Domaca stran Mikrobioloskih vecerov
Predavanje v okviru Mikrobioloskih vecerov, 3. december 1996
Marsikateremu ljubitelju biologije in celo biologu je skoraj neznano, da biologije ze od njenega porajanja naprej niso gradili le izsledki povsem objektivnih eksperimentov, temvec tudi razlicna temeljna pojmovanja zivega. Vsako pojmovanje, ki si jih bomo na kratko ogledali v nadaljevanju, je podpiralo dolocene raziskovalne napore in razlage znanstvenih izsledkov, druge pa je zavracalo kot nepomembne ali celo kot neznanstvene. Vzrok temu je sta izjemna heterogenost in kompleksnost organizmov ter zivljenja, ki zaenkrat (in toliko bolj v zgodovini) dovoljujeta le delen vpogled v ta misterij narave. To pomeni, da smo se dalec od popolne vzrocno posledicne razlage zivljenja. Ker pa skusamo v vsaki znanosti imeti vendarle neko kolikor toliko zakljuceno sliko o raziskovalnem podrocju (v nasem primeru o zivem), manjkajoce znanje nadomestimo s predpostavkami, ki se nam zdijo glede na trenutne uveljavljene razlagalne vzorce v sorodnih znanostih najbolj utemeljeni. To je tudi eden od razlogov za prevlado redukcionizma v moderni biologiji - ta slednjo mocno navezuje na kemijo in fiziko. Ti dve znanosti pa se ukvarjata z bistveno bolj homogenimi in preprostejsimi sistemi kot biologija, sta zato bolj zakljuceni, to je relativno bolj napovedni in teoretsko razdelani in tako delujeta kot paradigma (posnemovalni vzorec) za biologijo. Biologija naslonjena na kemijo in fiziko dobi videz vecje popolnosti, zrelosti in eksaktnosti, zal pa je to cedalje manj biologija sama, biologija kot avtonomna znanost.
Tako imenovana nova biologija predstavlja splosni javnosti bolj malo znane raziskovalne, filozofske, teoreticne in tudi posem empiricne, napore v okviru celega sveta, ki skusajo organizme razumeti z vidika njihove celovitosti in ne le kot zgolj molekularne strojcke. S tem vracajo biologiji zopet njeno avtonomnost, pa ceprav se marsikje vezejo na fiziko posebnih, t.im. koherentnih sistemov. Ne glede na to, da danes nova biologija se ne ogroza resno prevladujoce molekularno orientirane biologije, je zaradi svojih prodornih razmislekov in izzivalnih odkritij vendarle vredna ogleda. Morda tudi zaradi tega, ker bi utegnila postati biologija prihajajocega stoletja.
V skladu s se danes tako raziskovalno kot miselno zelo neobvladljivima kompleksnostjo in heterogenostjo, ki puscata mnoga bioloska in biolosko-filozofska vprasanja odprta, je razumljivo, da je bilo od preteklosti do danes mnogo razlicnih predstav o zivem. Ne glede na njihove medsebojne razlike, jih lahko uvrstimo v dve splosni struji, katerih temelji so se izoblikovali ze v antiki. Avtorja prve lahko vidimo v Aristotelu (384-322 pr. n. st.), avtorja druge pa v Demokritu (470-380 pr. n. st.) (Vorlaender 1986: 56-7).
Sodec po prvem izmed obeh modelov je zivljenje fenomen, ki ga omogoca (vzpostavlja) posebna, v ostali naravi nedelujoca sila ali princip. Po drugem pa je zivljenje samo posebna kombinacija pojavov, ki v nicemer ne odstopa(jo) od nezive narave. V prvem primeru je zivljenje neko posebno stanje bivanja (ima poseben ontoloski status) in ima organizem lastne kavzalne moci oziroma avtonomijo. V drugem primeru pa je zivljenje le neka posebna organizacija materije, ki po svojih lastnostih v nicemer bistveno ne odsopa od nezive narave. Ko se je v novem veku izoblikovala znanost, sta ta dva osnovna teoretska modela postala dve temeljni in nasprotujoci si znanstveni paradigmi. V primeru prve govorimo cesto o vitalizmu oziroma organicizmu, pri drugi pa o mehanicizmu oziroma, v sirsem smislu, o redukcionizmu. Sele v nasem stoletju se je poleg obeh navedenih paradigem pojavila tudi tretja osnovna razlaga zivljenja, ki ni ne vitalisticna ne strogo mehanicisticna. Gre za nevitalisticni organicizem, ki ga je v tridesetih letih tega stoletja utemeljil Ludwig von Bertalanffy (Bertalanffy 1932, Jerman 1987). Pa tudi med strujami, ki se zdijo na prvi pogled mehanicisticne, lahko najdemo take, ki niso povsem redukcionisticne. Zaradi tega bomo naceloma govorili o treh temeljnih bioloskih paradigmah: vitalisticni, organicisticni in mehanicisticni. Danes se zacenja porajati povsem nova bioloska paradigma, ki je se najblize organicisticni, toda vkljucuje tudi elemente vitalizma in mehanicizma - zaradi pomanjkanja splosnega imena ji pravimo kar nova biologija.
