Lynn Margulis ir Gajos koncepcija. Vartiklis

Lynn Margulis (1938 m. kovo 5 d. - 2011 m. lapkričio 22 d.) – žydų kilmės (pagal motiną), kurios šaknys Lietuvoje, JAV biologė, Masačūsetso un-to profesorė. Žinoma ląstelių organoidų tyrinėjimu bei ląstelės organoidų endosimbiozės teorijos išvystymu. Buvo pirmąja Karlo Sagano žmona. Lynn Margulis

14 m. amžiaus pradėjo studijuoti Čikagos un-te („aš norėjau stoti ir jie man leido“). Daktaro laipsnį apsigynė 1963 m. Kalifornijos un-te Berklyje. 1999 m. gavo JAV Nacionalinį mokslo medalį. 1977-80 m. MA Planetos biologijos ir cheminės evoliucijos komiteto pirmininkė, prisidėjusi prie NASA tyrimų strategijų vystymo. 1981 m. gavo NASA apdovanojimą.

19 m. amžiaus ištekėjo už astronomo Karlo Sagano. Jos vaikai: Dorion Sagan – rašytojas (ir bendraautoris) mokslo temomis; Jeremy Sagan – kompiuterininkas ir „Sagan Technology“ įkūrėjas; Zahary Margulis-Ohnuma - teisininkas ir Jennifer Margulis – mokytoja ir rašytoja.

Lynn Margulis 25-ius metus buvo pagrindinė James Lovelock‘o bendražygė vystant Gajos hipotezę. 7-ojo dešimtm. pabaigoje, tuo pat metu kai pirmąkart buvo išsakyta Gajos hipotezė, L. Margulis iškėlė kūrybišką endosimbiozės teoriją, kurios esmę trumpai galima perteikti taip: bandymas nustatyti ryšį tarp organizmų, kurių vieni gyvena kituose ir iš to gauna abipusę naudą. Šią teoriją L. Margulis išdėstė 1981 m. knygoje „Simbiozė ląstelių evoliucijos metu“.

Pabandykime ją paaiškinti nenaudodami mokslinių terminų. Tarkime, kad tiriame kitos planetos gyvybės formą, kuri atrodo ir veikia visiškai panašiai į šiuolaikinę motorinę transporto priemonę. Ši yra sudaryta iš atskirų dalių – detalių, kurios veikia bendrai. Tradicinė evoliucijos teorija bandytų aiškinti, kad toji tariama būtybė (mašina) išsivystė iš vienos vienintelės (svarbiausios) detalės (tarkim, cilindro). Tuo tarpu endosimbiozės teorija teigtų, kad dabartinė „mašina“ (kaip organizmas) yra bendros dalies jos sudedamųjų detalių evoliucijos rezultatas (ratų, variklio, kėbulo ir t.t.).

Taigi L. Margulis bandė pagrįsti, kad simbiozė, o ne atsitiktinės mutacijos buvo varomoji evoliucijos jėga, o pagrindinis natūraliosios atrankos veiksnys yra ne individų kova už būvį, o jų tarpusavio bendradarbiavimas ir sąveika su aplinka. Ji teigia, kad „Darvino didžioji vizija nebuvo klaidinga, ji tik buvo nepilna“. Nors endosimbiozė gausiai naudojasi simbiozės idėjomis, kurios buvo iškeltos dar 19 a. viduryje ir vystomos Merezhkovsky (1905) ir Wallin'o (1920), ji remiasi tiesioginiais mikrobiologiniais stebėjimais (skirtingai nuo paleontologinių ir zoologinių stebėjimų, kurie yra evoliucijos teorijos pagrindas).

