Czym jest życie? Carl Zimmer, pisarz popularyzujący nauki przyrodnicze, w rozmowie z Janem Dzierzgowskim podważa nasze stereotypowe myślenie o tym, co żywe, a co martwe.

Chyba każdemu z nas zdarzyło się usłyszeć: „No cóż, takie jest życie”. Ale czym życie właściwie jest? To pytanie stawiamy sobie od zarania dziejów, głowili się nad tym najwybitniejsi filozofowie, biolodzy, biochemicy, astrobiolodzy czy fizycy… Definicji powstało tyle, że naukowcy musieli zacząć je klasyfikować. Teraz w cały ten fas­cynujący chaos postanowił się zagłębić Carl Zimmer – dziennikarz zajmujący się naukami przyrodniczymi, autor 14 wielokrotnie nagradzanych książek, w tym wydanych u nas Śmiech ma po matce. Tajemnice genów i Co cię gryzie. Fascynujący świat pasożytów. Żeby dowiedzieć się, czym jest życie, Zimmer hodował bakterie w laboratorium i śledził ich ewolucję, chodził po opuszczonych kopalniach i badał zimujące nietoperze, stanął też oko w oko z pytonem. A poza tym przyglądał się pracom wybitnych naukowców. Efektem tych przygód jest jego najnowsza książka Life’s Edge: The Search for What It Means to Be Alive.

Jan Dzierzgowski: Naukowcy świetnie sobie radzą z tworzeniem definicji, więc zapewne już dawno ustalili, czym jest życie, prawda?

Carl Zimmer: Mogłoby się tak wydawać, ale w rzeczywistości nie udało się im osiąg­nąć konsensusu. Każdy biolog, z którym rozmawiałem, ma swoją ulubioną definicję. Zapytasz jednego, to wyjaśni ci, czym jego zdaniem jest życie. Zwrócisz się do drugiego i usłyszysz, że tamta pierwsza definicja jest niedorzeczna. Panuje więc fascynujący chaos. Wyobraź sobie, co by było, gdyby fizycy nie potrafili się dogadać co do definicji elektronu. W biologii tak to właśnie wygląda.

Informacja

Z ostatniej chwili! To druga z Twoich pięciu treści dostępnych bezpłatnie w tym miesiącu. Słuchaj i czytaj bez ograniczeń – zapraszamy do prenumeraty cyfrowej!

Subskrybuj

Jak to? Przecież wszystkich nas uczono w szkole, że każdy żywy organizm ma ściśle określone cechy. Musi np. przyswajać pokarm i dokonywać przemiany materii, rozmnażać się, reagować na bodźce…

Kiedy naukowcy zastanawiają się nad tym, czym jest życie, bardzo często przywołują zestaw takich samych fundamentalnych cech. Zaliczają do nich choćby metabolizm, zdolność do rozmnażania się i ewolucji oraz homeostazę, czyli zdolność utrzymywania względnie stałych parametrów wewnętrznych. Jeżeli jednak sporządzisz taką listę i zaczniesz się przyglądać poszczególnym organizmom lub komórkom, szybko natkniesz się na kłopoty, gdy napotkasz byty, które mają tylko niektóre cechy właściwe istotom żywym. Zdaniem części badaczy jedną z takich cech jest posiadanie genów. Weźmy zatem pod lupę komórki krwi. Leukocyty, czyli krwinki białe, mają DNA, natomiast erytrocyty – krwinki czerwone – są go pozbawione. Czy zatem erytrocyty są żywe, czy nie? Wirusy też mają geny, ale nie dokonują przemiany materii i nie potrafią się samodzielnie rozmnażać, potrzebują w tym celu komórek organizmu, który zakażają. Czy wobec tego należy je uznać za żywe? Jak widać, jeżeli próbuje się opracować definicję życia na podstawie listy określonych cech, sprawy szybko się komplikują.

Wiele tego rodzaju komplikacji opisujesz w swojej najnowszej książce Life’s Edge… Chwilami można odnieść wrażenie, że interesują Cię one bardziej niż sama odpowiedź na pytanie o istotę życia – a już na pewno bardziej niż definicje.

