Bilde 1. Celle info-system
Denne artikkelen er skrevet av biologisk forsker Ann Gauger, hvis arbeid bruker molekylær genetikk og genomisk ingeniørfag for å studere opprinnelsen, organisasjonen og driftingen av metabolske veier. Hun fikk en BS i biologi fra MIT, og en PhD i utviklingsbiologi fra University of Washington, hvor hun studerte celleadhesjonsmolekyler involvert i Drosophila-embryogenese. Som en postdoktor ved Harvard klonte og preget hun Drosophila kinesin kjeden. Hennes forskning har blitt publisert i Nature, Development, og Journal of Biological Chemistry; se Metamorphosis.
I løpet av det siste tiåret har jeg blitt overbevist om at til tross for våre overfylte databaser, forstår vi ikke mye om biologi. Vi er som studenter som har lært Bohr-modellen av atomet, og tror vi har forstått atomkonstruksjon. Som en begynnelse er det en anstendig tilnærming. Men atomstrukturen går langt utover denne enkle modellen.
På samme måte er vi vant til å snakke og tenke på cellen som består av maskiner (maskinvare), med DNA som programvaren som på en eller annen måte bestemmer maskinvaren. Dette er et fremskritt fra å tenke på cellen som noen få enkle kjemiske reaksjoner. Men det er fortsatt radikalt utilstrekkelig, om ikke foreldet, når man prøver å fange virkeligheten av det vi oppdager i den biologiske verden. Vi er på jakt etter flere tilstrekkelige konseptuelle kategorier. Og utfallet vil gjøre at dagens beskrivelser ser ut til å være utilstrekkelig. Det vi ønsker å gjøre er å få tak i bevisene, og gå utover våre egne, ganske begrensede måter å snakke om disse realiteter.
I et nylig essay fremhever Steve Talbott manglene ved vår nåværende måte å tenke på og snakke om biologi. Han peker på at organismer er mer enn summen av deres mekanismer. Faktisk avviser han maskinens metafor som helt utilstrekkelig til å beskrive levende ting. Levende vesener er tilpasningsdyktige og lydhøre overfor omgivelsene, samt at de endrer sin oppførsel basert på eksterne signaler og deres egne krav. De er transformative, eksisterende som enheter som er mye mer enn molekylene som komponerer dem. De er ikke hva de spiser - de gjør hva de spiser om til seg selv. Levende vesener er integrerte helheter som kommer fra andre levende ting. Og de er mer enn sitt DNA. DNA krever at et funksjonelt cellulært miljø skal leses og tolkes ordentlig, akkurat som en celle krever DNA for å kunne opprettholde seg selv. For å forstå hele bildet må du se på cellen fra mange synspunkter, ikke bare et gen-sentrisk ståsted.
Alt i organismer er kausalt sammenkoblet. Overalt i biologiske systemer florerer 'høne og egg' -problemer. For eksempel er aminosyre-biosyntese veier er sammensatt av enzymer som krever aminosyrene de lager, ATP-biosynteseveier må ha ATP for å lage ATP, DNA er nødvendig for å lage proteiner, men proteiner er nødvendige for å lage DNA, og listen fortsetter. Faktisk er omfanget av problemet vanskelig endog å forstå.
Bilde 2. Evig-aktuell problemstilling
Til syvende og sist kan cellesystemer bare lages ved .. celler. Vi kan isolere ribosomer eller kjerne eller mitokondrier eller golgi-apparatet, og studere deres deler, men vi kan ikke bygge dem, selv om vi vet hva de er laget av. Det tar en hel celle for å lage dem. For eksempel, ribosomer og spliceosomer, de store ribonukleo-proteinpartiklene som er essensielle for behandling og oversettelse av messenger-RNA til protein, må syntetiseres, modifiseres og deles sammen i bestemte områder av kjernen og eksporteres deretter til cytoplasma for videre modifikasjon og montering. Bokstavelig talt er hundrevis av andre proteiner og RNAer involvert i disse dynamiske prosessene, noe som muliggjør de mange RNA-RNA, RNA-protein og protein-protein-interaksjoner og omarrangeringer som kreves, hele tiden mens det leses og fjernes lagrede oppsamlinger som kan inntreffe langs veien. (1)
Bilde 3. Cellens membran
Hvilke prosesser kan produsere slike sammenkoblede, selv-reproduserende systemer? Kan en 'bunnen-opp' prosess som neo-darwinismen bygge opp slike kausalt sirkulære organismer?
Mange biologer vil svare ja, for når alt kommer til alt, finnes det mer enn neo-darwinisme? Deres tidligere forpliktelse til mekanistisk, reduktivistisk tenkning og materialistiske forutsetninger hindrer dem i å se problemet. Faktisk går denne insistering på rent materialistiske, 'bunnen-opp' forklaringer langt tilbake.
Jeg har en forelesnings-serie gitt på MIT av den berømte utviklingsbiologen og genetikeren Edmund Wilson i 1923. Boken heter 'The Physical Basis of Life'. Wilson anerkjente at vi ikke visste noe om opprinnelsen eller funksjonen til celler eller utviklingen av kroppsplaner, men insisterte som en trosartikkel på at det ville være en rent fysisk forklaring basert på kjemi.
