Cum cresc oamenii?

De la Capisci

Salt la: navigare, căutare

Ştii bine că pe măsură ce trece timpul corpul copiilor creşte. De fapt, pentru copiii suficient de mici timpul este acelaşi lucru cu creşterea lor, iar creşterea lor este echivalentă cu trecerea timpului – singurele reperele reale în timp ale unui copil mic sunt „când încă nu mă născusem”, „când eram mic”, „acum”, „când o să mă fac mai mare” şi „când o să fiu om mare”. Practic singurul calendar al unui copil mic este corpul lui – dar cum creşte corpul unui copil?

Cuprins

Din ce este format corpul nostru

Orice om de ştiinţă încearcă să-şi structureze informaţiile, adică să le aranjeze într-o ordine. Deci înainte de a ne gândi cum cresc copiii, hai să ne întrebăm cine mai creşte. Ştii că şi oamenii sunt nişte animale – sigur, suntem diferiţi de toate celelalte animale, dar până la urmă ne tragem din maimuţe, deci nu suntem chiar atât de diferiţi.[1] Deci copiii sunt de fapt pui de om, nu-i aşa?[2] Ia gândeşte-te, ce alte animale au pui care cresc? Păi... toate, nu-i aşa? Ştii tu vreun animal care să se nască direct mare şi să nu mai crească?

Bun, deci toate animalele cresc. Dar plantele? Şi plantele cresc – ba pomii tineri chiar se cheamă puieţi, tocmai pentru că urmează să crească, la fel ca nişte pui. Dacă toate plantele şi toate animalele cresc înseamnă că e posibil să crească din aceleaşi cauze şi în acelaşi fel, nu-i aşa? Totuşi unui şoarece nu-i cresc rădăcini, unui copac nu-i cresc antene iar unei maimuţe nu-i cresc aripi... Deci e la fel dar e diferit, oare cum o fi?

Hai să vedem ce concluzii am tras până acum, poate înţelegem mai bine dacă recapitulăm:

  1. credem că toate animalele şi toate plantele cresc în acelaşi fel;
  2. dar fiecare plantă şi fiecare animal ştie în ce fel să crească.

Hei, stai o secundă! A doua concluzie nu o contrazice pe prima! Dacă fiecare ştie cum să crească atunci pot să crească toate în acelaşi fel – toate pot foarte bine să folosească aceeaşi metodă dacă fiecare ştie regulile pentru specia lui! Gândeşte-te de exemplu la două jocuri de puzzle, unul cu o prinţesă şi unul cu un fluture. Dacă ştii cum se asamblează un puzzle atunci ştii să le rezolvi pe amândouă – însă fiecare are alte piese, aşa că n-ai să obţii niciodată o prinţesă cu antene sau un fluture cu rochie!

Oamenii care studiază vieţuitoarele se numesc biologi. Ei au descoperit că dacă te uiţi la microscop la ele, toate sunt cam la fel. Nu numai animalele şi plantele, dar absolut toate vieţuitoarele sunt formate din aceleaşi lucruri – chiar şi mucegaiul şi viruşii care te fac să răceşti! Toate, dar absolut toate, sunt formate din celule. Sigur, copacul are rădăcini, elefantul are trompă, peştii au aripioare iar oamenii au degete – însă rădăcinile, trompele, aripioarele şi degetele sunt toate formate din celule, iar toate celulele funcţionează cam la fel. Hai să vedem ce sunt şi cum funcţionează celulele astea.

Celula

Ai construit vreodată un castel din piese de lemn? Sau te-ai jucat vreodată cu un joc Lego? Atunci ai văzut că poţi construi multe lucruri diferite folosind doar câteva tipuri de piese. Sigur, în total trebuie să ai multe piese, dar multe vor fi la fel. Corpurile noastre sunt construite în acelaşi fel, iar „piesele” noastre sunt celulele.

