Za biologa Seana B. Carrolla sam prvi puta čuo u “Mindscape” audio emisiji njegovog imenjaka Seana M. Carrolla, teoretskog fizičara koji tjedno ugošćuje zanimljive sugovornike. Jedan takav razgovor bio je posvećen knjizi “A Series Of Fortunate Events” koju je biolog Sean B. Carroll napisao da bi razjasnio utjecaj slučajnosti u nastanku bioraznolikosti, s posebnim osvrtom na slijed slučajnost u razvoju čovjeka.
Razgovor u kojem sudjeluju dvije osobe istog imena i prezimena je slučajnost i ona, osim što je zanimljiva, nema posebno značenje. Ova knjiga je napisana kako bi nas upozorila da nisu sve slučajnosti takve. Kao slučajnost koja ima nezanemarivo značenje autor navodi primjer Setha Woodbury MacFarlanea koji je 11.9.2001. spletom okolnosti zakasnio na avion kojim je izvršen teroristički napad na Twin tornjeve u New Yorku. Potpuno neovisno o tom kašnjenju, isto se tog dana desilo i Mark Wahlbergu. Obojica su čistom slučajnošću izbjegla smrt, a onda su jedanaest godina kasnije zajednički snimili filmski hit “TED”.
Na ovom primjeru se jasno demonstrira presudni utjecaj slučajnosti u nastanku filma TED, a onda se iz tog primjera može zaključiti da slučajni događaji mogu imati presudan utjecaj na svačiju, pa i na zajedničku budućnost. Da je to upravo slučaj bitan faktor u razvoju čovjeka, autor dokazuje u nastavku knjige.
Sean B. Carroll prati utjecaj slučajnosti na razvoj čovjeka od presudnih geološko, klimatskih okolnosti nastalih spletom okolnosti, preko slučajnosti koje oblikuju i mijenjaju život na biokemijskoj razini do slučajnosti koje djeluju u fiziologiji čovjeka.
Kao ključnu točku s kojom započinje slijed slučajnih događaja, autor odabire udarac asteroida u Meksiku, prije šezdeset šest milijuna godina. Naime, geološki pokazatelji jasno ukazuju na tragove života koji se bitno razlikuju prije i nakon udara asteroida.
Glinena granica slikana u Gubbiju, Italija (označena novčićem) , između fosilima bogatog svjetlijeg sloja iz geološkog perioda Krede, od prije 145 do 66 milijuna godina (dolje) te tamnijih slojeva iz Paleogena koji počinje prije 66 milijuna godina i traje do prije 23 milijuna godina.
Fotografija: Prof. Walter Alvarez/SCieNCe SOurCe
Asteroid, ključan za čovjekov evolucijski uspon, imao je deset kilometara u promjeru i udario je u zemlju brzinom većom od četrdeset šest tisuća kilometara na sat. Taj udarac formirao je krater gotovo stotinu i osamdeset pet kilometara širok te dvadeset kilometara dubok, a u atmosferu je izbacio ogromnu količinu stijena i prašine koja je na nekoliko godina stvorila barijeru prodiranju sunca i u potpunosti promijenila strukturu života na zemlji. Došlo je do promjene klime i vegetacije pa su nestali veliki reptili čiji metabolizam se nije mogao prilagoditi promijenjenim uvjetima. S druge strane, manje životinje koje mogu preživjeti ispod površine zemlje ili s malo hrane, uspjele su preživjeti okolnosti iznenadne hladnoće i izostanka uvjeta za fotosintezu te propadanja brojnih biljnih vrsta.
Nesumnjivo je, sugerira autor, da je udarac ovog ogromnog asteroida promijenio tijek biološke povijesti ali se, gledjući unatrag, zaboravlja da je ta promjena plod slučajnog događaja. Asteroid je mogao promašiti zemlju ili je u nju mogao udariti pola sata ranije, odnosno pola sata kasnije te umjesto u tvrdo meksičko tlo udariti u ocean. Udarac u ocean bi svakako izazvalo kataklizmu ali niti približno istih razmjera, prvenstveno jer ne bi došlo do stvaranja gustog sloja prašine pogubnog za proces fotosinteze i odgovornog za višegodišnju promjenu klime.