Med obema temeljnima paradigmama biologije je torej zevajoc prepad. Kar prva postavlja kot bistvo svojega videnja zivljenja, druga povsem zavraca; kar pa druga postavlja na osrednje mesto, prva pojmuje kot nebistveno. Zgodovinski pregled razvoja bioloske misli nam pokaze, da sta se ti dve paradigmi vedno soocali in tekmovali druga z drugo, s tem da je v enem obodbju prevladala ena, v nekem naslednjem pa druga. Pomembna razlika med obema paradigmama je tudi v pojmovanju ravni vzrocnosti. Vitalizem vidi primarne vzroke za funkcioniranje organizmov v nekem posebnem zivljenjskem dejavniku, ki ga ne moremo reducirati na sicer poznano nezivo naravo. Nasprotno pa mehanicizem, v skladu s svojo idejo, da vodi gibanje organizmov mehanicni sestevek njihovih materialnih delov (naprimer atomov pri Demokritu), vidi vzroke za funkcioniranje organizmov edino v njihovih delih. Takemu naziranju pravimo tudi redukcionizem, saj gre za redukcijo celote na njene dele. Vitalizem tako v nacelu zagovarja avtonomijo organizmov in s tem trdi, da je zivljenje poseben fenomen, medtem ko jo redukcionizem zanika, s cimer zanika tudi posebnost zivljenja.
V biologiji sta obe predstavljeni temeljni paradigmi vedno soobstajali, s tem da je zdaj prednjacila ena in zdaj druga, kar je v znanosti svojevrsten primer (Singer 1959, Monod 1974). Resnici na ljubo je treba povedati, da vsakokratna uveljavitev ene od obeh ni pomenila nekega vase zakljucenega kroznega toka, temvec da je vsaka paradigma vedno nastopila na popolnejsi stopnji razlage. Tako je v renesansi dalec prevladovalo vitalisticno pojmovanje zivljenja, v novem veku mehanicisticno, predvsem pod vplivom Newtona in Galilea. V drugi polovici 18. stoletja pa se je pod vplivom filozofov narave (npr. Kanta, Okena) in kemikov (npr. Lavoisierja) rodila organicisticna biologija, kjer se je biologija sele sploh postavila na noge kot samostojna naravoslovna veda. V ospredje je stopila zopet paradigma (organicisticna), ki je favorizirala avtonomijo organizmov in videla v organizmih predvsem njihovo notranjo organizacijo, ki jih povezuje v celoto. Deli organizmov so bili videti sekundarni, podrejeni skupnemu cilju. V devetnajstem stoletju se je ta pogled zacel umikati pred novim pohodom redukcionizma (genetika, biokemija, eksperimentalna biologija, Darwinov nauk) in je proti koncu stoletja prakticno povsem izginil.
Kljub epohalnemu uveljavljanju redukcionisticne paradigme se je na zacetku 20. stoletja v njenem zaledju vendarle razvijal tudi vitalizem, ki ga danes lahko razglasimo za nekaksno fosilno biolosko paradigmo. Svojo resno podstat je dobil z znanim Pasteurjevim eksperimentom iz druge polovice 19. stoletja, ki je dokazal, da zivo izhaja le iz zivega (omne vivo ex vivo). Kako torej nastane prvo zivo bitje? Prvi materialisticini poskusi razlage nastanka zivljenja niso bili pretirano prepricljivi (1). Tako se je miselni prostor na siroko odprl za spekulacije, da je vsaj prve organizme ustvarjala neka visja sila - in ta je tedaj se vedno odgovorna za zivljenje, saj zivljenje temelji na njej. Drugo podrocje nove opore za vitalizem je bilo biokemijsko odkritje, da nastopajo v organizmih skoraj izkljucno L-aminokisline in D-sladkorji, medtem ko nastajajo v naravi le racemne, opticno neaktivne oblike. Ker v naravi ne more priti do selekcije med obema stereoizomerama, je morala to narediti posebna, nefizikalna in nekemijska sila (2).
Tretje pomembno oporisce neovitalizma je bilo odkritje embriologa Hansa Driescha (1867-1941) v prvem desetletju tega stoletja. Ugotovil je, da v primeru locitve obeh celic, nastalih po prvi delitvi zigote morskega jezka, nastaneta dva manjsa cela jezka, in ne dve jezkovi polovici. S svojimi eksperimenti je Driesch dokazal, da lahko celota nastane iz dela (to je imenoval embrionalna regulacija) in tudi, da lahko tudi po namernih vecjih motnjah embrionalnega procesa zopet nastane normalna celota (harmonicna regulacija). Iz tega je sklepal, da lahko doseze embrio svojo "usodo" po vec razlicnih poteh (princip ekvifinalnosti; Lipkind 1992). Driesch sam se je odlocili za razlago, da vodi embriogenezo jezka neki notranji smoter, tako imenovana entelehija, ki ve, kaksen mora biti koncni rezultat in organizira razvojne procese v tej smeri. Prav morfogeneza je se danes najmocnejse oporisce nasprotnikov moderne mehanicisticne biologije. Moderna organicisticna biologija (predvsem v obliki strukturalizma), ki jo bomo obravnavali v nadaljevanju, se krepi ravno v taboru ontogenetikov in morfogenetikov. Sam vitalizem pa je izgubil osnovo z odkritjem vloge DNA pri genetskih procesih in genetskih regulacijskih mehanizmov. Marsikaj, kar je vcasih presegalo sposobnosti mehanicisticne razlage, je mozno danes razlagati s pomocjo biokibernetskih nacel.
