M. Wnuk: Geneza i rozwój idei elementarnej jednostki życia – W kierunku filozofii nanobiologii. Lublin: Wydawnictwo KUL; 2013, ss. 272. [The Genesis and Development of the "Elementary Unit of Life” Idea: Towards the Philosophy of Nanobiology]
Wstęp
Najważniejszy problem protobiologii - "Jak powstało życie?" - pozostaje nadal nierozwiązany. Mimo to wielu przedstawicieli nauk biologicznych uważa obecnie, że celem ich badań nie jest życie samo w sobie lub jego pochodzenie, lecz struktury i procesy przebiegające wewnątrz organizmów, gatunków etc., z biosferą włącznie. Temat "życie", tj. jego definicja, istota, natura, został przez nich porzucony, a znalazł się w płaszczyźnie zainteresowań filozofów. Podobnie stało się z innymi ważnymi pojęciami, jak np. byt ożywiony czy organizm. I rzeczywiście, wśród filozofów zwłaszcza bioetycy wykazali, jak ważna może być definicja życia, szczególnie w kontrowersyjnych "kwestiach granicznych" - początku nowego organizmu ludzkiego i/lub jego śmierci. Definiowanie życia i organizmu ma również praktyczne znaczenie w takich nowych dziedzinach wiedzy, jak "sztuczne życie" (będące działem "sztucznej inteligencji") czy astrobiologia, obejmująca poszukiwania życia pozaziemskiego w związku z przyszłą eksploracją kosmosu (duże prawdopodobieństwo istnienia życia na Tytanie - księżycu Saturna - i na Europie - księżycu Jowisza). Kryteria odróżniania obiektu żywego od martwego lub nieożywionego nie są już tak oczywiste jak kiedyś.
Zjawiskiem pojawiania się życia na Ziemi interesowano się od najdawniejszych czasów. Zarówno filozofowie, jak i przyrodnicy, dążąc do wyjaśnienia biogenezy, stworzyli mnóstwo rozmaitych doktryn, koncepcji, hipotez i teorii. Rezultaty te mają charakter temporalny. Odzwierciedlają bowiem poglądy przyrodniczo-filozoficzne charakterystyczne dla danej epoki, w której powstawały. Spory dotyczące genezy życia koncentrowały się wokół rozmaitych i niekiedy wykluczających się odpowiedzi na pytania: "Czym jest życie?", "Kiedy, jak i gdzie się zaczęło?", "Dlaczego życie powstało i jego istnienie trwa nadal?", "Jak powstał pierwszy organizm?" etc. Sporne odpowiedzi na pytanie "Jak życie powstało?" są w gruncie rzeczy odpowiedziami na pytanie "Jak mogło ono powstać?". Ze względu na sposób wyjaśniania odpowiedzi te można podzielić na dwa typy - (a) metafizyczne i (b) przyrodnicze. W gruncie rzeczy chodzi tu o różne sposoby wyjaśniania powstania bytu żywego lub tzw. materii ożywionej. Wyjaśnić to podać model przyczynowy, czyli wydedukować go z pryncypiów, wskazać przyczynę, wydedukować ją z prawa naukowego etc. W historii filozofii odnotowuje się dwie główne koncepcje paradygmatyczne powstawania przedmiotu indywidualnego (metafizyka genezy) - Arystotelesa (384-322 przed Chr.) i A.N. Whiteheada (1861-1947).
Wyjaśniając rzeczywistość, filozofia bytu poszukuje czynników powodujących, że ta "rzeczywistość jest niesprzeczna". Dlatego też w tej klasycznej przecież koncepcji filozofii podstawowe twierdzenie głosi, że "nie można jednocześnie być czymś rzeczywistym i nim nie być, nie można zatem jednocześnie istnieć i nie istnieć. Znaczy to, że nie można np. jednocześnie pisać i nie pisać, poznawać i nie poznawać, żyć i nie żyć [...]". Jest to bowiem wykluczone przez zasadę niesprzeczności. Kwestia istnienia jest w tej koncepcji traktowana jako fundamentalnie ważna, bowiem określenie "[...] struktury idei, materii, człowieka, rośliny, zwierzęcia, ma sens wtedy, gdy te byty istnieją. Trzeba więc najpierw dokładnie odróżnić istnienie od nieistnienia, rozpoznać konieczne warunki istnienia, bo wtedy dopiero uzasadniają się badania nad koniecznymi czynnikami, wyznaczającymi to, czym jest coś istniejącego". W wyniku tego rodzaju procedur poznawczych uwyraźniono pojęcie "bytu jako bytu" i poznano "elementy" składowe bytu (istota i istnienie, substancja i przypadłości, materia i forma, akt i możność). Elementy te nie istnieją samodzielnie, lecz są one uważane za części absolutne, za jakby pierwiastki metafizyczne.