Ludzie łatwo ulegają złudzeniu, że prosty obraz świata jest prawidłowy. A potem natykają się na zjawisko, które wywraca do góry nogami wszystkie ich dotychczasowe założenia. Poza tym bardzo często kierują się intuicją, która podpowiada im, czy coś jest żywe, czy martwe. Mózg człowieka jest wyczulony na procesy zachodzące wewnątrz ciała oraz na otaczające nas stworzenia, a zwłaszcza na organizmy należące do tego samego gatunku co my. Niektóre części naszych mózgów są wyspecjalizowane w dostrzeganiu ruchów czy rozpoznawaniu twarzy. Właśnie dlatego widok martwej osoby wywołuje w nas szok – nasze mózgi są zorientowane na wyszukiwanie oznak życia i spodziewają się je dostrzec, a tymczasem u trupa niczego takiego nie widzimy. Kierujemy się więc rozmaitymi intuicyjnymi założeniami na temat życia i śmierci oraz sądzimy, że nauka po prostu uzupełni pewne luki i potwierdzi to, co i tak już wiemy. Może jednak nasze założenia wcale nie są tak trafne, jak się wydaje.

To rzeczywiście problematyczne, bo przecież pytanie o to, czym jest życie, ma ważny wymiar polityczny. Chcemy np. wiedzieć, kiedy zaczyna się życie człowieka. A co w tej sprawie ma do powiedzenia nauka?

Wielu polityków w Stanach Zjednoczonych twierdzi, że życie ludzkie zaczyna się w chwili poczęcia, ale nie definiuje, czym jest samo życie, więc tak naprawdę wracamy do punktu wyjścia. Mylimy różne aspekty. Co mamy na myśli, kiedy mówimy „życie”? Jeśli jedynie to, że istnieje komórka, która pozyskuje pokarm, dokonuje przemiany materii, a następnie wydala, zapłodnienie nie ma tu nic do rzeczy. Zgodnie z tą definicją niezapłodniona komórka jajowa i plemnik są jak najbardziej żywe. Niektórzy idą więc dalej i stwierdzają, że w chwili zapłodnienia powstaje nowy genom. Ale czy genom może być podstawą definicji życia? Załóżmy, że zapłodniona komórka jajowa się podzieli i kobieta zajdzie w ciążę bliźniaczą. Otrzymujemy w ten sposób dwie osobne komórki i dwa genomy. Czy każda z tych komórek jest w połowie żywa? Czy bliźnięta, które przyjdą na świat, nie będą w pełni ludźmi? Czasem z kolei mamy dwa nierozwinięte embriony z dwoma różnymi genomami, które się łączą i z których powstaje jeden embrion. Ten embrion może się normalnie rozwijać, aż urodzi się zupełnie zdrowy człowiek. Czy zatem któryś z pierwotnych embrionów umarł?

Podobne problemy mamy ze zdefiniowaniem momentu śmierci. W różnych epokach przyjmowano odmienne podejścia.

Owszem, definicja śmierci zmieniała się wraz z rozwojem nauki. Setki lat temu trudno było jednoznacznie stwierdzić każdy zgon. Medycy wymyślali więc najdziwniejsze metody, by rozwiać wątpliwości. Pewien lekarz opowiadał się za tym, by stosować lewatywę z dymu tytoniowego. Jeśli pacjent na nią nie reagował, to znaczy, że był martwy. W dodatku ludzie bali się, że przypadkiem zostaną pochowani żywcem i obudzą się w trumnie. Sprawy poszły naprzód, kiedy zaczęliśmy lepiej rozumieć naszą fizjologię i poznaliśmy procesy zachodzące w komórkach po śmierci. Rozwijała się nauka i powstawały nowe urządzenia, takie jak respiratory. Kiedy człowiek nie może oddychać samodzielnie, np. wskutek wypadku, wyręcza go w tym respirator. Może to też dotyczyć osób, które np. doznały poważnego uszkodzenia mózgu. Serce bije, ale mózg przestał funkcjonować i nie ma szans na powrót do normalności.

Dlatego w latach 60. XX w. pojawiła się nowa definicja śmierci. Stwierdzono wówczas, że praca serca ma mniejsze znaczenie i że liczy się śmierć mózgu. Ale takie postawienie sprawy to raczej kwestia wyboru, którego dokonali uczeni, lekarze i politycy, a nie ścisłych, biologicznych praw. Uznaliśmy, że człowiek jest nie tylko zbiorem komórek, lecz także istotą, która doświadcza świata dzięki swojemu mózgowi. Na tym właśnie miałoby polegać życie człowieka. Kiedy mózg umiera, życie się kończy.