Redukcionizem iz konca 19. in zacetka 20. stoletja se je brez vecjih idejnih sprememb izpopolnil v pretezno (3) molekularni mehanicizem. Bioloska razlaga je zavzela naslednje stalisce. Za zunanjo strukturo organizmov in njihovo vedenje je odgovorna zelo kompleksna in pretanjena notranja organizacija bioloskih procesov. Njo raziskuje tako imenovana funkcionalna biologija ali biologija bliznje vzrocnosti. Za organizacijo sedaj ni odgovoren neki vitalisticni dejavnik ali organizmska celota, temvec dednostna informacija, zbrana v celoti organizmovih genov - genomu. Oblikovanje te informacije pa temelji na dolgi zgodovini razvoja organizmov, kjer sta kot glavni "sili" delovali spontana variabilnost in neizprosna selekcija najbolj zmoznih organizmov - to pa naj bi raziskovala tako imenovana evolucijska biologija ali biologija oddaljene vzrocnosti (Mayr 1984). Tako smo dobili stiri temeljne vzrocnostne bioloske ravni. Raven zunanje strukture se kaze kot raven posledic, raven filetskega razvoja pa kot raven najglobljih, skrajnih in ireducibilnih vzrokov. Vmesni ravni imata nekatere avtonomne vzrocne in tudi posledicne momente. ce odstejemo zgodovino in obravnavamo organizme le z vidika trenutnega obstoja (se pravi, ce se omejimo le na funkcionalno biologijo), o vseh procesih, ki so bistveni za zivljenje, odloca molekularna raven, se pravi predvsem beljakovine in nukleinske kisline. Sodobna biologija v svoji najbolj uveljavljeni paradigmi tako zopet prisega na demokritovski redukcionizem - to pot molekularni - in na ekskluzivnost ucinkujocega ter materialnega vzroka. Morfogeneza in razvoj organizacije sta le avtomaticni posledici spontane agregacije genskih produktov. Vsa oblika organizma je tako zapisna ze v genih, podobno kot to velja za primarno zgradbo beljakovin.
Poslednjo skrivnost zivljenja vidi v organizaciji in strukturi svoje glavne favoritinje, DNA. Organizmi so zgrajeni na podlagi tocno dolocenega informacijskega zapisa v DNA ali, bolje, genetskega programa. Z drugimi besedami receno, genetski zapis je ucinkujoci vzrok za nenehno porajanje in oblikovanje organizmov, vse ostalo igra bolj ali manj vlogo materialnega vzroka. Organizmi so torej reducirani na gene (ti pa so dejansko le odseki velike makromolekule DNA) in s tem na molekule. Nekateri biologi verjamejo, da so v genih neposredno vkodirane celo sheme zivcnih poti (Stent 1984). Organizem kot celota v tem pogledu izgubi svojo avtonomijo, saj nima skoraj nobenih (ucinkujocih) vzrocnih moci. Postane le se precej nemocan posrednik med muhavim zunanjim okoljem in prav tako muhavim notranjim okoljem variabilnega genoma. Se z drugega zornega kota gledano postane tako rekoc zgolj nemocen genski konstrukt, ki se bori za prezivetje svojih stvarnikov - genov - kot to lepo podaja Dawkins v svoji teoriji sebicnega gena, eni najbolj briljantnih teorij, ki razgrinjajo naravo sodobnega genetskega redukcionizma v biologiji (Dawkins 1976).
V tridesetih letih tega stoletja se je zacel ob obstojecem vitalizmu in utrjenem redukcionizmu zopet razvijati organicizem kot tretja bioloska paradigma, kar se je zgodilo prvic v zgodovini biologije (4). Uvedel ga je Ludwig von Bertalanffy, ki ga lahko stejemo tudi kot oceta teoreticne biologije (glej Bertalanffy 1932). Bistvene tocke njegovega organicizma so, da je organizem sistem vzajemno povezanih in urejenih odnosov ter da njegovo ohranjanje in reprodukcija izhajata prav iz teh odnosov. Poudarek je, podobno kot Lamarck, postavil na omrezje odnosov in ne na dele (naprimer molekule, celice), kot to delajo redukcionisti. Trdil je, da je organizem nad ravnijo atomov, molekul in koloidnih raztopin ter da je povsem naravno pricakovati, da nastopajo poleg "anorganskih" zakonov tudi povsem novi, ki so specificni za organizem. Takim zakonom, ki se pojavijo na neki novi ravni organizacije delov v celoto, pravimo tudi emergentni; naziranju, ki zagovarja emergentne zakone pa emergentizem. V splosnem pojmuje Bertalanffy organizme kot celote, ki niso sestevek svojih delov; kot dinamicne sisteme; in kot primarno aktivne - in ne reaktivne (Bertalanffy 1952). V zivljenju pa je identificiral dve glavni naceli: ohranjanje ravnovesja in hierarhicno organizacijo.
Nova biologija, ki se razvija nekje v zaledju danes prevladujocih in vecinsko pozornost vzbujajocih znanstvenih naporov in odkritij, se postopoma oblikuje iz dveh izvorov. Prvi izhaja iz same biologije, predvsem embriologije in predstavlja danes najbolj razvito obliko organicizma z imenom strukturalizem, drugi pa izhaja iz biofizikalnih logov.
