtáját. Önmagában sem az RNS, sem a DNS, sem a vírus nem él. Elvileg valamennyi élő sejt sokkal komplikáltabb, mint bármelyik gén vagy vírus. A sejtek sejtrészeket cserélnek egymással; környezetükből vett táplálékokkal és energiával tartják fenn magukat folyamatosan. Egyetértek Morowitzcal: az első életformák membránnal határolt, önfenntartó sejtek voltak, amilyenek ma is élnek. A kontinuitás elvét követve Morowitz úgy tekinti az autotrófokat, mint saját élelmüket előállító és saját energiájukat szervetlen anyagokból megteremtő baktériumokat, mint az ősi membrán nal határolt sejteket. A fotoautotrófoknak nem szükséges "enniük": a napfényből merítenek energiát. A kemotrófoknak szintén nem szükséges táplálkozniuk: hidrogénben gazdag anyagokat használnak, a fényenergia segítsége nélkül. Mind' a fotoautotrófok, mind a kemotrófok a környezet széndioxidjából (C0 2) szerzik a szenet. Egyikőjük sem igényel szerves táplálékot, azaz egyikük sem vesz fel "élelmet". A növények, a cianobaktériumok, az ammónia-, a szulfid- és a metán oxidáló baktériumok mind autotrófok. Az autotróf ellentéte a heterotróf, azaz minden olyan élőlény, organizmus, amely szerves élelem ből tartja fenn magát (növényevők, algaevők, baktériumevők, húsevők vagy kannibálok). Az "élelemfogyasztás" egyelőre megformált szerves anyag bevétele. Az összes heterotróf tulajdonképpen az autotrófok által előállított szerves molekulákkal táplálkozik. Az autotrófok "tápláléka" a levegő; ezek, önmaguk sokszorozására, napfényt "fogyasztanak", vagy hidrogénben gazdag vegyületek - hidrogén (H 2), metán (CH 3), kén-hidrogén (H 2S) vagy ammónia (HN 3) - gázát használják fel. Az autotrófok energiája a tűzéhez hasonló: hidrogénben gazdag anyagok oxigénnel történő reakciója. Morowitz szerint a Föld eredeti, élettelen geokémiájához még mindig közel álló autotrófok voltak azok az eredendő típusok, amelyekből a többi élőlény származott. Amellett érvelve, hogy az autotrófok közelebb állnak az élet eredeti termodinamikus

87

ciklusaihoz, Morowitz úgy véli, hogya kemoautotrofikus út az élet felé még a fotoautotrofikusnál is korábbról származik. Előadásain Morowitz lépésrőllépésre "hámozza le" az "üveghagyma" kémiai rétegeit. Mi csak társalgunk és hallgatjuk őt. Diákjaimmal együtt örülünk, ha segíteni tudunk Morowitznak és másoknak abban, hogya ma élt jelentől az inaktív kémiai múltig visszafelé nyomon kövessék az élet történetét. Tudnunk kell, miként zajlott az átmenet a prebiotikus kémi ától a sejt alapú életig ahhoz, hogy el tudjuk képzelni, miként alakultak ki az organellumok. Vajon közvetlenül az élet előttiből fejlődtek ki és váltak összetetté, vagy csak lecsupaszított baktériumok? Nagyon sokat gondolkodom és olvasok ezekről, de amit én diákjaimmal és kollégáimmal a laboratóriumban és az osztályteremben csinálok, az egészen más. Mi közvetlenül az élettel foglalkozunk: mikrobákkal, egyéb élő sejtekkel és azok részeivel. A mi vizsgálódásaink tárgyai baktériumok, protoctisták, növények vagy gombák. Diákjaimmal és munkatársaimmal mikrobaősöktől kiindulva nyomozom az élet történetét. Megfigyeljük a növekedést és a reprodukciót; meglessük a protoctisták szexualitását és fizikai érését, mérjük a baktériumok és protisták válaszreakcióját a környezetből érkező "zaklatások" -ra. Leginkább a mikrobák ilyetén viselkedéseire koncentrálunk, gazdag társadalmi életükre, üledékekkel való kölcsönhatásukra az állandó közösségi struktúrák létrehozása során. A tengervíz partot verdeső habjában található kémiai anyagokból a sejtek egyszer vagy többször is keletkezhettek. Mindenesetre, a mi leszármazási vonalunkban az első sejtek membránnal határolt, RNS és DNS alapú, önfenntartó fehérjerendszerek voltak. Ezek sejtstruktúra és metabolikus viselkedés tekintetében nagyon haso'nlóak hozzánk. Anyagi alkotóelemeik folytonosan kicserélődtek külső környezetük komponenseivel. Amikor táplálékra vagy energiára volt szükségük, salakanyagaikat kiürítették. Szerkezetük fennmaradt, mialatt felfrissítették belsejüket a környezetükből vett kémiai anyagokkal. Valóban, az ősi metabolizáló baktériumok olyan hatékonyak voltak önmaguk újraformálásában amikor dezintegráció vagy termodinamikai pusztulás fenyegette őket, hogy testünk belső kémiája ma inkább rokon a korai Föld külső 88

környezetének kémiájával, amelyben az élet kialakult, mint a jelenlegi, oxigénben gazdag világéval. A növekvő és osztódó sejtekből álló élet szó szerint kémiájában őrizte meg múltját. Az élet könyve olyan nyelven Íródott, me ly se nem matematikai, se nem angol. Ez a nyelv a szén kémiája. A kémia nyelvén "beszélve" a baktériumok egyre jobban variálódtak és globális léptékben "beszélgettek" egymással. Az úszók glükózt (cukrot) lebontókhoz társultak, melyből az úszáshoz szükséges energiát nyerték. Az úszó/glükózbontó társulás vezetett a protisták megjelenéséhez. A többi már történelem - az én SETvízióm a történelemről.

6. FEJEZET

Állati szex

Ha szerelmed koldus U ndok, hogy eseng Ha szerelmed módos Mindjárt más jellem - (13 14)

A szex furfangos. Az élet fejlődése során a szex lényege egymást kiegészítő nemű sejtek összehozása átmeneti vagy tartós egyesülésre. Biológiai értelemben a szex lényege, hogy a nemi vonzalom elég erős legyen ahhoz, hogy az összepárosodott sejtek belsejében a gének rekombinálódjanak. Az utód, amely ebből az egyesülésből származik, genetikailag más összetételű, mint aszülősejtek. Génállományának fele a petesejtekből, fele pedig a spermiumokból származik. A baktériumok hanyagul továbbpasszolják génjeiket, az egyik baktérium génjeit egy másiknak adományozza. A baktériumok esetében nincs fele-fele arányú közreműködés, szó szerint felszedik a géneket egy időben, egyszerre rendszerint csak néhányat. A donor akkor párosodhat, ha a "fiú" fizikailag kapcsolatba lép a "lánnyal", egy élő baktérium-befogadóval. S a "lány" ugyanúgy néz ki, mint a "fiú". A génfelvételiehet alkalmi is; előfordul, hogy a befogadó magához kaparintja egy már halott donor korábban elszórt génjeit, melyek például a vízben maradtak. A fölszedett gének szolgáltatják a vitamintermelést vagy a gázkilégzést, vagy minden egyéb tulajdonságot, mely növeli az esélyt a túlélésre. Néha előfordulhat, hogy olyan géneket kódolnak, amelyek a befogadót képessé teszik az életveszélyes mérgek detoxikálására. A bakteriális "szex" mindig egyoldalú. A befogadó sejtbe bárhonnan gének - és csakis gének - juthatnak be: a vízből, egy vírusból vagy egy donorból, legyen az élő vagy halott. Az emberi szex csakúgy, mint az összes állat é, meghökkentően eltérő folyamat. Ez a sejtfúziós szex - "meiotikus" szexnek nevezett szex - egyező állatokban és növények ben. A 91

