Marmarasexof.qxp: 1 11-11-11 11:07 1 Βασίλης Μαρμάρας H γνώση των αρχών της βιολογίας είναι βασική προϋπόθεση για την κατανόηση του κόσμου που ζούμε και για την αντιμετώπιση πολλών από τις προσωπικές, κοινωνικές και παγκόσμιες προκλήσεις. Μεταξύ των προκλήσεων αυτών είναι κών πόρων, η υπερθέρμανση και η μόλυνση του πλανήτη, η αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού, η γνώση του ανθρώΟ Βασίλης Μαρμάρας είναι ομότιμος Καθηγητής της Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Είναι πτυχιούχος, διδάκτορας και Υφηγητής του Πανεπιστημίου Αθηνών. Έχει μετεκπαιδευθεί στα Πανεπιστήμια του Marburg της Γερμανίας και του Harvard των ΗΠΑ. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα και το διδακτικό του έργο, εντάσσονται στην περιοχή της Kυτταρικής και της Μοριακής Bιολογίας. Έχει συγγράψει αρκετά σχετικά βιβλία για χρήση των φοιτητών. Ήταν ακαδημαϊκός υπεύθυνος για την επιστημονική επιμέλεια των βιβλίων του προγράμματος «Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες» και στις θεματικές ενότητες, «Δομή και λειτουργία του κυττάρου», «Γενετική» και «Πλανήτης γη» του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου. Υπήρξε κατά καιρούς μέλος διαφόρων διοικητικών συμβουλίων και επιτροπών, όπως στο Pasteur, στο ΙΚΥ, στο ΔΙΚΑΤΣΑ, στο ΕΓΣΕ —Εθνικό Γνωμοδοτικό Συμβούλιο Έρευνας— την Κεντρική Επιτροπή Γενικών Εξετάσεων για τα Πανεπιστήμια, πρόεδρος του ΙΧΘΥΚΑ κτλ. Έχει χρηματίσει Κοσμήτορας της Σχολής Θετικών Επιστημών και Πρόεδρος του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Είναι παντρεμένος με τη Μαρία Λαμπροπούλου, αναπληρώτρια Καθηγήτρια Κυτταρικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Έχει ένα γιό. πινου σώματος, η πρόληψη των ασθενειών. Η αντιμετώπιση των προκλήσεων αυτών απαιτεί τη συνδυασμένη προσπάθεια των επιστημόνων που ασχολούνται με τις βιολογικές επιστήμες, των πολιτικών που χειρίζονται την εξουσία, αλλά κυρίως των πολιτών που είναι ενήμεροι των βιολογικών αυτών προβλημάτων. Με άλλα λόγια η βιολογία έχει μπει για τα καλά στην καθημερινή μας ζωή. Αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα του πολιτισμού μας. Γι’ αυτό καλό είναι κάθε πολίτης να γνωρίζει τις βασικές αρχές της βιολογίας. Αυτός είναι και ο σκοπός αυτού του βιβλίου. ISBN: 978−960−6628−39−9 Βασίλης Μαρμάρας / Η Βιολογία και οι προκλήσεις της η μείωση της βιολογικής ποικιλότητας, η μείωση των φυσι- Η Βιολογία και οι προκλήσεις της Η Βιολογία σ την κα θημερινότητά μας Marmarasexof.qxp: 1 11-11-11 11:07 1 Βασίλης Μαρμάρας H γνώση των αρχών της βιολογίας είναι βασική προϋπόθεση για την κατανόηση του κόσμου που ζούμε και για την αντιμετώπιση πολλών από τις προσωπικές, κοινωνικές και παγκόσμιες προκλήσεις. Μεταξύ των προκλήσεων αυτών είναι κών πόρων, η υπερθέρμανση και η μόλυνση του πλανήτη, η αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού, η γνώση του ανθρώΟ Βασίλης Μαρμάρας είναι ομότιμος Καθηγητής της Κυτταρικής και Μοριακής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Είναι πτυχιούχος, διδάκτορας και Υφηγητής του Πανεπιστημίου Αθηνών. Έχει μετεκπαιδευθεί στα Πανεπιστήμια του Marburg της Γερμανίας και του Harvard των ΗΠΑ. Τα ερευνητικά του ενδιαφέροντα και το διδακτικό του έργο, εντάσσονται στην περιοχή της Kυτταρικής και της Μοριακής Bιολογίας. Έχει συγγράψει αρκετά σχετικά βιβλία για χρήση των φοιτητών. Ήταν ακαδημαϊκός υπεύθυνος για την επιστημονική επιμέλεια των βιβλίων του προγράμματος «Σπουδές στις Φυσικές Επιστήμες» και στις θεματικές ενότητες, «Δομή και λειτουργία του κυττάρου», «Γενετική» και «Πλανήτης γη» του Ελληνικού Ανοικτού Πανεπιστημίου. Υπήρξε κατά καιρούς μέλος διαφόρων διοικητικών συμβουλίων και επιτροπών, όπως στο Pasteur, στο ΙΚΥ, στο ΔΙΚΑΤΣΑ, στο ΕΓΣΕ —Εθνικό Γνωμοδοτικό Συμβούλιο Έρευνας— την Κεντρική Επιτροπή Γενικών Εξετάσεων για τα Πανεπιστήμια, πρόεδρος του ΙΧΘΥΚΑ κτλ. Έχει χρηματίσει Κοσμήτορας της Σχολής Θετικών Επιστημών και Πρόεδρος του Τμήματος Βιολογίας του Πανεπιστημίου Πατρών. Είναι παντρεμένος με τη Μαρία Λαμπροπούλου, αναπληρώτρια Καθηγήτρια Κυτταρικής Βιολογίας στο Πανεπιστήμιο Πατρών. Έχει ένα γιό. πινου σώματος, η πρόληψη των ασθενειών. Η αντιμετώπιση των προκλήσεων αυτών απαιτεί τη συνδυασμένη προσπάθεια των επιστημόνων που ασχολούνται με τις βιολογικές επιστήμες, των πολιτικών που χειρίζονται την εξουσία, αλλά κυρίως των πολιτών που είναι ενήμεροι των βιολογικών αυτών προβλημάτων. Με άλλα λόγια η βιολογία έχει μπει για τα καλά στην καθημερινή μας ζωή. Αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα του πολιτισμού μας. Γι’ αυτό καλό είναι κάθε πολίτης να γνωρίζει τις βασικές αρχές της βιολογίας. Αυτός είναι και ο σκοπός αυτού του βιβλίου. ISBN: 978−960−6628−39−9 Βασίλης Μαρμάρας / Η Βιολογία και οι προκλήσεις της η μείωση της βιολογικής ποικιλότητας, η μείωση των φυσι- Η Βιολογία και οι προκλήσεις της Η Βιολογία σ την κα θημερινότητά μας selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 3 Η Βιολογία και οι προκλήσεις της selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 4 Συγγραφέας: Βασίλης Μαρμάρας Τίτλος: Η Βιολογία και οι προκλήσεις της (Η Βιολογία στην καθημερινότητά μας) © Β. Μαρμάρας και I. Πικραμένος Πρώτη έκδοση: Νοέμβριος 2011 ISBN: 978-960-6628-39-9 Επιμέλεια έκδοσης: Γιάννης Πικραμένος Σελιδοποίηση: Έφη Σαββατοπούλου Εξώφυλλο: Άντα Χάντζιου Εκτύπωση – Βιβλιοδεσία: Tαχύτυπο E-mail: [email protected] Τηλ. κέντρο: 2610 461.780 Β. Μαρμάρας Αμερικής 3, 26441 Πάτρα Τηλ.: 2610 431.909, 6973018778 Γιάννης Σκ. Πικραμένος, εκδότης Ηρώων Πολυτεχνείου 92, 26442 Πάτρα Τηλ. κέντρο: 2610 432.00, Fax: 2610 430.884 E-mail: [email protected] selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 5 Βασίλης Μαρμάρας Η Βιολογία και οι προκλήσεις της Η Βιολογία στην καθημερινότητά μας selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 6 Στην τελική εμφάνιση του βιβλίου συνέβαλαν με τους εποικοδομητικούς λεπτομερείς σχολιασμούς τους και οι Χρήστος Γιαννόπουλος, Χρήστος Δολτσίνης, Νίκος Κασιμάτης, Μαρία Μακρή, Λούλα Μαρμάρα−Γιαννακουλοπούλου, Νίκος Μοσχονάς, Τάκης Πέττας, Ντίνος Χριστοδούλου και Τρισεύγενη Χρυσάνθη, γι’ αυτό αισθάνομαι την ανάγκη και από τη θέση αυτή να τους ευχαριστήσω θερμά. Ιδιαίτερες ευχαριστίες στη γυναίκα μου Μαρία Λαμπροπούλου όχι μόνο για την επιτυχή και αυστηρή κριτική της σε όλα τα στάδια της συγγραφής του κειμένου, αλλά κυρίως για τη συνεχή συμπαράστασή της. Βασίλης Μαρμάρας selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 7 Περιεχόμενα Πρόλογος του εκδότη .................................................................... 9 Πρόλογος του συγγραφέα: Ιχνηλατώντας τα μονοπάτια της ζωής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Κεφάλαιο 1 Η βιολογία χθες και σήμερα . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Κεφάλαιο 2 Οι δυνάμεις που κυβερνούν τη ζωή . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 Κεφάλαιο 3 Από τι είναι φτιαγμένες οι μορφές της ζωής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Κεφάλαιο 4 Τα επίπεδα οργάνωσης της ζωής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Κεφάλαιο 5 Πώς ξεκίνησε η ζωή: πιθανά σενάρια . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Κεφάλαιο 6 Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της ζωής Κεφάλαιο 7 Η διαιώνιση της ζωής ......................................... ................................................................. Κεφάλαιο 8 Οι εφαρμογές της βιολογίας με μια ματιά ................................... 74 100 120 Κεφάλαιο 9 Η ποικιλότητα, η ομοιότητα και η μοναδικότητα των μορφών της ζωής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Κεφάλαιο 10 Οι μορφές της ζωής . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Κεφάλαιο 11 Η εξέλιξη του ανθρώπου ............................................................ 173 selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 8 Κεφάλαιο 12 Οργανισμοί και περιβάλλον . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Κεφάλαιο 13 Τελικά τι ξέρουμε για τις μορφές της ζωής; ................................. 203 Βιβλιογραφία . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 9 Πρόλογος του εκδότη Για να γίνει ένα καλό βιβλίο, χρειάζονται τρία πράγματα: Ένα καλό θέμα, ένας καλός συγγραφέας και μια καλή έκδοση. Στην περίπτωσή μας, έχουμε ένα καλό θέμα: η προσέγγιση της βιολογίας από όλους εμάς —τους μη ειδικούς— θέλγει ιδιαίτερα μια και, όπως λέει και ο συγγραφέας, η βιολογία έχει μπει πλέον στην καθημερινή μας ζωή και είναι αναπόσπαστο τμήμα του πολιτισμού μας. Στην περίπτωσή μας, έχουμε και έναν καλό συγγραφέα. Ο Βασίλης Μαρμάρας, χρόνια τώρα, διδάσκει και γράφει. Καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Πάτρας, έχει γράψει σχετικά βιβλία, λ.