Po Bertalanffyju in drugih omenjenih zgodnjih pripadnikih te smeri je organicizem nasel svoje najmocnejse oporisce v tako imenovanem bioloskem strukturalizmu. Izhodiscna tocka modernega organicizma je organizem kot avtonomna celota. Beseda avtonomna izhaja iz grskih besed autos (sam, lasten) in nomos (zakon, princip), in v tem smislu pomeni nekaj, kar ima lastne, to je emergentne, zakonitosti. Se drugace receno, avtonomnost tu pomeni, da ima organizem na ravni sebe kot celote vzrocne moci - resda ne vseh - za lastno delovanje. ceprav po mnenju organicistov bioloska celota (namrec organizem) temelji na delovanju njenih delov, je ti deli ne dolocajo v celoti. Z drugimi besedami, zakonitosti delov (pa najsi gre za molekule, organele, celice, tkiva, organe ali drugo) omejujejo obnasanje oziroma delovanje celote, ji postavljajo mejne pogoje, nikakor pa je ne dolocajo znotraj teh meja. Celota je torej bistveno vec kot le sestevek oziroma agregat svojih delov. Iz tega izhaja, da nam zgolj - cetudi se tako natancno - poznavanje molekularne in nadmolekularne zgradbe ter delovanja ne zadosca za razumevanje vsega organizma oziroma celotnega fenomena zivljenja.
Mnogi organicisti gredo se dlje in trdijo, da celota ni le ireducibilna na svoje sestavne dele, temvec da je tudi - vsaj v ontogenetskem smislu - prvotna. Njeni deli so iz nje izvedeni. V ontogenezi mnogocelicarjev se deli organizma dejansko izdiferencirajo iz prej homogene celote - oplojene jajcne celice. Deli organizma so torej produkt heterogenizacije celote, in so tako sekundarni.
Zanimiv je tudi odnos organicistov do evolucije vrst. Najpogosteje radikalno odklanjajo neodarvinisticno teorijo evolucije, zlasti njen panselekcionizem, saj naj bi darvinisticni mehanizem evolucije povsem negiral avtonomijo organizmov in s tem tudi eventuelni njihov vpliv nanjo. Odlocilen za evolucijo naj bi bil proces zivljenja in ne posledica nakljucne variabilnosti in selekcije (Ho 1988, Ho in Fox 1988). Organicisti sicer ne zanikajo povsem delovanja selekcije in nakljucne variabilnosti, vendar trdijo, da zlasti nad nivojem vrste na evolucijo bistveno vplivajo principi (univerzalne in brezcasne zakonitosti) organizmove celote. Pri obravnavanju uveljavljene paradigme smo videli, da je njena najgloblja vzrocnostna raven tista, ki povzema zgodovino razvoja organizmov in se tako opira na zgodovinska nakljucja. Prav temu oporekajo strukturalisti, saj trdijo, da so univerzalni bioloski zakoni pomembnejsi od nakljucij zgodovine. Po njihovem naziranju bi morala biologija postati veliko bolj racionalna in ne toliko historicna znanost, ki zgolj evidentira pretekla nakljucja (Goodwin 1988). Ker so organizmi sami nosilci svojih ireducibilnih (emergentnih) zakonitosti, ki vsaj do neke mere vplivajo na evolucijske zmogljivosti vrste, je jasno, da do neke mere sami sodolocajo smer njene evolucije.
Organizme oblikujejo zakonitosti, ki izhajajo iz njihove celovite organizacije. To posebno stanje materije in energije imenujejo organicisti kar zivo stanje. Zivo stanje lahko razumemo kot zelo kompleksen sistem, ki ga definira veliko stevilo (n) spremenljivk (naprimer pH, T, ozmotski pritisk, razlicna elektromagnetna polja, tri prostorske razseznosti, cas, energija, ionska porazdelitev, koncentracije molekul in drugo). ce si vsako od teh spremenljivk zamislimo kot eno koordinato, ki je pravokotna na vse druge, dobimo n-dimenzionalni prostor, ki ga zaradi visokega stevila dimenzij imenujejo tudi hiperprostor. Podobno kot v navadnem dvodimenzionalnem koordinatnem sistemu enacba, ki povezuje odvisno in neodvisno spremenljivko (naprimer y=x^2+3) doloca neko enodimenzionalno krivuljo in v trodimenzionalnem sistemu enacba (naprimer y=2x^3+3z+xz^2-5) doloca neko povrsino, nastopa v hiperprostoru enacba ali sistem enacb, ki dolocajo neko zelo komplicirano tvorbo v (n-1)-ti dimenziji. Po analogiji s hiperprostorom se ta imenuje hiperpovrsina. Odvisna spremenljivka tu pomeni nekaksno energijo zivega stanja; vecja ko je v dani tocki hiperprostora, vecjo energijo ima, in s tem manjso stabilnost.
