Definice života

Definice života

Tomáš Petrásek, 2006

 

S pojmem život operujeme zcela běžně, a zpravidla nám nečiní žádné problémy rozlišit, co život je a co ne. Je to také pojem velice důležitý – těžko můžeme hovořit o životě, podmínkách jeho vzniku a existence, aniž bychom si zcela přesně určili, co to život je.

Jenže paradoxně právě toto je trochu problém. Člověk sice intuitivně tuší, že něco jako život existuje, a diametrálně se to liší od svého neživého okolí, nicméně žádná vědecky podložená a všeobecně přijímaná definice života vlastně neexistuje.

Logicky vzato, definice života by měla vystihovat smysl tohoto slova, jak jej obvykle chápeme. Jinak nepůjde o definici života, ale něčeho jiného. Měli bychom si předem ujasnit, co za život považujeme a co ne: Lidé, zvířata, rostliny a bakterie živé jsou, oheň, krystaly, počítače, auta a ledničky živé nejsou. S viry je potíž, jedni je řadí tam, druzí onam, což jen dokazuje, že leží na pomyslném pomezí. Zdá se vám tato hra na živé a neživé triviální? Ve skutečnosti taková není, když chceme vlastnosti života jednoznačně vymezit tak, abychom zahrnuli vše, co je jednoznačně živé, a naopak vyloučili vše, co je jednoznačně neživé.

 

Existuje řada vlastností, které se běžně používají k definici života. Řada z nich straší i v učebnicích. Mezi nimi například:

l        Růst a rozmnožování
Veškerý život roste nebo se rozmnožuje, nejčastěji dělá obojí, ale někdy oba procesy splývají v jeden (např. vegetativní množení rostlin).
Jenomže rostou i krystaly, a některé typy krystalů se mohou i rozmnožovat, když se z nich odštěpují úlomky, které dále rostou. Svým způsobem „roste“ či se „rozmnožuje“ oheň – šíření požáru je dosti podobné např. rozrůstání plevele. Svým způsobem se rozmnožují i počítačové viry.
Naproti tomu mnoho organismů v běžném smyslu slova neroste (např. dospělý člověk) a nerozmnožuje se (mj. i neplodný člověk).

l        Metabolismus
Život přeměňuje látky a energii.
Jenže energii může přeměňovat i kus kamene. Posvítí na něj světlo, a on se zahřeje – vyzařuje teplo.
Můžeme tedy použít detailnější formulaci, že život využívá samovolné procesy k pohonu procesů nesamovolných, a tak zajišťuje svoji existenci.
Jenže např. oheň využívá proces samovolný (oxidaci žhavých výparů kyslíkem), resp. teplo z něj vznikající, k  odpařování dalších hořlavých výparů a jejich zahřívání na teplotu vznícení. Přesto je každému laikovi jasné, že oheň v pravém smyslu slova živý není.
Kromě toho dormantní formy života žádný metabolismus nevykazují.

l        Autoregulace a homeostáza
Život udržuje sám sebe v určitém stavu pomocí systémů zpětné vazby.
Nicméně i již zmíněný oheň udržuje sám sebe ve stabilním stavu, totéž dokáží i nejrůznější stroje, ačkoli rozhodně živé nejsou.

l        Dráždivost
Život reaguje na podněty z okolí.
Nicméně i řada neživých systémů na podněty nějakým způsobem reaguje, a naopak některé formy života (dormantní bakterie, viry) jsou ke svému okolí zcela netečné.

l        Život obsahuje vodu, nukleovou kyselinu a proteiny.
Takováto poučka pro život na Zemi bezvýhradně platí a je tedy praktická.
Jenže nepostihuje význam slova život, jak jej člověk běžně chápe. Je snadno představitelné, že v odlišném prostředí (např. na jiných planetách) mohly vzniknout struktury, plně analogické bakteriím, rostlinám či živočichům, které tyto látky neobsahují, a přesto se chovají zcela obdobně pozemským životním formám. Každý člověk, který by je spatřil, by o nich hovořil jako o životě, byť exotickém.
Je vlastně úplně jedno, jestli si myslíte, že mimozemšťané složení z exotických sloučenin existují nebo ne – ale kdyby existovali, byl by to život, na tom se doufám shodnou všichni, a je hloupost tvrdit opak. To znamená, že výše zmíněná „diskriminační“ definice platná není.