Ca şi blocurile de lemn şi piesele Lego, şi celulele noastre sunt diferite, în funcţie rolul lor. Celulele din muşchi sunt diferite de celulele din piele; celulele din ficat sunt diferite de cele din plămâni, şi aşa mai departe. Însă orice ar şti ele să facă, toate celulele au câteva lucruri în comun:

  1. sunt protejate de un înveliş numit membrană
  2. reacţionează la schimbările din jurul lor (de exemplu reacţionează dacă se face mai frig sau mai cald)
  3. consumă „hrană” pe care o transformă în energie şi produse secundare (adică mănâncă şi fac caca)
  4. ştiu să folosească ADN-ul (am să explic imediat ce-i cu ADN-ul ăsta, deocamdată ţine minte că toate celulele îl folosesc)
  5. ştiu să se multiplice folosind ADN-ul

Pe noi ne interesează doar ultimele două puncte. Punctul (4) înseamnă că toate celulele vorbesc aceeaşi limbă, dar şi mai interesant este ultimul punct: fiecare celulă ştie cum să se multiplice, să se copieze singură – adică dintr-o celulă să se facă două la fel! Gândeşte-te la un castel din blocuri de lemn. Dacă fiecare bucată de lemn ar putea face asta, atunci fiecare cub verde ar putea să se transforme în două cuburi verzi. Iar amândouă ar fi la fel ca primul – aceeaşi formă, aceeaşi mărime, aceeaşi culoare, la fel! Fiecare triunghi albastru[3] s-ar putea transforma în două piese identice, şi aşa mai departe. Păi dacă fiecare piesă care formează un castel ar putea să se transforme în mai multe piese la fel, atunci după o vreme castelul ar fi format din mai multe piese decât la început – deci castelul ar creşte! Exact acelaşi lucru se întâmplă şi cu noi: creştem pentru că se multiplică celulele din care suntem formaţi!

Totuşi hai să ne gândim un pic ce s-ar întâmpla dacă am vrea să multiplicăm noi cuburile dintr-un joc cu blocuri de lemn. Adică ele nu ştiu să se multiplice, însă încercăm să facem noi asta – de exemplu avem un joc cu trei cuburi şi vrem să mai facem încă trei la fel. Păi în primul rând ar trebui să cumpărăm nişte lemn din care să facem cuburile noi, nu-i aşa? Iar după ce avem lemnul, trebuie să-l tăiem în forma corectă şi să-l vopsim, în aşa fel încât să fie la fel ca blocurile originale. Şi asta ar dura ceva vreme, nu am putea să batem pur şi simplu din palme iar banii să se transofme în lemn şi lemnul în cuburi. Deci pentru a multiplica blocurile de lemn avem nevoie de trei lucruri:

  • material pe care să-l folosim (în cazul nostru lemn)
  • energie pe care o folosim ca să transformăm materialul în forma corectă
  • timp în care să facem toate astea

Şi o celulă are nevoie de aceleaşi lucruri. Pentru material şi energie organismul foloseşte hrana – de asta copiii au nevoie de mai multă mâncare decât te-ai aştepta pentru cineva atât de mic. Cât despre timp, sigur că şi celulele au nevoie de timp ca să se multiplice – altfel am creşte toţi ca Făt Frumos, de la o zi la alta.

Pe de altă parte, la fel ca blocurile de lemn dintr-un joc, şi celulele se strică după o vreme. În final asta duce la îmbătrânirea oamenilor, însă celulele îmbătrânesc şi mor mult mai repede decât atât. Mai exact, un adult pierde cam un milion de celule pe zi! Un milion în fiecare zi, îţi dai seama? Păi dacă prin multiplicare celulelor copiii cresc, înseamnă că, prin pierderea atâtor celule, adulţii se micşorează? Chiar aşa s-ar întâmpla dacă celulele stricate nu ar fi înlocuite – însă sunt înlocuite. Iar pentru a le înlocui pe cele stricate, şi celulele din corpul adulţilor se multiplică. Dar cum se multiplică celulele?

