Sciencemag.cz
Doporučujeme
V živých organismech se biologické moduly spojují a produkují komplexnější chování. Metaforou, která nám to přiblíží, jsou rozdílné funkce chytrého telefonu. O těchto funkcích – volání, připojení se k internetu, fotografování, přehrávání hudby, posílání e-mailů a tak dále – můžeme uvažovat jako o odlišných modulech operujících v buňce. Inženýr navrhující chytrý telefon musí zajistit, aby všechny rozdílné moduly fungovaly dohromady a telefon dělal vše, co dělat má. Aby toho inženýr dosáhl, vytvoří logické mapy, které ukazují, jak proudí informace mezi moduly. Když inženýři začnou navrhovat nový telefon na úrovni modulů, mají jednu velkou výhodu, a sice že si mohou ověřit, zda jejich plány dávají smysl z funkčního hlediska, aniž by se ztratili v detailech jednotlivých částí. Díky tomu nemusejí hned na začátku příliš přemýšlet o obrovském množství jednotlivých tranzistorů, kondenzátorů, rezistorů a nespočtu elektronických součástek, z nichž se každý modul skládá.
(pokračování včerejšího úryvku: Buňka jako výpočetní stroj)
Přijetí stejného přístupu nám skýtá účinný způsob, jak porozumět buňkám. Pokud porozumíme odlišným buněčným modulům a pochopíme, jak je buňky propojují a nakládají s informacemi, nepotřebujeme nezbytně znát veškeré nepatrné molekulární podrobnosti o fungování jednotlivých modulů. Prvořadým cílem by mělo být spíše pochytit smysl, než pouze katalogizovat komplexitu. Mohli bychom zde kupříkladu uvést seznam všech slov vytištěných v této knize včetně jejich frekvence. Mít takový seznam by bylo jako mít seznam součástek bez návodu k použití. Poskytlo by to představu o složitosti textu, ale jeho smysl by se vytratil. Abychom tento smysl pochopili, musíme slova číst ve správném pořadí a porozumět tomu, jak sdělují informace na vyšších úrovních, v podobě vět, odstavců a kapitol. Ty společně vyprávějí příběhy, poskytují výklad, propojují myšlenky a přinášejí vysvětlení. Přesně totéž platí, když biologové katalogizují všechny geny, bílkoviny nebo lipidy v buňce. Je to důležitý výchozí bod, my však chceme v plném rozsahu pochopit, jak tyto části spolupracují, aby vytvořily moduly, které udrží buňku naživu a schopnou reprodukce.
Analogie odvozené z oblasti elektroniky a výpočetní techniky, třeba výše uvedeného chytrého telefonu, pomáhají porozumět buňkám a organismům, ale musíme s nimi nakládat opatrně. Informačně-procesní moduly používané živými bytostmi a ty, jež se uplatňují v elektronických systémech vytvořených lidmi, se v mnoha ohledech výrazně liší. Počítačový hardware je obvykle statický a neměnný. Naproti tomu „rozvody“ v buňkách a organismech jsou proměnlivé a dynamické, protože se zakládají na biomolekulách, jež pronikají buněčnou tekutinou, pohybují se mezi různými buněčnými kompartmenty i mezi samotnými buňkami. Jednotlivé části se v buňce mohou přepojovat, přesunovat a měnit účel daleko volněji – fakticky tak mohou předělávat „zapojení“ celého systému. Užitečné metafory hardwaru a softwaru se nám brzy začnou rozpadat, což je důvod, proč systémový biolog Dennis Bray zavedl k popisu pružnějšího výpočetního materiálu života užitečný termín „wetware“. Spojení mezi svými částmi vytvářejí buňky prostřednictvím „vlhké chemie“ (wet chemistry).
To platí také pro mozek, který je archetypálním a vysoce komplexním biologickým počítačem. Nervové buňky v průběhu vašeho života rostou, stahují se, vytvářejí a přerušují synaptická spojení.
Aby se jakýkoli komplexní systém choval jako účelný celek, musí probíhat efektivní komunikace jak mezi jednotlivými složkami systému, tak mezi systémem a vnějším prostředím. Souborům modulů, jež to dělají, se v biologii říká signální dráhy. Jedním z příkladů signálních drah jsou hormony, například inzulin, který reguluje hladinu krevního cukru, existuje ale i mnoho jiných. Signální dráhy přenášejí informace uvnitř buněk, mezi buňkami, mezi orgány, mezi celými organismy, mezi populacemi organismů, a dokonce i mezi odlišnými druhy napříč celým ekosystémem.
Způsob přenosu informace signálními drahami lze upravit tak, aby vedl k řadě různých výsledků. Může být vyslán signál, který výstup jednoduše zapne nebo vypne, podobně jako vypínač osvětlení, ale signály mohou fungovat i důmyslněji. V některých situacích například slabý signál zapne jeden výstup a silnější signál výstup druhý. Je to jako když šepot upoutá vaši pozornost, ale k nouzové evakuaci celé místnosti je potřeba zakřičet. Dynamické chování signálních drah využívají k přenosu bohatšího toku informací také buňky. I pokud je signálem zapnuto/vypnuto, lze další informace přenést změnami doby, během níž každý z těchto stavů trvá. Dobrou analogií je Morseova abeceda. Jednoduchým variacemi v délce trvání a pořadí signálních impulzů, tedy teček a čárek, se dají přenášet proudy informací překypující významem, ať už je to volání SOS nebo text Darwinovy knihy O vzniku druhů. Biologické signální dráhy, jež se takto chovají, vytvářejí vlastnosti bohaté na informace, které nesou více významů než signální sekvence přenášející jednoduchou zprávu ano/ne.
Vedle signalizace prostorem potřebují buňky také prostředky, jak signalizovat v čase. Aby biologické systémy něco takového dokázaly, musí být schopné ukládat informace. To znamená, že buňky s sebou mohou nést chemické otisky svých předchozích zkušeností, které fungují tak trochu jako myšlenky, jež se nám formují v mozku. Tyto buněčné vzpomínky mají mnoho podob, od pomíjivých otisků toho, co se stalo před chvilkou, po extrémně dlouhodobé a stabilní vzpomínky uchovávané v DNA. Krátkodobé historické informace buňka používá v průběhu buněčného cyklu, při němž si „zapamatovává“ stav událostí v rané fázi cyklu a signalizuje ho pozdějším událostem cyklu. Například pokud ještě neskončil proces kopírování DNA nebo proběhl chybně, je potřeba tuto skutečnost zaznamenat a přetlumočit mechanismům, které se starají o buněčné dělení. Pakliže se tak nestane, bude se buňka zkoušet dělit před ukončením kopírování celého genomu, což může skončit ztrátou genetické informace a smrtí buňky.
tento text je úryvkem z knihy
Paul Nurse: Biologie v pěti lekcích
Co je život?
Dokořán 2021
O knize na stránkách vydavatele
