Zer da bizia?

Bizia zer den adierazten duten hainbat definizio daude. Zientziaren zenbait alorrek, fisikak, kimikak eta matematikak adibidez, sortu dute beren definizio propioa. Biologoen artean, hots, izaki bizidunen eta, beraz, biziaren gauzatzea ikertzen dutenen artean, definizioak ugaldu egiten dira. Horrela, ez litzateke gehiegizkoa izango esatea definizioa nork egiten duen, biokimikaria, ekologoa edo mikrobiologoa den, horren araberakoa dela definizioa.

Bizia uretan sortuko zen, eta gaur egun uretan izaki bizidunek jarraitzen dute. Baina horrelako irudiak ikusita eta izaki bizidunen aniztasunari erreparatuta, nola definitu bizia zer den?

Hona hemen adibide batzuk:

• Izaki bizidunak beren ingurunearen eta barneko aldaketen aurrean erantzuteko joera duten sistemak dira, eta beren jarraipena bultzatzen dute.

• Potentzialki autobetikotzen diren erreakzio organiko mihiztatuen sistema ireki bat da bizia, eta erreakzio horiek sistema irekiak berak ekoizten dituen konplexu kimikoek (entzimek) katalizatuta daude.

• Izaki bizidunak objektu ez-bizietatik bereizten dituen prozesu bat da.

• Ingurunetik jasotako substantzien edo energia askearen erabileraren bitartez barne-entropia gutxitzeko sistema jarraitu edo irekien kidea den fenomeno bat da.

Definizio horiek guztiak orokortuz, badaude izaki bat bizidun izendatu ahal izateko bete beharreko zenbait berezitasun:

• Homeostasirako gaitasuna. Barne-ingurunea aldatzeko gaitasuna izatea egoera orekatu bat mantentzeko. Adibidez, lo egitea deskantsatzeko, bihotzaren taupadak eta birikien hauspoa azkartzea giharrei uzkurtzen laguntzeko, janariaren aurrean adurra jariatzea jaten hasi baino lehen…

• Antolaketa. Antolaketa-maila minimo bat izatea, non izakiaren eta ingurunearen arteko mugak ezartzen diren.

• Metabolismoa. Ingurunetik energia eskuratzeko gai izatea, eta, hala, izakiarentzat beharrezkoak diren osagaiak lortzea eta hondakinak kanporatzea.

• Hazkuntza. Norberaren atalak hazteko gaitasuna izatea, eta ekoizten dena deuseztatzen dena baino gehiago izatea.

• Moldaketa. Aldatzen den ingurune batean denboraldi jakin batean biziz, aldatzeko gaitasuna lortzea. Derrigorrezkoa da, eboluzionatzeko gaitasuna izan nahi bada.

• Kinada edo estimuluei erantzuteko gaitasuna. Inguruneak edota, izaki zelulaniztunetan, organismoaren beste zenbait atalek bidal ditzaketen mezuak jaso, interpretatu eta horiei erantzuna emateko gaitasuna izatea, adibidez, mugimendua sortzea, elikatzea, ugaltzea edota hiltzea.

• Ugalketa: izaki berri bat sortzeko gaitasuna izatea.

Edozein izaki bizidunek zazpi baldintza horiek bete behar ditu; bestela, ezin esan daiteke bizirik dagoenik.