ADN

ADN-ul este o prescurtare pentru o chestie care sună destul de înfricoşător: acid dezoxiribonucleic. Dar după cum vezi, e vorba de un acid, deci e o substanţă. Însă e o substanţă foarte importantă pentru viaţa pe Pământ: ADN-ul este metoda prin care toate celulele ştiu ce puzzle trebuie să reproducă atunci când se multiplică.

Componentele ADN-ului

ADN-ul este în ultimă instanţă o reţetă, un cod de instrucţiuni care conţine informaţie. Dar cum codifică un organism viu informaţia? Metoda este surprinzător de simplă şi de eficientă. În interiorul ADN-ului există în general doar patru tipuri de coduri. Acestea sunt de fapt patru tipuri de substanţe diferite aşezate pe o bandă. Cele patru tipuri de substanţe au codurile A, C, G şi T – nu ne interesează acum ce sunt ele de fapt şi cum se leagă pe bandă, ci doar că există patru tipuri şi că astea sunt codurile lor.

Informaţia conţinută în ADN este un mesaj codificat folosind aceste patru substanţe, numite baze. Până la urmă e ca şi cum ai vrea să scrii propoziţii folosind numai patru litere. Să spunem de exemplu că am defini următorul dicţionar:

  • A – spaţiu
  • CG – iepure
  • CT – sare
  • GT – şoarece

Atunci am putea scrie următoarele propoziţii:

  • CGACTAGT – iepurele sare (peste) şoarece
  • GTACTACG – şoarecele sare (peste) iepure
  • CTACG – iepure sărat
  • CTAGT – şoarece sărat

La un moment dat n-am mai putea folosi cuvinte de două litere, dar am putea folosi oricâte litere pentru un cuvânt – de exemplu am putea spune că „maimuţă” este CGGTCTGCCTTGGC, sau orice altă combinaţie. Prin urmare cele patru baze sunt suficiente pentru a codifica mesaje oricât de complicate – singurul efect al numărului mic de litere disponibile este faptul că mesajele sunt mai lungi decât ar putea fi, dar nu limitează numărul de mesaje posibile.

Sigur, tu îţi dai seama că informaţia din ADN nu conţine mesaje precum „maimuţă sărată”. Informaţia din ADN se numeşte cod genetic şi este de fapt „reţeta” completă pentru orice organism. Şi fiecare celulă din corpul fiecărui organism conţine codul complet – teoretic o singură celulă dintr-un singur fir de păr de-al tău ar fi suficientă ca să obţii o soră sau un frate geamăn identic!

Selecţia naturală şi evoluţia

Partea interesantă a poveştii începe atunci când te întrebi cum fac celulele să copieze codul ADN atunci când se multiplică. Este foarte important ca multiplicarea să păstreze codul intact, pe cât posibil. Greşelile care apar la copierea codului genetic se numesc mutaţii genetice. Şi cum codul genetic este reţeta completă pentru a „construi” un organism, greşelile din cod se reflectă în greşeli ale organismului: oameni cu păr pe palme, maimuţe fără coadă şi aşa mai departe. Dacă de exemplu un pom are parte de o astfel de mutaţie negativă care îl face să nu mai aibă fructe, el nu va avea urmaşi, aşa că mutaţia negativă dispare odată cu el. Un tigru care nu reuşeşte să fugă moare de foame, deci mutaţia lui negativă dispare odată cu el. Aceasta se numeşte selecţie naturală.

Pe de altă parte, deşi apar întotdeauna din greşeală, unele mutaţii sunt mai bune decât versiunea originală! Un pom ale cărui fructe sunt din întâmplare mai rezistente decât ale celorlalţi pomi din jur va avea mai mulţi urmaşi; la fel, un tigru care vânează mai bine decât ceilalţi tigri va trăi mai mult şi va avea mai mulţi pui. Şi tot aşa, încet-încet, mutaţiile pozitive se împrăştie la toată specia. Împreună cu selecţia naturală, această preferinţă a naturii pentru mutaţiile pozitive duce la evoluţia speciilor: membrii cei mai adaptaţi supravieţuiesc şi se înmulţesc iar membrii cei mai puţin adaptaţi dispar. După cum vezi, natura nu are scopuri anume şi nu cere vieţuitoarelor să evolueze după vreun model anume – tot ce impune evoluţia este să trăiască cel care poate să trăiască, asta e tot.