 

Takže jsme si hezky prošli, jak život definovat nelze. Je z toho dosti jasné, že neexistuje jediné kritérium, které by oddělilo živé od neživého, musíme tedy pracovat s celým souborem vlastností. To znamená, že existuje nějaký soubor podmínek, které život musí všechny naráz splňovat. Jejich pojetí se liší autor od autora, nicméně přijatelný výklad může vypadat například takto:

 

l        Život je replikátorem, tj. entitou schopnou za vhodných podmínek vytvářet vlastní kopie, nebo má přinejmenším replikátor jako svoji podstatu.
(To očividně pro všechny formy života platí. Za replikátor můžeme považovat např. gen, organismus, nebo dokonce společenství organismů, např. kolonii mravenců)

l        Život je schopen biologické evoluce přírodním či umělým výběrem
To už není tak zřejmá podmínka, nicméně je zásadní. Oheň či krystal se replikuje, nicméně je nelze „šlechtit.“ Zůstávají pořád stejné a chovají se stereotypně. Schopnost podléhat evoluci je ovlivněna několika dalšími vlastnostmi a schopnostmi, například:

o        Replikace

o        Vyšší počet jedinců – snad triviální, nicméně kdyby organismus vždy existoval pouze v jediném exempláři, biologická evoluce by byla nemožná.

o        Variabilita – musí existovat dostatek variant, aby bylo v evoluci z čeho vybírat.

o        Složitost – jednoduchý systém (např. krystal) může nabýt omezeného počtu struktur (např. krystaly uhlíku mají dvě základní formy – grafit a diamant). V tak jednoduchém systému samozřejmě není z čeho vybírat, resp. je, ale je to jednorázový a krátký proces. Jen složitý systém, jako je třeba molekula DNA, má potenciál pro patřičnou variabilitu – lze vytvořit prakticky neomezené množství různých variací.

o        Dědičnost – dceřiný organismus musí nést určité znaky mateřského organismu, jinak by změny byly náhodné a nemohlo by docházet k vývoji

o        Nepřesnost replikace – je zdrojem variability. Kdyby replikace byla bezchybná, nevznikalo by nic nového a evoluce by se záhy zastavila. Je přitom z definice jedno, zda změny jsou nahodilé či nikoli.

o        Konkurence – není zcela nezbytnou podmínkou, nicméně v praxi zřejmě nemůže existovat žádný typ replikátoru, který by konkurenci nepodléhal, protože veškeré zdroje a životní prostory jsou omezené.

l        Život má nižší entropii (vyšší míru uspořádanosti) než jeho okolí.
Tím vlastně kráčí „proti proudu“ převažujících termodynamických jevů, které vedou ke zvyšování entropie, tj. vyrovnání šech rozdílů a zvyšování chaosu. Nicméně tyto zákony neporušuje, protože snížení entropie je vykoupeno potřebou energie.

l        Život potřebuje zdroj energie alespoň v některé své životní fázi (což plyne z toho, co bylo řečeno v předchozím bodě, a není vlastně nutné to zvlášť zdůrazňovat).

l        (Život by měl mít fyzickou podstatu)

 

Definovali jsme tedy život. Co však na nás z těchto definic „vyleze“?

 

Všechny pozemské formy života tyto podmínky splňují, stejně jako všechny představitelné formy života mimozemského. Dokonce i viry se nám tam vejdou. Energii i prostředky k replikaci sice získávají od jiných živých organismů, nicméně se replikují.

Je důležité si připomenout, že za živé můžeme považovat různé úrovně života. Mraveniště je určitě jednotkou života, tj. je schopno množení a evoluce, zatímco mravenčí dělník je spíše součástí nebo dokonce postranním produktem replikátoru. Jedinec, např. člověk, je také živou bytostí, je jí ale za určitých podmínek i osamocená lidská buňka, například (ale nejen) rakovinná, neboť se rozmnožuje a vyvíjí. Živá je vlastně svým způsobem i mitochondrie, žijící v lidské buňce. Za jednotky života lze považovat (a současná věda skutečně považuje) i geny, které se také replikují a také podléhají evoluci.