Zbog toga autor knjige upravo ovu točku u razvoju života smatra slučajnom biološkom prekretnicom, odnosno točkom u kojoj je slijedom slučajnih okolnosti započeo novi životni ciklus.
Ipak, autor je svjestan o otvorenog pitanja o mogućnosti pojave ljudi i bez ovog biološkog preokreta. Iako nema konačnog odgovora na tu hipotetsku mogućnost, autor nudi neke činjenice koje sugeriraju odgovor. Najprije, prije udara asteroida sisavci i dinosauri su dijelili biosferu dulje od sto milijuna godina. Sisavci su tada bili manjih dimenzija i popunjavali su biološku nišu koja nije bila ispunjena velikim drevnim reptilima i u sve to vrijeme nisu se uspjeli osobito razviti. No, nekoliko stotina tisuća godina nakon udara asteroida, odnosno samo nekoliko stotina tisuća godina nakon što su dinosauri iščezli – sisavci su postali znano veći i rašireniji nego ikada u sto milijuna godina suživota.
Jasno, treba biti oprezan u tumačenju okolnosti i njihovom utjecaju na razvoj životinjskih vrsta, pa i ljudi. Naime, za nastanak čovjeka nije bio dovoljno jedno iznenadno i slučajno biološko skretanje s utabane staze, već niz okolnosti koje su u interakciji sa sposobnošću prilagodbe organizama prirodnim uvjetima u okolini dovele do biološke raznolikosti kojoj svjedočimo danas.
Zapravo, vrlo korisna je misao legendarnog boksača Rockyja Balboe, koju navodi autor naglašavajući ideju da pobjednik nije onaj koji može zadati više udaraca, već onaj koji može više udaraca primiti. Upravo je to analogija s evolucijom čovjeka koji se na svom razvojnom putu suočavao s dramatičnim promjenama u okolini i kojima se izrazito uspješno prilagođavao.
Naime, geolozi su povijest zemlje u posljednjih šezdeset šest milijuna godina podijelili na sedam epoha. Glavna mijena između epoha bila je klimatska. Gledajuću kroz geološku povijest, danas je klima mnogo hladnija nego u vrijeme prije udara asteroida i radi se o razlici od trideset stupnjeva Celzijusa. U to vrijeme, primjerice, na zemljinim polovima nije bilo ledenih naslaga. Razina ugljikovog dioksida bila je značajno viša, a s padom njegove koncentracija padala je i temperatura. Posebno je dramatičan period u posljednjih nekoliko milijuna godina unutar kojih je došlo do ozbiljnih temperaturnih oscilacija koje su pratili nastanci i prestanci ledenih perioda (ledena doba). Ne radi se samo o promjeni temperature nego su jednako dramatične promjene bile i u vlažnosti zraka, tako da su nekada zelena i plodna područja s vremenom postajala suša, da bi to danas bile pustinje.
Graf prikazuje promjenu globalne temperature u proteklih 66 milijuna godina. Svaka točka pune crte predstavlja prosječnu vrijednost temperature na površine zemlje u intervalu od 500 tisuća godina, dok nazubljena crta prikazuje stvarne temperaturne oscilacije.
Ilustracija: Kate Baldwin prema Hansenu i suradnicima (2013).
Upravo su te promjene, o čemu svjedoče fosilizirani tragovi ljudske prisutnosti, djelovali na ubrzani razvoj čovjeka. Čovjek se prilagođavao fizički ali i intelektom pri čemu je važan korak bio gospodarenje vatrom, ne samo zbog širenja teritorija unutar kojeg je mogao održati život, već i zbog termičke obrade hrane čime se postigla veću kalorijsku iskoristivost hrane. O ubrzanom ljudsko razvoju svjedoče i pronađeni alati koji su postajali su sve složeniji.
