Substanța vie

Natura acestei probleme cere, ca în expunerea noastră, foarte succintă, să punem, oareșicum, față în față, într-un prim capitol, o prezentare a fenomenului viață, iar într-un al doilea concepția cea mai acceptabilă, în situația de-acum a Științei, despre structura substratului material al acelui fenomen.

Fenomenul viață

Ca să ne apropiem pe cale rațională de acest fenomen, tot definiția lui funcționaă propusă odinioară de anatomistul W.Roux[1] mi se pare cea mai nimerită. Iată-i trăsăturile esențiale:

Ce ne impresionează înainte de toate la corpurile din natură pe care le numim organisme, opunîndu-le astfel corpurilor neînsuflețite, – anorganice -, e faptul că ele se mențin un timp mai mult ori mai puțin îndelungat, cu toate că sunt sediul unor necontenite prefaceri și schimbări: se primenește fără încetare substanța lor, se preface energia care le străbate, se modifică forma lor, se reînoiește chiar individualitatea lor, prin faptul succesiunii generațiilor. Ele se mențin și împotriva schimbărilor calitative ale ambianței, dacă aceste schimbări fiecare din ele se păstrează cu specificul său grație faptului că, prin acțiunea unor factori intrinseci, ce se transmit din generație în generație, el execută în chip specific funcțiunile fundamentale ale vieții, pe care le are în comun cu celelalte ființe.

Funcțiunile acestea fundamentale Roux le precizează în chipul următor:

a) Funcțiuni avînd ca rost direct păstrarea ființei: uzura substanței vii, urmată de darea afară din organism a substanțelor de uzură; ingestia de substanță nouă și asimilarea ei, chimică și morfologică; mobilitatea; reflexele.

b) Funcțiuni de sporire a ființei: creșterea; diviziunea celulelor cu transmiterea mai departe a caracterelor lor ereditare.

c) Dezvoltarea organismului care începe cu o celulă și îmbracă succesiv forme mai mult ori mai puțin numeroase pînă să ajungă la forma lui deplină. Ca să desăvîrșească caracterizarea substanței vii, Roux mai adaugă, drept esențială, o însuțire fundamentală a ei, pe care o numește autoregulațiune, care se manifestă ori de cîte ori îmbinarea proceselor vieții e tulburată, fie mult, fie puțin. Atunci, tulburarea funcțională ea singură, în chip automat, pune la mijloc activitatea organică necesară pentru combaterea ei. Astfel intră în categoria autoregulațiunii adaptarea la schimbarea condițiilor interne și externe ale existenței.

Aceasta-i definiția funcțională, elaborată de Roux, a fenomenului viață. Cu toată sobrietatea ei, ea lasă să se întrevadă complexitatea lui. Aceasta ar trebui simțită cât mai adînc, pentru ca studiul substratului ei material să-și dobîndească tot interesul. Dar pentru aceasta ar fi nevoie de exemple concrete numeroase. Mă restrîng la unul singur, luat din domeniul autoregulațiunii. Cel mai impresionant, de sigur, din acest domeniu. E vorba de un fapt experimental, care s-a inserat în mod logic în evoluția biologiei teoretice și experimentale, – a fost chiar punctul de plecare pentru o filosofie biologică vitalistă. Figurile 1-4 îl înfățișează.

Figura 1 ne arată dispozitivul experimental: un ou de triton – un amfibiu urodel – ce se află în curs de dezvoltare și anume în faza în care ovulul fecundat s-a desfăcut în două celule (1,2) așezate înăuntrul învelișului oului, e supus curmării cu ajutorul unui laț, făcut dintr-un fir de păr. Curmarea se face în așa fel, încît cele două celule-fiice să fie despărțite una de alta, fie complet, fie incomplet. Această operație nu împiedică procesul dezvoltării. El continuă. Dar cu ce rezultat? Rezultatul atârnă[2] de adîncimea curmăturii. Dacă ea a mers pînă acolo încît cele două celule-fiice au ajuns independente una de alta, atunci din fiecare dintr-însele se dezvoltă cîte un triton întreg, avînd proporțiuni normale dar numai jumătate din mărimea obișnuită a tritonului.

