У том смислу могло би се рећи да имају сложеност која не досеже онај критичан, неопходни ниво да би се могли сматрати живим организмима. С друге стране, се морају сматрати нечим вишим од неживе твари јер у одређеним околностима оживе.
Дефинисање живота важно је из више разлога. Пре свега, за биологију, медицину и науку уопште важно је знати с чиме се суочавамо – с неживим хемикалијама које имају понеко, али не и сва кључна својства живота, или са стварним обликом живота. Такође, ако желимо пронаћи ванземаљски живот, његове производе или, пак, трагове постојања у прошлости, морамо знати шта заправо тражимо.
Према дефиницији астробиолога НАСА, „живот је самоодржив хемијски систем способан за Дарвинову еволуцију”. На темељу познавања земаљског живота, који једино познајемо, НАСА наводи пет кључних својстава, као што су: 1. хемијска природа, 2. метаболизам повезан с водом, 3. коришћење термодинамичке неравнотеже, односно извора топлоте, као што су Сунце и ужарено Земљино језгро, 4. наслеђивање и 5. еволуција под утицајем природне селекције захваљујући наследним биомолекулима.
Дакле, ако на некој планети тражимо живот, прво што треба тражити биће вода, важна за метаболичке процесе, органски молекули, које су саставни блокови живота, и минерали и гасови, попут метана, који је на Земљи у великој мјери повезан с метаболизмом живих организама.
Ентропија и настанак живота
Но, живот на другим телима у свемиру не мора нужно бити сличан земаљском. Примерице, можда није апсолутно нужно да флуид потребан за метаболизам мора бити вода. Она је због својих бројних својстава најприкладнија течност у земаљским условима. На површини многих тела, попут Сатурновог месеца Титана, толико је хладно да је вода тврђа од гранита. То не значи нужно да је живот на Титану немогућ. Наиме, тамо би текући метан можда могао преузети улогу флуида неопходног за живот.
Познати физичар Ервин Шредингер у својој научно-популарној књизи What is life стога у причу о животу уводи ентропију, концепт који адресира комплексности система. Чини се да она у новије време постаје све битнија за дефиницију живота, особито ако желимо пронаћи живот другачији од земаљског, какав би могао постојати на хладним телима. То је важно за развој одговарајућих сонди, ровера и инструмената којима би га требало тражити.
Kакве везе има ентропија са животом? У складу с другим законом термодинамике сваки систем од стања високе уређености с временом долази до стања хаоса (односно максималне ентропије), у којем влада термодинамичка равнотежа у којој је енергија посвуда равномерно распоређена. Примерице, температура шољице кафе временом ће се изједначити с температуром собе (соба ће се мало загрејати, а кафа доста охладити), тако да ће размена енергије у једном тренутку стати. Више неће бити разлике у енергији која би се могла искористити за неки рад.
Неки креационисти воле ту чињеницу истицати као аргумент против настанка живота процесом Дарвинове еволуције, јер се лаицима може чинити да се други закон термодинамике противи идеји о настанку нечега тако сложеног као што је живот. Kако би настало нешто сложено у свемиру који од уређености тежи хаосу и енергетском мртвилу? Међутим, физичари знају да то није тако једноставно. Наиме, постоје бројни примери да се у природи стварају врло организоване структуре попут кристала или пахуља снега. Зашто? Зато што такве сложене структуре гледано макроскопски заправо доприносе повећању ентропије иако је микроскопски, организовањем у сложенија стања организованости, смањују. То посебно вреди за живот, а изнад свега за његово кључно својство – репликацију, односно размножавање.
Наиме, живи организми, који се темеље на угљенику, много су успешнији у хватању енергије из околине и распршивању те енергије унаоколо него обичне насумичне хрпице атома угљеника. То посебно вреди за тзв. отворене системе у којима постоји неки спољашњи извор енергије. Примерице, група атома коју покреће Сунце или хемијско гориво, окружена неком топлом купком попут барица мора или воде у близини подморских термалних отвора, врло ће се често поступно реструктуирати тако да апсорбује и распршује више енергије и тиме погодује ентропији. У том смислу могли бисмо рећи да је живот очекивана последица другог закона термодинамике, односно ентропије.
Стога би у потрази за животом у свемиру, свакако, требало узимати у обзир ентропију.
Шта живот има и шта ради?