W systemie pojęć związanych ze słowem "być" jedną z funkcji egzystencjalnych wyraża właśnie "życie". W filozofii tomistycznej życie jest "[...] ujmowane pod kątem istnienia jako istotnej doskonałości substancji, która wskutek złożenia z materii pierwszej i odpowiednio doskonałej i dostosowanej do niej formy substancjalnej staje się podstawą i źródłem czynności wsobnych". Życie jest pojęciem analogicznym, różnicującym się w zależności od tego, do jakiego przedmiotu lub kategorii bytu bywa stosowane. Jeśli dany byt wykazywał zdolność do wykonywania tzw. czynności wsobnych, to uważano go za żywy. Przez ruch bądź działanie wsobne (motus immanens, operatio immanens, actio immanens) rozumiano taki ruch, dzięki któremu istota żywa działa na siebie i porusza się sama przez siebie. Czynność wsobna lub działanie wsobne pochodziło od podmiotu i w nim pozostawało, nie było więc udzielone z zewnątrz przez inny byt. Działaniu wsobnemu przeciwstawiano tzw. działanie przechodnie (actio transiens), którego rezultat znajdował się poza podmiotem działającym. Istnienie bytu żywego (tzw. istnienie życiowe) jest zatem pewnym "rodzajem" czy sposobem istnienia substancji materialnych.
Odróżnianie bytu żywego (np. zwierzęcia, rośliny) od bytu nieożywionego (np. kamienia, kałuży) nie nastręczało trudności w ramach tzw. poznania potocznego, przednaukowego. Zresztą gatunków tych bytów nie rozróżniano aż tak wiele jak obecnie. Jeszcze w XVII w. twierdzono, że nie może być jakiegoś mniejszego stworzenia żywego niż roztocz (o wielkości ok. 0,1-0,5 mm). Pojawianie się żab w kałuży interpretowano jako przykład samorództwa, tj. spontanicznego powstawania bytów żywych z materii nieożywionej. Doktryna generatio spontanea panowała przecież od czasów starożytnych, mając oparcie w "naocznych faktach". Po wynalezieniu mikroskopu i odkryciu mikrobów stwierdzono jednak, że kałuża może zawierać mnóstwo takich bytów, nie jest więc "nieożywiona".
Interpretacje faktów musiały więc zostać zmienione, a w ślad za nimi musiała ulec zmianie także filozofia budowana na poznaniu potocznym. Rola narzędzi badawczych, takich jak mikroskop, okazała się niezwykle ważna w falsyfikowaniu danych obserwacji i doświadczenia potocznego, umożliwiając jednocześnie prawidłową interpretację tych danych. Na przykład to nie wpływ ciał niebieskich był i jest przyczyną wielu groźnych chorób, epidemii lub pandemii, lecz wirusy (twory o rozmiarach zaledwie ok. 0,01-0,3 pm) (grypa, ospa, febra, AIDS etc.) lub bakterie (dżuma, gruźlica, cholera etc.). Powodując masową śmierć, te mikroskopowe byty przyczyniały się nie tylko do wywoływania wśród ludzi strachu i paniki, brutalności i okrucieństwa, lecz także do wyzwalania poświęcenia i bohaterstwa. Nie jest przesadne wyrażane obecnie przekonanie, że: "Nigdzie indziej rozdźwięk między naszym względnie głębokim zrozumieniem natury życia a jednoczesną ignorancją nie jest tak wyraźny, jak w przypadku wirusów". Wirusy to byty na tzw. pograniczu życia. W zależności od przyjętych kryteriów życia wirusy są materią żywą albo materią nieożywioną. Szkoda, że została zapomniana, rozważana już w I w. przed Chr., możliwość istnienia animalia minuta - niewidzialnych żyjątek, które wdychane lub zjadane mogły być przyczyną chorób.