Zdarzają się jednak przypadki sporne. Pewna dziewczynka w Stanach Zjednoczonych musiała zostać podłączona do respiratora. Nastąpiła śmierć mózgu. Stan Kalifornia wystawił dziecku akt zgonu, jednak matka nie umiała się z tym pogodzić i przewiozła córkę do New Jersey, gdzie obowiązują inne przepisy. Dziewczynka spędziła pod respiratorem kilka lat, przeszła nawet dojrzewanie. Jej serce biło, komórki się dzieliły. Pewne części mózgu wciąż były aktywne, ale wyższe czynności mózgowe na zawsze ustały i pacjentka nigdy nie odzyskała przytomności. W końcu zmarła z powodu krwotoku wewnętrznego. Wtedy stan New Jersey wystawił jej kolejny akt zgonu. To, że jedna osoba może otrzymać dwa akty zgonu, ilustruje, jak trudno czasami wyznaczyć granicę między życiem a śmiercią.

Czytając Twoją książkę, często uświadamiałem sobie, że niektóre moje przekonania dotyczące tego, jak wygląda świat żywych istot, były zbyt uproszczone. Choćby kwestia reprodukcji – na pozór zdolność do rozmna­żania wydaje się całkiem dobrym ­kryterium pozwalającym uznać daną istotę za żywą. Ty jednak opisujesz rozmaite wyjątki od tej reguły.

Rozmnażanie się to jedna z najczęściej wymienianych podstawowych cech żywych istot. Ale jeśli nie masz dzieci i się na nie nie decydujesz, czy to oznacza, że jesteś martwy? Gdybym poddał się wazektomii, nikt raczej nie uznałby mnie za przedmiot. A więc zdolność do reprodukcji to w pewien sposób cecha zasadnicza, a zarazem opcjonalna. Przywołajmy inny przykład: bakterie. W przeciwieństwie do nas nie rozmnażają się one płciowo, tylko przez podział. Żyją m.in. na dnie morskim, gdzie jest utrudniony dostęp do źródeł energii, mają bardzo mało ciepła i pożywienia. Bywa, że w ogóle nie dokonują przemiany materii i czasem miną tysiące lat, zanim pojedyncza komórka się podzieli. Czy w związku z tym powinniśmy uznać, że bakterie są żywe, czy martwe?

Wybitny biochemik Albert Szent-Györgyi stawiał prowokacyjne pytanie, czy królik żyjący samotnie, a więc niezdolny do reprodukcji, powinien być zaliczany do grona istot żywych.

Owszem, pojedynczy królik nie może się rozmnażać. Ludzie odpowiadali jednak Szent-Györgyiemu, że rozmnażanie się to cecha całego gatunku, a nie pojedynczego osobnika. Ponieważ istnieją samce i samiczki królika, mogą spłodzić potomstwo, gdy się ze sobą zetkną. W ten sposób omijamy problem pojedynczego królika. A jednak istnieją inne, o wiele bardziej fas­cynujące wyjątki od tej reguły, np. ryba o nazwie molinezja meksykańska, która żyje na południu Stanów Zjednoczonych i w Meksyku. Jest ona hybrydą – powstała z połączenia dwóch istniejących wcześniej gatunków – i rozmnaża się przez specyficzną formę partenogenezy. Wszystkie molinezje meksykańskie są samiczkami. Nie mają synów, a wyłącznie córki. Mówiąc w uproszczeniu, tworzą swoje klony. Aby tego dokonać, wchodzą w tarło z samcem należącym do jednego z dwóch spokrewnionych z nimi gatunków, a następnie niszczą jego plemniki. Przy okazji samice dostają swego rodzaju bodziec, dzięki któremu ich jaja zaczynają się rozwijać i na świat mogą przyjść młode. Molinezja meksykańska jest więc trochę podobna do pojedynczego królika, o którym mówiliśmy przed chwilą. Reprezentuje gatunek, który nie może się samodzielnie rozmnażać. Ale wystarczy, że spojrzysz na nią, gdy pływa w akwarium, by od razu stwierdzić: „To przecież oczywiste, że jest żywa”. Nasze definicje po raz kolejny okazują się zawodne.

