4. fejezet: MI AZ ÉLET?

A 21. század elején még mindig nem tudjuk természetfilozófiai szempontból megragadni az élet lényegét. Az "élet" a biológia legalapvetőbb, ugyanakkor definíciók szintjén legnehezebben megfogható fogalmainak egyike. Az életet gyakran az életjelenségek felsorolásával határozzák meg. Gánti Tibor szerint az egyedi élet alapvető életjelenségei a következők: - anyagcsere; - mozgás; - a növekedés és differenciálódás; - ingerlékenység; - osztódás és szaporodás; - halál.

4.1. Film - Életjelenségek.
Forrás: https://www.youtube.com/watch?v=V3QIe8rC80c

Az egyes kritériumokat azonban számos más természeti jelenség is kielégíti. Például a hurrikán „táplálkozik”, hiszen anyagot vesz fel és növekszik általa, mégsem tekintjük élőnek; egy kristály is képes tömegében növekedni, mégsem élőlény. Az erdőtűz szintén számos „életjelenséget” mutat, úgy mint anyagcsere, mozgás, növekedés, vagy éppen szaporodás, ennek ellenére mégsem tekintjük életnek. Gánti Tibor dolgozta ki a Kemotin modellt, amely az életnek egy formális jellegű minimálrendszere.

Az élet egyik gyakran használt nem lista-alapú meghatározása Carl Sagantól származik (1994). Eszerint az élet egy "önfenntartó, darwini evolúcióra képes kémiai rendszer". Ez a frappáns definíció egyrészt deklarálja, hogy ami él, az anyagcserére képes (hiszen "önfenntartó"), másrészt magában foglalja, hogy az élő szervezet apróbb változásokkal örökíteni tudja a tulajdonságait (mert képes a természetes szelekción alapuló "darwini evolúcióra"). A következőkben az élet különböző természetfilozófiai értelmezéseit tekintem át.

Gallileitől (1610) Einstenig (1905) majdnem 300 éven keresztül a mechanika határozta meg a tudományos gondolkodást. A mechanikus természetfelfogás kulcsfogalmai a következők: okság, determinizmus, linearitás, egyensúly, kiszámíthatóság, előrejelezhetőség, matematizálhatóság, redukcionalizmus, értékmentesség, szubjektummentesség, instrumentalitás, elkülönültség, külsődlegesség.

A legegyszerűbb mechanikai rendszer a kő, amely egy kemény vagyis szilárd halmazállapotú, statikus rendszer, azaz dolog. A kő a környezetétől függetlenül egy stabil létező. Sőt a kő annál tovább marad meg, minél kisebb környezeti hatások érik. Egy izolált kődarab az idők végezetéig létezik és fordítva a környezet intenzív hatásai gyorsan felmorzsolják azt. Tehát a kő (dolog) „szempontjából” az a legjobb, ha nincs kölcsönhatása a környezetével. A kő pusztán a környezetében létezik.

A mechanika a szigorú oksági kapcsolatokra és a determinizmusra épül. Álláspontja szerint a világ pusztán egy gépezet, amely nem több, mint részeinek mechanikus összege, amelyet a matematika módszereivel lehet leírni, mondja Galilei. A matematikailag leírható természet egyszersmind egy varázstalanított (Entzauberung, disenchantment) világ, amely kezelhető és uralható. (Prigogine 1995 27)

A mechanikus természetfelfogás szerint a természetből teljesen hiányzik a véletlen, az irreverzibilitás, történetiség, a bonyolultság, az érték, a tudat és a szubjektivitás és ezért az ember dologként viszonyulhat a természethez. A tudósok mechanika rendszerek jellegzetességeit kiterjesztették az élőrendszerekre is Descartes szerint az élő rendszerek, óraműszerű automaták amelyeknek nincs belső értékük. A dologszerű automata és a környezete között nincs kölcsönhatás, eltekintve attól, hogy az automatának energiára van szüksége.

A termodinamika II. főtétele szerint spontán folyamatok esetében a magukra hagyott rendszerek entrópiája nem csökkenhet. Az entrópia műszót Rudolph Clausius (1822–1888) találta ki, és ezzel jellemezte a termodinamikában az anyagi rendszerek molekuláris rendezetlenségét, illetve termodinamikai valószínűségének a mértékét.