Izuzetna prilagodljivost čovjeka proizlazi iz fundamentalne sposobnost živih organizama da se usklađuju s okolnostima. Darwin je u svojim istraživanjima demistificirao taj proces i uzdrmao do tada opće prihvaćenu ideju kreacionizma i nepromjenjivosti vrsta. Osnovni princip na koji ukazuje Darwin je preživljavanje najotpornijeg dijela potomstva, odnosno onog dijela koji je bolje prilagođen okolnostima pa se može reći da prirodna selekcija izravno doprinosi raznolikosti života. Ipak, prirodna selekcije ne pruža potpuno objašnjenje izrazito visokoj prilagodljivosti živih organizama okolnostima i okolini. Potrebna je i dodatna evolucijsku komponenta, odnosno mehanizam preživljavanja bolje prilagođenih može funkcionirati jedino ako postoje brojne varijacije živih organizama nad kojima prirodna selekcija djeluje.
Autorova teza koju argumentirano objašnjava je da su za takve varijacije odgovorne slučajne mutacije s tri ključne karakteristike. Najprije, da bi se mutacija mogla smatrati slučajnom, mora se pojaviti unutar određene populacije i to neovisno o njenim eventualnim pozitivnim ili negativnim posljedicama. Nadalje, individualni živi organizam u kojem se slučajna mutacija pojavljuje tu pojavu ne može previdjeti. Konačno, slučajna mutacija se mora pojavljuje na DNA razini, a mehanizam njenog nastanka je utemeljen na slučajnoj biokemijskoj promjeni.
Princip slučajne biokemijske promjene, koji autor smatra mehanizmom generiranja slučajnosti, iako kompleksan, u knjizi je izložen razumljivo i uvjerljivo. Naime, glavi nosilac genetske informacije je DNA koja ima trostruku zadaću. Prvenstveno, u procesu kopiranja DNA strukture prenosi genetsku informaciju s generaciju na generaciju. Sljedeće, kako je DNA nosilac informacija o karakteristikama živih organizama između kojih postoje očite razlike, tako je evidentno da te razlike moraju biti na određeni način utkane u strukturu DNA. I posljednje, zaključuje autor, razlike u strukturi DNA moraju biti u relaciji sa slučajnim mutacijskim promjenama jer bi u slučaju potpuno istovjetnih kopija nastajale potpuno jednake kopije živih organizama.
Da bi pojasnio uzrok mutacije, autor ističe proces kopiranja, odnosno multiplikacije strukture DNA. O intenzitetu kopiranja i učestalosti greške najbolje svjedoči primjer e coli bakterije koja svoju DNA od preko četiri milijuna baznih parova organiziranih u četiri tisuća gena kopira unutar vremenskog okvira koji ne prelazi pola sata. Drugim riječima, u biokemijskom procesu razmnožavanja bakterije provede se kopiranje od sto tisuća baznih parova u minuti. Mjerenja su pokazala da se prilikom razmnožavanja e coli bakterije pojavljuje jedna greška na svakih deset do sto tisuća kopiranih DNA baznih parova. No, to je teoretska gornja granica greške jer se u proces uključuje i korektivni mehanizmi (proof reading and searching mistake) koji pronalaze i eliminiraju pronađene greške u DNA pa učestalost grešaka smanjuju na jednu do dvije greške u milijardu kopiranih DNA baznih parova. Očito je da greške nisu česte, ali postoje. Treba uzeti u obzir i jednostavnost bakterije uzete za primjer, jer u slučaju čovjeka i njegove bitno složenije DNA, mutacije su češće.
Ovo osnovno razumijevanje procesa razmnožavanja na DNA razini je prvi korak prema shvaćanju da slijed slučajnih događaja na biokemijskoj razini pruža važnu i nezamjenjivu evolucijsku potporu prirodnoj eslekciji. Da bi se mogla sagledati cjelovita slika, potrebno je znati da mala promjena u slijedu baznih parova u DNA strukturi može izazvati velike razlike u građi i funkciji organizama. Mutacije, koje se dešavaju slučajno i koje su tim značajnije što djeluju unutar složenijih DNA struktura, ne rezultiraju uvijek evolucijski značajnom promjenom. Da bi mutacija imala evolucijski značaj, mora zadovoljiti tri kriterija. Najprije, treba voditi prema novoj fizičkoj značajki organizma. Osim fizičke promjene, mora predstavljati i novu karakteristiku na molekularnoj razini te mora biti utemeljena na promijenjenoj genetskoj strukturi. Kao primjer, autor navodi karakteristiku nekih riba koje su evoluirale u hladnoj vodi i razvile sposobnost održavanja krvotoka na temperaturama ispod ledišta i to pomoću genetski izmijenjenog molekularnog mehanizma prijenosa kisika i to postupkom izmjene genskog koda dodavanjem, brisanjem pa umnožavanje dijela DNA strukture.