Уџбеници из биологије углавном настоје описати својства која говоре што живот има или што живот чини. Kада је реч о томе што живот има, једна од кључних одлика је ћелија, одељак, односно затворени простор у којем се збивају биохемијски процеси. Ћелије се често наводе као кључно својство живота, због утицајне теорије станица настале 1837-1838, која каже да су сва жива бића састављена од ћелија и да је она основна јединица живота. Од једноћелијских бактерија до билиона ћелијаа које чине људско тело, чини се као да сав живот има одељке – ћелије.
Kада се говори о одликама живота, такође се истиче и оно што живот ради. То су: раст, размножавање, способност прилагођавања и метаболизам, односно хемијске реакције чија енергија покреће биолошке активности.
Но, проблем представља то што за бројне дефиниције живота постоје и неки изузеци од правила. Примерице, приони су протеини који се могу репликовати и узроковати болести, попут крављег лудила, а ипак се не могу сматрати обликом живота јер им мањкају бројна кључна својства живих организама. С друге стране неке животиње, попут мула, не могу се размножавати јер су стерилне, а ипак је недвосмислено да су жива бића.
Јесу ли живи, неживи или на ивици?
Један од најпознатијих примера проблема с дефинирањем живота свакако су вируси. Они имају нека својства живота, али немају сва. Примерице, могу се репродуковати, за шта имају потребне гене, који су ДНК или РНК молекули, и такође могу еволуирати. Међутим, они то не могу чинити самостално, већ су им за то потребни ћелијски састојци, механизми и енергија домаћина. Они такође немају властити метаболизам. У том контексту занимљиво је присетити се како је ишао развој наших спознаја о вирусима. Будући да су углавном много мањи од бактерија, било их је тешко видети под првим микроскопима који су имали слаба повећања. Стога су се дуго сматрали отровима, што се одражава у њиховом називу који долази од латинске речи за отров, односно отровну текућину.
Прва подробнија истраживања вируса кренула су крајем 19. столећа. Први вирус који је откривен био је вирус мозаичне болести дувана. За њега се знало да узрокује болест биљака, а да није бактерија. Након што су Вендел М. Стенли и колеге 1935. године на Универзитету Рокефелер у Њујорку први пут кристализовали вирус мозаика дувана и видели да је он штапићаста збирка сложених биомолекула, вируси су се почели доживљавати као пакетићи инертних хемикалија. Већ тада било је очито да им недостају битни системи неопходни за метаболичке функције, односно за биохемијске активности живота. Стенли је за то откриће добио Нобелову награду 1946.
Даља истраживања показала су да се вируси састоје од нуклеинских киселина (ДНК или РНК) затворених у протеинске омотаче, који такође могу садржати вирусне протеине који учествују у инфекцији. Примерице, омотач вируса SARS-CoV-2 садржи протеинске шиљке (S) којима се веже за ћелије, да би потом ушао у њих. Но, према тим спознајама, вирус је и даље више наликовао на кутију за алат, пуну сложених, неактивних оруђа, него на живи организам.
С друге стране, показало се да вируси, када уђу у ћелије домаћина, постају врло активни. Одбацују своје омотаче, огољују гене и подстичу механизме ћелије (попут једра и рибозома) да репродукују вирусну ДНК или РНК и да производе разне вирусне протеине на темељу упутстава садржаних у вирусним генима тј. њиховим нуклеинским киселинама. Новостворени делови вируса се потом окупљају и састављају у мноштво нових вируса, који могу изаћи из ћелија да би заразили друге ћелије и поновно се репликовали (графике састава вируса доле).
Дакле, могло би се рећи да вируси паразитирају на свим биомолекуларним аспектима живота. Они зависе од ћелија домаћину када је реч о сировинама и енергији потребној за синтезу вирусних гена и њихових протеина, за обраду и транспорт и за све остале биохемијске активности које вирусу омогућују да се умножи и прошири. У том смислу могло би се закључити да су вируси, иако у ћелијама преузимају управљање свим наведеним процесима, у бити неживи паразити живих система. Односно, како су то неки виролози поетски срочили, „вируси воде неку врсту позајмљеног живота”. Или, једноставно, „чекају живот”.
Вируси могу бити необавијени (слика А горе) или обвијени (слика B доле).