Jak na razie komórka jest powszechnie uznawana za minimalną jednostkę życia, "atom życia". Czy jednak poznano już granicę? Nawet pojedyncza komórka jest systemem o wiele bardziej złożonym strukturalnie od stosunkowo prostej materii nieożywionej. Komórkę definiuje się bowiem jako najmniejszą, wysoce skomplikowaną oraz doskonale zintegrowaną jednostkę fizykochemiczną struktury, funkcji i reprodukcji materii żywej, czyli jako elementarną jednostkę życia. Skąd, jak i dlaczego pojawiło się owo uorganizowanie? Czy życie jest przyczyną uorganizowania subtelnego materii, czy raczej jest ono skutkiem tego uorganizowania? Wielu biologów i filozofów sądzi, że powodem owego uorganizowania, zarówno strukturalnego, jak i funkcjonalnego, jest niewątpliwie życie. Czy można dojść do jakiegoś nieredukowalnego minimum tego uorganizowania? Czy prawdziwą niepodzielność jednostki życia usytuować należy na poziomie komórki, czy może powyżej albo nawet poniżej tego poziomu?
W tradycji filozoficznej poglądy, zgodnie z którymi pewna całość składa się z jakichś pierwotnych, niepodzielnych elementów, określane są mianem atomizmu. Można go również zdefiniować jako "program wyjaśniania wszelkich zmian w terminach jakichś niezmiennych jednostek, inwariantów". Rozróżnia się atomizm materialny i atomizm abstrakcyjny. W wypadku pierwszego "atomy" są w zasadzie ulokowane w przestrzeni, natomiast w wypadku drugiego - nie jest tak, lecz zamiast nich wprowadzone są abstrakcyjne jednostki wyjaśniania. Spośród wszystkich starożytnych systemów filozofii przyrody właśnie atomizm najbardziej zbliżył się do fizyki nowożytnej, mimo że przez tysiąclecia był odrzucany, zapewne niefortunnie, wskutek niezrozumienia. Obecnie wyróżnia się atomizmy: metafizyczny, logiczny, fizykalny, biologiczny, psychologiczny, społeczny. W niniejszej rozprawie rozważany będzie atomizm biologiczny Najpierw jednak parę słów na temat atomizmu w fizyce i jej poprzedniczce - filozofii przyrody.
Wcześniej przed greckimi atomistami przekonanie o atomistycznej strukturze świata występowało u zwolenników dżinizmu w filozofii staroindyjskiej. Wprawdzie dżinizm był religią, ale głosił tezy, które można uznać za filozoficzne - materialistyczne, jak istnienie wszechbytu i nieistnienie jego stwórcy. Materia jest substancją wieczną, a każda rzecz zawiera dwa elementy nazywane dziwa - podmiotowy (doznający, żywy, psychiczny), adźiwa - przedmiotowy (doznawany, obiektywny). Atomy (anu) są niepodzielne, absolutnie jednorodne, nieskończenie małe, bezkształtne, niezniszczalne, wieczne i ostateczne. Atomy tworzą rzeczy dzięki temu, że posiadają ciężar oraz przyciągają się i odpychają. Filozofia atomistyczna powstała więc w starożytności, ale sama hipoteza istnienia atomów była, niestety, przedmiotem wiary i mimo zaciętych dyskusji rozmaitych filozofów nie dawała się ani potwierdzić, ani obalić. Wprowadzała bowiem elementy niedostępne poznaniu zmysłowemu, a nie było przecież narzędzi poszerzających to poznanie (np. mikroskop). Jednym ze źródeł tej niedostępności okazał się fakt niezmiernie znikomych rozmiarów atomów. Rozmiary rzędu 10-10 m, a masa rzędu 1026 kg - to właśnie wielkości obiektów nazywanych współcześnie "atomami" według fizyki i chemii.
W poszukiwaniu tego, co najbardziej elementarne w materii, kierowano się dwoma różnymi, do pewnego stopnia konkurencyjnymi, sposobami. Pierwszy sposób, inspirowany przez Arystotelesa, polegał na szukaniu ciał o najprostszych właściwościach zmysłowych; drugi natomiast, idący śladem Demokryta, dążył do odkrycia najmniejszych i niepodzielnych cząstek materii. Ten drugi sposób po wielu wiekach okazał się płodny poznawczo, dając paradygmat redukcjonistyczny. To właśnie dzięki temu paradygmatowi powstała nowożytna teoria atomowej budowy materii, która uporządkowała fizykę i chemię, układając "całą materię" w pewien jednolity schemat redukcjonistycznej hierarchii bytów materialnych. Materia jest więc obecnie ujmowana jako coś zorganizowanego w wielopoziomową strukturę hierarchiczną.