Nenuostabu, kad endosimbiozės teorija nebuvo pripažinta (1969 m. jos straipsnį atmetė daugelis mokslinių žurnalų), ypač jai turint daug panašumų su Gajos hipoteze, teigiančia:

Atrodytų neįtikėtina, kad endosimbiozės teoriją stūmė į priekį aukštųjų energijų fiziko pateikta informacija. Tai buvo Fritjof Capra, 1966 m. gavęs daktaro laipsnį Vienos un-te už gravitacinį neutroninių žvaigždžių susispaudimo analizę. 1975 m. jis išleido pirmąją savo knygą „Fizikos dao“, kurioje pastebi, kad teorinių elementariųjų dalelių pasaulis nepaprastai panašus į senovės Rytų išminčių pasaulio sampratą. 1972 m. jis išleido antrąją savo knygą „Posūkio taškas“, kurioje išvystė tas idėjas, o L. Margulis darbai paminėti skyriuje „Požiūriai į gyvybę“, kuriame konstatuojama: „Kas išgyvena, tai organizmas savojoje aplinkoje“. Organizmas, siekiantis tik savo paties išlikimo, neišvengiamai pažeistų jį supančią aplinką ir tuo pačiu žūtų pats. Išlikimo vienetas yra organizacinė struktūra, kurios laikosi organizmas sąveikaudamas su aplinka.

Gyvybės vystymosi žemėje istorijoje yra svarbus bendras mikrokosmo ir makrokosmo vystymasis. Iš vienos pusės, mikroskopinio lygio gyvybė sukuria sąlygas makrokosminiam vystymuisi; iš kitos pusės, makrokosmo biosfera kuria savąją mikrokosmo gyvybę.

Kai gyvybė žemėje atsirado kažkur prieš 4 mlrd. m., tai buvo vienaląsčiai organizmai be branduolio, kažkuo panašūs į dabartines bakterijas. Šie vadinamieji prokarijotai (prokatyotes) gyvavo be deguonies, nes laisvo deguonies beveik ir nebuvo atmosferoje. Tačiau netrukus mikroorganizmai ėmė keisti aplinką ir kurti makrokosmines sąlygas tolimesnei gyvybės evoliucijai.

Tolimesnių poros milijardų metų laikotarpiu kai kurie prokarijotai gamino kažkiek deguonies fotosintezės pagalba ir galiausiai sudarė sąlygas sudėtingesnėms, kvėpuojančioms deguonį ląstelėms, galinčioms formuoti daugialąsčius organizmus, atsirasti. Kitas svarbus evoliucinis žingsnis buvo eukarijotų (eukatyotes), vienaląsčių organizmų, turinčių branduolį, kuriame chromosomos saugo genetinę informaciją, atsiradimas. Endosymbiosis illustration

Anot L. Margulis, eukarijotai atsirado per keleto prokarijotų simbiozę, kai šie tebegyvavo kaip organoidai naujo tipo ląstelių viduje. Tarkim, mitochondrijos ir chroroplastai, kurie reguliuoja gyvūnų ir augalų ląstelių kvėpavimą.

Nors L. Margulis ląstelių evoliucijos idėjos pamažu imtos pripažinti, jos bendradarbiavimas su J. Lovelock‘u vystant Gajos hipotezę dažnai sutinkamas kritiškai. Tačiau tai nesutrukdė jai paskelbti bendrų straipsnių įvairiuose žurnaluose. Endosimbiozės teorija plačiau pripažinta 9 dešimtm., kai buvo nustatyta, kad mitochondrijos ir chloroplastų genetinė informacija visiškai skiriasi nuo symbionto branduolio DNR.

„Lyčių kilmėje“ teigiama, kad sekso procesai yra labai įvairūs ir daugeliu atvejų nesusiję su giminės pratęsimu. Ir nestebina, kad beveik visi „aukštesnieji“ stuburiniai užsiima žaidybine mejoze, ir tik stebina, kad tik nedaugelis jų grįžo prie aseksualumo. Ar esate girdėję apie šias sekso rūšis:

Kartu su Karlene Schwartz išleido „Penkias karalystes“ (1988), kurioje gyvybės formas alternatyviai suskirstė į penkias karalystes:

Tai lingvistiniai spąstai. Pagal gramatikos taisykles turime nurodyti daiktavardį. Tačiau gyvybei Žemėje apibūdinti labiau tinka veiksmažodis. Tai procesas, kurio metu materijos paviršiumi tarsi ritasi lėta banga. Jis chaotiškai valdomas nepaprastai sudėtingų cheminių reakcijų. Ir tokiame kontekste L. Margulis naudoja žodį „surfing“ (slydimas banglentėmis).