Fig.3 și fig.2, înfățișează, cea dintîi un stadiu mai timpuriu, cea de-a doua un stadiu mai înaintat, de dezvoltare a celor doi tritoni, dezvoltați fiecare din jumătatea materialului pe care-l conținea ovulul. Sunt doi gemeni ieșiți, pe cale experimentală, dintr-un singur ovul. Acest fenomen, producerea a două ori chiar mai mulți embrioni dintr-un singur ovul, natura îl realizează în mod spontan, uneori chiar și în speța umană. La unele specii, de nevertebrate ori de vertebrate, aceasta îi e chiar o procedare constantă.

Dacă prin dispozitivul experimental pe care-l înfățișează fig.1, nu s-a obținut izolarea celor două celule-fiice una de alta, atunci dezvoltarea mai departe produce așa ziși monștri dubli, duplicări incomplete, cu înfățișări variabile atîrnînd de situația și întinderea suprafeței de contact a celor 2 celule. Fig.4 reprezintă o «duplicitas cruciata».

Așadar, fiecare din cele două celule în care ovulul fecundat s-a desfăcut prin prima diviziune a sa posedă facultatea de a da un organism întreg. Dar în mersul normal al lucrurilor această facultate rămîne virtuală. În mersul normal al lucrurilor fiecare din cele două celule va da o jumătate de organism. Dar dacă din vreo cauză determinată, care poate fi variată natură, colaborarea dintre cele două celule-surori se desface și rămîne fiecare la puterile ei, atunci are loc procesul de autoregulațiune și ies la iveală facultăți nebănuite. O experimentație bogată pe alte organisme a dovedit că la unele specii și celule din generații embrionare ulterioare tot mai păsteează în întregime această facultate de a da fiecare un organism întreg, atunci cînd e izolată de congenerele sale. Ea e redusă treptat în măsura specializării pe care o suferă celulele în decursul dezvoltării organismului.

O înteagă școală experimentală urmărește frînarea treptată a acestei facultăți în decursul dezvoltării, datorită specializării treptate. Căci tot mai mult temei a dobîndit ideea că de frînare e vorba, iar nu de nimicirea acestei facultăți. Mai ales faptele scoase la lumină de studiile făcute asupra substratului material al eredității sprijină mult această idee. Analiza microscopică a celulei a arătat că rolul cel mai incontestabil la transmiterea însușirilor ereditare îl joacă anumite formațiuni din nucleul celulei, cromsomele. Ele apar limpede în timpul procesului de diviziune a celulei, numit mitoză, așa încît li se poate stabili numărul și forma. Numărul acesta și formele cromosomelor sunt tipice pentru fiecare speță de organisme.

Procesul de diviziune prin mitoză al celulei împarte fiecare cromosom în lungul lui în jumătăți echivalente, așa încît fiecare celulă să primească, în mersul normal al lucrurilor, o zestre ereditară echivalentă. Și această zestre provine, în ultimă analiză jumătate de la un părinte, jumătate de la celălalt, așa cum s-au întrunit în ovul prin actul fecundației. Și începînd de acolo, prin diviziunile succesive ale celulelor în decursul dezvoltării, această zestre s-a transmis tuturor celuleor organismului, în care fiecare act de mitoză îi învederează existența ochilor noștri.

Fig.5, schematică, arată o celulă, în care actul mitozei e pe sfârșite. Cromosomele s-au împărțit fiecare în două cromosomi fiice, avînd fiecare o formă de fundă și îndreptîndu-se cu creștetul fundei spre alt pol al celulei. În planul ecuatorial al celulei va apare o curmătură, care adîncindu-se, va duce la despărțirea ei în două celule-fiice, avînd același număr de cromosomi.

În aceste cromozoame rezidă factorii ereditari studiați de știința eredității experimentale, așa zișii «gheni», înșirați linear în lungul cromosomului, fiecare în locul lui determinat, fiecare cromozom posedînd «ghenii» lui speciali. De materialitatea acestor «gheni» azi nu se mai îndoiește aproape nimeni. Natura lor a în centrul interesului. Pare că e vorba de molecule mari, ale căror dimensiuni și a căror așezare în cadrul structurii substanței vii pot fi întrevăzute. Ei joacă, după părerea celor mai mulți, rolul cel mai mare în diriguirea activității substanței vii și prin aceasta a imprima un caracter specific manifestărilor ei.

Iar faptul că celulele organismului posedă zestrea cromosomică întreagă, cum s-a putut dovedi într-un număr de cazuri, sugerează ideea că ele posedă și toate potențialitățile inerente acestei zestre, dar frînte prin specializarea celulelor, cum am spus-o mai sus.