Această regulă simplă, împreună cu accidentele genetice care au tot produs mutaţii, au făcut ca toate organismele de pe Pământ să evolueze sau să dispară. De-a lungul a milioane de ani plantele au evoluat şi au creat fel de fel de mecanisme de apărare, aşa că rumegătoarele au fost nevoite să evolueze şi ele – cele care n-au evoluat au dispărut. Pentru că rumegătoarele au evoluat, şi animalele care le vânează au evoluat. Şi invers – atunci când un animal de pradă a ameninţat să mănânce toate rumegătoarele, acestea au fost nevoite să evolueze (sau au fost toate mâncate şi chiar au dispărut). Sunt doar câteva reguli simple, însă au condus până la urmă la toată minunăţia naturală pe care o vedem astăzi în jurul nostru.

Multiplicarea ADN-ului

Dacă evoluţia are loc din cauza accidentelor şi greşelilor genetice înseamnă că acestea se întâmplă uneori. Însă gândeşte-te cât e de greu să faci o greşeală din care să iasă ceva bun. E ca şi cum atunci când intri în casă ai închide ochii şi ai azvârli cheile cât colo, sperând să nimereşti un loc mai bun decât cel în care le ţii de obicei. Evident că de cele mai multe ori cheile ar ajunge în cele mai nepotrivite locuri, aşa că nu încerci intenţionat să le arunci la nimereală. Dar, deşi încerci să le pui de fiecare dată la locul lor, uneori greşeşti. De cele mai multe ori când greşeşti le scapi pe jos, sau cad sub masă, sau mai ştiu eu pe unde. Însă foarte, foarte, foarte rar, chiar nimereşti din greşeală un loc mai bun.

Cam la fel procedează şi celulele atunci când se multiplică. Ele încearcă pe cât pot să se copieze fără greşeală. Foarte rar, apare câte o greşeală şi numai foarte puţine dintre greşeli sunt bune. Dar cum reuşeşte o celulă să copieze codul ADN fără să greşească? Ei bine, ADN-ul are un sistem foarte sigur de multiplicare. Secretul stă în două proprietăţi ale ADN-ului.

În primul rând, ADN-ul este format din două şiruri paralele de coduri. Cele două şiruri stau faţă în faţă şi sunt legate unul de celălalt, cam ca dinţii unui fermoar închis. Fiecare dintre „dinţii” acestui fermoar este câte una dintre cele patru baze despre care am vorbit mai sus: A, C, G sau T.

A doua parte a secretului este faptul că bazele nu pot sta faţă în faţă decât într-un singur fel. Perechea lui A nu poate fi decât T, iar perechea lui C nu poate fi decât G. Oricare dintre ele poate sta pe oricare parte a „fermoarului”, dar întotdeauna pe partea opusă se găseşte perechea ei. Astfel, dacă ne întoarcem la exemplele noastre imaginare de mesaje codificate genetic, dacă pe o parte a fermoarului scrie „iepure sărat”, pe partea cealaltă va scrie cu siguranţă GATGC. În limbajul nostru imaginar „GATGC” nu înseamnă nimic – dar şi dacă ar însemna ceva, asta nu ar conta absolut deloc, pentru că aceasta nu ar fi vreo informaţie nouă sau diferită de „iepure sărat”. Ştim de la bun început că „iepure sărat” se împerechează întotdeauna cu „GATGC” la fel de bine cum ştim că astăzi a răsărit Soarele. Prin urmare informaţia de pe o parte este doar un duplicat în oglindă al informaţiei de pe cealaltă parte. Informaţia care este prezentă atunci când nu este necesară se numeşte informaţie redundantă – în cazul ADN-ului jumătate din informaţie este redundantă, fiindcă informaţia conţinută în oricare dintre cele două laturi este suficientă pentru a afla informaţia de pe cealaltă latură.