Neretai priimta šį klausimą p filosofijos ar teologijos sritims. Įprastas gamtos mokslų požiūris – mes neturėtume spręsti tokių klausimų. O L. Margulis bendrai su J. Lovelock'u konceptualizavo globaliai persipynusią ekosistemą.

B. Goodwin knygos „Kaip leopardas pakeitė savo dėmes“ recenzijoje L. Margulis neabejotinai turi stiprią individualią nuomonę apie gyvas būtybes ir evoliuciją – ir ji neretai kertasi su dominuojančiomis koncepcijomis:
„Goodwin‘o vykęs kriticizmas ... naudingai atveria akis, ypač biologijos ir chemijos studentų išplautiems smegenims. Tačiau jį ... laikau gerokai labiau problemišku. Goodwin‘as vertina morfogenetinio laiko aiškinimus. Tačiau jis neskiria dėmesio Ruberto Šeldreiko ‚morfiniam laukui‘ – Goodwin‘as nėra minkštagalviu mistiku. ... Jis atstovauja naujajam ‚kokybiškam mokslui‘, ... tačiau aš jo sprendimus laikau neišvystytais.“.

...gamta yra vientisas stebuklas...

Jūrų biologė Rachelė Karson (1907-1964), apmąstydama mokslo ir mūsų ryšį dvasinį ryšį su gamta, rašė: „Mes kilę iš žemės. Tad mumyse giliai randasi atsakymas gamtos visatai, kuri yra mūsų žmonijos dalis“. Tą patį laikmetį Loren Eiseley (1907-1977), antropologas, mokslo filosofas ir poetas, būdamas R. Karson gerbėju, priminė: „Mes užmirštame, kad pati gamta yra vientisas didelis stebuklas, transcenduojantis nakties tikrovę ir nebūtį. Mes pamirštame, kad kiekvienas iš mūsų savo asmeniniu gyvenimu atkartoja tą stebuklą“.

Ir būtent šį stebuklą vėliau perteikė L. Margulis interviu J. White‘ui („Kalbos ant vandens: apie gamtą ir kūrybiškumą“, 2016). Žvelgiant per Gajos teorijos lęšius:
„Praeitis visur aplink mus. Darvino didžiausias indėlis buvo parodymas mums, kad visi individualūs organizmai yra susieti laike. Ir nesvarbu, ar lyginsite kengūras, bakterijas, žmones ar salamandras, tufrėsime neįtikėtinai cheminius panašumus... V. Vernadskis parodė, kad organizmai susiję ne tik laike, bet ir erdvėje. Mūsų, kaip šalinamas produktas, iškvepiamas anglies dvideginis tampa gyvybę teikiančia jėga augalams; o augalų šalinamas deguonis mums paliako gyvybę. Šis apsikeitimas dujomis yra tai, ką reiškia žodis dvasia. Iš esmės, dvasingumas yra kvėpavimo aktas. Tačiau ryšis nesibaigia dujų apsikeitimu. Mes taip pat esam ir fiziškai susiję; įrodymus pamatysite visur, kur bepažiūrėsite. Pažiūrėkite į protistus, gyvenančių termitų užpakalinėse žarnose, arba grybus, augančius ant medžių kelmų ar augalų šaknų. Paukščiai, purpsėdami nuo medžio ant medžio, plačiai išnešioja jų sporas. Jų išmatos yra vabzdžių ir mikroorganizmų namais. Kai palyja ant išmatų, sporos vėl užtikšta ant medžių, sukurdami naujos gyvybės židinius. Šis visuotinis susiejimas yra neišvengiamas gyvybės faktas.