Structura substanței vii

Ce reazem concret oferă gîndirii preocupate de fenomenele biologice studiul material al substanței vii?

Studiul microscopic al morfologiei celulei, cultivat tot mai intensiv de un veac încoace, a dat bazele biologiei moderne. Ea n-ar fi existat fără acest studiu. E cu neputință să intrăm, în amănuntele sale, și, pentru scopul nostru, ar fi și fără folos. Căci, dacă el ne-a dat topografia și înfățișarea în toate fazele funcționale ale organelor celulei, ale laboratoarelor principale dintr-însa – fig.6, luată din ediția cea mai recentă a unui foarte răspîndit tratat de anatomie ne ilustrează întru’cîtva această aserție – dacă astfel, ne-a dat, după expresia lui Frey-Wyssling[3], pe care-l vom urma de aproape în expunerea din acest capitol, anatomia celulei, histologia ei e abia la începuturile ei, ea fiind de ordine infra-microscopică.

Pentru acest domeniu, infra-microscopic, azi există trei mijloace de explorare. Unul direct, microscopul electronic. Pînă azi[4] el nu a dat încă rezultate notabile în ce privește structura substanței vii. Celelalte două sunt indirecte și lor li se datorează datele ce pot fi folosite azi în acea direcție. Unul e examenul microscopic cu ajutorul luminii polarizate, celălalt din acestea e röntgenometria. Primul, folosindu-se de diferite tipuri de birefringență[5] ce au fost descoperite pînă azi, stabilește deosebiri ce există între formele din domeniul submicroscopic, forme de trepte diferite.

Al doilea procedeu poate stabili topografiile atomilor și distanțele absolute dintre ei. Dar amîndouă metodele, ca să poată fi aplicate, cer ca materialul pe care ele îl cercetează să aibe o structură regulată, orientată în măsură mai mare ori mai mică. Dar o asemena structură orientată nu este o caracteristică a substanței vii tipice. De aceea, rezultatele acestor metode au fost dobîndite, pînă acum, în esență studiindu-se rezultatele derivate ale substanței vii, între care un rol preponderent l-au jucat formațiile fibrilare, cum sunt fibrila conjunctivă, fibrila elastică, miofibrila. Rezultatele obținute se întăresc reciproc. Și această înrudire structurală are o deosebită importanță în cazul fibrilei conjunctive și al miofibrilei. Căci dacă cea dintîi nu e sigur că e vie, în orice caz nu i se poate atribui decît o viață redusă, dimpotrivă fibrilei musculare cu greu îi va contesta cineva însușirile vitale. Și totuși analiza structurală a arătat o adîncă înrudire între amîndouă. Și datele cîștigate au putut sluji la edificarea unei scheme a structurii substanței vii, care a fost primită cu simpatie de lumea competentă.

Dar faptul, fără de care această schemă, datorită lui Frey-Wyssling,  nu ar fi putut fi concepută, e dezvoltarea noțiunii de macromoleculă, dezvoltare datorită mai ales lui Staudinger[6]. Macromoleculele conțin un număr de atomi care merg de la 10(la a treia) – 10(la a noua), adică de la o mie pînă la un miliard de atomi. Au însușiri fizicale care lipsesc moleculelor mici. Astfel, cele solubile dau soluții coloidale. Și starea coloidală e caracteristică substanței vii și de o importanță fudamentală în manefestările ei. Mai departe: macromoleculele mici, însușirile fizicale ale moleculei. Mărimea macromoleculelor are ca urmare posibilitatea de a da un număr imens de izomere.

După forma lor, macromoleculele se împart în sferoidale și filamentare. Dar există și tranziții.