I naprawdę Cię to nie frustruje?

Nie. Zależało mi na tym, by moi czytelnicy mogli pozachwycać się takimi dziwactwami i docenić istoty, które łamią reguły. Kiedy próbujemy zrozumieć żywe stworzenia, jesteśmy przez nie bezustannie zaskakiwani. Uważam, że to również jedna z zasadniczych cech życia.

Z „łamaniem reguł” spotkałeś się także wtedy, kiedy postanowiłeś przyjrzeć się różnym sposobom przemiany materii, a więc procesu uchodzącego za jeden z wyznaczników życia. Doprowadziło Cię to do krainy zwierząt, których panicznie się boję, czyli węży…

Metabolizm węży to prawdziwy cud przyrody. Zwłaszcza u pytonów, które swoje niemałe przecież ofiary połykają w całości i trawią przez kilka dni, a potem nawet przez wiele tygodni nic nie jedzą. Węże są kręgowcami, tak samo zresztą jak my, ale potrafią robić rzeczy, które w naszym przypadku zupełnie nie wchodzą w grę. Gdybyś chciał zafundować sobie odpowiednik posiłku pytona, musiałbyś zjeść na raz całą owcę, z głową, sierścią, racicami… Pytony mogą się w taki sposób odżywiać, bo są do tego przystosowane. Gdy tylko ofiara znajdzie się w pysku węża, jego fizjologia zaczyna się gwałtownie zmieniać. Masa jelita podwaja się w ciągu kilku godzin.

Podwaja? Jak to możliwe?

Tak, ściany jelitowe grubieją, żeby móc jak najszybciej strawić zjedzone zwierzę. Serce też robi się dwa razy większe, rozrasta się wątroba. Wiąże się to z ogromnym wydatkiem energii. Jeśli sfilmujesz trawiącego węża kamerą termowizyjną, zobaczysz, że wydziela on mnóstwo ciepła. Ma wtedy takie samo tempo przemiany materii jak galopujący koń – i utrzymuje je przez dwa albo trzy dni bez przerwy. Na koniec wydala sierść ofiary, po czym jego serce znów się kurczy, podobnie jak wątroba i jelita. Wszystko wraca do normy. Naukowcy próbują zrozumieć ten proces. Zastanawiają się, jakie geny muszą zostać aktywowane, by te zmiany fizjologiczne mogły się dokonywać w sposób bezpieczny, w dodatku po każdym posiłku. Kto wie, może przy okazji odkryjemy coś, co będzie miało zastosowanie w medycynie? Co prawda człowiek i wąż bardzo się od siebie różnią pod względem sposobu spożywania posiłków, a ludzkie serce nie może urosnąć dwukrotnie – chyba że za sprawą nowotworu – ale podstawowe procesy biologiczne zachodzące w naszych organizmach są mimo wszystko podobne.

Z jednej strony życie na Ziemi jest nieprawdopodobnie różnorodne, z drugiej zaś wszyscy wywodzimy się od ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka, który zamieszkiwał naszą planetę jakieś 3,5 mld lat temu. Może więc – jak twierdzi część naukowców – dysponujemy zbyt ograniczoną ­próbą badawczą organizmów i komórek, przez co nie potrafimy znaleźć odpowiedzi na pytanie, czym jest życie. Niewykluczone, że gdybyśmy napotkali je na innej planecie, to w ogóle byśmy go nie rozpoznali.

Badanie wszechświata jest z pewnością ważne. Łazik Perseverance szuka obecnie na Marsie form życia podobnych do tych, które istnieją na Ziemi. To zrozumiałe, że NASA wybrała takie podejście. Ale może rozwinęło się tam życie, którego nie potrafimy jeszcze zauważyć.

Niektórzy naukowcy twierdzą, że powinniśmy myśleć o życiu w szerszych kategoriach, bo inaczej ugrzęźniemy w detalach. Być może należy się skupić np. na poszukiwaniu skomplikowanych cząsteczek. Cząsteczki występujące na Ziemi, które powstały bez udziału żywych istot, są dość proste. Ich zsyntetyzowanie wymaga zazwyczaj kilku lub najwyżej kilkunastu kroków. Natomiast biocząsteczki, takie jak DNA czy duże złożone białka, okazują się niezwykle skomplikowane. Jeśli odkryjemy ich obecność na innych planetach, będziemy mogli stwierdzić, że prawdopodobnie istnieje tam życie, bo to jedyny znany nam mechanizm syntezy takich cząsteczek.