χ. για το Ελληνικό Ανοικτό Πανεπιστήμιο αλλά και για την ελεύθερη αγορά, όπως η Βιολογία Κυττάρου που κυκλοφορείται από τις Εκδόσεις Τyporama και παραμένει το αδιαφιλονίκητο best seller στον χώρο. Στην περίπτωσή μας, προσπάθησα, από την πλευρά του εκδότη, να δώσω το καλύτερο. Η επιλογή του χαρτιού, του σχήματος, η απουσία χρωμάτων, έγιναν με σκοπό να καταστήσω σαφή τον ρόλο και τον προορισμό του βιβλίου: όχι δομημένη και συστηματική επιστημονική διδασκαλία, αλλά μια απλή και κατανοητή προσέγγιση στα θέματα και τους ορισμούς της βιολογίας, με επιστημονική συνέπεια και σοβαρότητα στην περιγραφή τoυς. Κράτησα για τον εαυτό μου την επιμέλεια αυτού του βιβλίου του Βασίλη Μαρμάρα. Δεν θα μπορούσα να κάνω διαφορετικά, μια και έχουμε κατά καιρούς συνεργαστεί και γνωρίζω —εκτός από το ήθος του ανθρώπου— την ποιότητα και την πρωτοτυπία των κειμένων του. Δεν θα μπορούσα, ακόμα, να μην θυμηθώ πως η πρώτη μας συνεργασία έγινε στην Αθήνα στα μέσα της δεκαετίας του εβδομήντα. Και, μετά από τριάντα επτά χρόνια, συνεχίζουμε και οι δυο μας να προσφέρουμε τα δέοντα, σε συνεργασία και ο καθένας από τη σκοπιά του. Γιάννης Σκ. Πικραμένος —9— selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 11 Ιχνηλατώντας τα μονοπάτια της ζωής Αναμφίβολα η Βιολογία αναπτύσσεται με ταχύτατους ρυθμούς τις τελευταίες δεκαετίες και έχει γίνει η επιστήμη της μόδας. Σε αυτό βοηθά το γεγονός ότι τα θέματα που σχετίζονται με τη ζωή τραβούν την προσοχή του ανθρώπου. Τα ΜΜΕ και τα έντυπα μέσα το επιβεβαιώνουν. Πολύ συχνά —σχεδόν καθημερινά— φιλοξενούν κάποια είδηση που σχετίζεται άμεσα ή έμμεσα με τη βιολογία. Όμως, οι πληροφορίες που δίνουν τα ΜΜΕ και ο τύπος για τα αντικείμενα στα οποία αναφέρονται, είναι αποσπασματικές. Έτσι, ο θεατής ή ο αναγνώστης δεν μπορεί ν’ αποκτήσει μια σωστή άποψη για το θέμα, γιατί δεν έχει μια σφαιρική εικόνα για τις αρχές της βιολογίας. Δεν έχει μια γενική άποψη πώς λειτουργούν και πώς συμπεριφέρονται οι μορφές της ζωής. Κάποιος που ενδιαφέρεται να αποκτήσει περισσότερες εκλαϊκευμένες γνώσεις βιολογίας, μπορεί να ανατρέξει σε διάφορα σχετικά βιβλία που κυκλοφορούν. Τα βιβλία αυτά πραγματεύονται θεμελιώδη ερωτήματα που σχετίζονται με τη ζωή, την προέλευσή της, την εξέλιξή της, τους μηχανισμούς με τους οποίους λειτουργεί, την αλληλεπίδρασή της με το περιβάλλον κ.ο.κ. Τα βιβλία που κυκλοφορούν είναι πράγματι εξαιρετικά, καλογραμμένα και οι συγγραφείς αναλύουν με μοναδικό τρόπο το θέμα που θέλουν να περιγράψουν. Θα πρέπει επίσης να τονίσω ιδιαίτερα, ότι οι συγγραφείς των βιβλίων αυτών είναι εξαίρετοι ερευνητές στον τομέα τους. Ορισμένοι μάλιστα από αυτούς είναι νομπελίστες. Κι’ όμως αρκετά από τα βιβλία αυτά δεν διαβάστηκαν όσο θα περίμενε κανείς από το κοινό. Το ίδιο ισχύει και για τα εκλαϊκευμένα επιστημονικά βιβλία άλλων επιστημών, όπως Μαθηματικών και Φυσικής. Χαρακτηριστικό παράδειγμα το υπέροχο βιβλίο του καθηγητή μαθηματικών και θεωρητικής φυσικής Stephen Hawking, Το χρονικό του χρόνου. Το βιβλίο αυτό δεν διαβάστηκε σχεδόν καθόλου γιατί όπως γράφει ο Francis Collins στο βιβλίο του —Η γλώσσα του θεού— το αναγνωστικό κοινό βρήκε τις έννοιες που γράφονται στο βιβλίο πολύ παράξενες για να κατανοηθούν. — 11 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 12 Το ίδιο φαίνεται να ισχύει και για τα εκλαϊκευμένα βιβλία με βιολογικό περιεχόμενο. Διαβάζοντας τα βιβλία αυτά, έχει κανείς την αίσθηση, ότι πολλά από τα αντικείμενα που αναλύονται, για να γίνουν κατανοητά, θα πρέπει ο αναγνώστης να είναι εξοικειωμένος κάπως με τη βιολογία. Ιδιαίτερα σε θέματα μοριακής[1] και κυτταρικής βιολογίας[2] που απαιτούνται κάποιες εξειδικευμένες γνώσεις, ιδίως φυσικής και χημείας. Ακόμη, βλέπει κανείς ότι τα θέματα που αναφέρονται προέρχονται μέσα από ένα συγκεκριμένο γνωστικό πεδίο. Δεν αγγίζουν τη βιολογία σφαιρικά. Το μόριο, το κύτταρο, τους οργανισμούς, τις λειτουργίες τους, την εξέλιξή τους, τις σχέσεις των οργανισμών με το περιβάλλον. Η βιολογία αγκαλιάζει και ενώνει όλους τους οργανισμούς της γης μεταξύ τους και με το περιβάλλον. Όλη τη βιόσφαιρα. Η συνολική θεώρηση της βιολογίας είναι επίσης σκόπιμη και για έναν ακόμη λόγο. Όπως θα διαπιστώσετε διαβάζοντας το βιβλίο αυτό, ή και άλλα παρεμφερή, η βιολογία είναι μια επιστήμη πληροφορίας και καθοδηγείται από δυο κυρίως αντίρροπες δυνάμεις. Η μια οδηγεί τους οργανισμούς σε μια ελεύθερη έκφραση —στην ποικιλότητα— και η άλλη τους οδηγεί σε μια συντηρητικότητα. Με άλλα λόγια, από τη μια πλευρά έχουμε την ατελείωτη ποικιλία των οργανισμών και από την άλλη τη συντηρητικότητα —ομοιότητα— των μηχανισμών με τους οποίους λειτουργούν τα κύτταρα[3] των διαφόρων οργανισμών. Η ερμηνεία της αντίφασης αυτής είναι απαραίτητη για να κατανοήσουμε πώς λειτουργεί η φύση. Επειδή η βιολογία έχει μπει για τα καλά στην καθημερινότητα του ανθρώπου. Επειδή η υγεία του ανθρώπου και κατ’ επέκταση όλων των οργανισμών