Zelula: biziaren unitate estrukturala

Antzinako Greziatik, biziaren funtsezko unitatea definitzea izan da gizakiaren obsesioa. Grezia klasikoan, sua, airea, lurra eta ura hartzen ziren biziaren unitate edo atomo gisa. Sinesmen horri tinko eutsi zioten Errenazimenturaino, non askotariko animalien azterketa anatomikoen ildotik zuntzaren teoria gailendu zen. Azken finean, animalien gorpuen zati bereizgarri txikienak muskulu-zuntzak, tendoiak eta zainak baitira; hori dela eta, izaki bizidunen unitate estruktural txikienak zuntza behar zuen izan. Beranduxeago, eta XVIII. eta XIX. gizaldietako munduan zeharreko esplorazio-bidaien ondorioz, garrantzitsuago bilakatu zen ezagutzen ari ziren espezie berrien egitura bateratzailea zein zen aurkitzea. Egoera horretan, Theodor Schwann zoologoa eta Matias Jacob Schleiden botanikaria, mikroskopioen bitartez egindako aurkikuntzak alderatzen ari zirela, ohartu ziren izaki bizidun guztiak zelulez eratuak daudela. Horrela, 1839. urtean, teoria zelularra sortu zen, hain zuzen, biologiaren teoria nagusietako bat, eboluzioaren eta herentziaren teoriekin batera. Teoria zelularraren arabera:

• Edozein izaki bizidunen unitate estrukturala edo funtsezko zatia zelula da.

• Zelula bakoitzak hiru osagai nagusi ditu: mintza, gorputz zelularra eta nukleoa.

• Izaki zelulaniztunetan, zelula bakoitzari bizi bikoitza dagokio: bata, izakiaren parte izateagatik dagokiona eta, bestea, zelula-mota jakin bat izateagatik dagokiona.

Azkenik, jatorrizko teoria zelularrak laugarren puntuan defendatzen zuen zelulak de novo sintetizatzen zirela. Pasteurrek behin betiko baztertu zuen ideia hori. Beraz, gaur egungo teoria zelularra Rudolf Virchowen aforismo famatuarekin (1858) bukatzen da: Omnis cellula e cellula, “zelula oro beste zelula batetik dator”.

Friedrich Theodor Schwannen omenez Liejako Unibertsitateko Zoologia Institutuaren atarian jarritako estatua. Liejan, 1848. eta 1880. urteen artean, Schwannek anatomia eta fisiologiako eskolak eman zituen. Schwannek teoria zelularra plazaratu zuen 1839. urtean argitaratutako Mikroskopische Untersuchungen über die Uebereinstimmung in der Struktur und dem Wachsthum der Thiere und Pflanzen liburuan. Teoria horren arabera, zelula da biziaren unitate estrukturala

Aforismo horretatik zera ondorioztatzen da: antolakuntza zelularra da biziaren unitaterik sinpleena; beraz, antolakuntza zelularrik ez duenak ez du bizirik. Zelulak arestian aipatutako zazpi baldintzak betetzen ditu. Horrek zenbait egitura biologiko errepikakor biziaren mugan kokatzen ditu, hala nola birusak, biroideak edota prioiak. Birusak eta biroideak beren buruaren kopiak sor ditzaketen informazio genetikoaren (DNA edo RNA) zatiak dira. Prioiak proteina eraldatuak dira, eta beren berezitasuna da proteina prioniko fisiologikoak eraldatzeko gaitasuna dutela. Edozein kasutan, egitura horiek guztiek zelula baten barruan egon behar dute ugal daitezen; beraz, ezin daiteke esan beren kabuz bizi direnik.

Korrokoiaren gibeleko lau zelularen (hepatozitoen) mikroargazkia, transmisiozko mikroskopio elektronikoaren bitartez lorturikoa. Zelula eukariotikoan, material genetikoa gordetzen duen benetako nukleoa bereizgarria da, baita mintzez inguraturiko zenbait organulu ere (mitokondrioak, erretikulu endoplasmatikoa, peroxisoma, lisosomak…). Antolakuntza honek, antolakuntza prokariotikoarekin batera, ematen dio gorputza biziari