Pravkar predstavljeni sistem je dinamicen: energija zivega stanja bo, ce je le mozno, vedno potovala z visje tocke na hiperpovrsini na nizjo. Kotanje na hiperpovrsini bodo torej pomenile nekaksne privlacne tocke ali s tujko atraktorje (5). cim bo zivo stanje prislo v blizino take kotanje, bo zacelo polzeti vanjo in se bo ustavilo na njenem dnu. Dna kotanj so torej homeostatske tocke oziroma tocke najvecje stabilnosti, homeorezi (6) pa ustrezajo struge, ki stalno potujejo navzdol, podobno kot struge rek. V nasprotju s tem so vrhovi "hribov" nestabilne tocke, od koder gre lahko zivo stanje v katerokoli smer. Zivljenje v staticnem smislu je mozno le v kotanjah, v dinamicnem smislu (kot nenehen tok) pa le v strugah. O obojem ponavadi govorimo kot o tockah dinamicne stabilnosti, ki predstavljajo podrocja minimalne energije.
Podobno kot se oblikuje stabilna oblika vrtinca pri odtekanju vode iz banje, se na tockah dinamicne stabilnosti oblikuje organizem. Pojav stabilnega razvojnega toka ali homeoreze je ze dolgo znan iz podrocja embriologije, kjer so opazili, da manjse, in vcasih celo vecje, umetno povzrocene motnje zacasno spremenijo embriogenezo, vendar se ta kasneje zopet vrne v stare tirnice, tako da nastane normalen organizem. Dejansko gre pri strukturalizmu za razsiritev domene tega pojma s podrocja embriogeneze na celotno organizmsko ontogenijo. Zivljenje kot nenehni razvojni tok naj bi bilo torej inherentno stabilno, in ne labilno, kot si to predstavlja mehanicisticna biologija. Med kotanjami hiperprostora so nestabilna podrocja, podobna hribom, zato niso mozne vsakrsne zivljenjske oblike, kot to izhaja iz neodarvinizma. Po slednjem bi bila naceloma namrec mozna vsakrsna oblika, ki bi imela selekcijsko prednost in bi bila seveda fizikalno mozna. K temu moramo povedati, da moderna, na darvinizmu temeljeca, sinteticna teorija evolucije dejansko tudi uvideva nekatere inherentne omejitve pri razvoju organizmov, ki ne izhajajo zgolj iz selekcije, vendar pa to plat evolucijskih omejitev zelo rada zanemarja.
Pojav nove zivljenjske oblike (naprimer nove vrste ali visje taksnomoske enote) pomeni skok iz ene stabilne kotanje v drugo: evolucija je torej skokovita, in ne postopna ter zvezna, kot to predvideva neodarvinizem. Zaradi homeostatskih, stabilizirajocih lastnosti kotanj dinamicne stabilnosti pride do evolucijske spremembe sele po zadostnem nakopicenju sprememb notranjega (genom, fizioloski parametri) ali zunanjega okolja. ce so nakopicene spremembe prevelike, zivo stanje takega organizma ne more zavzeti stabilne kotanje in organizem umre. ce se to zgodi na ravni bioloske vrste, pride do izumrtja. ce pa spremembe omogocijo preskok v novo kotanjo dinamicne stabilnosti, dobimo novo taksonomsko enoto. Majhne spremembe, ki jih predpostavlja neodarvinisticni koncept evolucije, tu pomenijo le "stopicljanje" v okviru kotanje dinamicne stabilnosti.
K oblikovanju kotanje dinamicne stabilnosti prispeva tudi okolje. Zaradi tega organizmi niso v tako ostri in neizprosni borbi z okoljem, kot to prikazuje neodarvinizem, temvec veliko bolj v sozvocju z njim. Adaptacija organizmov na okolje pomeni le dosezenje stabilnosti njihove zivljenjske strategije.
Celovita organizacija zivega stanja vkljucuje tako genom kot vse drugo, zato ni vec pomebna razlika med genotipom in fenotipom. Deduje se namrec celovita organizacija, in ne le genom. To organizacijo v njenem kineticnem vidiku, predvsem ko vzpostavlja obliko organizma, mnogi organicisti imenujejo kar morfogenetsko polje (Lipkind 1992, Frankel 1982, Goodwin 1984). V preprostejsih primerih poizkusajo organicisti to polje tudi matematicno opisati (Goodwin 1985, Goodwin & Lacroix 1984, Goodwin 1993). Morfogenetsko polje po svojem vplivu na zivo stanje in celo dedovanje v strukturalizmu nadomesca vlogo genoma oziroma genotipa pri moderni molekularno redukcionisticni biologiji. Tudi ta pojem je nastal v embrioloskih logih, kjer so ugotovili, da pri morfogenezi sodeluje vec fizikalnih dejavnikov, naprimer ozmotski pritisk izvencelicne tekocine in adhezijske sile med celicami (Goodwin 1993b). Vse te dejavnike se da razumeti kot posebno polje, v katerem nastajajo napetosti oziroma sile, ki se izrazajo v agregaciji celic in v vzpostavitvi njihove polarnosti (usmerjenosti). Tako polje je lahko precej lokalizirano, naprimer morfogenetsko polje enega od udov. Zlasti ce gre za morfogenezo segmentiranih delov (naprimer prstov in vretenc pri vretencarjih, somitov pri mnogoclenarjih) prej ali slej tako polje izoblikuje notranje razcepe, ki jim sledijo multiple agregacije celic - zametki prstov, vretenc in drugo. Glede na to, kako strogo je definirano, je potem ustrezno dolocena tudi morfogeneza: pri ribah je naprimer polje pri morfogenezi plavuti precej manj strogo doloceno kot pri sesalcih. Rezultat je mnogo bolj robustno oblikovan ud. S poskusi so tudi ugotovili, da morfogenetsko polje, ki nastopa v embriogenezi, ne more biti poljubno oblikovano, temvec kaze znacilnosti atraktorskih domen (kotanj). Z zunanjo motnjo lahko morfogenezo premaknemo iz ene struge v drugo, ni pa teh strug neskoncno stevilo. Tako je vsaj na tej ravni jasno, da resnicno niso mozne vsakrsne oblike organizmov in da vzpostavljanje le-teh vodijo notranji zakoni morfogenetskega polja. Geni vsopajo v ta proces kot proizvajalci snovi, potrebnih za adekvatno oblikovanje morfogenetskega polja. Toda sami po sebi niso zadosti.