meiotikus szex nem vagylagos. A növények és az állatok "nem isznak" géneket a DNS-ben gazdag vízből. Ehelyett a hímnemű szülők spermiumait vonzzák a női egyedek petesejt jei, majd bekövetkezik a fúzió. Megtermékenyítés során embrió keletkezik. Az egyetlen sejtnek, a megtermékenyített petesejtnek vagy zigótának, legyen az növényi vagy állati, immár két kromoszómakészlete van, az eredeti, különálló petesejtnek, illetve a spermiumoknak csak egy. A megtermékenyített pete ezután megkettőződött sejt jeiből osztódással szaporodik. Egy sejt kettővé, két sejt néggyé, négy nyolccá osztódik és így tovább. Minden sejt szorosan a másikhoz tapad, és végül együtt képezik az embriót. A megtermékenyített pete fajának felismerhető tagjává válik. Az új ebihal, a moha spóratartója, a magvas növény, a hüllő, a bömbölő csecsemő vagy bármilyen egyéb fiatal többsejtű lény, mely embrióból fejlődik, élő bizonyíték, hogy az állatok és növények sokkal szorosabb rokonságban állnak egymással, mint az élet többi képviselőivel. Minden nem embrióból kifejlődő élőlény szexuális élete alapvető en különbözik a növényekétől és állatokétól. A baktériumok és azok szimbiogén leszármazottai (protoctisták és gombák) szexuális viselkedése eltérő. Ahhoz, hogy a baktériumok vadul reprodukálják önmagukat, nincs szükségük szexuális tevékenységre. A bakteriális szex, mely reagál a környezettel való bizonyos összeköttetésekre, csupán alkalomszerű. A növényeknél és állatoknál ezzel szemben szinte mindig szükség van szexuális életre az embrió kialakulásához. Szex nélkül az állatok és növények élete nem működik. A növények és állatok életciklusának kezdetén a spermium magja véglegesen egyesül a petesejtével. Ez a fúzió a ciklikus szimbiotikus összeolvadásokra emlékeztet: a partnerek felismerik egymást. l Felvonultatják sejtküldöttjei ket. Sejtmembránjaik ténylegesen kinyíl nak, hogy utat engedjenek (legalább) a sejtmagoknak. Mihelyt az egymást "szerető" sejtek fuzionáltak, a feloldódott membránok újraformálódnak. Nyitott és sérülékeny lévén, a petesejt "tudja", hogy nem öntheti ki tartalmát, és így csak a megfelelő citoplazmát és magokat engedi belépni magába. A szexuális folyamatok, tehát az egymás iránt vonzódó egye92

dek összeolvadásai, valószínűleg a korai szimbiózisból erednek. Mind a szexuális, mind a szimbiotikus fúzió kban valószínűleg az éhség volt az első, legerősebb hajtóerő, mely kényszerítette az egyedeket az áhított összeolvadásra. A szexben egyesülő sejtek egyugyanazon fajhoz tartozó nemző egyedek génjeit és sejtplazmáját képviselik. Dorion Sagannal közösen írt könyvünkben - The Origin of Sex (A szex eredete) - amellett érveltünk, hogya meiotikus szex sokkal később keletkezett, mint a bakteriális, és először bizonyos protisták kezdetleges kannibalizmusában nyilvánult meg. 2 Ú gy véljük, hogy a szex kacskaringós történetének megértéséhez szükség van a protoctisták biológiájának megismerésére. Bemutattuk és megmagyaráztuk, hogy a szexuális és szimbiotikus fúzió k egymástól távoli géneket hoznak össze egy újrakombinált organizmuson belül. A szex abban különbözik a szimbiózistól, hogya ciklikus fúzió és később a különválás sokkal inkább előre megjósolható, kevésbé kreatív és esetleges, mint az ideiglenes szimbiózisban. A szexben az utódok nagyon hasonlítanak a szülőkre. A szimbiogenetikus fúzió során keletkezett testek, például a gumós babgyökér, a zöld hidrák, a kérődző tehenek, a világítóhalak és a vörösalgák mind jelentősen különböznek az összeolvadt szülőtársaiktól. Mint az evolúciós újdonságok elindítója a szimbiogenezis sokkal nagyszerűbb, mint a szex. Amikor a szülők rendkívül szoros rokonságban vannak, mint például a nem fotoszintetizáló vörösalgák, akik az egyéb, fotoszintetizáló vörösalgákkal élnek, pontosabban rajtuk élősköd­ nek, akkor a szex és a szimbiózis működésileg is alig megkülönböztethető. Amikor viszont a szimbiotikus szülők az egyesülés szempontjából meglehetősen távol állnak egymástól, mint például a bab és a rhizobiumbaktériumok, vagy a tehenek és az entodiniomorfid bendő csillói, akkor az összeolvadásokból mindkét szülőtől elképesztően eltérő egyedek jönnek létre. A programozott halál vitathatatlan következménye a szexualitással együttjáró életnek. Az a nagy ciklus, amelyben a hímek és a nőstények egy-egy kromoszómakészlettel bíró spermiumot, 93

illetve petesejtet termelnek csakis azért, hogy egymással ismét összekerüljenek, és két kromoszómakészlettel rendelkező utódot hozzanak létre, bensőséges módon kapcsolódik az egyes növények és állatok szükségszerű halálával. Természetesen minden organizmust meg lehet ölni, beleértve a baktériumokat és sok protoctistát is. Az éhezés, a kiszáradás és a mérgek hatékony gyilkosok. Az erőszakos halálnak nincs természetes beépített menetrendje. A protoctista elődök növények ké és állati testekké fejlődése áldozatok és veszteségek útján ment végbe; az egyes testek öregedését és halálát az időben a többsejtűvé és összetetté válás előzte meg. A halál, a test külső burkának szó szerinti lebomlása volt a keserű ár, amellyel a meiotikus szexualitásért fizetni kellett. A protoctisták, valamint az állati és a növényi leszármazottak komplex fejlődése a halálhoz mintegy szexuális úton átadott betegség következményének kialakulás ához vezetett. Több mint egymilliárd évvel ezelőtt, amikor a protoctisták a baktériumszimbionták integrálásával állandó és stabil közösségeket alkottak, amelyek protoctista egyedekké váltak, elő­ ször jelentkezett a bennünket manapság annyira zavaró, kiszámítható halál. A szex és a halál különös témájában számos protoctista még mindig variációkat mutat. Megfigyeltem a Stentor coeruleus életét és halálát. Ez az a tiszta, édesvízi tavakból vagy medencékből könnyen begyűjthető, kék csillós nagy mikroorganizmus, amely egyszülős rendszerrel reprodukálódik. Naponta egy-egy egyed keletkezik és válik ketté. A kék stentorok tavasszal sűrű populációs csomókban párosodnak. A mikroszkopikus orgia úgy kezdődik, hogy az egy edényben lévő valamennyi stentor párba rendeződik és szenvedélyesen egyesül. A pár tagjai 36 órán át folyamatosan egymáshoz tapadva maradnak. A szerelemben egyesült partnerek azonban kevesebb mint egy hét alatt mind elpusztulnak. Maga a szex ilyen módon átszáll a protisták következő generációira. Az összes állat, becsült számuk kb. 30 millió faj, amely nagyjából 40 törzs tagja, minden egyes generációban visszatér az egysejtű, protistaszerű állapothoz. Protista jellegű ivarsejtek szexuális fúzió t hajtanak végre, amikor az állati sejtek elődje­ ik életstílusát ismétlik. Az állatoknál és a növényeknél, még a 94

gombáknál is a szex a fennmaradáshoz nem nélkülözhető választás az evolúció színpadán. Ezekben a lényekben az élő szervezet fúzió és szexuális aktus által marad fenn. Ezek az elbű­ völő szövetek és komplex élettörténetek életükért a halandósággal fizetnek. A modern élet hatalmas panorámájának kifejlődése a bolygón ősi, szimbiotikus baktériumokból egy nagy dráma. Még ha kevésbé látványos is, hasonlóan csodás a felnőtt egyed kifejlődése a zigótából, a megtermékenyített petesejtből. Az evolúció három és fél milliárd éve zajlik. Az emberi faj tartós jelenléte a fekete űr "kék márványgolyóján" 3,5 millió évnél kevesebb. Egyetlen emberi lény kevesebb mint 35 év alatt fejlődik ki. Az idő felgyorsul, az anyag összehangolódik, és szinte minden esetben egy érző lény az eredmény. Hogyan tudná az ember kitapintani az emberi élet kezdetét? A kérdés biológiai értelemben abszurd, teljességgel mesterkélt. Az emberi élet indulásának "keltezése" egyszerű konvenció kérdése. Nyilvános előadásokon gyakran megkérdezik tőlem, melyik az a pillanat, amikor az emberi élet elkezdődik? Természetesen, mint minden egyéb élet, 3,5 milliárd évvel ezelőtt! Maga a kérdés hamis felfogást tükröz. Amikor a szülők ivarszervei időben találkoznak, megtörténik a fogamzás, születés következik, mint a méhen belüli fejlődés megjósolható kiteljesedése. A folyamat úgy megy végbe, hogy egy ostoros spermium találkozik egy zsírral telt petesejttel, melyet az anya méhkürtjét bélelő, hullámzó csillók hajtanak tovább. A haploid (egyszeres génállományú) spermium, amely útitársaitól eltérő en túlélte ezt az utazást, találkozik a haploid petesejttel. A női petesejt ragadós fehérjét bocsát ki, amellyel üdvözli a "spermiumverseny" győztesét, és elzárja a további betolakodók útját. A győztes spermium feje a 23 - apjától kapott - kromoszómával belép a nagy petesejtbe, melynek szintén 23 - anyjától kapott - kromoszómából álló készlete van. A két sejt összeolvad. Ez a "megtermékenyítés" diploid sejtet eredményez, immár 46 kromoszómával. A 23 kromoszómapár minden tagjában az egyik kromoszóma az anyától, a másik az apától származik. A megtermékenyített emlőspetesejt hasonlít az ősi protis9S