Gizakiak aspalditik, Greziako zibilizazioaren garaitik, izan du gauzak sailkatzeko grina, eta izaki bizidunak ez dira salbuespena izan. Orain dela 250 urte, Lineok munduko hainbat lekutara bidali zituen bere ikasleak izaki bizidunak sailkatzeko, eta orduan sortu zen sistematika edo bizidunen sailkapenaren zientzia modernoa. Horrela, biziaren bost erreinu bereizten ditugu gaur egun: Monera, Protoktista, Fungi, Plantae eta Animalia. Moneraren barruan sartzen dira izaera zelular prokariotikoa duten izaki guztiak, eubakterio, zianobakterio eta arkeobakterioak barne. Hori ez dator bat teoria zelularraren bigarren puntuarekin, nukleorik ez baitute, baina zalantzarik gabe izaera zelularra dute, eta izaki bizidunak dira. Beste lau erreinuetan, aldiz, izaera eukariotikoa (benetako nukleoa duten zelulak) duten bestelako izakiek aurkitzen dute tokia: ameba, protozoo, diatomeo eta enparauek Protoktista taldearen barruan, onddoek Fungi erreinuaren barruan, landareek Plantae erreinuaren barruan eta azkenik animaliek Animalia erreinuaren barruan.

Suediako Uppsala Unibertsitateko Anatomia Institutu zaharra. Handik atera ziren izaki bizidunen sailkatze-lanetan munduan zehar ibili ziren Lineoren ikasleak. Horrelako eraikinetan hedatu zen zuntzaren teoria Errenazimentu-garaietatik XIX. gizaldiraino. Teoria horren arabera, eta gorputzen azterketa anatomikoetan oinarrituta, zuntza da biziaren unitate estrukturala

Biziaren sorrera

Bada gauza bat gizakiaren imajinazioa beste ezerk baino gehiago harrotu duena: biziaren jatorria edo sorrera. Agustin Deunaren lehen galdera: nondik gatoz? Galdera horri erantzuteko, zientzia, sineskeria, fedea eta filosofia uztartzen dira askotan, eta lehiatu ere bai, gehienetan. Zientzialariak betidanik saiatu dira galdera horri erantzuten. Gizaldi askoan, biziaren ikusmolde aristotelikoa gailendu zen, zeinaren arabera lurretik, uretik eta haizetik sor zitekeen bizia; hau da, bizia ez-bizitik sor zitekeen.

Mende askoan, zientzialarien erronka handia izan zen ideia hori ezeztatzea; izan ere, edonork ikus dezake usteltzen den okelaren gainean arrak sortzen direla. Lehenengo, Francesco Reddik (1626), geroago, Lazzaro Spallanzanik (1729) eta, azkenik eta betirako, Pasteurrek (1861) frogatu zuten bizia bizidunek bakarrik sor zezaketela. Pasteurren esperimentuetan, hain zuzen ere, ontzi bereziak erabili zituen, lepo oso estua eta bihurria zutenak. Ontziak ez zeuden itxita, eta, beraz, oxigenoa sar zitekeen; hartara, ontzien barruko gai organikoarekin (haragi-zukua eta bestelako infusioak) kontaktuan zegoen oxigenoa. Gai organiko hori egosi eta gero, gainean ez zitzaion mikrobiorik sortzen. Beraz, mikrobioen hoziak airearekin zabal zitezkeen, baina ezin zuten ontziaren lepo bihurria gainditu. Aldiz, lepo bihurri hori apurtzean, berehala hasi ziren haragi-zukuaren gainean mikrobioak sortzen. Horrela frogatu zuen airean mikrobioak sortzen dituzten hoziak daudela.