Czasami astrobiolodzy w ogóle uciekają od pytania o to, czym jest życie. Boją się, że każda odpowiedź mogłaby niebezpiecznie zawęzić ich horyzonty.

To prawda. Z kolei inni naukowcy mówią, że naszym celem nie powinno być opracowanie definicji ani sporządzenie listy zasadniczych cech, które muszą zostać spełnione, by mówić o życiu, ale raczej stworzenie teorii. Kilkaset lat temu alchemicy zastanawiali się nad tym, czym jest woda. Mówili o niej, że jest mokra, przejrzysta i że rozpuszczają się w niej pewne substancje. Tworzyli listę cech. Ale na tej podstawie jako wodę zaklasyfikowano też tzw. wodę królewską, czyli mieszaninę kwasu solnego i azotowego. Wreszcie w XIX w. dokonał się przełom w naukach chemicznych. Pojawiła się nowa teoria materii i odtąd naukowcy zamiast definiować wodę przez odwołanie do jej cech, zaczęli mówić o interakcjach między atomami tlenu i wodoru. Byłoby fantastycznie, gdybyśmy doczekali się teorii życia.

I tu docieramy chyba do kolejnego paradoksu, bo jeśli taka teoria powstanie, będzie to zapewne bardzo skomplikowana teoria biochemiczna, niezbyt zrozumiała dla laików i nieprzydatna na co dzień. Być może nie zdoła wpłynąć na to, co na temat życia podpowiada nam intuicja.

Niekoniecznie. Dzisiaj każdy wie, że woda to H2O, ponieważ uczą nas tego w szkołach. Dzieciaki dowiadują się rzeczy, które dawniej wykraczały poza możliwości poznawcze samego Leonarda da Vinci. Może za 300 lat laicy będą zgłębiać w szkołach teorię życia, której my na razie nie potrafimy jeszcze sformułować.

W tak odległej przyszłości dzieci będą pewnie uważały za oczywiste to, co wymyka się najtęższym umysłom naszej epoki…

Tak naprawdę jednak moja książka jest o porażkach. O ciężkiej pracy naukowców, która na razie nie zaowocowała żadnym sukcesem. Mam nadzieję, że przy okazji czytelnicy przekonają się, jak zachwycający i tajemniczy jest świat biologii, choć nikt nie powinien oczekiwać prostych odpowiedzi. Proste odpowiedzi nie istnieją.

Rzeczywiście, w Life’s Edge… mamy wiele przykładów porażek. Zajmowanie się istotą życia wydaje się bardzo ryzykowne z punktu widzenia kariery naukowej.

Dla biologa czy biochemika najbezpieczniej jest wybrać białko, które inni już porządnie zbadali i które ma zastosowanie w medycynie. Będzie mógł zajmować się nim przez wiele lat i wszyscy będą mu przyklaskiwać. Może nie osiągnie nic ważnego, ale zapewni sobie bezpieczne i wygodne życie. Jeśli zamiast tego ogłosi: „Zamierzam od zera stworzyć życie w moim laboratorium”, niekoniecznie zrobi karierę w nauce. Kiedy uczony zapuszcza się do strefy granicznej między tym, co żywe, a tym, co martwe, naraża się na ryzyko. Obiekt badań może nas bowiem zwodzić. Gdybyś studiował zoologię na początku lat 70. XIX w., z pewnością uczyłbyś się o gatunku zwanym Bathybius haeckelii. Odkrył go i nazwał jeden z najwybitniejszych biologów tamtych czasów, Thomas Huxley, który badał próbkę szlamu z dna morskiego i dopatrzył się w niej protoplazmy. Nie miał to być organizm składający się z komórek, ale coś, co nazwano „żywą pastą”. Zdaniem Huxleya mogło z niej wyewoluować życie na Ziemi. Tyle że gatunek Bathybius haeckelii w ogóle nie istniał. Okazało się, że to artefakt badawczy – po prostu muł wydobyty z dna morskiego i zakonserwowany z użyciem alkoholu, przez co powstała szlamowata maź, którą Huxley mylnie wziął za substancję organiczną.