Naproti tomu např. les není podle většiny definic živá bytost (je to pouze společenstvo bytostí), protože se jako takový nerozmnožuje, jeho vlastnosti se nedědí a evoluce lesa neexistuje. Nemůžeme např. šlechtit les, jen jeho jednotlivé komponenty!

Právě tak biosféra Země není živou bytostí! Není totiž replikátorem, je unikátní a jako taková nepodléhá evoluci!

 

Nedávno se v souvislosti s „nemocí šílených krav“ a Creutzfeld-Jakobovou chorobou vynořil další replikátor: prion. Představte si, že v mozku existuje určitý protein, který za normálních okolností vykonává v buňce nějakou činnost. Tento protein však může s malou pravděpodobností zaujmout atypickou konformaci (řekněme, že se zauzluje), a pak nejenže svoji funkci nevykonává, nýbrž také „napadá“ ostatní molekuly téhož proteinu, jimž vnutí totožnou konformaci. Tento proces samozřejmě pokračuje, dokud veškerý protein daného typu není přeměněn v prion, a je logické, že hostitelský organismus z toho určitě nemá žádnou radost. (Pozn. u kvasinek existují i „hodné“ priony. Prionová dědičnost může být tedy nejen patologickým, ale i normálním projevem organismu)

Priony jsou infekční, nicméně určitě nejsou živé. Ačkoli jsou složité, je zřejmé, že existuje jen velmi omezený počet stavů, které mohou nabýt a tedy nemohou podléhat evoluci. Ukazují ovšem přinejmenším to, že v přírodě mohou replikátory náhodně a samovolně vznikat a udržet se.

 

Krystaly a oheň jsou či mohou být replikátory a dokonce mohou mít i nižší entropii než okolí, ovšem evoluci rozhodně nepodléhají.

 

Lidské výtvory běžného typu (např. auta) evoluci de facto podléhají, protože jistý typ vývoje u nich nastává. Nicméně nejde o vývoj spjatý s replikací, přírodním vývěrem a dědičností, není to evoluce biologická, to nelze popřít.

Dokonce ani velmi složitý stroj, např. počítač schopný sebeuvědomění, nespadá do definice života, pokud není schopen vytvářet své kopie a vyvíjet se. Z toho plyne, že inteligence, resp. vědomí a život jsou dvě odlišné věci, nezávislé jedna na druhé.

 

Stroj schopný poskládat kopii sebe sama živý být může, pokud splní podmínku „nepřesnosti“ replikace a tedy variability. V podstatě to celkem souhlasí se „selským rozumem,“ kdy se lidé obávají, že stroje „ožijí“ a začnou prosazovat vlastní zájmy. Např. roboti ve filmech Terminátor či Matrix pravděpodobně živí jsou, protože se replikují, nebo by se replikovat mohli, byť zřejmě postupy v přírodě neobvyklými. Naproti tomu robot Číslo 5 z filmu „Číslo 5 žije“ paradoxně definici nesplňuje. Ačkoli má vědomí i smysl pro humor, neprojevuje žádné tendence k autoreplikaci. Ostatně kdyby je projevoval, dostaneme terminátora...

Otázkou je stroj, který by vždy existoval v jediném exempláři, nicméně by se buď sám zdokonaloval, nebo v každé generaci vytvořil svého dokonalejšího nástupce. Postup vývoje by sice byl odlišný od klasické biologické evoluce, nicméně vývoj by to byl.

 

Někteří autoři ostře odlišují termíny „život“ a „být naživu“. Život definují jako systém schopný evoluce, zatímco naživu mohou být i entity, které samy o sobě definici nesplňují. Takže lidská bytost, která se nemůže rozmnožovat (pro neplodnost či nedostatek sexuálních partnerů) je naživu, ale ještě neznamená život. Podobně umělá inteligence by mohla být naživu, ačkoli by nesplňovala definici života. Je otázka, zda  má toto rozdělení naději na širší uplatnění.