Această redundanţă pare inutilă, însă tocmai ea este cheia multiplicării corecte a codului genetic. Atunci când o celulă se multiplică, „fermoarul” lanţului ADN se desface. Fiecare din cele două laturi ale lanţului sunt apoi scufundate într-o baie în care plutesc la grămadă baze A, C, G şi T. Cum fiecare bază de pe fiecare latură nu are decât o pereche posibilă, în final rezultă două lanţuri identice!

Hai să verificăm asta folosind mesajul nostru imaginar „şoarece sărat”. Scris în baze genetice, mesajul este CTAGT. Dar din cauza regulilor de împerechere de mai sus, noi ştim că dacă pe o latură scrie CTAGT atunci pe latura cealaltă va scrie cu siguranţă GATCA. Deci lanţul complet pentru „şoarece sărat” ar fi

Celula originală
Latura stângă originală Latura dreaptă originală
C G
T A
A T
G C
T A

Atunci când celula se multiplică, cele două laturi se despart:

Celula 1 Celula 2
Latura stângă originală
C
T
A
G
T
Latura dreaptă originală
G
A
T
C
A

Apoi fiecare bază de pe fiecare latură îşi găseşte perechea în supa de baze în care este scufundată:

Celula 1 Celula 2
Latura stângă originală Latura dreaptă nouă
C G
T A
A T
G C
T A
Latura stângă nouă Latura dreaptă originală
C G
T A
A T
G C
T A

Dar după cum vezi, fiecare dintre cele două celule are acum câte o copie a codului genetic original!

Am spus mai sus că un adult, care nu are nevoie să mai crească, trebuie să multiplice un milion de celule în fiecare zi doar ca să le înlocuiască pe cele stricate. Imaginează-ţi câte celule se multiplică în cazul unui copil, care pe lângă înlocuirea celulelor stricate mai trebuie să şi crească! Gândeşte-te că toată magia asta a multiplicării lanţurilor ADN se întâmplă în corpul tău tot timpul – tu te joci, mănânci, dormi sau te uiţi la desene animate şi între timp celulele tale despart lanţuri genetice, le scufundă în băi cu baze şi le unesc la loc, multiplicându-se în fiecare moment din viaţa ta. Dacă nici asta nu e extraordinar atunci nu ştiu ce e!

Note

  1. Nu trebuie să-ţi imaginezi că mai întâi au fost maimuţele aşa cum le ştii azi şi apoi au apărut oamenii – şi oamenii şi maimuţele au evoluat în acelaşi timp. Dacă am face o paralelă cu viaţa unei familii, lucrurile ar sta în felul următor. Mai întâi a existat un bunic de-al nostru (dryopithecus); el a murit demult, însă a lăsat în urmă câţiva fii. Fiecare dintre fiii lui este părintele câte unui grup mare de primate – primatele sunt toate animalele pe care noi le numim generic maimuţe, dar care includ şi oamenii: giboni, urangutani, oameni, macacii, cimpanzei şi multe alte animale asemănătoare. Toţi fiii acestui bunic au avut şi ei copii la rândul lor, iar unul dintre ei este omul – însă şi fiii bunicului nostru comun, părinţii noştri, au dispărut de ceva timp. Deci noi nu ne tragem din maimuţe în sensul că am evoluat din maimuţele pe care le vedem astăzi – ele nu sunt „părinţii” noştri, ci „fraţii” şi „verii” noştri, pentru că ne tragem din acelaşi părinte sau bunic şi nu direct din rândul maimuţelor de astăzi. Cei mai apropiaţi „fraţi” ai noştri, maimuţe care au crescut (adică au evoluat) şi ele împreună cu noi, sunt gorilele şi cimpanzeii.
  2. În filmul de animaţie Cartea junglei, Mowgli chiar este numit de către celelalte animale „man cub”, adică „pui de om” în limba engleză. Acest apelativ este consecvent cu povestirile originale ale lui Rudyard Kipling, povestiri care stau la baza filmului.
  3. De fapt forma se cheamă prismă triunghiulară – triunghiul este doar forma plată pe hârtie.