Az életnek mint folyamatnak azonban fontos specifikuma, hogy entrópiája nem növekszik. Tehát míg az élettelen folyamatok entrópiája általában nő, addig az élő anyag folyamatainak az entrópiája általában nem nő, sőt esetenként csökken. „Az élő szervezet azért olyan rejtélyes, mert elkerüli a semleges egyensúlyi állapotba való gyors hanyatlást.” írja Schröndinger (1970 195).

4.2. Animáció - Mi az élet?
Forrás: https://www.youtube.com/watch?v=QOCaacO8wus

Bertalanffy (1901 -1972) különbséget tett zárt (mai értelemben izolált) és nyitott rendszer között. Az izolált rendszer a környezetével sem anyag sem energiacserében nem áll. A zárt a környezetével csak energiacserében, míg nyitott rendszer a környezetével anyag és energiacserében áll. Az élet eleve nem lehet izolált rendszer, hanem csak nyitott (pl. egyed, populáció, faj) vagy zárt rendszer (praktikusan ilyennek tekinthető az ökoszisztéma, biom vagy bioszféra).

Prigogine (1917-2003) bevezette a disszipatív struktúrák fogalmát. Ez egy olyan termodinamikai egyensúlytól távol eső, vagyis alacsony entrópiájú anyag és energia áramlás (nyitott rendszer), amely folyamatosan leadja (disszipálja) a benne termelődő entrópiát. Már az élettelen természetben is léteznek disszipatív struktúrák úgy mint a vízesés, az örvény, vagy éppen a Belousov-Zhabotinsky reakció

4.3. Film - Belousov-Zhabotinsky reakció
Forrás: https://www.youtube.com/watch?v=IBa4kgXI4Cg&list=PLV7ID5-thViFu6Un6Pku_Wy7lmt00QNan

A tűz, a görög természetfilozófia egyik alapvető példája szintén egy disszipatív struktúra. A természet „örökké élő tűz, föllobban mértékre és kialszik mértékre.”, mondja Hérakleitosz. A tűz nem dolog, hanem egy kémiai folyamat: egy éghető anyagnak fény (láng) és hőhatással járó oxidációja (égése). Az égés, a szerves anyagokat magas hőmérséklet mellett visszafordíthatatlan folyamattal elbomlasztja. A tűznek „kényes viszonya” van a környezetéhez. Egyrészt a túl erős környezeti hatások az égési folyamatot leállítják és a tűzet kioltják, ahogy azt a tűzoltók is teszik, másrészt a szükséges környezeti feltételek hiánya szintén a tűz megszűnéséhez vezet. Gondoljunk egy üvegburával letakart gyertyaláng spontán kialvására.

A tűz a környezetével folytatott anyagcserében létezik, s ha ez az áramlat megszakad, akkor a tűz (az égési folyamat, a struktúra) is szükségszerűen megszűnik létezni. A tűz elkülönülése a környezetétől csak viszonylagos, a folytonos anyagcsere miatt nem lehet éles határt húzni köztük. Ezen disszipatív struktúra szükségszerűen felhasználja és fogyasztja a környezet erőforrásait (O₂-t vesz fel) és „szennyezi” a környezetet (CO₂-t ad le). A környezet kimerülése vagy túlterhelése megszünteti a tűzet. A tűz meghatározott viszonyban áll a környezetével, nem egyszerűen a környezetében van, hanem a környezetéből létezik. Ezért súlyos hiba a tüzet és általában a tűz-típusú struktúrákat (állandósult folyamatokat) mechanikus rendszereknek illetve dolognak tekinteni.

A disszipatív struktúra fogalmához közel áll az átáramlásos (throughput) rendszer (Herman Daly), amely folyamatosan felvesz és lead anyagot és energiát, illetve autopoetikus rendszer (Humberto Maturana és Francisco Varela), amely a külső forrásokból folyamatosan létrehozza önmagát.

