# Az űrhajós meséje: a biológia tervrajz helyett programot használ

Elő a túracipőt, folytatódik az agyséta!

A jelenség, ahogy a látórendszer nagyon egyszerű szabályok alapján felépíti magát a környezetből származó, megbízható ingerek alapján (lásd A macskakölyök meséjét) általános a biológiában. De egy bonyolult szervezetet nem is lehetne másképp előállítani. Az emberi DNSben 3 milliárd bázispár van, ennek információ tartalma bitben számolva 6x109. Ha ezt összehasonlítjuk az emberi agyban található szinapszisok számával, ami 1015, akkor az a teljesen valószínűtlen szám jön ki, hogy egyetlen bit genetikai információ kb. 1 millió szinapszis felépítését kódolná.

Nyilván a dolog nem úgy működik, hogy a genom pontosan megmondja mi hova kerüljön, mint egy felépítendő ház esetén a téglák a tervrajzon. Inkább úgy működik, mint amikor a mesternek megmondjuk, hogy egy 2 emeletes házat szeretnénk egy bejárattal és szintenként 4 ablakkal. Ő pedig tapasztalata és józan esze alapján ezt felépíti. Egy műveletsorozatot, egy programot hajt végre. A programok, ha jó bemeneti értékeket kapnak helyesen működnek, ha rosszakat akkor rosszul.
Az 1970-es években Föld körüli pályán súlytalanságban hosszabb időt eltöltő űrhajósok története remek bizonyítéka annak, hogy szervezetünk a külvilágból érkező információ alapján (genetikai) programokat használ testünk felépítésére. Amikor az első hosszasabb űrutazások (több mint 1 hét) elkezdődtek, az űrhajósokat igen szigorúan vizsgáló orvosok azt tapasztalták, hogy a súlytalanságból visszatérő utazók izomtömege jelentősen csökkent, és csontjukból nagyon sok kalcium veszett el. Egy hetekig tartó űrutazás után napokba tellett, mire az űrhajósok lábra tudtak állni.
De mi is történt a világűrben? A súlytalanság a testsúlyunkat okozó gyorsulás hiánya. Mivel az űrhajósok szabadon esnek a Föld körüli pályán, a testüket nem érik a megszokott erők. Az izmaiknak nem kell megfeszülnie a, csontjaiknak nem kell tartania. Az izmokat és csontokat felépítő programok gyorsan reagálnak, az izmok leépülnek a csontok erőssége csökken. Még csak rossznak sem mondhatók a programok, mert takarékosságra formálta működésüket az evolúció. Az izmok felépítése és a csontok fenntartása drága, fehérjék, ásványi sók kellenek hozzá. Ráadásul nehezek, feleslegesen cipelni őket szintén energiapazarlás. Ezért mindig annyi csontunk és izmunk van amennyit a terhelés alapján a szervezetünk elegendőnek talál. Amikor barátaimmal a hegyekben túráztunk, utoljára mindig az a társunk ért fel a hegyre, aki feleslegesen cipelte magával felfelé 1500 méter szintet, a konditeremben hatalmasra gyúrt, de hegymászásban csak teherként megjelenő kidagadó izmait. A súlytalanságban megszűnik a terhelés, az izmok és a csontok nem érzik szükségét, hogy erősödjenek, elkezdenek tehát leépülni. A kezdeti ijesztő tapasztalatok óta a nemzetközi űrállomáson tartózkodó személyzet minden tagja naponta 2 órát végez tornagyakorlatokat, rugókkal és gumiszalagokkal működő edzőgépeken, és még így is csökken izom és csonttömegük mire visszatérnek a Földre.

A csontok esetében nem pusztán csak csonttömegről és Ca2+ beépülésről van szó. A csontban osteoblast és osteoclast elnevezésű sejtek találhatók, melyek építik, illetve lebontják a csontszövetet. A terhelés és az erők iránya által szabályozott versengésük eredményeként a csontnak azok a részei erősödnek, ahol a legnagyobb nyomó és húzóerők ébrednek. Valahogy úgy működik a dolog, hogy terheléskor, helyileg, olyan anyagok szabadulnak fel, melyek az építő sejtek működését gyorsítják, a bontókét pedig lassítják. Így, csak oda épül be csont, ahova kell. A combcsont csípőízületében hihetetlen finom hálózatban található csontgerendák (trabekulák) művészi elrendeződését az Eiffel torony szerkezetéhez szokták hasonlítani (helyesen az Eiffel tornyot kellene a csonthoz hasonlítani).

Nem csoda a hasonlóság, hiszen Eiffel is csak azokra a pontokra helyezett tartókat, ahol erők ébredtek. Azt, hogy a csontgerendák az erők hatására alakulnak, jól látszik a fejlődő emberi csontozaton. Amikor a kisbabák kúszásból mászásba, majd onnan járásba váltanak életük első két éve során, a terhelés iránya megváltozik csontjaikban, és ezt követi a csontgerendácskák elrendeződése is. Ez a dinamikus építő-bontó versengés évente csonttömegünk 25%-át lecseréli. Míg az Eiffel torony úgy épült, hogy mind a 18.000 tartóelemnek és az őket összekötő szegecseknek meg volt a helye a tervrajzon, és ebből lépésenként épült fel a torony, mely változatlan formában áll azóta is, addig csontunkban, a két sejtcsoport versengését a bennük futó programok irányítják, a testünkre ható gravitációtól származó információk alapján. Az állandó toronnyal szemben csontozatunk folyamatosan átépül a fellépő erőknek megfelelően, és így új helyzetekhez is alkalmazkodni tud (mint láttuk, a világűrben nem biztos, hogy jól).

A rossz ingereket kapó bennünket alakító programok jó példája a tömeges elhízás. Őseink evolúciójuk alatt kemény körülmények között éltek, ezért minden csepp zsírt, minden nyalás cukrot és minden pehely sót el kellett fogyasztaniuk. Ezért ma is vágyunk a cukor, zsír és só után. Annyit eszünk belőle amennyit tudunk (ez korábban jó stratégiának bizonyult). De mivel ma ezek a dolgok korlátlan mennyiségben kaphatók a boltban, korlátlan mennyiséget fogyasztunk belőle, melynek eredménye elhízás és cukorbetegség.
Hasonló környezeti ingerekre válaszoló programok alakítják talpunk bőrkeményedését, napsütésre barnuló bőrünket és megnövekedett vörösvértest számunkat, amikor egy magas hegyen túrázunk. De elég, ha ránézünk egy fára, aminek szomszédja kidőlt. Az elérhető fényre a fa úgy reagál, hogy abba az irányba gyakrabban ágazik el és az ágak is gyorsabban nőnek. Hamarosan betölti a felszabadult rést, növekedése meglassul.
Összefoglalva: az élőlények tehát kevés, DNS-ben kódolt információt, az evolúció által csiszolt fejlődési programokat, nem pedig tervrajzokat örökölnek őseiktől. Ezek a programok a környezetből származó, állandónak feltételezett ingerek információtartalmát felhasználva alakítják ki összetett szervezetüket. Azonban, mint ahogy egy öröklött tulajdonság is csak a mindenkori környezettel összemérve lehet jó vagy rossz, a genetikai programok is csak a megfelelő környezetben alakítanak ki megfelelő szervezeteket és működést.

Legközelebb az agyfejlődés esetében mutatjuk meg hogyan is fut a program.

Szerző: Gulyás Attila

Soros és párhuzamos egymás tükörképei Az agyfejlődés programja I.: idegsejtfejlődés, kapcsolatépítés