ták hoz, a valószínűleg elsőként kifejlődött dupla kromoszómaszámú lényekhez. Óseivel ellentétben azonban nincs olyan emlőspetesejt, amely lustán őgyeleg az egysejtűség állapotában. Ostorát sem használja, hogy tavacskákban úszkálva bakteriális táplálékot keressen. Nem, a zigóta osztódik, és az osztódások produktumai együtt maradnak. Emberi embriók keletkeznek. Egy sejtgömb növekszik és differenciálódik, hogy szöveteket, végül pedig szervezetet alkosson egy halküllemű egységben. Ahogya sejtek továbbosztódnak, növekednek, egymás felé mozognak és kommunikálnak, az embrióból magzat lesz. A szervek kifejlődésével az embrió elveszti halszerű megjelenését, eltűnnek kopoltyúrései és csökevényes, méhen belüli farkocskája: kezd emberi formát ölteni. A magzat, nyitott szájú lévén, még az ujját is szopn i képes a méhen belül. Nem tud viszont levegőből lélegezni, csak a köldökzsinórón keresztül jut oxigénhez, amely az anyja véréből- a placentán keresztül - jut hozzá. A lányok születésük után egész életükre adott, nem növekvő számú megtermékenyítetlen petesejttel rendelkeznek, amelyek apró petefészkeikben raktározódnak. Egy petesejtben 23 kromoszóma van, feleannyi, amennyi a nőne­ mű csecsemő testi sejtjeiben található. Akárcsak mindkét szülő, az Ő teste is 46 kromoszómával rendelkezik sejtenként, tehát kromoszómái megduplázódtak. A fiúcsecsemő testében már minden sejt dupla kromoszómaszámú. A hímnemű egyedek serdülőkorig nem termelnek spermiumokat. A serdülőkor beálltakor a herékben található spermiumtermelő sejt jeik, a férfi nemi hormonoktól sarkallva, megkezdik az ondósejtek folyamatos termelését. A 23 kromoszómaszámú (egyetlen kromoszómakészlet) spermium termelése kilencvenéves korig tart. Termékeny egyesülés, szexuális behatolás és az utódok fennmaradása nélkül semmi sem számít a fejlődés színterén. Ha emberszabású majom őseink nem párosodtak volna, hogy minket létrehozzanak, már régen kihaltunk volna. Állatnak lenni annyi, mint szexuálisnak lenni. Honnan eredeztethető azonban a többsejtűség? Sok kollégám és olvasóik ezt a fejlődéstan nagy kérdései közé sorolják. Az állati testek szex nélkül, a megtermékenyített petesejt 96

mitotikus osztódásával növekednek. Hogyan alakultak ki azonban a legkorábbi állatok testei? Az olyan sejtmagvas sejtek, mint amilyenek a protoctisták, legalább egymilliárd évvel ezelőtt kezdtek klónokba tömörülni. A klónok szervezetkópiák, sejtosztódás útján jöttek létre. Honnan jött a szexualitás igénye? Az ősmaradványokról szóló nyilvántartás szerint a legrégibb állatok a világon több mint 20 helyen maradtak fenn: Sonora, Mexikó; Szentpétervártól északra a Fehér-tenger partján; Ediacara, Dél-Ausztrália; Namíbia, Délnyugat-Afrika; valamint Kína és egyebütt. Ezeken a helyeken 650-541 millió éves állati maradványokat találtak. Több száz millió évvel ezen állatok előtt már szexuális protisták éltek, amelyek klónokat formáltak és összetapadtak. Természetes úton kiválogatódtak a szövetekké differenciálódott testrészekkel rendelkező egyedek. A különböző protoctistakolóniák, zöldalgák, nyálkagombák, hálómoszatok és sok más, még ha kezdetben amorfak voltak is, fejlődésük során egyre összetettebbekké, egyedibbekké váltak. Azokat az egyedeket, amelyeket ma növényekként, állatokként és gombákként ismerünk, leginkább a protoctista klónok magasan integrált megjelenési formáinak tekinthetjük. A természetes kiválogatódással új, nagyobb élő­ lényekké váltak. Az állatok - Coelenterata, Brachiopoda és még 35 más törzs az óceánokban, kb. 500 millió évvel ezelőtt keletkeztek.* Az állatok már jóval a Földön lakó organizmusok, növények és gombák kialakulása előtt megjelentek. A tradicionális geológiai időrend rendkívül nehézkes, így kihagyja az összes 541 millió év előtt megjelent életformát mint prekambriumiakat. A kambrium kifejezést a Kambriumban - Wales ősi neve található régi kőzetekből származtatják. Ezekben a kőzetek­ ben találtak először csontvázas állati maradványokat, melyek még ma is elragadják a paleontológusok fantáziáját. Hogyan fejlődtek ki az állatok? Az egyik hagyományos elképzelés, melyet Preston Cloud geológus (1910-1992) fejlesztett tovább, az, hogy a légköri oxigénkoncentráció megnövekedése sok ezer* Lásd a 4. fejezet 5. megjegyzését.

97

millió évvel ezelőtt lehetővé tette állati élet kifejlődését baktériumokból és algákból. Egyik közeli munkatársam, Marc McMenamin és felesége, Dianna kimutatták, hogy az állatok megjelenése nem vezethető vissza ilyen egyszerű, egyokú jelenségre. Az oxigén szükséges, de nem elégséges. Sok környezeti és genetikai tényező vezetett a spermium által megtermékenyített ·petesejtből kialakult első élőlényhez. Csak dicsérni tudom McMenamin elemzését. Az állati élet kialakulását nem az oxigénhiány korlátozta csak azért, hogy amint az oxigén beépült a légkörbe, hirtelen, egy csapásra kialakulhasson. Nem hiszem, hogy az oxigén valaha is korlátozott volna bármilyen életformát, a baktériumokat és néhány ismeretlen protistát kivéve. Az oxigén szükséges, de önmagában elégtelen volt ahhoz, hogy az állati élet bővülését lehetővé tegye. Minden állat abszolút aerob. Mitokondriumaiknak mindig szükségük van oxigénre, különben meghalnak. Az oxigén megjelenése a levegőben, méghozzá bőséges mennyiségben, valószínűleg több mint 500 millió évvel megelőzte az állatok színre lépését. A kemény állati testrészek, mint pl. a hal kalciumfoszfát-váza vagy az ízeltlábúak kitinpáncélja és a kagylók, csigák, valamint más puhatestűek kalcium-karbonát-héja valószínűleg hulladékként keletkeztek először. A tengervízben bőségesen jelen lévő kalciumionok a sejten belül mérgezők, így a sejteken belüli kalcium koncentráció t a tengervíznél ezerszer alacsonyabb szinten kell tartani, különben a mitózisok mikrotubulusai, továbbá a növekedés leáll. A kalcium kipréselése mint salakanyag-eltávolítás kezdődött, majd ez átalakult az újrahasznosítás egy úttörő stílusává, mely végül a rendszer támasztását szolgálta. Kifejlődtek a fogak, a páncéllemezek és a csontváz. Az elmés, gazdaságos és praktikus felhasználások átalakultak, amint a megkeményedett kalcium kicsapódott a foszfát ban gazdag vizekben. Mi, emberek levonhatjuk a tanulságot. Állandóan csak hulladékot termelünk; a burjánzással együtt kiválasztásra is szükség van. Senkit sem lep meg, hogyaroncstelepre száműzött autókból és a bulik műanyag hulladékaiból hasznos és divatos cikkeket sikerítenek. A szennyező anyagok metamorfózi98

sának tehát előzményei vannak. Előrelátóan, öntudatlanul, távoli őseink példáját követjük. A középső kambriumig az élet elbűvölő állatformákat produkált. A Hallucinogenia egy szörnyszerű kis lény, mely olyan valószínűtlennek látszik a mai életformák között, hogy felfedezői nem voltak biztosak benne: a hátán látott kitüremkedések védőtüskék-e vagy ugrólábak. A kambrium egy másik állata a Pikaia. Ez egy kis puha testű, repülő-úszó lény volt, amelytől mint legvégső nagyszülőtől az összes mai gerinces állatot származtat juk. Barátaim szüntelenül vitatkoznak ezekről a kérdésekről. Körülbelül 650-541 millió éves, még a hovatartozás birodalmi szintjéig sem azonosított, nagy, összetett életformák - homokkövekben megmaradt - kövületeit fedezték fel világszerte, kéttucatnyinál több lelőhelyen. Mik az ediacarai élőlények? Megkövesedett fauna? Protoctisták voltak? Néhányan állatok, néhányan protoctisták voltak? Mi okozta kipusztulásukat? Ha állati embrióból (blasztulából) fejlődtek ki, akkor viszont egyetlen embrióról sincs nyomunk. Minden állat blasztulából fejlődik ki, de azt semmiképpen nem tudjuk bizonyítani, hogy valamikor ezek a különös lények is ezt tették volna. (Az ediacarai embrió fellelésének nagymértékben megnőtt az esélye azáltal, hogya Kínában talált, foszforban gazdag üledékes kőzetek, az ún. foszfalitok vizsgálatára pásztázó elektronmikroszkópokat alkalmaznak. Marc McMenamin meggyőzött, hogya levél alakú Pteridinium és aháromkarú Tribrachidium nem állatok voltak. Távoli leszármazottnak tartja ezeket egy ősi korban, melyek hajlanak az állati forma felé, mégsem állatok. Protoctisták voltak, utód nélkül (6. ábra). A növények zöld vízi protoctistákból, fűzöld típusú algákból fejlődtek ki. Az ismerős algákhoz tartoznak a jódban gazdag Rhodophyták (vörösalgák), melyekkel japán éttermekben ma is találkozhatunk, a sushitekercsek burkolataként. Mivel egyes fajaik sohasem fejlődtek ki embrióból, a tengeri moszatok, mint pl. a Rhodophyták és minden egyéb algafaj tekinthető növénynek. Differenciálatlanságuk folytán és mert hasonlítana k a növények hipotetikus őseire, néhányalgafaj fejlődéstani útjelző táb99