του πλανήτη μας, εξαρτάται από τις εφαρμογές της βιολογίας. Επειδή η προστασία του περιβάλλοντος σχετίζεται με τη βιολογία. Επειδή η επιβίωση των μορφών της ζωής της γης εξαρτάται κατά κύριο λόγο από τη βιολογία. Επειδή ο άνθρωπος διακατέχεται από μια τάση πλουτισμού και ενδιαφέρεται κυρίως για το σήμερα και όχι για το αύριο, με αποτέλεσμα να διαχειρίζεται άναρχα και καταστροφικά το περιβάλλον. Επειδή διαπιστώνεται τα τελευταία χρόνια μια έκρηξη πληροφόρησης, με χιλιάδες νέες εργασίες κάθε χρόνο, που αλλάζουν τα δεδομένα της βιολογίας και η ενημέρωση έχει γίνει δύσκολη έως αδύ[1] Η μελέτη των μηχανισμών του κυττάρου. [2] Η μελέτη της δομής και της λειτουργίας του κυττάρου. [3] Η βασική μονάδα της ζωής. Ο δομικός λίθος των οργανισμών. — 12 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 13 νατη, γι’ αυτό θεώρησα ότι καλό είναι να γραφεί ένα βιβλίο, που να περιέχει συνοπτικά με απλά και ξεκάθαρα λόγια, τα βασικότερα θέματα της βιολογίας και ιδιαίτερα αυτά που έχουν κοινωνικές επιπτώσεις και απασχολούν τον άνθρωπο. Και φυσικά οι γνώσεις να γραφούν με τον απλούστερο δυνατό τρόπο, ώστε το κείμενο να είναι κατανοητό. H γνώση των αρχών της βιολογίας είναι βασική προϋπόθεση για την κατανόηση του κόσμου που ζούμε και για την αντιμετώπιση πολλών από τις προσωπικές, κοινωνικές και παγκόσμιες προκλήσεις. Μεταξύ των προκλήσεων αυτών είναι η μείωση της βιολογικής ποικιλότητας, η μείωση των φυσικών πόρων, η υπερθέρμανση και η μόλυνση του πλανήτη, η αύξηση του ανθρώπινου πληθυσμού, η γνώση του ανθρώπινου σώματος, η πρόληψη των ασθενειών, όπως ο καρκίνος[4] οφείλεται σε αλλαγές συγκεκριμένων γονιδίων, η φυματίωση[5] το Alzheimer[6] το AIDS[7] κτλ. Η αντιμετώπιση των προκλήσεων αυτών απαιτεί τη συνδυασμένη προσπάθεια των επιστημόνων που ασχολούνται με τις βιολογικές επιστήμες, των πολιτικών, που διαχειρίζονται την εξουσία, αλλά κυρίως των πολιτών που είναι ενήμεροι των βιολογικών αυτών προβλημάτων. Με άλλα λόγια η βιολογία έχει μπει για τα καλά στην καθημερινή μας ζωή. Αποτελεί αναπόσπαστο τμήμα του πολιτισμού μας. Γι’ αυτό καλό είναι κάθε πολίτης να γνωρίζει τις βασικές αρχές της βιολογίας. Αυτός είναι και ο σκοπός αυτού του βιβλίου. Τις περισσότερες γνώσεις που αναφέρονται στο κείμενο αυτό μπορεί να τις βρει κάποιος ακόμη και στα σχολικά βιβλία. Απλά εδώ παρουσιάζονται με διαφορετικό τρόπο. Εάν όμως, κάποιο σημείο δεν είναι κατανοητό, μην σταθείτε εκεί. Προσπεράστε το. Διαβάστε το υπόλοιπο κείμενο. Σίγουρα θα πάρετε μια ιδέα για τις βασικές αρχές της βιολογίας και κυρίως για τη χρησιμότητα της βιολογίας στην καθημερινή μας ζωή και στο περιβάλλον και τις κοινωνικές της επιπτώσεις. Θα ήταν ευτύχημα αν μετά τη μελέτη του κειμένου, ο αναγνώστης θα μπορούσε να κριτικάρει κάπως τα θέματα βιολογίας που παρουσιάζονται από τα ΜΜΕ και τα έντυπα μέσα, που αρκετές φορές δεν αποδίδουν επακριβώς τα λεγόμενα ή τα γραφόμενα των επιστημόνων. [4] Γενετική ασθένεια όχι πάντα κληρονομήσιμη. Οφείλεται σε αλλαγές συγκεκριμένων γονιδίων. [5] Λοιμώδες νόσημα που προσβάλλει τον άνθρωπο και τα ζώα. Οφείλεται σε διάφορα βακτήρια, που είναι γνωστά ως ο βάκιλος του Κοχ. [6] Μια προοδευτική εκφυλιστική ασθένεια του εγκεφάλου. [7] Βαριά ασθένεια του ανοσοποιητικού συστήματος που οφείλεται στον ιό HIV. — 13 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 14 Το εγχείρημα της συγγραφής του κειμένου ήταν δύσκολο, μια και όποιος προσπαθεί να ερμηνεύσει με απλά λόγια τα βιολογικά φαινόμενα, αλλά και γενικά τα διάφορα επιστημονικά θέματα στο ευρύ κοινό, αντιμετωπίζει μεγάλα προβλήματα κατανόησης. Από πού να ξεκινήσει, τι να γράψει και σε ποιο βάθος. Γιατί ενώ νομίζεις ότι αυτά που γράφεις είναι κατανοητά, δίνοντας το κείμενο σε κάποιον που δεν ασχολείται με τη βιολογία, διαπιστώνεις ότι αρκετές έννοιες ενώ εσύ τις θεωρείς αυτονόητες και κατανοητές, για αυτόν και ίσως και για τους περισσότερους αναγνώστες δεν είναι ούτε αυτονόητες ούτε κατανοητές. Είναι αλήθεια ότι χρειάστηκα περισσότερο χρόνο για να αντιληφθώ τι είναι και τι δεν είναι κατανοητό, τι έννοιες πρέπει να αναπτύξω και τι όχι, παρά για τη συγγραφή ολόκληρου του κειμένου. Δεν ξέρω αν τα κατάφερα, ώστε πράγματι αφενός μεν το κείμενο να μην είναι γεμάτο από μη κατανοητές έννοιες, αφετέρου δε να εκπληρώνει τους στόχους του, έστω και σε γενικές γραμμές. Εσείς είστε οι καταλληλότεροι κριτές. Θα φανεί αν μόλις το ξεφυλλίσετε συνεχίσετε να το διαβάζετε ή θα βρείτε τις έννοιες που γράφονται πολύ παράξενες για να κατανοηθούν και έτσι θα το αφήσετε στην άκρη. — 14 