Zanimiv je odnos organicistov do sistematike. Ker naj bi na evolucijo - vsaj ce govorimo o taksonomskih enotah, visjih od vrste - delovale predvsem zakonitosti celovite organizacije, sedanja sistematika ni racionalna, to je ne uposteva zakonitosti, temvec podaja le stanje "v zgodovini zamrznjenih nakljucij". Prava sistematika naj bi temeljila na ugotovljenih tipih celovite organizacije (Goodwin 1982, Webster 1984), oziroma na njenih zakonitostih - podobno kot je to veljalo za znanega paleontologa Cuvierja, ki je deloval v casu Lamarcka. Da evolucijo vodijo inherentne bioloske zakonistosti in ne le muhava zgodovina, je razvidno iz vec evolucijskih pojavov (Goodwin 1993), naprimer pojava vzporednih morfologij pri organizmih, ki se razvijajo v razlicnih, ceprav do neke mere sorodnih linijah; pojava psevdomimikrije pri metuljih, ki zivijo na povsem nepovezanih koncih svetah; zelo dolgozivih homolognih struktur in iz relativno majhnega stevila osnovnih gradbenih tipov zivalskih debel, kar ustreza majhnemu stevilu teoreticno predpostavljenih moznosti za izoblikovanje nekega definitivnega globalnega vzorca v morfogenetskih procesih.
Pojem bioloske koherence, ki se nanasa na razlicne pojme fizikalne koherence (naprimer valovna koherenca, kvantna koherenca), je zelo tezak koncept in bo zato predstavljen v posebnem prispevku (predavanje Alexisa Zrimca - Koherentna narava zivljenja). V okviru tega predavanja bomo skusali dobiti le zelo grob vpogled v ta, izgleda osnovni, pojem nove biologije. Koherenco lahko razumemo kot daljnosezno povezavo med prostorsko locenimi elementi (naprimer molekulami, celicami in celo organizmi). Pojem koherence se cesto nanasa na neko polje, tako da govorimo o koherentnih poljih. V takih poljih posamicne fluktuacije ne delujejo vec loceno, podobno Brownovemu gibanju, temvec so temeljno povezane in lahko celo poenotene v eno veliko fluktuacijo (naprimer fenomen laserja). Tako polje oznacuje visoka urejenost, ki pa ni nujno preprosta ali staticna, temvec je lahko kompleksna in dinamicna. Najbolj od vsega pa je pomembno, da je tak red celovit, to je oznacuje oziroma podcrtuje celoten prostor, kjer deluje pripadajoce polje. V primeru bioloskega koherentnega polja dobimo uresnicenje strukturalisticnih idej o morfogenetskem polju z lastnimi zakonitostmi, ki ne usmerja le ontogenezo in morfogenezo temvec tudi evolucijo.
Bioloska koherenca je bila najprej teoreticno predpostavljena, bodisi kot klasicen valovni pojav endogenega bioloskega elektricnega polja na mikrovalovnem frekvencnem obmocju (Herbert Fröhlich 1988), bodisi kot kvantno mehanski pojav tega istega polja (Emilio del Giudice s sodelavci 1984, 1988). Kasneje so sledile tudi potrditve teh napovedi s strani raziskovalcev mikrodielektroforeze (Pohl 1980, Pollock & Pohl 1988) ali interference rastnih procesov s sibkim (generiranim) mikrovalovnim poljem. Povsem nedvoumne potrditve bioloske koherence se ni, se najbolj neposredno je bila raziskana pri pojavu t.im. ultrasibke bioluminiscence (glej npr. Popp 1992, 1992b), to je zelo sibkemu sevanju fotonov iz organizmov (glej A. Zrimec: Koherentna narava zivljenja). Podobno kot je dobila Fröhlichova teorija svojo kvantno mehansko podobo, se tudi pojav ultrasibke bioluminiscence v globljih intepretacijah razlaga preko kvantne mehanike. Novo biologijo torej oznacuje mocan kvantno mehanski pristop. V tem kontekstu tudi ni vec samo govora o valovni koherenci temvec o kvantni koherenci.
Naslednja pomembna lastnost nove biologije je, da v organizmih ne vidi samo koherentne urejenosti, ampak tudi neurejenost. Zivljenje poteka na robu med koherentno urejenostjo in nekoherenco, neurejenostjo. Organizme torej obvladuje posebna urejenost materije, ki temelji na koherentni organizaciji molekularnih dipolov in pripadajocega endogenega EM polja. To polje naj bi delovalo kot multimodalni laserj, ki deluje na visokem razponu valovnih dolzin od manj kot 1 Hz do frekvenc UV svetlobe ( 10^15 Hz). Tako stanje bi bilo seveda mozno le ob dejstvu, da so organizmi dalec od termodinamskega ravnovesja, oziroma ker imajo ogromno shranjene molekularne energije.