1l.íl!lI'A91? JelIlJlllP;) ljIlZS9P! SnljlOZOl;)lOld !9S?lj lJ.lQ1}

001

V

·9

Iának tekinthető. Puszta létükkel elfogadható útirányt mutatnak a protoctista egysejtűtől a többsejtes utódig. Ez sok életforma esetében újra és újra megtörtént. Az egysejtűek osztódtak, és az utódoknak nem sikerült szeparálódniuk, amint az az apró Chlamydomonasokból származó nagy UJlvox-szerű algák esetében történt. A Sziklás-hegységben és az Alpokban található rózsaszín hóalgák, valamint közel hozzánk, a Massachusetts északnyugati felén fekvő Hawley Bog csúcsán lévő, vörösesre színeződött hó ezen fagy tűrő életformacsoport tagjai. Egyébként egy magános Chlamydomonas éppen úgy néz ki, mint a jóval nagyobb Volvox forgó gömb egyetlen sejtje. A Volvox 500-tól több mint 500 OOO-ig terjedő számú Chlamydomonas-szerű sejtek rétegeiből áll. Ebben a sorozatban középen található a Gonium, mely egy 4,8, 16 vagy 32 zöld Chlamydomonas-szerű sejtből álló, átlátszó kocsonyába ágyazott algakorong. Az ilyen Volvox-szerű algákkal együtt a Chlamydomonas, a Gonium, a Pandorina, az Eudorina és a Volvox változatok egy olyan klóntémára, melyben a sejtek egymáshoz tapadnak, és többsejtes egyedeket hoznak létre. Egyik fajuk, a Gonium sociale úgy néz ki, mint egy négyrészes, önnön sejt jeiből készült lapos tányér. A Gonium sociale bármelyik sejtje letörhet, elúszhat, létrehozhatja saját telep ét. A UJlvox szülőgömbje bébitelepeket hoz létre önmagán belül, ezek olyan enzimet szabadítanak fel, amely feloldja a szülőt egybetartó kocsonyát. "Kiköltés" után számos új kis utód jön létre. Az évszakok és a fény váltakozás ára a UJlvox megváltoztatja viselkedését, és ivarossá válik. Az ivaros UJlvoxtelep petéket rak le, egy másik viszont spermiumokat bocsát ki, és - ha történetesen hermafrodita - akkor petéket és spermiumokat egyaránt kiereszt a látszatra egyforma, zöld gömböcskékből. A víz felszínén hullámozva az ostorok segítségéve1 előre mozgó zöld, úszó ivarsejtek magános Chlamydomonas-sejtekre emlékeztetnek, azonban nem egyedek. Tulajdonképpen szexuális üzenethordozók, a UJlvox-nemzetség többsejtes egyedeinek potenciálói. Nagyon valószínű, hogy az ediacarai bióta hasonló életstílusú volt, de ez a többsejtű már kihalt. Együtt munkálkodva a szerveződés egyre magasabb szintjein a sejtek telepekké váltak, a telepekből egyedekké fejlőd­ tek. A szöveti differenciálódás a fejlődés elmúlt folyamatai101

nak ismétlését igényli. Növényekben és állatokban, az ivarsejt-egyesülés révén történő megtermékenyülés jelenti az élet kiindulópont ját. Még az olyan növények is, mint a pitypang, a földieper, egyes mohák vagy korpafüvek, melyek föld alatti indákkal kapcsolódnak és a szex előnyei nélkül szaporodnak, alkalmasint ivaros sá válnak. Az olyan állatok is, melyek látszólag felhagytak az ivaros szaporodással, mint pl. a gyíkok csupa nőstényből álló csoportjai, sejtszinten mégis átmennek bizonyos szexuális folyamatokon, meiózison és megtermékenyülésen. Az egy kromoszómakészletű nőnemű sejt összeolvad egy másik nőnemű sejttel. Az anya sejtszinten saját magával van szexuális kapcsolatban, hogy apa nélküli zigótát hozzon létre, melyből állatembrió fejlődik. "Mi", mint egy barokk építmény, hozzávetőleg két évtizedenként újraépülünk összeolvadó és mutáló szimbiotikus baktériumokból. Testünk protoctista ivarsejtekből épül fel, melyek mitózis útján önmagukat klónozzák. Egy zsúfolt bolygón a szimbiotikus kölcsönhatások képezik az élet "töltőanya­ gát". Szimbiotikus, összetett legbelső eredőnk sokkal régebbi, mint az emberi egyednek nevezett újkeletű innováció. A minden egyéb életformától való különbözőségünk és a fajok közötti felsőbbrendűségünk erős tudata csupán nagyságunkból eredő önámítás. Gyanítom, hogy ez az önámítás tulajdonképpen a "fajfelismerés" szükségéből eredt. Belső kényszert érzünk, hogy szenvedélyesen egyre több utódot hozzunk létre, neveljünk fel. Az evolúció játszóterén való fennmaradásunk szükségessé teszi, hogy saját fajunkon belül felismerjük potenciális párjainkat. Ez a szexuális önmagunkra összpontosítás azonban elhomályosítja sokfajtájú összetételünk tágabb, szimbiogenetikus valóságát. Természetünk a többszörösen összetettség. Zoológiai irónia, hogy az állati szexualitás fejlődésének megértés éhez a protoctisták megismerése szükséges. A protoctistákat azonban, amelyeket gyakran miniatűr állatkákkal tévesztenek össze, csak ritkán vizsgálják szakképzett biológusok. Rendkívül méltánytalanul bánnak velük, sokkal inkább, mint a baktériumokkal, melyeket betegségek csíráiként démoni tulajdonságokkal ruháztak fel: a protoctistákat egyszerűen fi102

gyelmen kívül hagyják. A legtöbb ember már hallott valamit a baktériumokról, ha másképp nem, akkor baktériumölő spray-k, mérgező porok vagy fertőtlenítő oldatok összefüggésében. Az élő protoctisták 250 OOO-re becsült faja közül azonban csak néhány (amőbák, nyálkagombák, zöldalgák, csillósok) kapott elnevezést, és még ezek is csak biológiaórák érdekességeinek számítanak. Az állatoknak és a növényeknek szexuálisan vonzóaknak kell lenniük, magjaikat össze kell olvasztaniuk az embrió létrehozásához. A szex számukra nem döntés kérdése. Sok protoctista azonban soha semmiféle ivaros szaporodásba nem bonyolódik, mégis jól megvan és vég nélkül szaporodik. Lemuel Roscoe Cleveland, a Harvard University biológiaprofesszora, a Science folyóiratban közölt cikkében rendkívül világos elméletet kínált meiotikus szexuális életünk eredetének kiderítésére. Minthogy protoctistákat tanulmányozott, és látta azok minden hiányosságát, ügyetlenségét és jelentős hibáikat, arra következtetett, hogyamegtermékenyítés egy kétségbeesett véletlen műve. A meiotikus szex mint egy túlélési stratégia, a kannibalizmust követő, gyomorrontásra emlékeztető utóhatásként jelent meg. Cleveland különös feszültségeket vett észre a haldokló közösségekben: egy nyilvánvalóan éhező masztigóta felfalta szomszédját; egy másik elvonszolta magát egy éhes, potenciális ragadozó elől. Cleveland rájött, hogy tulajdonképpen egy csökevényes, sikertelen kannibalizmus tanúja. Néhány kannibál megette és megemésztette áldozat-testvérének utolsó sejtfüggelékét is. Mások, bizonyára rossz emésztéstől szenvedve, az elfogyasztásra szánt táplálékból meghagyták a magot és a kromoszómákat. A két összeolvadt sejt egyetlen kétmagvú és két kromoszómakészlettel rendelkező sejtet hozott létre. Cleveland, aki nap mint nap kis mikrokozmoszában élt, felismerte, hogy ez a kannibalizmus utolsó fegyverszünete. Megfigyelte, ahogyan két ilyen szorosan együttlévő sejtmag fuzionált. Ez már több volt, mint csökevényes kannibalizmus. Cleveland rájött, hogy ez formálisan egyenlő a megtermékenyítésseP A megtermékenyülés velejárója a disszociáció. A szexben a disszociációhoz meiózisra van szükség. A meiotikus (állati) 103