Această împărțire după formă are o mare importanță cînd studiem macromoleculele în substanța vie, unde, fiind vorba de coloide, se pot întrebuința și termenii de sferocoloide și coloide lineare. Cele dintîi sunt, în general, materiale de rezervă. Cele de-al doilea, coloidele lineare, sunt desemnate să servească drept elemente ale structurii vii. În speță e vorba de lanțurile de prolipeptide. Iată elementele pe care le folosește Frey-Wyssling pentru edificarea schemei sale:

Un polipeptid rezultă din încatenarea unui număr variabil, dar foarte mare de amino-acizi, variați și ei. Fig.7 ilustrează lucrul. 7a arată o formulă simplă de aminoacid. 7b arată încatenarea a 2 aminoacizi, prin eliminarea unei molecule de apă. Se succedează grupele elementare, constituive ale aminoacizilor într-o ordine regulată, monotonă. 7c cu încatenarea a trei aminoacizi arată și mai bine. «Coloana aceasta vertebrală» a lanțului, groasă obișnuit de 4,5 Å apare, astfel, oricît de lungă ar fi, de o monotonie impresionantă, mai mult ca un element scheletic. Lanțul e constituit în zigzag. Distanța dintre două grupe identice – RCH – CHR – studiată în derivatele fibrilare ale citoplasmei variază în limite înguste. Mai adeseori sunt egale cu 3,5 Å. La fibrila conjunctivă sunt de 2,8 Å.

Reagibilitatea structurilor nu aparține decît într-o măsură foarte redusă acestor lanțuri principale. Viața chimică a substanței vii e suportată, în primul rînd, de lanțurile laterale R, și anume mai presus de toate grupele lor terminale libere. Aceste grupe terminale pot avea caracterele cele mai variate și prin aceasta se explică rolul lor mai mare în vîrtejul vieții chimice din protoplasmă. Dar ele de multe ori nu rămîn libere ci se unesc cu lanțurile laterale ale catenelor vecine. Aceasta e de altmineri o însușire caracteristică a coloidelor lineare. Și prin aceasta constituie textura substanței vii. Punțile de legătură astfel formate sunt de o rezistență variată.

Unele (fig.8, I) sunt formate prin grupe lipofile: cedează la o urcare de temperatură în limitele fiziologice (legături homeopolare de coeziune). Altele (8, II) sunt legături de coeziune heteropolare, sunt datorite unor momente dipolare, de aceea se și adună acolo moleculele de apă, (figurate prin cerculețe) și tăria legăturii va atîrna de numărul moleculelor de apă. De aceea, această categorie de legături e sensibilă la factorii care produc imhibiția protoplasmei. În 8, III e figurată o legătură de valență heteropolară. Tăria ei e influențată de numărul ionilor de hidrogen din citoplasmă. În sfîrșit, tipul de legătură figurat în 8, IV e sub influența potențialului redox. Obținem astfel un substrat mai concret pentru urmărirea jocului factorilor chimic și fizico-chimic în protoplasmă. Substrat pe care autorul schemei îl caracterizează astfel: o textură filamentară din elemente extrem de fine, a căror ordine de mărime corespunde grosimii moleculare a unei singure catene polipeptidice. Catenele sunt în zig zag și ramificate periodic. Lanțurile laterale, prin «puncte de aderență» de natură variată, intră în raport unele cu altele. Astfel se naște o textură moleculară extrem de fină, o rețea în trei dimensiuni. În ochiurile rețelei se află substanțele interstițiale: apă, conținînd în disoluție săruri, iar pe de altă parte lipoide (inclusiv fosfatidele și sterinele). Dar toate acestea nu se află distribuite fără regulă, ci se îngrămădesc în jurul grupelor lipofile și hidrofile ale texturii polipeptidice, întrucît aceste grupe nu sunt saturate prin formarea de punți.

Sub raportul morfologiei microscopice, sunt interesante următoarele însușiri tipice ale catenelor de polipeptide:

1.Tendința lor generală de a se înmănunchea în chip de cordoane fibroase.

2.Facultatea lor de contracție foarte răpîndită.

Tot ce dă minții această concepție, e doar, putința de a lega fenomenele materiale de ordine foarte generală, care se petrec în sînul protoplasmei, de o construcție mai definită. E un ajutor dat gîndirii concrete în această privință. Altă concepție, care să dea mai mult, nu există deocamdată. Autonomia vieții rămîne inaccesibilă înțelegerii noastre.

autor: Francisc Josif Rainer

Bilbiografie

1.W.Roux, Gesammelte Abhndlungen über Entwickelunsmechanik der  Organismen.

2.H.Schrödinger, Organische Kolloidchemie.

3.A.Frey-Wyssling, Submikroskopische Morphologie des Protoplasmas und seiner Derivate.

4.H.Spemann, Experimentell  Beiträge zu einer Theorie der Entwicktung.

(extras din volumul Materia și Viața, Monitorul Oficial și Imprimeriile Statului, Imprimeria Națională, București, 1944).