V zvezi s starimi bioloskimi dilemami: redukcionizem <--> vitalizem in redukcionizem <--> organicizem se tu pokaze povsem nova situacija, kot vlada v uveljavljeni bioloski paradigmi. Nova biologija se utemeljuje na fiziki in ji ne moremo ocitati substancialnega vitalizma, saj ne trdi, da bi organizme obvladovala neka nadfizicna inteligentna sila. Po drugi strani pa, podobno kot vitalizem, trdi, da je zivo stanje nekaj povsem svojskega tudi v fizikalnem smislu (koncept dalekosezne bioloske koherence z visoko sposobnostjo ohranjanja energije in porazdeljevanja energije skoraj brez izgub). Tak pogled dejansko odpira vrata siroko zasnovanemu pojmovanju zivega, ki ni "geobiosfersko-centricen" (navezujoc se na DNA, beljakovine, celice in tako dalje), temvec vesoljno univerzalen, saj zivo oznacuje poseben tip koherentnega reda in ne neka konkretna substanca.
In tu pridemo do mocnega sticisca z organicizmom, saj tudi avtorji nove biologije ugotavljajo, da je koherenten red emergentna lastnost, ki se je ne da reducirati na posamezne elemente celice. Kot emergentna celota je organizem vzpostavljen povsem na fizikalni osnovi, in ne na podlagi kake idealisticne ali naivno organicisticne ideologije. Nova biologija v idejnem smislu predstavlja renesanso organicisticne misli, toda na neprimerno visji znanstveni ravni, kot je to veljalo bodisi za organicizem Lamarckovega obdobja ali za moderni organicizem Bertalanffyjevega tipa; izjema je seveda strukturalizem, ki je v konceptualnem smislu marsikje postavil temelje novi biologiji
Prica smo torej pojavu in naglemu razvoju izzivalne bioloske paradigme, ki bo v (verjetno ze relativno bliznji) prihodnosti ogrozila danes se vedno trdno uveljavljeno molekularno redukcionisticno paradigmo. Pri tem je zanimivo, da ta paradigma sloni na kemiji (biokemiji, molekularni biologiji), medtem ko nova, emergentisticna, biologija temelji na fiziki (biofiziki, kvantni mehaniki). To je nekoliko presenetljivo, saj bi si v normalnem pogledu clovek predstavljal, da je fizika kvecjemu skrajna tocka redukcionizma, v smilu kaskade: biologija se reducira na kemijo in ta na fiziko. Spomnimo se, da je bioloski redukcionizem za casa Newtona temeljil prav na enacenju organizmov z nezivimi fizikalnimi objekti. ce bi bil tudi sodobni redukcionizem, ki preveva naravoslovje, podobno dosleden, bi se torej moral napajati zlasti iz spoznanj kvantne fizike. Toda tu bi naletel na nov problem - na skrajni paradoks in svojo lastno negacijo: kvantna fizikaglej prinasa nekaj povsem drugega kot redukcionisticna spoznanja - in s tem prav ona predstavlja novo utrdbo holizma v znanstveni sedanjosti in prihodnosti. Kot vse kaze, se redukcionizem ne more vec resiti iz te svoje zagatne pozicije med Scilo in Karibdo, od katerih ena pomeni padec v nedoslednost, druga pa prestop v holizem.
Nova biologija pa ne spreminja pogleda le na organizme in osnovne zakonitosti zivljenja, temvec korenito spreminja tudi poglede na elemente osnovne ravni moderne bioloske redukcije, to je na molekule. Tudi teh, vsaj v okviru organizmov, ne pojmuje kot pasivne in slepo zaletavajoce se kepice atomov, temvec jim pripisuje sposobnost prilagajanja oziroma inteligence. Molekule naj bi bile najmanjsi in povsem naravni predstavniki povsem novega tipa racunalnikov - kvantnomehanskih racunalnikov (7), sposobnih kratkosezne (znotrajmolekulske) in daljnosezne (medmolekulske) koherence. Drugace receno, v sklopu splosne koherence zivega stanja so tudi molekule delezne zivljenja. Antipodnost modernemu redukcionizmu, kjer se zivljenje reducira na "mrtve" molekule, je torej popolna: v novi biologiji navidezno mrtve molekule dozivijo vstajenje (emergenco) v ples zivljenja.
Bertalanffy L, 1932, Theoretische Biologie I, Gebrueder Borntraeger, Berlin.
Bertalanffy L, 1952, Problems of life, Watts & Comp., London, 37-47.
Dawkins R, 1976/1990, The selfish gene, Oxford University Press, Oxford.
del Giudice E, Doglia A, Milani M, 1984, Order and structures in living systems, v: Nonlinear Electrodynamics in Biological Systems, Plenum Publ. Corp., 477-87.
del Giudice E, Doglia A, Milani M, Vitello G, 1988, Structures, correlations and electromagnetic interactions in living matter, v: Biological Coherence and Response to External Stimuli, Springer Verlag, Berlin, 49-64.
Frankel J, 1982, Global patterning in single cells, J.Theor.Biol., 99: 119-34.