7. ábra Párosodó protisták: Az egysejtű protoctisták meddő kannibalizmusa a szexnek nevezett tűzszünet­ ben végződött . Az ábrán két egymást kiegészítő nemű Trichonympha párosodik. A fertilizációs gyűrűs nősténybe hátulról hatol be a hím.

szex - mely sok protoctistánál is előfordul, valamint minden növényben és a legtöbb gombában - olyan folyamatsor, amelyben a sejtek kromoszómaszáma, speciális sejtosztódások révén, megfeleződik. Meiózis által, rendszerint kétszeres osztódással, a sejtenkénti kétszeres kromoszómakészlet lecsökken egyszeresre. Az ilyen ún. haploid sejtek könnyen kimutathatók, párosodnak más haploid sejtekkel, és fuzionálnak, hogy diploid embriókat hozzanak létre. Természetesen a nem fotoszintetizáló protoctisták, akár érdekeltek a szexben, akár nem, mindig táplálkoznak. Közülük néhányan, stresszhelyzetben bármit megesznek. Ha kiszára104

dás, éhezés, sugárártalom vagy bármilyen egyéb pusztulástól fenyegetve érzik magukat, a megmenekülés reményében elő­ fordulhat, hogy társaikat is megeszik, és inkább egyesülnek, mintsem magánosan elpusztulnának. Számos édesvízi protoctista szezonálisan, halála előtt párosodik. A párosodás termékeinek - zigospórák, hystrichoszférák vagy egyéb, két kromoszómakészlettel rendelkező sejtek - fala elég kemény lesz ahhoz, hogy túléljék a következő telet vagy száraz évszakot. A robusztus dupla sejtek először nem növekednek, inkább védik saját génjeiket és egyéb sejtrészeiket a forró, száraz nyarakon vagy fagyos teleken, valamint egyéb nehéz időkben. A megkettőződés általi túlélés a környezeti fenyegetésekre adott válaszként kezdődött. Hogyan történt mindez? Ha arra volnál kényszerítve, hogy megedd szomszédodat, aki genetikailag kétségtelenül inkább hasonló hozzád, mint nem, de nem tudnád teljesen megemészteni, akkor egy viszonylag futólagos találkozás során csaknem megkettőzhetnéd testméretedet. Akárcsak egy hájas ember, a jóllakott protoctista is két kromoszómakészletével és kétszeres mennyiségű citoplazmafolyadékkal valószínűleg jobban átvészelné a megpróbáltatásokat. Általában elmondhatjuk, hogya testméret, és különösen a kromoszómaszám megkettőződése tulajdonképpen nehézséget jelent. Kétszeresére nőtt, óriási méretedből minden bizonnyal menekvést keresnél. Az eredeti protoctista-állapot haploid, mely csupán egy kromoszómakészlettel rendelkező organizmust jelent. A protoctisták elképesztő változatossága fejlődött ki haploid állapotban. A megkettőződött kromoszómakészlet, mely előnyt jelentett a nehéz időkben, bonyodalommá vált. Égető szükség lett a haploid status quo visszaállítása. A meiotikus megtermékenyítéses szex valószínűleg 1 milliárd évvel ezelőtt jelent meg először. Ahogyan Cleveland megjegyezte, a meiotikus, kétszülős szex csak a meiózis redukciós osztódása, azaz adiploiddá válástól való "megkönnyebbedés" után alakult ki. Maga az evés-párosodás csillapíthatatlan étvágya t gerjesztett. A haploidok, amint megették egymást, diploidokká váltak, melyek megették egymást 105

és tetraploidok lettek, majd oktoploidok és így tovább. A kromoszómaszám és a terebélyesedés egyre nőtt. A megkettőző­ dött sejtek extra kromoszómáikkal és egyéb organellumaikkal lelassult ak, sőt abbahagyták mindennapos működésüket. A Down-szindróma egyike azoknak az emberi genetikai betegségeknek, melyeket egy extra kromoszóma vagy kromoszómarész okoz; ez figyelmeztet a kromoszóma-egyensúly felborulásának veszélyeire. Még ma is sok növény és nem emlős állat hordoz extra kromoszómákat és kromoszómakészleteket. A szibériai íriszek, dáliák és egyéb növények termesztő i a magokat olyan vegyszerekkel kezelik, melyek megakadályozzák a mitotikus orsó mikrotubulusait extra kromoszómás, nagy sejtek létrehozásában, kialakításában. Az ilyen magokból gyönyörű, mutatós virágok kelnek ki, melyek nagy becsben vannak és komoly hasznot hoznak; néhányat sikerül a kívánatosan átváltozott formában fenntartani és szaporítani. Rítussá válása előtt a szex az extra kromoszómák és kromoszómakészletek miatt sablonos, eltűrt, elgyengítő, veszélyes vagy végzetes lehetett. Mindez rendszerint a genetikai vagy környezeti körülményektől függött. Amint azt Cleveland hangsúlyozta, a diploiditásnak meg kellett fordulnia, ha a protoctisták vissza akartak térni eredeti, karcsú haploid állapotukba. A kannibalizmus útján szerzett extra kromoszómáktól való megszabadulás Cleveland elemzése szerint az első lépés volt a meiózis felé. A meiózis, mely ondósejteket, petesejteket vagy haploid növényspórákat termel, megfelezi a kromoszómaszámot. A megtermékenyítés ellentéteként a meiózis a diploidokat haploidokká alakítja. A meiotikus szex eredőjének végső kifinomulását jelentette a duplázódási és felező dési folyamatok nagymértékű tökéletesedése, míg végül minden hiba nélkül történt. Cleveland bámulatos éleslátásának köszönhetően könnyen megértettem a meiózis kifejlődését. Az én nézőpontomból maga a mitotikus apparátus, az ősi spirochaeta-archaebaktérium fúzióból keletkezett. A spirochaeta-archaebaktériumok élő leszármazottai jó régen boldogan egyesültek, hogy harmóniában működjenek tovább. A valaha független lényektől azon106

ban nem várható el a hibátlan együttműködés. Örökségük felfedi, hogy időnként lopva, saját dacos reprodukciós menetrendjüket követik. Az igazi meiotikus szex a protoctisták számos utódvonalában alakult ki. Az elődök szezonális ciklusokban fuzionáltak és nyugodtak meg párosodás és meiózis után. Amikor a táplálék, a víz vagy egyéb életszükségleteik kielégítése híján volt, kannibalista típusú "előpárosodás" mentette meg életüket. Az ínség fúzióhoz és egy megkettőződött formában történő túléléshez vezetett. Amikor azonban a környezet viszonylag buja és tápláló volt, akkor a régebbi, karcsú és gyors haploid sejtorganizációnak természetes szelekciós előnye volt. A szex, akárcsak a szimbiózis, összeolvadás. A szexet úgy érthetjük meg, mint a ciklikus szimbiózis egyik nagyon speciális esetét: mind a szex (megtermékenyített petesejtek, a zigóták), mind a szimbiózis új egyedeket hoznak létre partnerek összeolvadásából. Maga a párosodási aktus általában rövid, kivéve a Schistosoma bélgiliszta esetét, amelynél a pár mindvégig közösülési pozícióban marad, amíg bőségesen lerakják a megtermékenyített petéket. Az állati és növényi szexuális öszszeolvadásokban az új egyed magához a párosodási aktushoz képest viszonylag hosszan fennmarad. A ciklikus szimbiózisokban, mint pl. a világító halaknál, valamint a növények gyökereiben a nitrogénkötő baktériumoknál és a foszfátfelszabadító gombáknál, az összeolvadt egyedek szintén hosszabb ideig fennmaradnak, mint disszociált partnereik. A sejtszimbiózis azonban egy mélyebb, állandó és speciális fúziós forma. A nagy sejtszimbiózisokban, azon fejlődési momentumokban, amelyek az organellumok kifejlődéséhez vezettek, a párosodás aktusa - gyakorlati "meggondolásokból" - örök.

