Az élet hálózata- Versengés mellett együttműködés

Eredetileg a méhek lépének egyetlen kicsiny celláját, hatszögletű méz-kamráját jelentette a „sejt” szó, amit a nyelvújítás korában, a 19. század elején ruháztak fel mai élettani jelentésével. Ekkoriban született meg a biológia tudományában az úgynevezett sejt-elmélet, ami szerint:

a sejt az élet alapvető egysége,

minden élőlény egy vagy több sejtből épül fel, és a sejtek korábban meglévő sejtekből jönnek létre. Azzal, hogy hogyan alakulhatott ki a legelső sejt, az evolúcióbiológia a 20. század elejétől kezdve foglalkozik intenzíven; a témában a 21. század elején az addig élettelennek gondolt vírusok tanulmányozása révén jelentkezett hatalmas fordulat.

Ez utóbbit az apró élőlények – mikroorganizmusok – tanulmányozását beindító holland Antoni van Leeuwenhoek fedezte fel, amikor az amszterdami gyémánt- és lencsecsiszolóktól eltanult módszerrel 250-szeres nagyításra képes mikroszkópot szerkesztett, és mikroszkópja alatt egysejtű élesztőgombákat figyelt meg. Az ekkoriban, azaz a 17. század második felében kifejlesztett mikroszkópok és teleszkópok indították be a tudományos forradalmat, aminek óriási sebessége csak a mai, digitális forradalom szédületes ütemével vethető össze.

1665-ben jelent meg Leeuwenhoek kortársa, a kiválóan rajzoló angol Robert Hooke könyve, a Micrographia. Ebben a hamarosan tudományos bestsellerré váló műben találkozhatunk először a sejt – cell – szóval, amivel Hooke jellemezte a lépesméz hálózatához hasonló látványt, amit mikroszkópjába tekintve látott. A hatszögletű mintázatot Hooke egy darabka parafa-kéreg megfigyelésével kapta, és Leeuwenhoek-kal ellentétben, aki a vörösvérsejteket, a hímivarsejteket és a baktériumokat is felfedezte, nem is sejtette, hogy a sejtek élőlények. Mindazonáltal, amikor Leeuwenhoek a brit Tudományos Akadémia lapjában a többi kortárs hitetlenkedése közepette közölte felfedezését, Hooke az együttműködés tudósok közt is fellelhető példájaként igazolta kollégája felismerését.

Szervezetünk sejtjei

Ma a fénymikroszkópok további fejlődésének és az elektronmikroszkópok felfedezésének köszönhetően kétféle sejtet különböztetünk meg: prokarióta, illetve eukarióta sejteket. Az eukarióták (eu: igazi; karion: mag) sejtmaggal és sejtszervecskékkel (pl. mitokondriumok, csillók) rendelkező fejlettebb, míg a prokarióták (pro: előtti) az evolúció során az eukarióták előtt létrejött, kezdetlegesebb sejtek. A 3,5 milliárd éve kialakult prokarióták nem rendelkeznek hártyával határolt sejtszervecskékkel és sejtmaghártyával körülölelt sejtmaggal, örökítő anyaguk, ami általában egy körkörös DNS-molekula, a sejtplazmában lebeg.

A sejtek élhetnek önmagukban, de társulhatnak is – az evolúció óriási hajtóereje a versengés mellett az együttműködés –, így alakultak ki két prokarióta szimbiózisával 2 milliárd évvel ezelőtt az első eukarióták, majd az eukarióta sejtek társulásával a többsejtű algák, növények, gombák és állatok (néhány kivételes prokarióta is képes többsejtű szervezetet kialakítani). Az eukarióta sejtek nagyra tudnak nőni (átmérőjük 1 és 100 mikrométer közötti), térfogatuk a prokarióták (baktériumok, archeák) tízezerszerese is lehet, és az egyetlen sejtmag mellett akár többszáz mitokondriumot is befogadhatnak. A növényi sejtek, eltérően az állati sejtektől, a sejthártyájukon kívül kemény sejtfallal is rendelkeznek – a sejtfalak által alkotott mintázatot látta meg Robert Hooke –, mitokondriumok helyett kloroplasztok (fotoszintetizáló színtestek) vannak bennük, és tíz-húsz féle sejttípussá tudnak alakulni. Az állati sejtek differenciálódási képessége óriási: az apró hímivarsejtektől kezdve a máj- vagy idegsejteken át a hatalmas petesejtig több mint százféle sejttípus van az állatok testében.

A közelmúltig úgy gondolta a tudomány, hogy a vírusok is dezertőrök: az volt az elképzelés, hogy ezek a prokariótáknál is jóval egyszerűbb szerkezetek a sejtekből kiszakadt élősködők. Arra hivatkozva, hogy a vírusok nem rendelkeznek önálló anyagcserével, és nem tudnak önállóan szaporodni, még az élőlény-státuszt is megtagadták tőlük. A 2000-es évek elején azonban forradalom tört ki a víruskutatásban, aminek eredményeképpen úgy tűnik, hogy a vírusok már a prokarióták előtt is jelen voltak a Földön, olyannyira, hogy egyenesen a vírusok közreműködésével fejlődött ki a DNS-molekula és az első sejt, a vírusoknak köszönhetően ágazott az élet fája három felé, így a vírusoknak köszönhetően alakultak ki az archeák, baktériumok, eukarióták is.

Az együttműködés meglepő példája: a humán génállomány 8 százaléka szimbionta vírusokból származik. Az emberi szervezetben így együtt él a 40 billió vírusokkal felturbósított eukarióta sejt, bennük a prokariótákból kialakult mitokondriumok, továbbá a nyálkahártya-felszíneken és a bélrendszerben a szintén szimbionta mikroorganizmusok: gombák, majd’ 1000 féle baktérium (ezek száma közel annyi, mint amennyi eukarióta sejtünk van), és – egyelőre – megszámlálhatatlan vírusféleség (mikrobiom, virom). Az élet ennek a sokféle sejtnek és sejtalkotónak az együttműködéséből alakul ki.