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 15 1 Η βιολογία χθες και σήμερα Κάποια στιγμή, τότε που το χάος και το έρεβος ήταν κυρίαρχα στο χώρο και που η αναρχία του χάους επικρατούσε πάνω στο απόλυτο μηδέν, τότε, κάποια δεδομένη στιγμή, έγινε το μεγάλο μπαμ, η μεγάλη έκρηξη. Τότε ακριβώς απελευθερώθηκαν ασύλληπτες δυνάμεις και ενέργεια, που σχημάτισαν τα πρώτα υλικά δημιουργήματα της φύσης, τα χημικά στοιχεία[1] Τότε ακριβώς, 14 δισεκατομμύρια περίπου χρόνια πριν, ξεκίνησε και η δημιουργία του σύμπαντος —του δικού μας σύμπαντος— γιατί ίσως να υπάρχουν και πολλά άλλα σύμπαντα όπως λένε οι σύγχρονες θεωρίες. Κάποια στιγμή αργότερα, μετά από δισεκατομμύρια χρόνια ήρθε το πολυπόθητο φως για να βάλει μια τάξη στην απόλυτη αταξία του χάους. Ακόμη, αφού μετά από αρκετά δισεκατομμύρια χρόνια —όπως θα δούμε πιο κάτω σε αυτή την ιστορία— δημιουργήθηκε η ζωή και φθάσαμε κάποια στιγμή στη δημιουργία του νοήμονος ανθρώπου, άρχισε και η αναδίφηση για την προέλευση της ζωής, από την αναδυόμενη επιστήμη της βιολογίας. Την επιστήμη, που αρκετά καθυστερημένα άρχισε να ιχνηλατεί τα μονοπάτια της ζωής. Την επιστήμη που με τις δαιδαλώδεις διαδρομές της μας κρύβει ακόμη πολλά από τα μυστικά της. Της βιολογίας, που όσο περισσότερο την ψάχνουμε, τόσο θα μας ξαφνιάζει ευχάριστα με τους κρυμμένους της θησαυρούς. Ο όρος βιολογία άρχισε να χρησιμοποιείται το 1800 μ.Χ. Για τους αρχαίους Έλληνες όμως, ο προβληματισμός αυτής της αναδίφησης, είχε ήδη ξεκινήσει αρκετά νωρίτερα. Από τους προσωκρατικούς φιλοσόφους. Ο προβληματισμός τους ξεκινούσε από φιλοσοφικά ερωτήματα αναφορικά με τη φύση του ανθρώπου και του κόσμου γενικότερα. Και φυσικά οι απαντήσεις βασίζονταν στο φιλοσοφικό τρόπο σκέψης και όχι στον επιστημονικό, όπως τον ορίζουμε σήμερα. [1] Η ύλη εκείνη που δεν μπορεί να διασπαστεί περισσότερο με την κλασική χημική τεχνολογία. — 15 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 16 Κυριότεροι εκπρόσωποι που από τότε προβληματίστηκαν και ασχολήθηκαν με τις επιστήμες της ζωής, ήταν ο Θαλής ο Μιλήσιος (7ος αιώνας π.Χ.), ένας από τους πρώτους φιλοσόφους, που υποστήριζε ότι οι μορφές της ζωής είναι φτιαγμένες από νερό. Ο Αναξίμανδρος (610−564 π.Χ.), μαθητής του Θαλή, πίστευε ότι η ζωή δημιουργούνταν αυτόματα από τη λάσπη. Πίστευε ακόμη, ότι οι πρώτοι οργανισμοί ήταν τα ψάρια και όλοι οι άλλοι χερσαίοι οργανισμοί προέρχονταν από τα ψάρια, όταν εγκατέλειψαν το υδάτινο περιβάλλον και μετοίκησαν στη στεριά. Ο Αριστοτέλης (400−350 π.Χ.) θεωρείται ο πατέρας της βιολογίας. Εντυπωσιακή είναι η έκταση των εργασιών του που αναφέρονται στους ζωικούς οργανισμούς. Αντίθετα, μόνο μια μονογραφία αναφέρεται στα φυτά. Ο Αριστοτέλης εστίασε τα έργα του στην ενότητα και τη σταθερότητα των μορφών της ζωής, καθώς και στη βιολογική αιτιότητα και στην ποικιλότητα. Συνέβαλε σημαντικά στην ταξινόμηση των οργανισμών. Συνολικά ταξινόμησε 540 είδη ζώων και μελέτησε την ανατομία σε περίπου 50 είδη. Το σημαντικότερο όμως έργο του Αριστοτέλη αφορούσε στην αναπαραγωγή και τα σχετικά με αυτήν θέματα, όπως της κληρονομικότητας και της εξέλιξης. Η συμβολή του στα θέματα αυτά ήταν σημαντική. Είχε αντιληφθεί την ενότητα του έμβιου κόσμου, αλλά και ότι τα είδη δεν παραμένουν σταθερά, αλλά μεταβάλλονται με το χρόνο. Είχε εντάξει τον άνθρωπο στο ζωικό βασίλειο. Είχε διαπιστώσει τη δυνατότητα σχηματισμού υβριδίων —μουλάρι— μεταξύ συγγενικών ειδών κ.ο.κ. Το ερώτημα που ακόμη δεν έχει βρει ικανοποιητική απάντηση είναι με ποιο τρόπο ο Αριστοτέλης συγκέντρωσε το τεράστιο υλικό με το οποίο δούλεψε. Ιδιαίτερα ο Αριστοτέλης συστηματοποίησε την έρευνα στις φυσικές επιστήμες. Για τον Αριστοτέλη, η παρατήρηση, το πείραμα, η ταξινόμηση και η ανάλυση ήταν τα κύρια εργαλεία της δουλειάς του. Ακόμη, χρησιμοποιούσε την υπάρχουσα τότε γνώση και πάνω σε αυτή θεμελίωνε τις δικές του απόψεις. Συχνότερα αναφερόταν στα έργα του Αναξαγόρα (500−428 π.Χ.), του Εμπεδοκλή (494−434 π.Χ.) και του Δημόκριτου (460−370 π.Χ.). Η Αριστοτέλεια μεθοδολογία υιοθετήθηκε πολύ αργότερα από τον Ευρωπαϊκό Διαφωτισμό από όπου και ξεπήδησαν οι σύγχρονες επιστήμες. Παρότι ο Αριστοτέλης παραδεχόταν ότι τα είδη[2] μεταβάλλονται με το [2] Βασική μονάδα ταξινόμησης των οργανισμών. Σύνολο ατόμων μιας ομάδας πληθυσμών που τα άτομα της μπορούν να αναπαράγονται μεταξύ τους παράγοντας βιώσιμους και γόνιμους απογόνους, όχι όμως με άτομα άλλου είδους. — 16 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 17 χρόνο, απέρριπτε κάθε υπόθεση περί φυσικής επιλογής[3] και επεδίωξε τελεολογικές ερμηνείες των φαινόμενων. Δηλαδή, ότι όλες οι πλευρές των μορφών της ζωής είναι αποτέλεσμα σχεδιασμού ή και σκοπιμότητας. Η τελεολογία είχε κεντρική θέση στη βιολογική σκέψη μέχρι το 19ο αιώνα. Ο Αριστοτέλης και σχεδόν όλοι οι δυτικοί φιλόσοφοι μέχρι τον 18ο αιώνα πίστευαν ότι όλοι οι οργανισμοί ήταν ταξινομημένοι σε μια βαθμολογημένη κλίμακα τελειότητας αρχίζοντας από τα φυτά και καταλήγοντας στον άνθρωπο — scala naturae ή η Μεγάλη Αλυσίδα των Όντων. Σύμφωνα με το Δαρβίνο, η συμβολή του Αριστοτέλη στη βιολογία ήταν ασύγκριτη. Ο Δαρβίνος έγραφε: «ο Λινναίος και ο Cuvier, υπήρξαν οι θεοί μου….