7. FEJEZET

Partra vetetten

Felesleges lenne a Nap, Ha a kiváltság nem létezne többé (999)

Nemrég meglátogattam Washingtonban a Smithsonian Institute Légi- és Űrkutatási Múzeumában a Star Trek emlékkiállítást, még sohasem láttam belőle egyetlen egy epizódot sem. Körülbelül 10 percig voltam képes nagy érdeklődéssel és az 1970-es évek utáni nosztalgiával figyelni, de a tömeg a hátam mögött arra kényszerített, hogy abbahagy jam: nagyon egyesült államokbeli és nagyon divatjamúlt volt. Teljesen megdöbbentem a kiállításon látott sok ostobaságtól. A növények hiánya, a mesterkélt tájkép és magában a csillaghajóban az összes nem emberi életforma hiánya teljesen bizarrnak tűnt. Ha valaha az emberek ilyen óriási űrhajókon elköltöznének is másik bolygóra, ott sem lehetnének egyedül. Az űrben, mint ahogy a Földön is, az élet elemei, a szén, az oxigén, a hidrogén, a nitrogén, a kén és a foszfor és még egy sor, részt kell hogy vegyenek a körforgásban. Ez a fajta visszakeringetés nem elővárosi luxus; ez az élet egyik alaptétele; nincs olyan technika, mely megszabadítana bennünket ettől. A humán utazóknak a kiterjedt űrben szükségük lesz ökoszisztémákra, amelyek nem humán organizmusokból állnak, hogya hulladékból élelmiszert tudjanak előállítani. A Földanyával való állandó kapcsolatban csak nagyon kis szakaszok engedhetők meg az "ökoszisztéma szolgáltatásai" nélkül. Egy ökoszisztéma az a legkisebb egység, amely a biológiailag fontos elemeket visszaforgat ja (reciklizálja). A szén-dioxid megkötődik, kémiailag átalakul élelemmé és testté (szerves szén). A szerves szén kilégzéskor reakcióba lép vagy lebomlik, vagy különböző szerves anyagokká alakul át. Adott esetben éppen valakinek egy enzimje vagy mély lélegzése in109

dítja el azt a reakciót, hogya szerves szénből szén-dioxid szabaduljon föl. Ebben az értelemben a szén körforgást végez. Ugyanez mondható el a nitrogénről is, amint a lassan reagáló N 2 a légkörb ől a "nitrogénkötőkön" keresztül az aminosavak hasznos nitrogénjévé alakul. Amikor a fehérjéből felszabaduló aminosavak átalakulnak nitrogénfölösleggé, és ezek konvertálódnak, hogya levegőben N 2-gáz képében jelenjenek meg, akkor mondhatjuk, hogy teljessé vált a nitrogén ciklusa. Az elemek gyorsabban forognak az ökoszisztémákon belül, mint közöttük, de egyetlen kémiai anyag sem teljesen izolált. Hajlamos vagyok elfogadni azt a nézetet, hogya Föld tulajdonképpen az "ökoszisztémák" hálózataiból áll, minden más, a Gaia-anyát megszemélyesítő elképzeléssel szemben. Kollégám, Daniel Botkin valószínűleg úgy definiálná az ökoszisztémát, mint az élő szervezetek különböző fajainak adott közösségeit, amelyek egy helyen egy időben élnek, és mindannyian élvezik a külső energia és anyag beáramlását. Azt állítaná, és ezzel egyetértek, hogy egy ökoszisztéma tulajdonképpen a földfelszín olyan területe, ahol az organizmusok az energiát és anyagot a rendszeren belül gyorsabban keringetik vissza, mint a saját rendszerük és egyéb rendszerek között. Bármilyen ökoszisztémában az organizmusok anyag- és energiaszükségleteit az élet fenntartás ához szükséges sok kémiai anyag visszaforgatásávallehet létrehozni. A Mars "zöld" -del való betelepítése és egyéb bolygók meghódítása, vagy az űrben hosszabb ideig való élés természetesen sokkal több mindent igényel, mint az emberi telepesek és gépek jelenléte. Szükség van szervezett és hatékony közösségekre. Az együttélés olyan döntő fontosságú lesz a külső űr meghódításában, mint a szimbiózis és a változatosság megjelenése voltak a paleozoikum idejében, a szárazföld meghódításában. Az élet az űrben, ha egyáltalán ki fog alakulni, igényelni fogja a fizikai szövetségeket, beleértve új szimbiózisokat a különböző életformák között. Az új szimbiózisok, amelyekben a kölcsönhatások új mintái ötvöződtek össze, már nagyon lényegesnek bizonyultak a Föld legfontosabb részeinek meghódításában is. A Földön lakók a szárazföldön maradásuk at a növények és gombák közötti speciális szimbiózisoknak köszönhetik. A növények gyö110

kere i és a gombák kis dudort képeznek növekedésük során a gyökereken, ezeket mikorrhizának nevezzük. Közös gombanövény komplexek telepedtek meg a barátságtalan száraz regolithon, a homokon, agyagon és akavicsokon. Az élet, mint tudjuk, a tengerben keletkezett, de sok nyomós érv szól amellett, miszerint csak köztes élet - szimbiogenezis után - vált lehetségessé, hogy az élet megvesse lábát az ellenséges új szárazföldön. A nap ultraibolya sugárzása, a pusztító kiszáradás és az élelemhiány sokkal súlyosabb probléma volt a Földön 500 millió évvel ezelőtt, mint mostanság. A szimbiogenezis a Föld szilárd kérgét (terra firma) elfoglalható földtulajdonná változtatta. A korai, földhöz kötött szimbiózisok valÓSZÍnűleg nem bakteriálisak voltak. A legrégebbi nagy földorganizmusok, melyek kövületi nyomai megtalálhatók, valószínűleg növény-gomba komplexek voltak. A világ legrégebbi növényi fosszíliái kovakőből, népszerű nevén fekete kovából származnak. A legjobb és a legtöbb növényi kövületet tartalmazó kova darabok Skóciából, a Rhynie környéki kőbányákból származnak. Úgy vélik, hogya rhynie-i fosszíliák azért vannak ilyen kitűnő állapotban, mert a közelükben lévő szilícium ban gazdag melegvízforrásokból víz áramlott rajtuk keresztül. A Rhynie-féle kovakőkincsekben chytridek, egy protoctista-féle kövületei láthatók, bennük megkövült algákkal. Maguk az algák 400 millió éves növények belsejében élnek! A szárazföldön a legkorábbi életről magmaradt ősmaradványok pillanatfelvétel szerű képeket mutatnak az élet minőségéről, ennek tartalma döbbenetes. Például egy Rhynieből származó kovában egy épen maradt bogár látható, amelynek a belében egy gomba-chlamydospora fedezhető fel: ez a fantázianév olyan struktúrára utal, amely a hidegnek és a kiszáradásnak ellenáll. (A chlamydospórák propagulák, amelyek ivartalan ul, a gombafonalak leválasztódásával keletkeznek.) K. A. Pirozynski és D. W. Malloch kanadai botanikusok felvetették a "gombafúzió" lehetőségét, hogy meg lehessen magyarázni, miképp fejlődtek ki a növények 450 millió évvel ezelőtt. Azt feltételezik, hogy a gombák és az algák szimbiogenezisben egymás mellett fejlődtek, és a partnerek kombinálódtak. Végül is a növények biztosították az életnedvet a beléIII

jük került gombáknak, amelyek micéliumfonalai merev elágazódásokká és gyökerekké fejlődtek. Peter R. Astatt (University of California, Irvine) kiterjeszti a Pirozynski-Malloch-hipo tézist, kimutatván, hogya növények a sejt jeik cellulózfalát a gombák degradálási és abszorpciós lépéseivel bontják le. Például mind a gombák, mind a növények kitináz enzimeket választanak ki a talajba. Astatt azt állítja, hogyagombákkal való hosszú, társas együttlét során a növények ellopták és visszatartották a gombák génjeit. Manapság a mikorrhizák azok a duzzadt szimbiotikus struktúrák, melyek jól felismerhetőek és különállóak. Roppant színesek, és szimbiogenetikusan gombák és növények gyökereiből jönnek létre. A mikorrhizák növényi partnereiket ásványi táplálékokkal látják el, a talajban foszfort és nitrogént juttatva nekik. A növények a gombapartnereiket cserébe nedvekkel és fotoszintetizált élelemmel látják el. A mikorrhizák gombái manapság olyan chlaymidospórákat hoznak létre, amelyek meglepően hasonlóak az ősi fosszíliákban látottakhoz. Még a Rhynie-kovában megmaradt 450 millió éves növény, beleértve magát a Rhyniát is, duzzadt gyökerű. A gombák és a növények a szárazföldön történt megjelenésük kezdetén is már produktív szimbiózisban éltek. A szárazföldre költözés egy időben történt a növények kifejlődésével a vízben élő algákból. A szárazföldi túléléshez erő­ re, kitartásra volt szükség: erőnlétre, ellenállásra akiszáradással szemben, valamint megfelelő táplálékra. Astatt, aki nem győzte meg kollégáit, azt állítja, hogy ezek a nagy fejlődési ugrások az ősi algai előfordulást követően szükségessé tették, hogy szimbiózisok jöjjenek létre az algák és a gombák között. A zöldalgák, amelyek az óceán szélén lebegtek, nem csupán növekedtek, aztán pedig hipp-hopp, növénnyé váltak. Az Antarktiszon, a Victoria Land száraz völgyei olyanok, mint a jeges pokol. A szélviharok rendre lefújják és azonnal meg is fagyaszt ják a nyáron megolvadt jeget. Mindazonáltal a szikla felszíne alatt két vagy három milliméterre zuzmó k, gombák, algák, baktériumok szimbiotikus keveréke növekszik, gyarapszik, és sokszor még be is telepíti a porózus homokkövet. Ameddig ez a kis közösség a kvarckristályokon keresztül 112