W naukach przyrodniczych "zredukowano wszystkie substancje" (tj. pierwiastki chemiczne, związki chemiczne, ich mieszaniny) do atomów. Wyjaśniono strukturę i własności nie tylko ich, lecz także coraz bardziej złożonych obiektów (np. ciecze, kryształy, polimery), sięgając do zjawisk i procesów, które nie były poprzednio znane (np. wewnątrzkomórkowych procesów biochemicznych i biofizycznych) oraz do struktur subatomowych i oddziaływań polowych. Tryumf filozofii atomistycznej zachwiał się, gdy atom okazał się jednak układem złożonym. Mimo to nie odrzucono koncepcji hierarchicznej struktury materii, lecz dodano kolejne poziomy jej budowy. Jej najniższy poziom stanowią obecnie cząstki elementarne i fundamentalne (leptony, kwarki) oraz nośniki sił (bozony), nie licząc antycząstek, hipotetycznych tachionów etc. Współczesne pojęcia atomu i pierwiastka są więc wyłącznie umowne i nie odpowiadają starożytnym terminom filozoficznym. Cząstki elementarne i kwarki, mające określone właściwości, także nie stanowią "bezjakościowych" atomów w koncepcji Demokryta.
Atomizm w chemii i fizyce okazał się zatem heurystycznie bardzo wydajny w odniesieniu do substancji nieożywionej, martwej. Czy jednak jest zdolny sięgnąć do "atomów życia"? Wszak dużą część przyrody stanowi osobliwy jej stan nazywany "materią ożywioną", "materią żywą", "energią żywą" etc. Czy przyroda żywa, z dziesiątkami milionów gatunków organizmów lub miliardami osobników żywych, zwanych dawniej bytami żywymi czy istotami żywymi, składa się z jakichś "atomów życia"? Czy przyjęcie założenia, że istnieje jakaś elementarna jednostka życia pozwoli na budowanie jej modeli coraz to bardziej przybliżonych, analogicznie do powstawania rozmaitych modeli atomu: R.J. Bośkovića (1711-1787), J. Daltona (1766-1844), J.J. Thomsona (1856-1940), E. Rutherforda (1871-1937), N.H. Bohra (1885-1962) lub E. Schrödingera (1887-1961)? Czy filozofia przyrody, nauki przyrodnicze lub filozofia nauki są już dojrzałe w takim stopniu, by podjąć takie zadanie? Czy jego rezultaty będą dla uporządkowania i zdobywania nowej wiedzy o świecie żywym oraz zbudowania modelu hierarchii bytów żywych nie mniej owocne jak w wypadku atomizmu fizykalnego? Czy możliwe będzie zsyntetyzowanie sztucznych form życia, analogicznie do sztucznych pierwiastków, niewystępujących w przyrodzie.
Atomizm biologiczny jest doktryną filozoficzną, która wysuwa tezę, że wszelkie życie składa się z niepodzielnych, elementarnych jednostek życia. Zgodnie z nią działanie organizmu żywego można rozpatrywać i wyjaśniać jako wynik aktywności i oddziaływań wzajemnych tych jego elementarnych składników. Każdy z nich bowiem wykazuje już wszystkie (jak się wydaje) atrybuty właściwe życiu. Atomizm biologiczny różni się od mechanicyzmu, w którym usiłuje się zredukować jednostki biologiczne (np. organizmy) do jednostek fizykochemicznych (np. genów). A zatem w teoriach atomizmu biologicznego docelowymi jednostkami analiz są ciągle jeszcze "byty żywe same w sobie". Atomizm biologiczny nie wypracował jeszcze odpowiednio dojrzałych i precyzyjnych terminów dotyczących najprostszych i elementarnych procesów życiowych i form żywych, włącznie z "atomem życia" lub jego synonimem - "elementarną jednostką życia". Potrzeba wypełniania tej luki poznawczej jest ciągle aktualna.
Samo pojęcie elementarności nie jest zresztą wystarczająco precyzyjne. Pojęcie to ewoluowało i jest obecnie wieloznaczne. W poglądach chociażby na budowę materii wyróżnia się elementarność atomową, elektryczną, kwantowo-mechaniczną, a więc odnoszącą się do różnych klas przedmiotów. W tej ostatniej zaś klasie wylicza się: "elementarność fotonu", "elementarność jako subatomowość", "elementarność jako »niepodzielność«", "elementarność jako »niepoznawalność«", "elementarność jako rację uzasadniającą istnienie i budowę materii". W wypadku fundamentalnych procesów fizycznych proponuje się zastąpić ideę elementarności "rzeczy" ideą elementarności fundamentalnej relacji. Rozróżnia się również elementarność statyczną i elementarność dynamiczną itd. W wypadku zaś świata ożywionego zagadnienie elementarności jest zapewne nie mniej złożone i trudne.