αλλά συγκρινόμενοι προς το γερο – Αριστοτέλη, δεν ήταν παρά παιδάκια του σχολείου». Το έργο του Αριστοτέλη συνέχισε ο Θεόφραστος (372−287 π.Χ.), που ήταν μαθητής του και διάδοχός του στην Περιπατητική Σχολή. Ο Θεόφραστος ασχολήθηκε ιδιαίτερα με τα φυτά. Μάλιστα, πολλά είδη φυτών τα συμπεριέλαβε στην ίδια ομάδα και οργάνωσε μια ανώτερη ταξινομική ομάδα, το γένος. Ακόμη έκανε πλήρη περιγραφή της γονιμοποίησης των ανθοφόρων φυτών και της βλάστησης των σπερμάτων. Μάλιστα, πολλά από τα ονόματα που χρησιμοποίησε ο Θεόφραστος διατηρούνται ακόμη και σήμερα, όπως ο όρος καρπός για τα φρούτα. Στην Ελληνιστική περίοδο των Πτολεμαίων και στη διάρκεια των Ρωμαϊκών Χρόνων, η ανάπτυξη της βιολογίας ήταν σε χαμηλά σχετικά επίπεδα. Στη διάρκεια των Ρωμαϊκών χρόνων διακρίνεται ο Πλίνιος, ένας Ρωμαίος ευγενής, που έγραψε την εγκυκλοπαίδεια Historia Naturalis, όπου περιείχε γνώσεις από τους οργανισμούς, την ανθρωπολογία, την ορυκτολογία, τη γεωγραφία κτλ. Μάλιστα, με την πτώση της Ρωμαϊκής Αυτοκρατορίας χάθηκε και ένας μεγάλος όγκος πληροφορίας. Παρόλα αυτά πολλά από τα έργα των αρχαίων Ελλήνων διασώθηκαν κατά τον Μεσαίωνα, επειδή τα έργα μεταφράστηκαν στα αραβικά. Την περίοδο αυτή οι μουσουλμάνοι γιατροί και άλλοι επιστήμονες συνεισέφεραν πολλά στη θεμελίωση της βιολογίας. Είναι η εποχή που χαρακτηρίζεται ως η Ισλαμική χρυσή εποχή. Αντίθετα, την ίδια περίοδο, ο δυτικός κόσμος ελάχιστα συνέβαλε στην ανάπτυξη της βιολογίας, μια και η άποψη του δυτικού κόσμου για τη φύση παρέμενε στη σφαίρα του μεταφυσικού. [3] Μηχανισμός της εξέλιξης που προτάθηκε από τον Δαρβίνο. Η τάση των οργανισμών που έχουν ευνοϊκή προσαρμογή στο περιβάλλον να επιβιώνουν. — 17 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 18 Στα χρόνια της Αναγέννησης παρατηρείται μια ανάπτυξη, ένα ενδιαφέρον για τη βιολογία στο δυτικό κόσμο. Τα έργα των αρχαίων Ελλήνων μεταφράζονται από τα αραβικά στα λατινικά, οπότε γίνονται προσιτά στον κόσμο. Πολλοί επιστήμονες ασχολούνται πλέον με τη βιολογία ακόμη και σημαντικοί ζωγράφοι της εποχής, όπως ο Leonardo da Vinci, που ασχολήθηκε με το ανθρώπινο σώμα. Από την αρχή του 17ου αιώνα, ο μικρόκοσμος γίνεται σχετικά προσιτός στους μελετητές της φύσης με τη βοήθεια των πρώτων μικροσκοπίων. Το μικροσκόπιο άνοιξε μια νέα σελίδα στη μελέτη των μορφών της ζωής. Με το μικροσκόπιο ανακαλύφθηκαν τα σπερματοζωάρια, οι μικροοργανισμοί, τα κυτταρικά οργανίδια κτλ. Ας αναφέρουμε τους σταθμούς στην ιστορία του κυττάρου που ξεκίνησε από τον 16ο αιώνα και συνεχίζεται μέχρι τις μέρες μας. Το 1665 ο Robert Hooke, φυσικός, αστρονόμος και φυσιοδίφης, περιέγραψε για πρώτη φορά το κύτταρο. Με ένα μικροσκόπιο που ο ίδιος έφτιαξε, για πρώτη φορά ανακάλυψε ένα κόσμο, που δεν θα μπορούσε να δει με γυμνό μάτι. Παρατηρώντας λεπτές τομές φελλού[4] διαπίστωσε ότι αποτελούνται από κυψελίδες, τις οποίες ονόμασε κύτταρα (cella–cellulae–cell). Στην πραγματικότητα ο Hooke δεν έβλεπε ζωντανά κύτταρα, αλλά μόνο το άδειο κυτταρικό τοίχωμα των νεκρών κυττάρων —ένα κυτταρικό σχηματισμό— που περιβάλλει τα φυτικά κύτταρα. Tο 1839 δύο Γερμανοί βιολόγοι, ο Mathias Schleiden, που εργαζόταν με φυτικά κύτταρα και ο Theodor Schwann, που εργαζόταν με ζωικά κύτταρα, έχοντας υπόψη τους τα δεδομένα της εποχής εκείνης, διατύπωσαν συγκεκριμένα την υπόθεση ότι όλοι οι οργανισμοί είναι φτιαγμένοι από ένα ή περισσότερα κύτταρα. Mε τη φράση αυτή οι δύο ερευνητές έβαζαν τα θεμέλια της κυτταρικής θεωρίας. Περίπου 20 χρόνια αργότερα, ο Rudolf Virchow (1855), Πρώσος πολιτικός και γιατρός, έκανε μία σημαντική γενίκευση: τα κύτταρα προέρχονται μόνο από προϋπάρχοντα κύτταρα (omnis cellula e cellula). [4] Φυτικός ιστός. Τα κύτταρά του είναι στενά συνδεμένα μεταξύ τους. Παράγεται από το φελλώδες κάμβιο. — 18 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 19 Έτσι, σιγά σιγά εδραιωνόταν η άποψη ότι η ζωή δεν διακόπτεται από τη μία γενιά στην άλλη. Το απόφθεγμα του Rudolf Virchow ήταν σημαντικό για την εποχή