Horrek betirako baztertu zuen abiogenesia edo bizia bizirik ez dauden gaietatik sortzen dela dioen teoria. Orduan, galdera oinarrizkoagoa sortzen da: nola sortu zen Lurrean lehenbizikoz bizia? Abiogenesia betirako baztertua, erantzun posible bakarra gelditzen zen: bizidunen gainetik dagoen naturaz gaindiko izaki batek, erlojugile jainkotiar batek, sortua behar du biziak. Ez da nahikorik aipatzen, baina Louis Pasteurren azken helburua hori zen, kristau sinestuna baitzen. Garai hartan, Lamarcken ondotik, Darwinen eboluzioaren teoria gailentzen ari zen, eta Jaungoiko sortzailearen teoria bazterrean uzten. Lamarcken biziaren ikusmolde linealean, bizidunek perfekziorantz eboluzionatzen dute, eta egoera horretan biziaren jatorria azaltzeko berehalako sortzapena defendatzen zuen. Darwinek berak, 1857. urtean lagun bati bidalitako eskutitz batean, aitortu zuen biziak aintzira batean sortu behar izan zuela, gai kimiko arrunten uztarketaren bitartez. Azken finean, ez du zentzurik biziaren gaur egungo adierazle diren espezie guztien jatorria azaltzeko naturaren legei erreparatzeak eta lehenbiziko biziaren sorrera azaltzeko naturaren kanpoko argudioei heltzeak.

Hortaz, zer hipotesi gelditzen zaigu biziaren sorrera azaltzeko? Gaur egun, hiru dira hipotesi edo pentsaera-eskola nagusiak.

• Abiogenesia.

• Kreazionismoa edo diseinu adimenduna.

• Panespermia.

Kreazionistek naturaren legeen gainetik dauden azalpenei erreparatzen diete. Estatu Batuetan batik bat izan dute indar handia, baina beren ideiak eskoletan zabaltzeko arazoak direla eta, batez ere epaitegietan galdutako zenbait epaiketaren ondoren piztu dira berriz teoria kreazionistak, diseinu adimendunaren hipotesien magalean. Teoria horien arabera, biziaren zenbait egitura eta mekanismo hain dira konplexuak, ezen haien sorreraren azalpen ebolutibo sinesgarririk ez baitago momentuz. Beraz, ez da beste irtenbiderik gelditzen: diseinugile adimendun baten obra behar dute izan, naturaz gaindiko erlojugile baten lana, alegia. Bizia izaki adimendun baten sorkuntza da.

Panespermiaren arabera, bizia bera edo biziaren lehengaiak diren makromolekula biologikoak espaziotik heldu dira Lurrera. Espazioa oso handia da, makromolekulaz beteta dago (hainbat ikerketak frogatu dutenez), eta gugandik 30 km-ra dago soilik. Hainbatetan frogatu da Lurrera ailegatutako meteoritoek aminoazidoak ekar ditzaketela espaziotik. Halaber, frogatu da talka bortitz baten ondoren aminoazidoz kargaturiko partikula baten gainean proteina txikiak (polipeptidoak) era daitezkeela. Batzuek defendatzen dute badirela zenbait zelula (arkeobakterioak batik bat) meteorito baten talkaren ondoren biziraun dezaketenak; hori dela eta, zelula horien jatorri espaziala postulatzen dute. Edozein modutara, teoria horiek Lurretik urruntzen dute biziaren sorrera, eta leku urrunetara desbideratzen dute biziaren sorrerari buruzko jatorrizko galdera: nola sortu zen bizia leku horietan?

Teoria abiogeniko modernoek, aldiz, Darwinen teoria eta haren jarraitzaile diren XX. gizaldiko Oparin eta Haldaneren “jatorrizko saldaren” formulazioa laborategira eraman dute, frogatu nahian bizia posible egiten duten elementu makromolekularrak kimikoki sor zitezkeela kondizio egokietan. Abiogenesia saiatzen da azaltzen orain dela 4.000 milioi urte Lurrak zituen kondizioetan bizia nola sor zitekeen.