4.4. Kép - Disszipatív rendszer és környezete.
Forrás: http://press.anu.edu.au/info_systems/images/fig11.4.gif

Bauer Ervin elméleti biológiájának a kulcsfogalma az „állandó inaequilibrium”. Az élő és csakis az élő rendszerek soha nincsenek egyensúlyban, és szabadenergia tartalmuk terhére állan­dóan munkát végeznek annak az egyensúlynak a beállta ellenében, amelynek az adott külső feltételek mellett a fi­zikai és kémiai törvények értelmében létre kellene jönni.” (Bauer 1967 51) Szerinte a természetben az élő rendszerek és csakis az élő rendszerek azok, amelyek nem-egyensúlyi állapotukat arra használják, hogy aktívan törekedjenek a saját nem-egyensúlyi állapotuk fenntartására. A vízesés is egy tartós nem-egyensúlyi állapot, ugyanakkor nem-önfenntartó, hiszen a vízesés csak „elszenvedi” a saját állapotát. Ezzel szemben az élő rendszerek arra használják a munkavégző-képességüket, hogy speciálisan rendezett nem-egyensúlyi állapotukat folyamatosan fenntartsák, illetve megteremtsék.

A fenti fogalmak alapján definiálható önfenntartó disszipatív struktúra fogalma (Tóth 1997). Ez egy olyan disszipatív struktúra, amely a munkavégző-képességét a számára szükséges források megszerzésére, a belső struktúrájának fenntartására, illetve a salakanyag leadására fordítja. Röviden a rendszer a munkavégzőképességét saját javára fordítja. Megfelelő hatékonyság esetében a struktúra önfenntartóvá válik és a következő körfolyamat jellemzi:

Speciálisan rendezett nem-egyensúlyi állapot → belső munkavégzőképesség → környezeti erőforrások megszerzése és a belső hulladék leadása a környezetbe → speciálisan rendezett nem-egyensúlyi állapot helyreállítás → munkavégzőképesség stb..

Egy önfenntartó disszipatív rendszernek hatékonyan kell működni, hiszen a források energiatartalmából kell fedeznie a saját működését, külső és belső aktivitását. Ha a rendszer rosszul használja fel a munkavégzőképességét és nem tud új forrásokat szerezni, akkor elpusztul. Objektív értelemben egy ilyen rendszernek önérdekkövetőenek és célszerűnek kell lennie. Sőt mint minden nem-egyensúlyi rendszer esetében itt is jellemző a spontán (kaotikus) fejlődés. Ezek a fogalmak (hatékonyság, önérdek, célszerűség, a környezet instrumentális kezelése, fejlődés stb.) már egy komplex nem dologi természetű struktúrára utalnak (Tóth 2005 93-98)

Egy önfenntartó disszipatív rendszer már folyamatosan küzd az entrópia növekedése ellen. Tehát igaz lehet rá az a Schrödingeri meghatározás, hogy „elkerüli a semleges egyensúlyi állapotba való gyors hanyatlást.” Ezért egy ilyen rendszert akár Schrödinger, akár Bauer definíciója értelmében már élőnek lehetne nevezi. Másrészt vannak olyan életjelenségek, amelyeket az önfenntartó disszipatív rendszer fogalma nem tartalmaz pl. nem szaporodik. Ugyanakkor az biztosan kijelenthető, hogy minden egyed szükségképpen egy önfenntartó disszipatív rendszer is.

Az organikus létszféra alapja az egyed, az organizmus. Ez egy olyan komplex és fizikai szempontból valószínűtlen “ irreverzibilis folyamat, amely az organizmusok keletkezésétől felbomlásukig tart.” (Lukács 1976/III 113) Az organizmus persze nemcsak folyamat (illetve struktúra), hiszen számtalan szilárd (dologi természetű) alkotórésze is van, úgy mint molekulák, beleértve a DNS-t, valamint a különböző szilárd testrészek pl. csontok stb. Schrödinger fogalmaival élve az élő egyed a magas rendezettségű kemény és lágy rendszerek szintézise. A kemény rész önmagában a környezetétől függetlenül is stabil, ezzel szemben lágy rész csak a környezetével folytatott anyag és energiaáramlásban tudja fenntartani a belső rendjét és stabilitását.