L. Margulis papildo prieš pora šimtmečius gamtininko A. fon Humboldto pasakytus žodžius, kad „šioje priežasčių ir poveikių grandinėje negalima nė vieno fakto nagrinėti atskirai“:
„Faktas, kad mes sujungti laike ir erdvėje, parodo, kad gyvenimas yra unikalus reiškinys – ir nesvarbu, kai tą faktą išreikšime. Mes esame ne vienas organizmas, o sudarome vieną ekosistemą su daugeliu skirtingų dalių. Tame nematau prieštaravimo, nes dalys ir visumos yra įdėtos vienos į kitas“.

Kas stabdo?

Prancūzų zoologas Pierre-Paul Grasse⁴⁾ laikosi materialistinių ir evoliucionistinių pažiūrų, tačiau jo nuomone didžiausia problema yra tai, kas suteikia gyvybę:
„Bet kuri gyva būtybė turi milžinišką ‚proto‘ kiekį, gerokai daugiau nei reikia pastatyti puikiausią katedrą. Šiais laikais tai vadinama informacija, tačiau tai tas pat. Ji neužprojektuota kaip kompiuteris, tačiau labiau kondensuota chromosomų DNR lygyje arba bet kurioje kitoje ląstelės organelėje. Tas ‚proto‘ kiekis, sine qua non, yra gyvybės pagrindas. Iš kur tai kyla? ... Ši problema neramino tiek biologus, tiek filosofus, ir, šiandien, mokslas, atrodo, nepajėgus ją išspręsti“.
P.P. Grasse. The Evolution of Living Organisms, 1977

Didelė kliūtis gyvybės atsiradimo kelyje yra antrasis termodinamikos dėsnis, teigiantis, kad bet kurioje sistemoje neišvengiamai didėja entropija. Visa viltis siejama su atviromis sistemomis, t.y. tokiomis, kurios iš šalies gauna arba išleidžia energiją. Ir vis tik savaiminė materijos susiorganizavimo koncepcija (kaip buvo skleista A. Oparino) kėlė įtarimą žinomam astronomui serui F. Hoyle:
„Jei būtų paprastas materijos principas, kuris kažkaip skatintų organines sistemas link gyvybės, jo buvimas būtų lengvai pademonstruotas laboratorijoje. Vienas jų, pvz., būtų paimti vonią pirmapradžio buljono imitacijai. Pripilkite ją įvairiausių, kokių norite nebiologinės prigimties chemikalų. Leiskite į ją ar per ją kokias norite dujas, švitinkite visokia, kokią leidžia vaizduotė, radiacija. Leiskite eksperimentui trukti metus ir pažiūrėkite, kiek iš tų 2000 enzimų susidarė vonioje. Aš jums duosiu atsakymą ir taip jums sutaupysiu laiko, sunkumų ir išlaidų, jei iš tikro darytumėte eksperimentą. Jūs nerasite visai nieko, išskyrus, tikriausiai, kai kurias nuosėdas iš amino rūgščių ir kitų paprastų organinių medžiagų“.
F. Hoyle. The Intelligent Universe, 1983

Garsiojoje N. Timofejevo-Resovskio³⁾ genetikos ir biofizikos laboratorijoje prieškariu galiojo keletas tabu. Pvz., buvo draudžiama nagrinėti gyvybės atsiradimo problemą. Atrodo, kad garsusis genetikas ir radiobiologas nedrįso jos liesti iki pat gyvenimo pabaigos.
Kartą prie jo pristojo viena poniutė: kaip, girdi. Žemėje atsirado gyvybė. Jos atkaklumui nebuvo ribų. Mirkčiodamas mokslininkas skėstelėjo rankomis:
- Aš tada mažas buvau, nieko neprisimenu. – Ir paguosdamas pridūrė: - Paklauskite Oparino, jis tiksliai žino.