Japoniako Fuji sumendia. Antzinako Lurrean, horrelako leku batean sor zitezkeen bizia posible egiten duten makromolekulak. Horixe frogatu zuen, behintzat, Estatu Batuetako Stanley Miller zientzialariak, zenbait gasetatik abiatuta aminoazidoak ekoiztu zituenean

Horrela, Wöhlerrek lehen molekula organikoaren, urearen, sintesi kimikoa lortu zuen 1828. urtean. Hala ere, izaki bizidunen egituretan, makromolekula handiago eta konplexuagoak ditugu: proteinak —horien azpiunitateak aminoazidoak dira—, lipidoak, azido nukleikoak —horien azpiunitateak nukleotidoak dira— eta karbohidratoak. Stanley Millerren doktore-tesiaren parte izan ziren esperimentuek eman zieten bultzada nagusia teoria abiogenikoei. 1953-1954an egindako hiru esperimentutan, Millerrek frogatu zuen kanpo-energiaren hornidura egokiarekin Lurreko atmosfera erreduzitzailean aminoazidoak sor zitezkeela. Horretarako, Lurraren atmosferan arruntak izan zitezkeen gasen (metano, azido sulfidriko eta amonioaren) diluzioetatik abiatuta, D- eta L-aminoazidoen sintesia lortu zuen, esperimentua egun batzuez kondizio beroetan eta hornidura elektriko aproposarekin eginez.

2008. urtean, Millerren esperimentuen berrazterketa interesgarri bat egin zen. Miller 2007. urtean hil zen, eta Scripps Ozeanografia Institutuan (La Jolla, Kalifornia) zuen bulegoa hutsik gelditu zen. Bertan, Chicagoko Unibertsitatean egindako hiru esperimentuetako laginak gordeta topatu zituzten, eta, zientzialari onek egin ohi dutenez, ongi etiketaturik. Sumendien inguruan sor daitezkeen kondizio kimikoak kopiatzen zituen esperimentuaren ontzietako laginak gaur egungo teknikekin aztertuz, frogatu ahal izan da hogeita lau aminoazido ekoitzi zirela. Horrek esan nahi du biziaren zimendu diren aminoazidoak sumendien inguruan sortu zirela, ustez, orain dela 4.000 milioi urte.

Bide beretik, Joan Oró zientzialari kataluniarrak nukleotidoen osagaiak kimikoki ekoitzi zituen 1960-1961 bitartean egindako saioetan. Hain zuzen ere, Millerren jatorrizko nahasketa kimikoari azido zianhidrikoa gehituz, base purikoak ekoitzi zituen, eta, formaldehidoa gehituz, erribosa eta desoxiribosa.

Gaur egun defendatzen den hipotesi abiogeniko sinesgarrienaren arabera, biziaren sorreran molekula nagusia RNA izan da. RNA informazioa gordetzen duen azido nukleikoa da, baina kimikoki DNA baino errazago ekoitz daiteke, antzinako Lurraren kondizioetan behintzat. RNAk garraiatzen duen informazioa baliagarria da proteinak sortzeko (gaur egungo RNA mezulariaren kasuan), bere buruaren kopiak sortzea bideratu dezake, eta, gainera, badira RNA-molekulak entzimak balira bezala erreakzio kimikoak kataliza ditzaketenak (erribozimak).

Uste denez, RNA-molekula horiek mintzen osagaiak diren lipidozko besikuletan barneratuak gelditu ziren, lipidozko besikulak espontaneoki sortu baitziren antzinako Lurreko gune urtsuetan, eta gaur egungo zelula prokariotikoen aitzindariak eraiki zituzten. Zelula prokariotiko horien eboluzioz zelula eukariotikoak sortuko ziren. Eboluzio horretan, garrantzi handia izan zuten prozesu endosinbiotikoek (mitokondrio eta kloroplastoen sorrera) eta mintz plasmatikoaren inbaginatzeko gaitasuna eskuratu izanak (zitoskeletoa eskuratzeak fagozitosi-ahalmena lortzea eta barne-mintz sistemaren agerpena ahalbidetu zituen: nukleoa, erretikulu endoplasmatikoa, Golgi aparatua, lisosoma).