No, nisu sve promjene evolucijski značajne. Najprije, veliki dijelovi DNA strukture nemaju nikakvo funkcionalno značenje i svaka promjena u tom dijelu neće rezultirati bilo kakvom promjenom u funkciji. Osim toga,promjene koje se dese u dijelovima strukture s konkretnom funkcijom, zbog redundancije ugrađene u DNA strukturu ne moraju dovesti do promjene u rasporedu aminokiselina, a onda i promjene u razvoju i djelovanju proteina. I, konačno, čak i ako se desi promjena u proteinskoj sekvenci, to ne garantira i funkcionalnu promjenu na tjelesnoj razini.
Iako nije dvojbena ideja o utjecaju genskih promjena na evoluciju bioloških vrsta, nisu svi biolozi prihvatili ideju slučajnih mutacija kao presudnom faktoru. Prema nekim znanstvenicima glavnu ulogu igra genetsko kombiniranje u procesu spolne selekcije.
Da bi dokazao mogućnost stvaranja novih vrsta kombiniranjem gena u procesu spolne reprodukcije Ilya Ivanovich Ivanov, biolog s kraja devetnaestog i početka dvadesetog stoljeća, osmislio je eksperiment oplodnje ljudske jajne stanice sjemenom čimpanze.
Samo slijedom okolnosti, taj eksperiment nije proveden pa se o njegovim rezultatima može samo nagađati. Ipak, velika je vjerojatnost da takva oplodnja ne bi uspjela jer se radi o genetičkoj nekompatibilnosti. Prema argumentiranom znanstvenom uvidu, akumulirane slučajne genetičke promjene vode prema razlikama koje nakon, tako se procjenjuje, dva milijuna godina više nisu premostive. Kako se biološko grananje koje odvaja čovjeka od čimpanze desilo prije oko 5 milijuna godina – stvaranje umjetnog hibrida ne bi bilo moguće.
Ipak, danas prevladava ideja slučajnih mutacija pa ako se teza o njihovoj neminovnoj pojavi u genetskom kodu poveže s Darwinovom teorijom prirodne selekcije, doseg evolucijske prilagodljivosti, odnosno postignuta biološka raznolikost i u najneobičnijim formama prestaju predstavljati iznenađenje.
Za poimanje dosega i razine utjecaja slučajnosti u evoluciji čovjeka potrebno je razumjeti strukturu DNK i mehanizme koji djeluju u procesu njegovog dijeljenja i kopiranja. Zanimljiva i fascinantna je činjenica da dvadeset i tri ljudska kromosoma koji se kombiniraju spajanjem ženske jajne stanice i muškog sjemena rezultiraju sa sedamdeset trilijuna DNK kombinacija i tako određuju jedinstvene karakteristike čovjeka. Odnosno, vjerojatnost pojave dva genetički identična čovjeka je praktički isključena, osim ako se ne radi o jednojajčanim blizancima ili genetičkom inženjerstvu.
Mehanizam koji djeluje na slučajni izbor neke od mogućih DNK kombinacija sastoji se od četiri komponente. Najprije, slučajna je metoda odabira sjemena koje će oploditi jajnu stanicu. Slučajna je i kombinacija kromosoma koji sudjeluju u procesu spajanja muškog sjemena i ženske jajne stanice. Nakon toga nastupaju okolnosti za slučajnu zamjenu dijelova kromosoma a onda i za slučajne mutacije na razini genetskog zapisa.
Treba biti svjestan, naglašava autor, da procesu formiranja slučajnih mutacija nisu sve kombinacije legitimne. Oko pet posto slučajeva predstavlja genetičke promjene koja rezultiraju neželjenim promjenama i bolešću na poput Downovog sindroma. Ipak, mnogo je učestaliji problem genetskih mutacija koje vode prema malignim bolestima.