Frem til nå har den materialistiske, reduktivistiske metoden vært svært vellykket, fordi cellene kan stykkes opp, prøves, måles og testes på en måte som livskrefter eller byrå ikke kan. Men nå drukner molekylære, cellulære og 
utviklingsbiologer i en flom av data som vi ikke vet hvordan vi skal tolke. Vi vet ikke for eksempel hvordan man leser et genom fra en ukjent, ny art for å si hva slags organisme den vil produsere. Vi kan bare bestemme hvilke andre genomer den nærmest ligner på. For å kunne forutsi naturen og utseendet til organismen med det genomet, må vi vite - bare til å begynne med - mors og fars bidrag til egg og sæd, hele utviklingsveien fra egg til voksen, pluss spesielle effekter av eventuelle mutasjoner innenfor genomet på fenotypen, for ikke å nevne dens miljøhistorie.
Når vi bare stoler på en reduksjonistisk tilnærming, kan vi ikke se organismen som en helhet. En ekstremt enkel analogi, hentet fra en menneskelig artefakt, kan bidra til å se hvorfor. Tenk deg en omhyggelig strikket genser, kanskje til en norsk fisker {tilpasset-oversetters kommentar}. Noen som vil forstå genseren finner en løs ende og begynner å dra. Han fortsetter å trekke og trekke, forventer å komme frem til en 'årsaks-knute', inntil hele greia faller fra hverandre og blir dratt ut på gulvet. Genseren som en funksjonell helhet, avhenger av måten garnet er føyd sammen. For å forstå genseren må en se på mønstrene i det hele, ikke bare hva den var laget av. Å trekke den fra hverandre ødelegger dens grunnleggende natur. Nå er dette en veldig dårlig analogi, men forskere opptrer ofte som den stakkars fyren som drar i tråden.
Bilde 4. Celle-fabrikken
Jeg liker å vise en video for å illustrere hvorfor vi trenger å se fra toppen og nedover. Det er en real-time visualisering av en levende celle, med ulike strukturer (organeller) fremhevet én etter én. Kan vises her.
Disse cellulære komponentene, og mange andre, fungerer i et svært overfylt cellulært miljø, noe som gjenkjenner molekyler og strukturer som de skal interagere med. De sender og mottar signaler, korrigerer feil og justerer sin aktivitet på en dynamisk måte i samsvar med behovene til hele organismen.
Legg merke til intensjons-språket i forrige avsnitt: 'funksjon', 'gjenkjenne', interagere ',' signal ',' korrekt ',' justere '. Slikt språk er vanlig i biologisk skriving. Talbott peker også på dette, og forklarer hvorfor (vektlegging lagt til): "Fordi det er ingen mulig måte å gjøre helhetlig fornuft ut av gener og deres myriade følgesvenner molekyler, ved å forbli på deres nivå, har forskere "bare gitt genet evnen til spontanitet, kraften til å diktere," informere " regulere, '' kontrollere'' osv. "Og i dag kan man legge til, er det minst like stor vekt på hvordan andre molekyler "regulerer" og "kontrollerer" genene! Det er klart at noe ikke fungerer i dette bildet av mekanistisk kontroll. Og beviset ligger i den skjulte, inkonsekvente og kanskje ubevisste påstanden om høyere koordinerende krefter ved bruk av disse lastede ordene, -ord som skylder sin dypeste mening til sinnet, med dets makt til å forstå informasjon, kontekstualisere det, og regulere på basis av den, og å handle i tjenesten til et overordnet mål.
Ved å gjenkjenne den implisitte intensjonen i et slikt språk har flere forfattere oppfordret til at biologer skal avskaffe disse ordene fra deres skriving -her. Ifølge dem skal alt som innebærer enten teleologi (rettet mot mål eller formål) eller byrå (intelligens som virker for å skape en effekt) å bli fornektet. Tross alt har både teleologi og byrå blitt forkastet av moderne biologer, sammen med vitalisme. Likevel fortsetter teleologisk språkbruk. Kanskje grunnen til at et slikt språk er så vanlig i biologisk forskning, er at levende ting er rettet mot en hensikt? Kanskje biologiske systemer gjenspeiler intelligente byrå, fordi intelligente agenter er den eneste kjente kilden som er i stand til å designe, montere og deretter koordinere så mange sammenhengende delsystemer til en funksjonell helhet. Og kanskje, ved å erkjenne dette, kan vi komme til å forstå biologi bedre.
Bilde 5. Celle-signaler
Kilder:
1 Staley JP, Woolford JL (2009) "Assembly of ribosomes and spliceosomes: complex ribonucleoprotein machines." Curr Opin Cell Biol. 21: 109-118. doi:10.1016/j.ceb.2009.01.003.
Oversatt av Asbjørn E. Lund
(Bildene sto ikke i opprinnelig artikkel, evt. untatt det 1., og er satt inn av undertegnede, se lenke i Bilde-nr)
Liv, Formål, bevissthet: Hvor maskin-metaforen feiler