süttetni tudja magát a Nappal, addig él. Az ilyen gomba-zuzmó sziklai akó k becsült együttes súlya 13 x 10 13 tonna, amely nagyobb biomassza, mint az összes élet az óceánban! Az algák a gombák védőtakarója alatt összekapaszkodnak, rátelepszenek a sziklára, szétterjednek annak felületén, és végül feltörik, lebont ják talaj já, amelybe a növények gyökerei és a gombák fonalhálója be tudnak hatolni. A mi örökké forgó planétánkon a kemény sziklák több százmillió év alatt összemorzsolódtak, gazdag, tápláló talajjá alakultak, és mindez a gomba-alga együttélés eredménye. A zuzmók szintén fontos szerepet játszottak abban, hogy az élet megjelenhessék a mérsékelt égövben. Több milliárd év alatt az élet, amelyet McMenaminék"hypersea"l-nek hívnak, kiterjesztette uralm át vizes otthonából a szárazföldre. Eleganciával, frissességgel és meglepő bőséggel meghódított olyan területeket, ahol eddig sohasem volt. Ma már a fajok száma és variációja a szárazföldön és azok köztes kapcsolatai messze meghaladják azokat, amelyek a tengerben, az élet eredeti előfordulási helyén élnek. Az élet biomasszája a Földön százszor, ha nem ezerszer nagyobb, mint a tengerben. Ennek a masszív jelenlétnek a zöme, kb. 84%, a fáknak tulajdonítható. A Föld befásítása az élet drámai kiterjedését jelentette, messze az óceáni anyaméhtől, ami együtt járt a földi környezet drámai újjászervezésével. A foto szintetizáló k számára az olyan tápanyagok, mint a kén és a foszfor, amelyek addig szabadon rendelkezésre álltak a vizekben, azaz az óceánok külső keringési rendszerében, hiányoztak a szárazföldön. Ezeket a táplálékokat magának a hypersea-hálózatnak kellett előteremteni. Azt mondhatjuk, hogy a szárazföldre való költözés magával vont egy sor szerkezeti és szerkezete n belüli változást. Ahol élet van, ott víz is van. A citoplazmának több mint 80%-a víz. Mark McMenamin és felesége, Dianna, aki paleontológus, felhívták a figyelmet a szimbiogenetikus köztes kapcsolatok rendkívül fontos következményeire azzal, hogy kitalálták ezt a találó nevet, "hypersea". Az, amire McMenaminék úgy utalnak, mint hypersea, gyakorlatilag a növények gyökérrendszere, mely a mikorrhiza gombáktól függ. Több mint 5000 mikorrhiza szimbiontát, a növények hajszálgyökerei közé ke113

veredett gombát ismerünk név szerint. Az edényes növények, mint amilyen a Rhynia is, egy korai példaként magukba foglalnak minden növényt, kivéve a gombákat, a májmohákat és még egy néhány olyan növényt, amely általában nedves, mocsaras földön honos. Az edényes növényeknek keringési rendszerük van. Képesek vizet pumpálni a földből a törzsük és a leveleik felé, valamint szétosztani a fotoszintetizált élelmet lefelé. Rejtettek és kevéssé ismertek azonban a mikroszkopikus és mikorrhizás föld alatti kapcsolataik; pedig ezek a szó szerinti alacsony szintű kapcsolatok megmagyarázzák a növények fantasztikus bőségét, amellyel nap mint nap találkozunk. Bár globális méretekben fontosak, a mikorrhiza gombák csak ritkán vonják magukra a figyelmet, pl. amikor szarvasgombák képében jelennek meg. Ezek az olasz és francia csemegék tulajdonképpen bizonyos aromás mikorrhiza gombák reproduktív, spóraképző részei. Ezeket a disznók és a kutyák szokták kiszimatolni a kemény fák gyökerei közül. A mikorrhiza-gyökerekkel rendelkező növények természetesen válogatódnak ki; a táplálékszegény talajban nagyobb méretű utódokat hoznak létre. Ezek nitrogén- és foszfátraktára nagyobb, mint testvéreiké, amelyek nem kapcsolódnak a gombákhoz. Valóban, a ma élő növények 90%-ának vannak mikorrhiza szimbiontái. Az összes növény 80%-a meghalna, ha gombatársaiktól megfosztanák őket. Nem kétséges, a hypersea uralkodik. Mindazonáltal McMenaminék koncepcióját kritikusan kell értékelnünk, és fenntartással kell helyeselnünk. Az orosz ásványtudós, Vlagyimir Vernadszkij (1863-1945) úgy ismerte el az életet, mint egy hatalmas geológiai erőt. Szinte előre használta a hypersea fogalmát, amikor az élő anyagot eleven, élő víznek hívta. Az eleven víz tulajdonképpen nagyon szemléletes leírása az életnek. 2 A növények úgy telepedtek a Földre, hogy az eredeti, nedves környezetüket újra teremtették, de önmagukba zárva. A fák rendkívül ügyesek abban, hogya vizet magukba zárják, kivigyék a szárazföldre és irányítsák párologtatását. Cellulózzal és ligninnel megerősített szöveteik szétágazó hálózatával a fák természetesen edényes növények. A lignin polifenol-szénvegyületek összetett kapcsolatrendszere, mely a fa keménysé114

géért felelős. A fák megjelenése 400 millió évvel ezelőtt az egész bioszférát felfelé és szerteszét terjedésre serkentette. A tenger és az édesvizek nagymérvű elterjedése a Földön a növények és a gombák bensőséges kapcsolatára alapozódott, akkor is és most is. A földlakók királyságában a gombáknak kitüntetett szerep jut. Miután nem fotoszintetizálók, élelmüket felszívás útján nyerik. Soha nem rendelkeznek mozgó ostorokkal, ezért a sejtjeik sohasem úsznak. De láss csodát, képesek túlélni az ideiglenes kiszáradást! A gombáknak jóval nagyobb türelmük van, mint a szenteknek. Csak ülnek és várnak, és amikor a nedvesség újból megjelenik, akkor felveszik. A legtöbb gomba bonyolult fonalhálózatot hoz létre, amelyek citoplazmával töltött tápláló csövecskék. Egyedül vagyalgákkal együtt mint zuzmó k, vagy növények gyökereivel együtt mint mikorrhizák, végül is legyőzték a Földet, és sokasodtak. A szimbiózis volt az a hold, mely az élet dagályát felemelte az óceáni mélységekből, a szárazföldre tette, majd a levegőbe emelte. A víz hálózata a Földön, a gombák által megelevenített víz a növényekben az, ami McMenaminék megfogalmazásában a hypersea. Ha ember valaha utazást tesz a távoli űrbe, ez a vállalkozás soha nem lesz olyan mesterkélt és sivár, mint az a "Star Trek" -ben látható. A steril műszaki ság víziója, amely elválaszt minket élőlénytársainktól, nem csupán Ízléstelen és unalmas, de szinte undorító. Nem számít, hogya saját fajunk mennyire uralkodik rajtunk, az élet egy sokkal tágabb rendszer. Az élet tulajdonképpen az anyag és energia hihetetlenül komplex egymástól függősége, fajok millióiban megnyilvánulva saját bőrünkön túl és belül. Ezek a földi "idegenek" a mi rokonaink, őseink és saját részeink. Saját anyagunkat forgatják vissza, és vízzel, élelemmel látnak el bennünket. Azt kell mondanunk, hogy "a másik" nélkül mi nem tudunk életben maradni. A mi szimbiotikus, interaktív és összefüggő múltunk ezen eleven vizek által kapcsolódik a mához.