Što se tiče uzroka malignih bolesti, za znanstvenike već dugo nije upitno jesu li one posljedica “loše genetike”, loših navika ili loše sreće. Opće prihvaćena je teza da se radi o lošoj sreći i može se reći da su one izravna posljedica prirodnog mehanizma slučajnih genskih mutacija, odnosno grešaka u procesu kopiranja DNK koda. Izravna posljedica te činjenice je da se s brojem kopiranja, a to znači s protekom vremena, odnosno starenjem, povećava vjerojatnost greške u kopiranju genetičkog koda. Vjerojatno pojave maligne bolesti je i do sto puta viša kod sedamdeset petogodišnjaka nego kod ljudi u ranim tridesetim godinama. Točnije, smrtnost od malignih bolesti raste eksponencijalno u odnosu na dob. Znanstvenici su dokazali da se ove bolesti pojavljuju na temelju višestrukih sukcesivnih genskih mutacija, tako da se sljedeće promjene nastavljaju na ranije modificiran genski kod. Za promjene u slijedu je potrebno vrijeme pa je zato sa starenjem taj kritični kumulativ sve vjerojatniji.
Znanstvenici koji se bave proučavanjem malignih bolesti smatraju važnim otkriti jesu li one rezultat ne locirane genetske promjene koja može nastati bilo gdje ili se bolest manifestira tek ako promjene nastupe na specifičnim mjestima u DNK strukturi. Na temelju barem sedam desetljeća istraživanja, a posebno otkad je moguće brzo i efikasno sekvencionirati i analizirati DNK kod, sve je izvjesnije da maligne bolesti nastaju promjenom na samo oko stotinu i pedeset, od dvadeset tisuća gena u ljudskom genomu. Uočene promjene mogu se svrstati u dvije grupe. Radi se o mutacijama koje mijenjaju funkciju proteina – anco geni ili o mutacijama koje zaustavljaju djelovanje proteina – Tumor Suppressors. Istraživanja su pokazala da sekvenca od nekoliko pokretačkih mutacija na određenim genima iz kataloga od sto i pedeset prepoznatih, uvijek uzrokuje određeni tip maligne bolesti.
Autor naglašava da za sada još nije moguće, u općem slučaju, prevenirati rak ali neke bolesti se upravo zbog poznavanja ovog mehanizma uspješno sprječavaju – poput malignih tumora uzrokovanih papiloma virusom. Također, znanje o biokemijskom uzroku raka, odnosno o mehanizmu nastanka mutacija i njihovom utjecaju na razvoj bolesti, predstavlja osnovu za reduciranje rizičnih faktora i smanjenje vjerojatnosti njegovog nastanka.
Očito je, zaključuje autor, ljudski život pod snažnim utjecajem slučajnih okolnosti. Neke od njih su nevažne, ali neke su presudne. Ne možemo na njih utjecati i moramo biti svjesni da svijet u kojem slučajnosti igraju tako značajnu ulogu ne može biti najbolji mogući. Nažalost, znanost koja tako snažno ukazuje na ograničeni utjecaj naše volje, ne daje nam izravni odgovor na pitanje kako se s tom činjenicom nositi.
Zbog toga u završnom dijelu knjige autor konstruira izmišljeni razgovor nekoliko stvarnih osoba koje su na njega snažno djelovale. U razgovoru, osim autora, sudjeluju filozof Albert Camus, glumac i komičar Ricky Gervais, osnivač Monty Pythonovaca Eric Idle, glumac i komičar Eddie Izzard, glumac i komičar Bill Maher, glumac i komičar Seth MacFarlane, biolog i nobelovac Jacques Monod, glumica i komičarka Sarah Silverman te pisac Kurt Vonnegut.
Već po izboru karaktera može se zaključiti o sadržaju razgovora. Uglavnom, kao rezime, može se reći da se sugovornici slažu o tome da na mnoge životne ishode ne možemo utjecati i da se s time trebamo pomiriti. Ono što možemo je, ističu sugovornici izmišljenog razgovora, živjeti što optimističnije i vedrije te biti svjesni prirodom nametnutih ograničenja pa zbog toga biti tolerantniji kako prema sebi, tako i prema drugima.