Környezeti szempontból a hangsúly a környezettel folytatott speciális anyagcserén van. Termodinamikai szempontból az élő egyedre olyan mértékű negatív entrópia transzport (anyagcsere) jellemző, amely kompenzálja a rendszer belső entrópiájának szükségszerű növekedését. Az anyagcsere az a folyamat, amikor az egyed a környezetében levő forrásokat (magas energiájú és alacsony entrópiájú anyagokat) felveszi vagyis táplálkozik, másrészt a salakanyagát (energiában szegény, viszont magas entrópia tartalmú anyagokat) kiválasztja, vagyis a környezetébe disszipálja. Ezért minden élő egyed szükségszerűen és folyamatosan fogyasztja (táplálkozás) és terheli (kiválasztás, disszipáció) a környezetét.

4.5. Kép - Az emberi anyagcsere mint disszipatív folyamat.
Forrás: http://www.lowex.net/guidebook/the_exergy_%20approach/fig19.gif

Ebből következik, hogy a környezetnek folyamatosan forrásokban gazdagnak és hulladékban szegénynek kell lennie. Elvileg ez csak úgy lehetséges, ha a környezet vagy korlátlan kapacitásokkal rendelkezik vagy folyamatosan megújul. Ellenkező esetben a környezet nem tudja fenntartani az organizmusokat, amelyik így végül a semleges egyensúlyi állapotba hanyatlanak. Gyakorlatban a második lehetőség érvényesül, azaz a földi környezet egy megújuló rendszer.

Tegyünk különbséget az élet és az élőegyedek sokasága között. Az egyedek elkopnak és így az anyagcsere ellenére hosszútávon fenntarthatatlan vagyis halandó rendszerek. Maga az élet azonban nem szükségszerűen halandó. Az egyedek sokaságának a szaporodása alapozza meg az élet folyamatos fennmaradását vagyis halhattalanságát. S ha már kialakul a szaporodó élő egyed, akkor a szelekció eredményeképp elindul az élet szisztematikus fejlődése, az egyed és az egyed belső struktúráját meghatározó genetikai kód darwini evolúciója. S így, ha az egyed nem is, de az élet mint olyan el tudja kerülni a „semleges egyensúlyi állapotba való gyors hanyatlást” .

Az evolúció eredményeképp az életet és az életet hordozó organizmusokat olyan fogalmakkal jellemezhetünk, mint a véletlen, irreverzibilitás, történetiség, bonyolultság, célszerűség, hatékonyság, önérdek, sőt magasabb szinten megjelenhet a szubjektivitás, a tudat és az öntudat fogalma is. Minden egyed önmagát célként és értékként tételezi, miközben a környezetét instrumentálisan használja. Ezért egy külső megfigyelő számára az élő entitások önértékű entitásokként emelkednek ki a saját környezetükből.

1. Gánti Tibor szerint melyek az egyedi élet alapvető életjelenségei? (Válasz: 4.1)
2. Carl Sagantól hogyan definiálja az életet? (Válasz:4.1)
3. Soroljon fel a mechanikus természetfelfogás kulcsfogalmait (legalább 5 fogalmat)! (Válasz:4.2)
4. Jellemezze a kő viszonyát a környezethez! (Válasz:4.2)
5. Hogyan szól a termodinamika II főtörvénye? (Válasz:4.3)
6. Termodinamikai szempontból miért rejtélyes az élet? (Válasz:4.3)
7. Mi a különbség az izolált, zárt nyitott és a disszipatív rendszer között? (Válasz:4.4)
8. Jellemezze a tűz viszonyát a környezetéhez! (Válasz:4.4)
9. Rendszerelméleti szempontból mi az anyagcsere? (Válasz:4.5)
10. Milyen sajátosságokkal kell rendelkezni az organizmus környezetének? (Válasz:4.5)

Bauer E.(1967): Elméleti biológia. Budapest. Akadémiai Kiadó.

Bertalanffy, L von (1991): ...ám az emberrõl semmit sem tudunk. Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó. Budapest

Lukács György (1976): A társadalmi lét ontológiája. Magvető Kiadó. Budapest III. kötet (Prolegomena)

Prigogine, I. - Stengers, I (1995): Az új szövetség. A tudomány metamorfózisa. Akadémiai Kiadó Budapest.

Schrödinger, E (1970): Mi az élet? in: Válogatott tanulmányok. Gondolat, Budapest.

Tóth I. J. (1997): Disszipatív ember. Kandidátusi értekezés. Szeged.

Tóth I. János (2005): Fejezetek a környezetfilozófiából. Szerzők és irányzatok. JATEPress, Szeged.