Auf die Frage, was Leben ist, gibt es keine allgemeingültige Antwort, mehr als hundert Definitionen von Leben sind bekannt. Und sie werden nicht nur von Biologen formuliert - sie definieren das Leben aus Sicht der Chemie, Physik, Thanatologie, Kybernetik. Die kürzeste von ihnen sagt: Das Leben ist Selbstreproduktion mit Veränderungen. Im Buch Was ist Leben? Biologie in fünf einfachen Schritten zu verstehen “(Azbuka-Atticus Verlag), ins Russische übersetzt von Alexei Popov, um diese Frage zu beantworten und eine klarere Vorstellung davon zu bekommen, wie das Leben funktioniert, ist der Nobelpreisträger für Medizin und Physiologie Paul Nurse genommen… Er betrachtet die „fünf großen Konzepte der Biologie“: die Zelle, das Gen, die Evolution durch natürliche Auslese, das Leben als chemischer Prozess und das Leben als Informationsfluss. Die Krankenschwester geht detailliert auf jeden von ihnen ein und entwickelt allgemeine Zeichen, die das Konzept des Lebens enthüllen. N+1 lädt seine Leser ein, einen Auszug über die Vielfalt chemischer Reaktionen in den Zellen des menschlichen Körpers zu lesen.
Enzyme sind an fast allen chemischen Reaktionen beteiligt, die dem Zellstoffwechsel zugrunde liegen. Aber neben dem Auf- und Abbau anderer Moleküle haben sie noch viele weitere Funktionen. Sie kontrollieren die Qualität, bewegen Komponenten und Nachrichten zwischen verschiedenen Teilen der Zelle und transportieren andere Moleküle in die und aus der Zelle. Andere Enzyme wachen über die Eindringlinge und aktivieren Proteine, die Zellen und damit unseren Körper vor Krankheiten schützen. Darüber hinaus sind Enzyme nicht die einzige Proteinart. Fast jeder Teil unseres Körpers (von Haaren auf dem Kopf, Säure im Magen bis hin zu den Augenlinsen) besteht entweder aus Proteinen oder wird von Proteinen hergestellt. All diese verschiedenen Proteine wurden im Laufe der Jahrtausende der Evolution verfeinert, um spezifische Funktionen in der Zelle zu erfüllen. Selbst eine relativ einfache Zelle enthält eine riesige Menge an Proteinmolekülen. Insgesamt enthält eine winzige Hefezelle über 40 Millionen dieser Moleküle – in einer winzigen Zelle stecken doppelt so viele Proteine wie Menschen in einer riesigen Metropole wie Peking!
Das Ergebnis dieser Proteinvielfalt ist ein Strudel chemischer Reaktionen, die in jeder Zelle kontinuierlich ablaufen. Wenn Sie sich vorstellen, eine lebende Zelle zu betreten und zu sehen, was in der Welt der Moleküle vor sich geht, kann Ihr Geist von all diesem brodelnden Durcheinander chemischer Prozesse verdunkelt werden. Einige der beteiligten Moleküle sind elektrisch geladen und können daher angezogen oder abgestoßen werden, während andere passiv neutral sind. Einige sind Säuren oder Laugen, wie zum Beispiel Bleichmittel. All diese verschiedenen Stoffe stehen in ständiger Wechselwirkung, ihre Kollisionen sind zufällig oder geplant. Manchmal treffen sich Moleküle für kurze Zeit, um eine chemische Reaktion durchzuführen und dabei schnell Elektronen oder Protonen auszutauschen. In anderen Fällen werden zwischen den Molekülen starke und dauerhafte chemische Bindungen gebildet. Im Allgemeinen laufen in der Zelle viele tausend verschiedene chemische Reaktionen ab, die ständig hart daran arbeiten, das Leben zu erhalten. Im Vergleich dazu sieht die Zahl der chemischen Reaktionen selbst in den größten industriellen Chemiewerken äußerst blass aus. In einer Kunststofffabrik laufen beispielsweise mehrere Dutzend chemische Reaktionen ab.