Слика А – Вирусну честицу (5) чини нуклеокапсида (4), која се састоји од (1) капсиде, односно протеинске љуске што обавија и штити генетски материјал вируса од деловања ензима ћелије домаћина. Kапсида је грађена од подјединица, тзв. капсомера (3), и носилац је вирусних антигена по којима одбрамбени механизам препознаје вирусе и реагује на њих нападом. У капсиди се налази генски материјал вируса, односно нуклеинска киселина која садржи упуте потребне за умножавање вируса. Kод неких вируса то је ДНK, а код неких РНK. У случају коронавируса 2019 n-CoV, то је РНK.
Слика B – Неки вируси обавијени су липидском овојницом (6) која потиче од ћелије у којој се умножавају. Из ње стрше гликопротеински изданци (7) којима се вирус прихвата на ћелију примаоца. Такви су, међу осталим, вируси грипа, ХИВ-а и коронавируси.
Хипотезе о настанку вируса
У овом контексту су, такође, занимљиве три кључне претпоставке о настанку вируса.
Према тзв. регресивној хипотези, вируси су некада могли бити мале ћелије које су паразитирале на већим ћелијама. С временом су изгубили гене који им нису били потребни за такво паразитирање. Ову хипотезу подржавају бактерије попут кламидија, које се, слично вирусима, могу размножавати само унутар ћелија домаћина. Њихова зависност од паразитизма је, вероватно, узроковала губитак гена важних за преживљавање ван ћелија.
Према хипотези о ћелијском пореклу, неки су вируси можда еволуирали из делова ДНК или РНК који су побјегли из генског кода већег организма. Одбегли делови ДНК могли су доћи из бактеријских плазмида, комада ДНК који се могу непосредно размењивати међу бактеријама, чак и ако припадају различитим врстама (графика доле). Таквим преносом плазмида бактерије без процеса размножавања и наслеђивања размењују важна својства, попут резистенције на антибиотике. Одбегла ДНК, такође, би могла потицати од тзв. транспозона, делова ДНК који се реплицирају и премештају на различите положаје унутар гена ћелије.
Према хипотези о заједничкој еволуцији, вируси су се можда развили из сложених молекула протеина и нуклеинске киселине у исто време кад су се ћелије први пут појавиле. Они су потом милијардама година коегзистирали са ћелијама тако да су били зависни од ћелијског живота. У прилог тој хипотези говори постојање вироида, молекула РНК који се не сматрају вирусима јер им недостаје протеински омотач. Често се називају субвирусним агенсима, а важни су узрочници болести код биљака. Они не кодирају протеине, али комуницирају са ћелијом домаћина и користе машинерију домаћина за своју репликацију. Посебно је занимљиво да постоје неки вируси, попут људског вируса хепатитиса делта, који има РНК геном сличан вироидима. Он не може произвести властити протеински омотач, али га може позајмити од вируса хепатитиса B. Дакле, геном вируса хепатитиса делта може се једном самостално реплицирати унутар ћелије домаћина, но потребна му је помоћ вируса хепатитиса B да би добио протеински омотач неопходан за улазак и инфекцију других ћелија.
Kада бисмо могли одгонетнути тајну настанка вируса, било би нам јасније јесу ли они живи организми који су паразитирањем изгубили нека својства самосталних организама које сматрамо живима, или су хемикалије које су паразитирањем усвојиле нека својства живота.
Важно је истакнути да ниједна од наведених хипотеза није у целости потврђена, а свакој су пронађене слабости. Штавише, научници данас сматрају да је могуће да немају сви вируси заједничко порекло и да су различити вируси могли настати на више различитих начина.
Недовољан ниво сложености
Јасно је да је размеђа између живога и неживога ствар дефинисања и постављања границе. Ипак, очигледно је да камен никако не може ући под дефиницију живог организма, док једноћелијске бактерије могу. Но између камена и бактерије постоји још низ прелазних корака у сложености. Дакле, проблем дефиниције живота могао би се посматрати као питање степена у развоју комплексног система.
За поређење, један неурон сам по себи није свестан. Није то чак ни мрежа неурона, међутим цео мозак јесте, особито људски. Слично појединачни блокови живота, попут аминокиселина, протеина, ензима, нуклеинских киселина и других, сами по себи не чине живот. Но на неком нивоу комплексности и интеракција они заједно почињу функционисати као живи организми.
У том смислу могло би се рећи да вируси имају сложеност која не досеже онај критични, неопходни ниво да би се могли сматрати живим организмима. С друге стране, они се ипак морају сматрати нечим вишим од неживе твари јер у одређеним околностима оживе. Вируси су на рубу живота и неживе твари, како вам се више свиђа посматрати их.
(Извор Индекс)