¹⁾ Kariogamija (kayoagamy, iš gr. karuon-riešutas ir gamos- vedybos) – dviejų ląstelių pro-branduolių²⁾ susiliejimas kaip syngamijos (apvaisinimo) dalis arba tikrasis bakterijų susiliejimas. Tai vienas iš dviejų pagrindinių grybų dauginimosi būdų. Grybams, kurie neturi seksualinio ciklo, tai yra svarbus genetinės įvairovės šaltinis, kurio dėka formuojasi somatiniai diploidai.

²⁾ Pro-branduolys yra spermos arba kiaušinėlio ląstelės branduolys apvaisinimo metu, kai spermatozoidas jau patenka į kiaušinėlį, tačiau abiejų ląstelių branduoliai dar nebūna susijungę. Spermatozoidas ir kiaušinėlis yra haploidai, t.y., jie turi tik po pusę chromosomų. Susijungus branduoliams gaunamas diploidinis branduolys, turintis pilną chromosomų rinkinį.

³⁾ Nikolajus Timofejevas-Resovskis (1900-1981) – tarybinis biologas ir genetikas. Pagrindinės darbų kryptys: radiacinė genetika, populiacinė genetika, mikroevoliucijos klausimai. 1925-45 m. dirbo Vokietijoje. 1946 m. teismas nuteisė 10 m. kalėti už tėvynės išdavystę, tačiau 1951 m. buvo išlaisvintas. Jo darbai iš esmės buvo prieš Lysenkos mokymą. 6-me dešimtm. Buvo iškeltu kandidatu Nobelio premijai už mutacijų tyrimus, tačiau tarybinė valdžia neatsakė komitetui, ar jis gyvas.
Jo gyvenimą romane „Stumbras“ (1987) aprašė D. Graninas.

⁴⁾ Pjeras Polis Grasė (Pierre-Paul Grasse, 1895-1985) - prancūzų zoologas, kurio didžiausias veikalas yra 52 t. „Traite de Zoologie“ (1948-79). 1940-70 m dare didelė įtaką stimuliuojant zoologijos tyrinėjimus Prancūzijoje. Surengė kelias ekspedicijas į Afriką, kurių metu daugiausia tyrinėjo termitus, tapdamas geru jų žinovu; parendė 3 t. „Termitologia“ (1982-84).
Evoliucijos atžvilgiu jo požiūriai artimi Lamarkui:
„Kokios plačios bebūtų mutacijos, jos neveda prie jokios evoliucijos. ... Mutacijos laike tarpusavyje nesuderintos; jos nepapildo viena kitos ir nesikaupia reikalinga tvarka besikeičiančių kartų genuose. Jie tpakeičia tai, kas buvo anksčiau, tačiau tai atlieka be tvarkos“. Jis laikė, kad natūrali atranka niekaip nesusijusi su evoliucija: „Gali būti, kad biologijoje nieko daugiau padaryti neįmanoma: likusi dalis priklauso metafizikai“.

⁵⁾ Protistai (lot. Protista) - eukariotų karalystė, nepriskiriamų gyvūnams, augalams ar grybams. Daugelis protistų yra vienaląsčiai organizmai, tačiau protistams priskiriami ir daugialąsčiai organizmai, neturintys diferencijuotų audinių. Protistai gyvena daugiausia vandenyje. Teigiama, jog protistai vystėsi ne kurdami sudėtingus audinius, o tobulindami ląstelės sandarą. Pirmuonių ląstelės palyginus su kitų organizmų ląstelėmis yra gana sudėtingos.
Kolonijinių protistų pavyzdžiu gali būti maurakulis, sudarantis sferines kolonijas, kurių viduje susidaro dukterinės kolonijos. Viduje susidariusios kolonijos išeina į aplinką motininei kolonijai nusenus ir suplyšus.