εκείνη γιατί πίστευαν ακόμη στην αυτόματη γένεση. Γύρω στα 1880 ένας άλλος Γερμανός βιολόγος, ο August Weizmann, συμπλήρωσε τη θεωρία του Virchow λέγοντας ότι ο πρόγονος όλων των σημερινών κυττάρων βρίσκεται πολύ πίσω, όταν δημιουργήθηκε η ζωή. Με την πάροδο του χρόνου και ιδίως από τα μέσα του 19ου αιώνα, η βιολογία άρχισε να αναπτύσσεται γρήγορα και ουσιαστικά όχι μόνο σε βάθος, αλλά και σε έκταση. Νέα γνωστικά πεδία αναπτύσσονταν. Έτσι, σε σχετικά λίγα χρόνια η βιολογία έγινε μια πολυσχιδής επιστήμη. Από τότε αρχικά η δυτική Ευρώπη και λίγο μετά οι ΗΠΑ κυριάρχησαν στην ανάπτυξη των βιολογικών επιστημών. Σήμερα, την κυριαρχία έχουν οι ΗΠΑ και ακολουθεί η δυτική Ευρώπη. Σε μια προσπάθεια διάρθρωσης της βιολογίας το 1970, η Επιτροπή των Επιστημών Ζωής της Εθνικής Ακαδημίας των ΗΠΑ καθόρισε δώδεκα γνωστικά πεδία για τη βιολογία: (1) μοριακή βιολογία και βιοχημεία (2) γενετική[5], (3) κυτταρική βιολογία (4) φυσιολογία (5) αναπτυξιακή βιολογία (6) μορφολογία (7) εξέλιξη[6] και συστηματική βιολογία (8) οικολογία[7] (9) βιολογία της συμπεριφοράς[8] (10) διατροφή (11) μηχανισμοί ασθενειών και (12) φαρμακολογία. Βέβαια από τότε μέχρι σήμερα ασφαλώς και έχουν προστεθεί και άλλα γνωστικά πεδία στη βιολογία, όπως πχ η Μικροβιολογία[9] και η βιοτεχνολογία, και ίσως προστεθούν και άλλα ακόμη. Η ανάπτυξη της βιολογίας όμως, έφερε και τις πρώτες γκρίνιες μεταξύ των επιστημόνων που ασχολούνταν με τις επιστήμες της ζωής. Κι’ αυτό [5] Κλάδος της βιολογίας που ασχολείται με την κληρονόμηση των χαρακτήρων. [6] Η ανάπτυξη νέων τύπων οργανισμών από προϋπάρχοντες τύπους εξαιτίας της συσσώρευσης μεταλλαγών με την πάροδο του χρόνου. [7] Κλάδος της βιολογίας που ασχολείται με τις αλληλεπιδράσεις των οργανισμών και με το περιβάλλον. [8] Κλάδος της βιολογίας που μελετά τη συμπεριφορά των οργανισμών στη φύση. [9] Ο κλάδος της βιολογίας που ασχολείται με μικροοργανισμούς, δηλαδή, τους ιούς, τα βακτήρια κτλ. — 19 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 20 γιατί η μεγαλύτερη ανάπτυξη έγινε στα πεδία της κυτταρικής και της μοριακής βιολογίας. Δηλαδή, παραμερίστηκε ο οργανισμός, ως σύστημα μελέτης, που μέχρι τότε ήταν αυτοσκοπός της βιολογίας και στο στόχαστρο των βιολόγων μπήκε το κύτταρο και πώς αυτό λειτουργεί. Έτσι, εισχώρησε η χημεία στη μελέτη του κυττάρου και τα αποτελέσματα ήταν εκπληκτικά. Αυτό έκανε το βιοχημικό George Wald, αλλά και πολλούς βιολόγους που ασχολούνταν με το κύτταρο, να ισχυρισθούν ότι βιολογία είναι μόνο η βιολογία των χημικών μορίων[10] — βιομορίων— που παράγονται από το κύτταρο και τους οργανισμούς και δεν χρειάζονταν πλέον η ζωολογία και η βοτανική. Οι επιστήμονες αυτοί, συνεπαρμένοι από τα ευρήματα της κυτταρικής και μοριακής βιολογίας, δεν μπορούσαν να αντιληφθούν, ότι όσο απαραίτητη είναι η εμβάθυνση στα μυστικά του κυττάρου, άλλο τόσο απαραίτητη είναι και η μελέτη ολόκληρων των οργανισμών και οι αλληλεπιδράσεις τους με το περιβάλλον. Γιατί ναι μεν, μέσω της κυτταρικής και της μοριακής βιολογίας θα γνωρίσουμε τους επιμέρους μηχανισμούς του κυττάρου, αλλά δεν θα μπορέσουμε να τους εντάξουμε στις κοινωνίες των οργανισμών, αν δεν ξέρουμε πώς ζουν και λειτουργούν οι οργανισμοί, πώς συμπεριφέρονται, πώς εξελίσσονται κτλ. Είναι αλήθεια ότι η στροφή προς τους μηχανισμούς του κυττάρου πριν από μερικές δεκαετίες είχε σαν αποτέλεσμα σημαντικοί τομείς της βιολογίας, όπως η βιοποικιλότητα[11] —αναφερόμαστε κυρίως στην ποικιλότητα στο επίπεδο των ειδών— η οικολογία και η συμπεριφορά των οργανισμών να παραγκωνισθούν και μόνο τα τελευταία χρόνια να πάρουν τη θέση που τους αρμόζει. Φανταστείτε ότι ακόμη και η γενετική, ο σημαντικότατος αυτός κλάδος της βιολογίας, που σήμερα σε συνδυασμό με τη μοριακή βιολογία κυριαρχεί, τη δεκαετία του 60 θεωρείτο από μερικούς επιστήμονες παρακατιανή της βιοχημείας. Το ρεύμα αυτό είχε αντίκτυπο και στα Πανεπιστήμια όπου οι έδρες ή οι τομείς της ζωολογίας και της βοτανικής μετατρέπονταν σε έδρες κυτταρικής και μοριακής βιολογίας. Τελευταία όμως, οι κλάδοι αυτοί της βιολογίας —οργανισμοί και περιβάλλον— έχουν έρθει και πάλι στην [10] Δύο ή περισσότερα άτομα που συγκρατούνται μεταξύ τους ισχυρά συνιστούν ένα μόριο. Άτομο είναι η μικρότερη μονάδα ύλης που διατηρεί τα χαρακτηριστικά ενός χημικού στοιχείου. [11] Η ποικιλότητα σε όλα τα επίπεδα οργάνωσης της ζωής – στο επίπεδο των μορίων, στο επίπεδο των ειδών, των οικοσυστημάτων κτλ. — 20 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 21 επικαιρότητα, γιατί αφορούν άμεσα τον άνθρωπο, γι’ αυτό και απασχολούν ολοένα και περισσότερο τις περιβαλλοντικές οργανώσεις, αλλά και τους διεθνείς οργανισμούς και τους αρχηγούς κρατών. Η βιοχημεία, από την άλλη μεριά, ήταν αρχικά ο μόνος κλάδος της βιολογίας που μελετούσε τους μηχανισμούς του κυττάρου και των οργανισμών στο επίπεδο των βιομορίων. Αργότερα, ένα κεντρικό κομμάτι της αποκόπηκε και δημιούργησε τη μοριακή βιολογία, που μελετά συγκεκριμένους μηχανισμούς του κυττάρου, που σχετίζονται κυρίως με την έκφραση των πληροφοριών που περιέχονται στο μόριο της ζωής, το DNA.