8. FEJEZET

Gaia

A Földben nincs Csend - a c sendt ől , Mit eltürne a Végtelen - elijed a TermészetÉs nem nyughatna a Világ. (1 004)

A propriocepció, a mozgás és a tér érzékelése a testen belüli inger következtében, orvosi fogalom. Bár ezt a nevet nem ismerik igazán jól, maga a jelenség mindannyiunk számára ismerős. Proprioceptoraink szakadatlanul informálnak bennünket, hogy pl. felállunk, meghajt juk a fejünket, bandzsítunk a szemünkkel, vagy ökölbe szorítjuk kezünket. A proprioceptorok úgy működnek, mint az érző rendszerek, de nem a külső környezetünk vagy másoktól kapott információk hatására, hanem a testünkön belül. Az izmokhoz tapadó idegek azonnal reagálnak, amikor olyan mozgást érzékelnek, mint pl. tes tünk helyzetének megváltozása. Ezek az önmonitorizáló idegek értesítenek bennünket, hogyalábunkon állunk-e vagy a fejünkön, vagy olyan buszon vagyunk-e, amely üzemzavar következtében áll, esetleg éppenséggel 35 mérföldes sebességgel halad. A Föld szinte évezredek óta élvezi ezt az önérzékelő rendszert, jóval azelőtt működött, mielőtt az emberek megjelentek volna. A kisemlősök jelzik egymásnak a közelgő földrengést vagy felhőszakadást. Fák "illóanyagokat" bocsátanak ki magukból, hogy figyelmeztessék szomszédaikat a szövőlep­ kék lárváinak leveleiket fenyegető támadásáról. A propriocepció, vagyis saját magunk tudatos érzékelése valószínűleg olyan régi, mint mi magunk. Szeretem hinni, hogy mi, emberek csak felfokozzuk és tovább gyorsít juk a Gaia újkeletű propriocepciós képességét. A borneói erdőtüzekről és az amerikai helikopter olasz Alpokban bekövetkezett katasztrófájáról televíziós híradásból értesültünk New York városban. Mégis, a mostanra már kihalt farkasok és dinoszauroszok csapatai a maguk idejében már rendelkeztek saját proprioceptív, szociális kommu117

nikációval; a globális idegrendszer minden bizonnyal nem az emberek keletkezésekor kezdődött. A Gaia, az élettanilag szabályozott Föld, már jóval az emberek megjelenése előtt hasznosíthatta a proprioceptív globális kommunikációt. A levegő gázemissziókat és oldékony vegyületeket keringtetett a trópusi fákról, párosodásra kész bogarakkal és életveszélyben lévő baktériumokkal. A tavaszi szellő már az archaikus kortól kezdődően szerelmi anyagokat sodort. De természetesen a propriocepció sebessége rendkívül felgyorsult az elektronikus korban. A második Gaia-konferenciát ("Gaia in Oxford") Angliában 1996 áprilisában tartották tudósok és környezetvédők részvételével, hogy megtárgyalják a szuperorganizmusokat. Felvetődött a kérdés, hogy minden élet a bolygón egy szuperorganizmus része-e. Tekinthet jük-e az életet úgy, mint egyetlen önmagát szabályozó valóságot, amelyet mi Gaiának hívunk? Vajon a szuperorganizmushoz való ragaszkodásunk kényelmes, de tudományosan nem megalapozott információkat közöl a bolygó harmóniájáról? Ezekről az eszmékről kb. 40 résztvevő vívott szócsatát, és végül is egy következtetésre jutottunk: megalakítottuk a The Geophysiology Societyt (East London University). Legnagyobb örömömre 1997 végén döntésünket megsemmisítettük: a geofiziológia halott; éljen a Gaia. Az új szervezet most a következőképpen hívja magát: Gaia: The Society for Research and Education in Earth System Science (Gaia Társaság a Föld rendszereinek tudományos kutatására és oktatására). A Gaiát mint tudományos társaságot 1998. február 9-én alapítottuk a Royal Society főhadiszállásán, Londonban. E. O. Wilson biológus, aki világszerte elismert szaktekintélye a biodiverzitásnak, ezenkívül a hangyák biológiájának, társas viselkedésének és technológiai vívmányainak specialistája, egy videokazettát küldött üdvözlésképpen. Csodálatos vállalkozás volt a Gaia-teória szempontjából, hogya hivatalos beiktatás a világ egyik legtiszteletreméltóbb tudományos társaságának épületében zajlott. A televíziós üdvözlés egy igen nagy tiszteletnek örvendő harvardi professzor részéről, aki a Gaia híveit az óceán innenső partj áról képviselte, jó húzás volt. A fokozott kommuniká118

ció mindazok között, akik közreműködhetnek a Gaia-tudomány művelésében, csak azt teszi nyilvánvalóvá, hogy mennyire tudatlanok vagyunk a Föld felszínével kapcsolatban, amelytől annyira függünk. A Gaia-hipotézis sokak állításával szemben nem azt hirdeti, hogy "a Föld egyetlen organizmus". Kétségtelen azonban, hogy a Föld biológiai értelemben rendelkezik egy testtel, amelyet komplex fiziológiás folyamatok tartanak fenn. Az élet bolygószintű jelenség, és a Föld legkevesebb 3000 millió éve élő, eleven. Számomra az, hogy az emberiség felelősséget kíván vállalni az élő Földért, nevetséges - az erőtlenség megnyilvánulása. Az igazság az, hogy a bolygó vigyáz ránk, és nem mi őrá. Felfuvalkodottságunk diktálta erkölcsi indíttatásunk, hogy vigyázzunk a kiszámíthatatlan Földre, vagy meggyógyítsuk a mi beteg bolygónkat, csupán bizonyítéka annak, hogy mennyire hajlamosak vagyunk magunkat becsapni. Sokkal inkább szükségünk van arra, hogy magunkat magunktól védj ük meg. Az 1996-os konferencia központi figurája J ames Lovelock volt, aki a Gaia-hipotézis szülőatyja. Lovelock volt az első a kora 1970-es években, aki azt állította, hogy az élet összességében a környezetet saját hasznára optimalizálja. A biológusok azon a szón keseregtek, hogy"optimalizálja". Azt hányták a szemére, ugyan hogy lenne képes az élet tervezni bármit? Lovelockban már az 1960-as évek közepére kialakult az él ő Föld eszméje, évekkel azelőtt, hogy én találkoztam vele, amikor tanácsadója volt a NASA-nak. Abban próbált segítséget adni a NASA-nak, hogyan lehet az életet vagy annak nyomait felfedezni a Marson. Jim már akkor realizálta, hogy az életnek egy bolygón szüksége van arra, hogy a bolygó áramló rendszereit hasznosítsa, amely a Földön az atmoszféra, az óceán, a tavak és a folyók lennének, mert ezek keringetik vissza az elemeket, amelyek az élethez elengedhetetlenek. Szükség lenne a tápláléko k biztosítására és a hulladékok eltávolítására. Lovelock azzal érvelt, hogy egy élő bolygó kémiájának különböznie kell az élettelentől. Megfigyelte, hogy már a világűrb ő l nézve is a Föld atmoszférája kémiai ellentmondásokat mutat. A mi légkörünk túlságosan sok oxigént tartalmaz metánnal 119

együtt. Ezek a gázok, amelyek nagyon hevesen lépnek reakcióba egymással, ha keverednek, nem létezhetnének ilyen magas koncentrációban, hacsak a szint jeiket aktívan nem tartják fönt. Más gázok is bőséggel vannak légkörünkben teljesen valószínűtlen és nagyon instabil keverékben. A hidrogén és a nitrogén is robbanással reagál az oxigén jelenlétére, mégis a Föld légkörében együttesen léteznek. Amikor Lovelock elő­ ször küszködött a Marson való élet kimutatásával, a földi teleszkópok képeinek elemzése már megmutatta, hogya Marson, a Földdel ellentétben, a nem reaktív gázok stabil atmoszférát alkotnak. Mindebből Lovelock helyesen arra következtetett, hogy most nincs élet a Marson. Természetesen a Vikingűrszonda mindenképpen elrepült a Marsra abban a reményben, hogy valami életet mégis kimutat. Szerintem, amikor a Viking továbbította adatait a Földre 1976-ban, az csak megerősítette Lovelock jóslását a Gaia-teóriáról. Lovelock figyelme a Föld felé fordult. Független tudósként, aki egyszerre volt elszigetelt és mentes az akadémiai irányvonalaktól, Jim egyéni módon követte az érdeklődését. Fantasztikus bőséggel talált fel új dolgokat; az egyik legfőbb eredménye az elektront befogó készülék volt. Ez egy detektor, amelyet a gázkromatográfboz csatlakoztatnak, hogy bizonyos reaktív gázok, mint pl. a klórozott-fluorozott szénhidrogének (CFC, freonok) koncentrációját mérje a levegőben. Lovelock készülékét újratervezték, és széles körben árusította a Hewlett-Packard. Ez a készülék hozzásegítette Sherwood Rowlandot és Mario Molinát a MIT-nél, hogy megkaphassák 1995-ben a kémiai Nobel-díjat, mert kimutatták, hogy bizonyos hajtógázok és más gázok olyan reakcióba lépnek, amelyek tönkreteszik a sztratoszféra ózonrétegét. Voltak más vívmányai is, például megalapozta Rachel Carson ötletét a peszticidek mindenen áthatoló képességével kapcsolatban, melyeknek káros hatására Carlson a közvélemény figyelmét a Néma tavaszban hívta fel. Amikor Lovelock Angliában dolgozott a Medical Research Councilnek (MRC), akkor kriogenikával, alacsony hőmérsék­ letű biológiával foglalkozott. Állatokat és azok spermáját fagyasztotta le, majd a fagyasztott mintákat egy általa konstruált kamrában olvasztotta fel. Mikrohullámú sütő szerű készülékek 120

voltak ezek (azonban Lovelock nem szabadalmaztatta találmányát, mert a szabadalmaztatás hosszú és költséges procedúra, komplikált és meglehetősen társadalmi, és pontosan ezek azok a dolgok, melyeket Lovelock szeretett elkerülni). Amikor Jim aziránt kezdett érdeklődni, hogy az élet miként befolyásolta az atmoszférát a Földön, akkor ezeket a