(Viz např. A. Benner a kol.: http://www.ffame.org/sbenner/cochembiol8.672-689.pdf)

 

Problém nastane, když se dostaneme na ryze abstraktní pole informací. Tam se to najednou životem jen hemží!

Počítačový virus se replikuje a šíří. Může vytvářet i „mutace“ a rozhodně podléhá tvrdému výběru ze strany antivirových programů. Znamená to, že je živý, nebo se živým stát může?

Obdobným problémem jsou dnes již staromódní řetězové dopisy a módní řetězové maily. Kdosi je vtipně definoval jako počítačové viry, které ovšem ke své reprodukci a šíření nezneužívají systémy počítače, ale samotného uživatele a jeho pověrčivost. Že by forma života? Až vám příště přijde řetězák a vy ho smažete, uvědomte si, že se možná dopouštíte vraždy :-)

Tentýž problém, věřte nebo ne, existuje i v buňkách. Kromě klasických virů se zde vyskytují i kousky DNA, které se v podstatě samovolně kopírují v rámci genomu, čímž mateřskému organismu přinejmenším neprospívají. Aby to bylo ještě složitější, je možné, že se tyto replikátory mohly vyvinout z právoplatných virů, popř. naopak.

Richard Dawkins uvedl pojem „mem,“ což je jakási informační obdoba genu. Mem je například návod, vtip nebo nějaká idea. Tyto virtuální jednotky spolu soutěží v „infikování“ největšího počtu lidských myslí a chovají se svým způsobem „jako živé“. V tomto pojetí pak vědomí představuje obdobu organismu, a i ono může být svého druhu replikátorem, pokud se jeho memy předávají na další generace.

Veškerý život je s informací bytostně svázán, však DNA není z určitého pohledu nic jiného než informační médium. Nicméně v posuzování života v podobě čisté informace zůstávám skeptik. Možná je to projev předsudků, ovšem nejsem ochoten ani jedné z těchto forem připsat status života (nejblíže mu snad jsou počítačové viry), a výše uvedenou definici života jsem proto doplnil i o poslední bod, že život by měl mít i nějakou fyzickou podstatu. Pokud nesouhlasíte, je to v pořádku. Definice života totiž, jak bylo řečeno na začátku, závisí ze všeho nejvíce na vašem osobním názoru.

 

Každopádně život v této definici je mnohem širší pojem, než si obyčejně představujeme. Tento život potřebuje jen několik základních podmínek:

o       Zdroj energie (pro život na Zemi je to energie chemické vazby nebo světlo)

o       Médium přenosu informace (pro nás DNA a RNA)

o       Hardware umožňující přežití a replikaci (pro nás proteiny, lipidy a sacharidy, ale potenciálně může být tento hardware totožný s informačním médiem samotným)

o       Prostředí umožňující optimální mobilitu jednotlivých komponent (pro nás je to, jak jinak, voda)

 

Jinak řečeno, život pro svůj vznik potřebuje systém, který je 1)dosti komplexní, 2)je v pohybu a 3)obsahuje volnou energii. Je vlastně úplně lhostejné, zda jde o systém ve vodném roztoku, v kapalném amoniaku či v plasmatu.

Pokud existují pochybnosti ohledně existence života v nevodných rozpouštědlech či dokonce nechemického života, je to především otázka toho, zda tam mohou (s nějakou věrohodnou pravděpodobností) vznikat a přetrvávat dosti komplexní molekuly (popř. jiné systémy) schopné se stát replikátory podléhajícími biologické evoluci. A související kontroverze plyne převážně z toho, že naše chemie a fyzika není s to dát na ni jednoznačnou odpověď.

Je zcela jisté, že existují systémy, kde je vznik replikátorů zjevně nemožný (např. zcela čistá voda bez rozpuštěných makromolekul) i takové, kde je více nebo méně pravděpodobný (např. prebiotická polévka). Problematika vzniku života je však spletitá i v tom nejlépe prostudovaném případě, tj. v tom našem, a tak je myslím předčasné vynášet soudy o systémech, o nichž máme jen kusé vědomosti.