Fröhlich H, 1988, Theoretical physics and biology, v: Biological Coherence and Response to External Stimuli, Springer Verlag, Berlin, 1-24.
Goodwin BC, 1982, Development and evolution, J.Theor.Biol., 97(1): 43-55.
Goodwin BC, 1984, A relational or field theory of reproduction and its evolutionary implications, v: Beyond NeoDarwinism, Academic Press, London, 219-41.
Goodwin BC, 1985, Developing organisms as self-organising fields, v: Mathematical essays on growth and the emergence of form, The university of Alberta Press, 185-200.
Goodwin BC, 1988, Morphogenesis and heredity, v: Evolutionary process and metaphors (ur.: Ho M-W, Fox SW), John Wiley & Sons, Chichester, 145-62.
Goodwin BC, 1993, Development as a robust natural process, v: Thinking about biology (ur.: Stein WD, Varela FJ), Addison-Wesley Publ. Comp., Massachussets, 123-48.
Goodwin BC, 1993b, Homology and a generative theory of biological form, Acta Biotheoretica, 41: 305-14.
Goodwin BC, Lacroix N, 1984, A further study of holoblastic cleavage fields, J.Theor.Biol., 109(1):41-58.
Ho M-W, 1988, On not holding nature still, v: Evolutionary process and metaphors (ur.: Ho M-W, Fox SW), John Wiley & Sons, Chichester, 117-44.
Ho M-W, Fox SW, 1988, Processes and metaphors in evolution, v: Evolutionary process and metaphors (ur.: Ho M-W, Fox SW), John Wiley & Sons, Chichester, 1-16.
Jacob F, 1974, The logic of living systems, Allen Lane, London.
Jerman I, 1987, Nekateri filozofsko metodoloski problemi organicisticne biologije, Anthropos, 1-2: 361-7.
Lipkind M, 1992, Can the vitalistic entelechia be a working instrument?, v: Recent advances in biophoton research and its applications (ur.: Popp FA, Li KH, Gu Q), World Scientific, Singapore, 469-94.
Mayr E, 1984, How Biology Differs from Physical Sciences, v: Evolution at Crossroads, Bradford Book, Cambridge, 43-63.
Pohl HA, 1980, Oscillating fields about growing cells, Internat.J.Quantum Chem.: Quantum Biology Symposium, 7: 411-31.
Pollock JK, Pohl DG, 1988, Emission of Radiation of Active Cells, Biological Coherence and Response to External Stimuli, Springer Verlag, Berlin, 139-47.
Popp FA, 1992, Some essential questions of biophoton research and probable answers, v: Recent advances in biophoton research and its applications (ur.: Popp FA, Li KH, Gu Q), World Scientific, Singapore, 1-46.
Popp FA, 1992b, Some remarks on biological consequences of a coherent biophoton field, v: Recent advances in biophoton research and its applications (ur.: Popp FA, Li KH, Gu Q), World Scientific, Singapore, 357-73.
Singer C, 1959, A History of Biology, Abelard-Schuman, London.
Stent GS, 1984, Hermeneutics and the analysis of complex biological systems, v: Evolution at Crossroads, Bradford Book, Cambridge, 209-225.
Vorlaender K, 1968, Zgodovina filozofije, Slovenska matica, Ljubljana.
Webster G, 1984, The relations of natural forms, v: Beyond NeoDarwinism, Academic Press, London, 193-217.
Zrimec, A: Koherentna narava zivljenja - empiricne osnove nove biologije (predavanje v okviru Mikrobioloskih vecerov)
http://avs.iephb.ru/genphen1.html
http://summa.physik.hu-berlin.de/projects/evoalg/papers/
http://www.datashopper.dk/~qlife/summer.htm
http://kiel.netsurf.de/homes/Mark.Dammer/photon.html
http://www.gip.jipdec.or.jp/english/project-e/project23-e.html
http://www.reed.edu/~rsavage/frohlich.html
(1) Danes je to seveda drugace, tako v eksperimentalnem kot v teoreticnem smislu, kar si bomo ogledali v naslednjem poglavju.
(2) Danes je to vprasanje se vedno odprto, ceprav so odkrili selekcijo D-sladkorjev na posebnih glinah, ki bi bile lahko pomembne tudi kot zibelka zivljenja.
(3) Sodobna biologija je tako razvejana veda, da je tudi v smislu osnovne paradigme ne moremo obravnavati povsem enotno. Lep primer tega je zmerni emergentizem, za katerega se zavzema eden najvaznejsih sodobnih evolucionistov, Ernst Mayr (Mayr 1984), ceprav ga organicisti, katerih glavna odlika je prav zavzemanje za emergentizem, uvrscajo med svoje idejne nasprotnike.
(4) V Lamarckovem obdobju je bil organicizem vitalisticno obarvan in ga ne bi mogli obravnavati kot tretjo idejno smer.
(5) Vec o atraktorjih, ki postajajo cedalje pomembnejsi koncept v moderni teoreticni biologiji - tudi nestrukturalisticni -, glej naprimer Rietman 1993.
(6) Pojem pomeni stabilni tok, za razliko od homeostaze, ki pomeni stabilno stanje.
(7) O njih tecejo dandanes ze zelo resne razprave in nacrti, niso pa se realizirani (glej naprimer Lloyd 1995).
Domaca stran Mikrobioloskih vecerov