All diese überschwängliche und schnelle Aktivität findet am Ende des Zeitbereichs statt, im Gegensatz zu der tiefen Zeit, die für die Entwicklung dieser Systeme benötigt wurde. Aber die schwindelerregende Zeitskala der zellulären Welt ist mit unserem Verstand genauso schwer zu verstehen wie die evolutionäre Zeit. Einige der zellulären Enzyme, die diese Reaktionen steuern, arbeiten mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit und führen Tausende, sogar Millionen von chemischen Reaktionen pro Sekunde aus. Sie sind nicht nur fantastisch schnell, sondern auch in der Lage, extrem genau zu sein. Enzyme können einzelne Atome mit einer Präzision und Zuverlässigkeit manipulieren, von der ein Chemieingenieur nur träumen kann. Aber die Evolution perfektioniert diese Prozesse seit Milliarden von Jahren – etwas länger als du und ich!
All diese Arbeit gemeinsam zu leisten, ist die größte Errungenschaft. Obwohl es den Anschein hat, dass eine Vielzahl von gleichzeitigen chemischen Reaktionen in Zellen chaotisch abläuft, ist es in Wirklichkeit sehr geordnet. Jede Reaktion erfordert ihre eigenen speziellen chemischen Bedingungen, um richtig zu funktionieren. Manche Menschen brauchen eine saurere oder alkalischere Umgebung; andere benötigen spezielle chemische Ionen wie Calcium, Magnesium, Eisen oder Natrium; ein anderer - das Vorhandensein von Wasser oder Wasser verlangsamt sie im Gegenteil. Und doch müssen alle diese Prozesse gleichzeitig und in unmittelbarer Nähe innerhalb der engen Grenzen der Zelle ablaufen. Dies wird nur dadurch möglich, dass nicht jedes der verschiedenen Enzyme seine eigenen Extremwerte von Temperatur, Druck oder sauren oder alkalischen Bedingungen erfordert, die in industriellen Chemieanlagen inhärent sind. Sonst könnten sie unter so beengten Verhältnissen nicht nebeneinander existieren. Viele dieser Stoffwechselreaktionen müssen jedoch separat durchgeführt werden. Sie dürfen sich nicht gegenseitig stören und ihre spezifischen chemischen Anforderungen müssen eingehalten werden. Die Antwort auf diese Anfrage ist die Einteilung in Zonen.
Die Einteilung in Zonen ist eine Art, jedes komplexe System zu funktionieren. Nehmen wir Städte. Sie funktionieren nur dann effektiv, wenn sie aus verschiedenen Zonen mit Sonderfunktionen bestehen: Bahnhöfe, Schulen, Krankenhäuser, Fabriken, Polizeistationen, Kraftwerke, Kläranlagen usw. All diese und viele andere Bereiche sind notwendig, damit die Stadt eine Einheit bleibt ganz; alles würde sofort schief gehen, wenn sie sich vermischten. Sie müssen voneinander getrennt sein, um effektiv zu sein, aber dennoch relativ nah und miteinander verbunden sein. Gleiches gilt für Zellen, die ihre eigene individuelle Gruppe von Mikroumgebungen schaffen müssen, die physisch oder zeitlich voneinander getrennt sind, aber gleichzeitig interagieren. Bei Lebewesen wird dies dadurch erreicht, dass Systeme von Kontaktzonen unterschiedlicher Größe geschaffen werden: von sehr groß bis extrem klein.
Die Größten werden wohl die bekanntesten sein: die verschiedenen Gewebe und Organe vielzelliger Organismen wie Pflanzen und Tiere – wie Sie und ich. Dies sind bestimmte Zonen, die jeweils für spezifische chemische und physikalische Prozesse angepasst sind. Ihr Magen und Darm nehmen Chemikalien aus der Nahrung auf; die Leber beseitigt die toxischen Wirkungen von Chemikalien und Medikamenten; das Herz verwendet chemische Energie, um Blut usw. zu pumpen. Alle Funktionen dieser Organe sind auf die spezialisierten Zellen und Gewebe zurückzuführen, aus denen sie bestehen: Die Zellen in der Magenschleimhaut scheiden Säure aus und in den Herzmuskeln ziehen sie sich zusammen. Alle diese Zellen sind wiederum auch unabhängige Zonen.
Tatsächlich dient die Zelle als grundlegendes Beispiel für die räumliche Aufteilung des Lebens. Die Hauptaufgabe der äußeren Zellmembran besteht darin, die Isolierung des Zellinhalts vom Rest der Welt aufrechtzuerhalten. Durch die isolierende Wirkung dieser Membran können Zellen dazu beitragen, die physikalische und chemische Ordnung aufrechtzuerhalten. Zellen behalten diesen Zustand natürlich nur temporär bei. Wenn sie aufhören zu arbeiten, sterben sie und es herrscht Chaos.