Trzeba jednak przyznać, że gdy wykazano błąd, Huxley pokajał się na łamach „Nature” i odwołał swoje odkrycie. Lecz naukowcy zajmujący się życiem mają też inny problem. Ich badania należą bowiem do sfery tzw. badań podstawowych. A te nie są obecnie tak sexy jak badania stosowane, z których płyną rozmaite praktyczne korzyści.

To prawda, ale badania podstawowe są niezwykle ważne. Łatwo zapomnieć, że każde nowoczesne urządzenie ułatwiające nam codzienne życie zawdzięczamy w ostatecznym rozrachunku naukowcom, którzy stawiali sobie fundamentalne pytania na temat wszechświata. Ty i ja możemy prowadzić tę rozmowę, mimo że mieszkamy na innych kontynentach, nie tylko dzięki inżynierom czy informatykom, lecz także dzięki fizykom kwantowym. Bez odkrycia, czym są atomy i energia, nie powstałyby przecież procesory komputerowe. Wszystko ma swoje korzenie w badaniach naukowych, które na pozór wydają się zupełnie bezcelowe.

Czy dotyczy to również badań nad życiem?

Jak najbardziej. Przykład, który uważam za fascynujący, to nowa metoda sekwencjonowania DNA, a mianowicie sekwencjonowanie nanoporowe. Wykorzystuje się je podczas obecnej pandemii do badania i sekwencjonowania próbek genomów koronawirusa. Służy do tego urządzenie mniejsze od smartfona. Wystarczy umieś­cić w nim próbkę, podłączyć je do komputera i w krótkim czasie można odczytać długie fragmenty DNA lub RNA. Jednym z ojców tej technologii był David Deamer – naukowiec, który próbował zrozumieć początki życia. Zastanawiał się nad tym, jak mogły wyglądać pierwsze, najprostsze komórki. Każda z nich musi być otoczona błoną, która wpuszcza pożądane rzeczy do środka, nie wpuszcza rzeczy niepożądanych i pozwala usuwać na zewnątrz zbędne lub niebezpieczne produkty reakcji chemicznych. Deamer wziął na celownik proste cząsteczki zwane lipidami. Może bańka z lipidów mogłaby służyć jako bardzo prosta, częściowo przepuszczalna otoczka protokomórek? Kiedy Deamer badał, w jaki sposób materiał genetyczny dostaje się do wnętrza takiej lipidowej otoczki, przyszło mu do głowy, że DNA lub RNA przeciskające się przez maleńkie pory będą je blokowały i powodowały zmiany przepływu prądu. Jeśli prześledzi się charakterystykę tych zmian, będzie można stwierdzić, z którą z czterech zasad DNA ma się w danej chwili do czynienia. Inaczej mówiąc, zmiany przepływu prądu da się przełożyć na język genów. Deamer zapisał tę obserwację w swoim notatniku i wiele lat później, także dzięki pracom innych naukowców oraz inżynierów, powstały urządzenia do sekwencjonowania nanoporowego.

Nadal jednak nie do końca wiemy, czym jest życie. A szkoda. Mimo to, czytając Twoją książkę, miałem wrażenie, że bez względu na definicję liczy się jedno: powiązania. Żaden organizm nie jest samotną wyspą. Wszyscy wchodzimy w interakcje z otoczeniem. Żyjemy dzięki różnym powiązaniom wewnętrznym i zewnętrznym.

Kiedy zastanawiamy się nad istotą życia, chyba zbyt często myślimy o pojedynczych stworzeniach. Rozważamy, czy dana rzecz jest żywa, czy też nie. Ale cechą życia są właśnie powiązania, np. między komórkami a organizmem oraz między poszczególnymi organizmami i gatunkami. Obejmują one cały świat. Może powinniśmy myśleć o życiu w skali całej planety? Nie po to, żeby zrozumieć życie jako takie, ale by lepiej poznać żyjący świat, którego częścią jesteśmy.

Carl Zimmer:

Pisarz, publicysta „New York Timesa”. Wykładowca w Yale School of Medicine. Autor 14 książek popularnonaukowych, trzy z nich ukazały się po polsku.