[12] Δηλαδή, την παραγωγή προϊόντος με βάση την πληροφορία που είναι αποθηκευμένη στο DNA. Σύμφωνα με τον Francis Collins, το DNA είναι κάτι σαν τον σκληρό δίσκο του υπολογιστή μας. Θεωρείται ότι είναι ένα σταθερό μέσο για την αποθήκευση των πληροφοριών. Περισσότερες πληροφορίες για τη δομή και τη λειτουργία του DNA θα μάθουμε στη συνέχεια. Σήμερα, σχεδόν όλοι οι κλάδοι της βιολογίας —αν όχι όλοι— που ασχολούνται με το κύτταρο, χρησιμοποιούν τη βιοχημική και μοριακή τεχνολογία για να πάρουν απαντήσεις στα ερωτήματα που θέτουν. Στις μέρες μας, κατά τη γνώμη μου, κεντρικός στόχος της βιολογίας στο μοριακό επίπεδο είναι η μελέτη του κυττάρου ως συνόλου. Ζητούνται λοιπόν λύσεις για τα βασικά χαρακτηριστικά του κυττάρου, όπως, πώς το κύτταρο αντιλαμβάνεται και αποκρίνεται στο περιβάλλον του, ή πώς διαιρείται, ή πώς λειτουργούν οι μηχανισμοί της ανάπτυξης. Πώς δηλαδή, από ένα γονιμοποιημένο ωάριο δημιουργείται ένας ολόκληρος οργανισμός κτλ. Θέτοντας τέτοια ερωτήματα, που δεν βρίσκουν απάντηση μόνο με τα γονίδια[13], όπως θα το τεκμηριώσουμε αργότερα, είναι απαραίτητη μια νέα προσέγγιση του θέματος, αλλά από άλλη οπτική γωνία. Είναι η αντίληψη της βιολογίας με τρόπο ολιστικό. Για τον σκοπό αυτό τελευταία αναπτύσσονται νέοι κλάδοι της βιολογίας, όπως: Η πρωτεΐνομική, που μελετά ταυτόχρονα το σύνολο ή ένα μεγάλο μέρος των πρωτεϊνών[14] ενός κυττάρου, που συμμετέχει σε μια κυτταρική λειτουργία. Η βιοπληροφορική, που χρησιμοποιεί τα υπάρ[12] Το γενετικό υλικό όλων των κυττάρων και οργανισμών του πλανήτη μας. [13] Τμήμα του DNA, που χρησιμεύει ως μονάδα κληρονομούμενης πληροφορίας. [14] Βασικά βιομόρια του κυττάρου. Προϊόντα των γονιδίων. Θα αναφερθούμε αρκετά στη συνέχεια. — 21 — selidobiologia.qxp 11-11-11 09:40 22 χοντα προγράμματα για τον υπολογιστή, μαθηματικά μοντέλα και στατιστική, για να δώσει λύσεις στα μεγάλα προβλήματα της βιολογίας και η βιολογία των συστημάτων. Η βιολογία των συστημάτων δεν μελετά μεμονωμένα τα γονίδια και τις πρωτεΐνες, όπως κάναμε εδώ και 40 χρόνια, αλλά μελετά όλα τα στοιχεία και τις σχέσεις τους, που υπάρχουν σε ένα σύστημα. Τελικά η βιολογία των συστημάτων έχει στόχο να κατασκευάσει μοντέλα που να περιγράφουν τη δυναμική του συστήματος. Στη νέα αυτή πορεία, η βιοχημεία και η μοριακή βιολογία έχουν γίνει κατά βάση τα εργαλεία για τη διαλεύκανση των μηχανισμών της λειτουργίας του κυττάρου. Ακόμη, η βιοχημική και η μοριακή τεχνολογία έχουν γίνει τα εργαλεία και για τις εφαρμογές της βιολογίας, που αναπτύσσονται, αυξάνονται και τελειοποιούνται καθημερινά και οι οποίες βελτιώνουν την ποιότητα της ζωής του ανθρώπου, όπως θα δούμε στη συνέχεια. Οι βιολόγοι της γενιάς μου, πρέπει να ομολογήσω, ότι υπήρξαμε τυχεροί, γιατί στις μέρες μας γνωρίσαμε βήμα προς βήμα την επανάσταση της μοριακής βιολογίας. Ξεκινώντας στις απαρχές της δεκαετίας του 50 με τη γνώση της βασικής δομής του κεντρικού μορίου της ζωής — του DNA— τα επόμενα χρόνια μάθαμε πολλά για τις λειτουργίες του και τώρα τελευταία καταφέραμε να κατανοήσουμε την πλήρη δομή του. Απομένει βέβαια το κυριότερο. Να μάθουμε τη γλώσσα του DNA και του κυττάρου ώστε να καταλάβουμε πώς λειτουργούν. Κύτταρα – Οργανισμοί. Προτού κλείσουμε το εισαγωγικό κομμάτι, θα πρέπει να πούμε δυο λόγια για τους οργανισμούς και για το κύτταρο και τη σχέση τους με το περιβάλλον, ώστε ο αναγνώστης να βρίσκεται μέσα στο πνεύμα του κειμένου. Αν κοιτάξει κανείς γύρω του θα δει με μια ματιά, ένα πλήθος από διαφορετικούς οργανισμούς. Ζώα μικρά, ζώα μεγάλα, φυτά μικρά, φυτά μεγάλα κ.ο.κ. Ο άνθρωπος ομαδοποίησε τους οργανισμούς με βάση κυρίως τα μορφολογικά τους γνωρίσματα, με σκοπό να μπορεί να τους αναγνωρίζει, να τους ταξινομεί και να τους μελετά. Έτσι, σήμερα, οι οργανισμοί διακρίνονται σε διάφορες κατηγορίες, με βάση τα μορφολογικά τους κυρίως γνωρίσματα. Όπως θα δούμε σε επόμενο κεφάλαιο, οι οργανισμοί χωρίζονται σε τρεις επικράτειες. Τα βακτήρια, τα αρχαία και τα ευκάρυα. Τα ευκάρυα με τη σειρά τους χωρίζονται σε τέσσερα βασίλεια. Στα πρώτιστα, τους — 22 —