Celem tego studium biofilozoficznego jest przedstawienie genezy i rozwoju idei "elementarnej jednostki życia". Podjęta zostanie próba zrekonstruowana historii postępu wiedzy w tym zakresie, a także próba przybliżenia i analizy sporów naukowych i ich rozstrzygnięć, używanego języka i pojęć, założeń filozoficznych leżących u podstaw interpretacji danych obserwacyjnych i doświadczalnych, jak również interpretacji hipotez i teorii dotyczących tej ważnej w przekonaniu autora idei. Z tej racji metoda studium narzuca się jakby sama, a mianowicie będzie to metoda historyczno-analityczna. W biofilozofii czy filozofii biologii współczesnej brak jest prac podejmujących w sposób syntetyczny i szeroki tę problematykę, mającą również znaczenie dla biologii teoretycznej czy protobiologii. Nie brakuje natomiast danych, które można zaczerpnąć z licznych dyscyplin specjalistycznych poświęconych światu żywemu i jego środowisku. Dane te, po stosownym wyborze, którego kryterium stanowił temat tego studium i po ujęciu w nadrzędną całość problemową, zreinterpretowano w sposób pozwalający na wszechstronne (w zamierzeniu) przedstawienie różnych aspektów tematu, dostrzeżenie nowych relacji oraz wskazanie luk w danych teoretycznych i empirycznych. Szersze spektrum wiedzy dotyczącej natury życia można przecież uzyskać dzięki uwzględnieniu zarówno badań przedmiotowych, jak i dyskusji, zwłaszcza dyskusji między biologami, filozofami przyrody, historykami filozofii i nauk przyrodniczych oraz filozofami nauki.
Książka składa się z sześciu rozdziałów. Pierwszy rozdział, o charakterze historycznym, dotyczy filozoficznych korzeni poglądów na naturę życia, poglądów opartych w zasadniczej mierze na tzw. poznaniu potocznym, aczkolwiek zreflektowanym. Przedstawi również początki formowania się komórkowej teorii budowy organizmów żywych, opierającej się na danych empirycznych. Rozdział drugi poświęcony jest komórce jako biologicznemu atomowi. Przekonanie, że komórka biologiczna jest elementarną jednostką życia, stanowi również paradygmat panujący w badaniach naukowych od ponad półtora wieku. Oprócz ważniejszych twierdzeń doktryny komórkowej oraz jej aspektów redukcjonistycznego i organizmalnego przeanalizowana zostanie problematyka minimalnego genomu, jaki powinna posiadać minimalna komórka żywa. Kolejny - trzeci - rozdział dotyczy obiektów stojących na pograniczu życia, tj. między bytami żywymi a nieożywionymi. Do tego świata pogranicza życia należą takie twory, jak: nanoby, wirusy, wirusoidy, priony, a nawet niektóre molekuły chemiczne. Ważność dla życia człowieka i reszty biosfery tych tworów przyrody wydaje się bezdyskusyjna (również w aspekcie biofilozoficznym). Czwarty rozdział poświęcony jest próbom przełamywania paradygmatu komórkowego, dotyczy bowiem hipotez i teorii uznających za podstawową jednostkę żywą nie komórkę, lecz inne biostruktury, tj. niektóre struktury subkomórkowe, jak np. protoplazma, organelle. Z kolei rozdział piąty poświęcony jest rozwojowi modeli minimalnego systemu żywego jako elementarnej jednostki życia, z których najbardziej znane są takie modele, jak: koacerwatowy, chemotonowy, autopoietyczny. Rozdział ten uzupełnia kwestia alternatywnych form życia, których poszukiwanie w ekstremalnych środowiskach ziemskich i pozaziemskich jest obecnie coraz bardziej aktualne (badania astrobiologiczne). Ostatni rozdział dopełnia rekonstrukcję genezy i rozwoju idei elementarnej jednostki życia bardzo współczesną i przyszłościową, poznawczo i pragmatycznie, problematyką natury życia na poziomie procesów nanoskalowych. Badania życia w nanoskali rzucają bowiem nowe wyzwania, nie tylko poznawcze.
Ostatnia aktualizacja: 07.09.2013, godz. 23:17 - Andrzej Zykubek