Biziaren gutxieneko osagaiak

1995. urtean, J. Craig Venterren ikerkuntza-taldeak lehen izaki bizidunaren genomaren sekuentzia osoa kaleratu zuen, Haemophilus influenzae eubakterio gram(-)arena, hain zuzen ere. Bakterio horren genoman, 1.800 gene baino ez dira aurkitzen. Aldi berean, beste bakterio baten genoma sekuentziatu zuen lantaldeak, gizakiaren gernubidean zoldurak eragiten dituen Mycoplasma genitalium ena. Bakterio horrek izaki bizidunen artean ezagutzen den genomarik txikiena edo murriztuena du, eta 580.000 base-pare eta 517 gene besterik ez ditu. Venterren taldeak segituan ekin zion bakterioaren geneak banan-banan isiltzeko ikerketa-lan bati, bizia bideragarria izateko behar den gene-kopuru minimoa definitu nahian. Gene gehienak isilarazi zituzten transposoiak erabiliz, hau da, geneen erdian tartekatu daitezkeen DNA-sekuentziak erabiliz; horrela, geneak banan-banan erabilezin bihurtu zituzten. Azkenean, 265 eta 360 generen multzo minimo bat gelditu zitzaien, bizia sostengatzeko beharrezkoa zena. Lan horri esker jakin ahal izan da biziaren definiziorako ez dela nahikoa informazio genetiko soila, zeren inguruneak berebiziko garrantzia baitu. Mycoplasma genitalium bakterioak bi energia-iturri erabil ditzake: glukosa eta fruktosa. Ingurunean glukosa badago baina fruktosarik ez, glukosaren metabolismoko geneak behar-beharrezko zaizkio bizirauteko; aldiz, fruktosaren metabolismoko geneak ez dira ezinbestekoak. Alderantziz gertatu ohi da ingurunean fruktosa dagoenean. Beraz, genomak eta inguruneak definitzen dute bizia eta biziaren forma eta espezieak.

1996. urtean argitaratutako ikerketa lan horretatik haratago joan da Venter ikertzaile ospetsua, eta Synthetic Genomics enpresa eraiki du berriki. Enpresa horretan, kromosoma bakterianoak kimikoki sintetizatzen ari dira, orain arte ezagunak eta digitalizaturik ditugun izakien genoma-informazioa erabiliz. Lehenengo saiakeran (2003an), PhiX174 bakteriobirusaren genoma eraiki zuten. Genoma artifizial hori E. coli bakterioetan txertatuz, birus-partikula osoak eraikitzea lortu zuten. Hori ez da bizia sortzea, birusak ez baitira izaki bizidunak, baina, 2007. urtean argitaratu zuten moduan, lortu dute jadanik bakterio baten kromosoma eraikitzea. Ezagutzen dugun izaki bizidun sinpleenaren informazio genetikoa hartu dute abiapuntu, eta haren kromosoma osoki sintetizatu dute laborategian. Kromosoma horretatik bakterio-zelula berri bat sortzea lortzen dutenean, biziaren sorrera adimenduna izango dugu aurrean. Eboluzionista garenontzat, hori gertatzen denean, lehia bortitzagoa izango dugu diseinu adimenduna defendatzen dutenekin. Hori bai, kreazionista berriei ez zaie beste erremediorik geldituko Venter eta haren lankideak (tartean Hamilton Smith Nobel sariduna) jainko berri gisa onartzea baino. Venterren taldearen asmoa da kromosoma artifizial horietan interesezko geneak sartzea, eta, hala, laborategiko espezie berriak sortzea. Jadanik badago izenik sortzeke dagoen lehen espezie berrirako: Mycoplasma laboratorium. Aukera anitzeko proiektua da, zeren asmoa baita CO2-tik bioerregaiak sortzeko ahalmena izango duten espezie berriak sortzea. Emango du berririk, etorkizun hurbilean, biziaren definizioak.