Bevezetés a biológiába

1. Bevezetés a biológiába A Növényrendszertani és Ökológiai Tanszék előadásában

2. szept. 8. Müller Viktor: Életdefiníció • szept. 15. Müller Viktor: Immunológia • szept. 22. Kun Ádám: Az élet eredete • szept. 29. Kun Ádám: Anyagcsere • okt. 6. Fedor Anna: Genetika és evolúciógenetika • okt. 13. Gedeon Gábor: Egyedfejlődés és szabályozás • okt. 20. Gedeon Gábor: Egyedfejlődés • nov. 3. Zachár István: Makrotaxonómia és replikátorok • nov. 10. Garay József: Evolúció • nov. 17. Czárán Tamás: Ökológia • nov. 24. Fedor Anna: Neurobiológia • dec. 1. Számadó Szabolcs: Kommunikáció, kooperáció • dec. 8. Számadó Szabolcs: Kultúra

3. Játékszabályok • csak írásbeli vizsga • 3 időpont + 1 UV az utolsó héten • az előadások anyaga elérhető: http://ramet.elte.hu/~ramet/oktatas/bevbiol.html • a számonkérés alapja a powerpoint fájlokban (a diákon és a hozzájuk tartozó kiegészítő jegyzetekben) olvasható anyag. • Előadások a jövő héttől: 8.15 – 9.45.

4. Mi az élet? … avagy mit vizsgál a biológus?

5. Irodalom • von Bertalanffy (1952). Problems of Life. An evaluation of modern biological thought. John Wiley, New York • Szent-Györgyi Albert (1973). Az élő állapot. Kriterion, Bukarest • Gánti Tibor (1983). Az élet princípiuma. OMIKK, Budapest. (2003) The Principles of Life. OUP, Oxford • John Maynard Smith (1990). Kulcskérdések a biológiában. Gondolat, Budapest • John Maynard Smith – Szathmáry Eörs (1997). Az evolúció nagy lépései. Scientia, Budapest • John Maynard Smith – Szathmáry Eörs (2000). A földi élet regénye. Vince, Budapest

7. Hol a határ?(Szent-Györgyi nyomán) • a béka, a szíve, annak rostjai és pora • az egyes szervek izolálva nem maradnak sokáig életben – viszont ugyanez a teljes egyedekről is elmondható... • az összeszerelés a lényeg • az élet az anyag játéka • Konklúzió: nincs élő anyag, csak élő állapot. Nincs „életerő”, csak szervezettség.

8. Élet és halál mezsgyéjén • carotis, tetszhalál, szárított baktérium, nyugvó mag és fagyasztott rovarok • friss tetem: még rendezett, de már nem tartja fenn • Gánti: a halál az életképesség megszűnése • az élet önfenntartó szervezett állapot

9. Aktív állandóság • a forma állandó, az anyag változik: disszipatív struktúra, anyagcsere és homeosztázis • Az élő szervezet állandósága a folyó és a tűz állandósága. • a struktúrák lassú folyamatok • nyílt rendszer (von Bertalanffy): • stacionárius állapot (aktív állandóság) • az entrópia csökkenhet is • ekvifinalitás, kanalizáció • Az élő állapot olyan komplex rendezettség, amely megfelelő körülmények között, átáramló energiát felhasználva, szabályozó folyamatok révén fenntartja önmagát.

10. Aktív állandóság • Röviden: az élet dinamikusan önfenntartó komplexitás. • a dinamikus állandóság az összes biológiai szerveződési szint sajátja: molekulák, sejtek, egyedek... • A homeosztázis nem tökéletes – öregedés. • elvileg lehetne-e tökéletes?

11. Elég-e a szabályozás? • Termosztát és centrifugális nyomásszabályzó

12. Elég-e a szabályozás? • Termosztát és centrifugális nyomásszabályzó • Él-e egy állam, egy gazdaság vagy egy vállalat?

13. Célszerűség • A szervezet részei és folyamatai úgy vannak elrendezve, illetve felépítve, hogy biztosítsák az élő rendszer fenntartását és reprodukcióját. (von Bertalanffy) • alapvető különbség a fizikai, kémiai rendszerektől! • Minden alrendszer funkciót tölt be – tervezés? • Az egyednek már nincs funkciója. William Paley

14. Kérdőjelek • A termosztát és az állam teljesítik az alegységek célszerűségének elvét is. • önreprodukáló automata (von Neumann) Szent-Györgyi: „Hogy valami élő vagy sem, az a mi felfogásunkon múlik, azon, hogy mit nevezünk élőnek, milyen kritériumokat választunk. Az „élet”-nek mint főnévnek nincs értelme, ilyen dolog nem létezik.”

15. Az élet kritériumai • Klasszikus életjelenségek: mozgás, táplálkozás, növekedés, szaporodás és ingerlékenység • túlhaladott? • öszvér, öreg elaltatott állat, stb • Gánti: • Reális (abszolút) kritérium: minden élőlényben, élete minden pillanatában megvan • Potenciális kritérium: az élővilág fennmaradásához kell

16. Abszolút kritériumok (Gánti) • inherens módon egység • anyagcserét folytat • inherensen stabil: a homeosztázis képessége • nyugvó mag, fagyasztott rovar • információs alrendszerrel rendelkezik • szabályozás, vezérlés

17. Potenciális kritériumok (Gánti) 1. növekedés és szaporodás 2. öröklődő változások 3. halandóság Az első kettő az evolúció feltételeit foglalja össze. A harmadik inkább filozófiai.

18. Az evolúciós egységek kritériumai (Muller féle életkritériumok) • Szaporodás • Öröklődés • Változékonyság • (variáció) • Természetes szelekció zajlik, ha vannak olyan bélyegek, amelyek öröklődő változásokat okoznak a túlélésben és/vagy a termékenységben. • feltételezi és létrehozza a homeosztázist és a komplexitást...

19. A chemoton (Gánti) • az élő rendszerek minimálmodellje • autokatalitikus „kémiai motor” • a növekedés alapja az autokatalízis • tartós munkavégzés alapja csak körfolyamat lehet • kettős membrán • spontán osztódás a növekedés révén • membrán csak membránból lesz • információs alrendszer

20. A definíciók osztályozása • Fenotípusos: • klasszikus • homeosztázis, anyagcsere, fenntartott rendezettség • Gánti abszolút: 1-3, 5, potenciális: 1,3 • Genetikai, evolúciós: • Darwin (az evolúciós egységek kritériumai) • Gánti abszolút: 4, potenciális: 1-2 • von Bertalanffy, JMS és Szathmáry: funkció • A növekedés-szaporodás átfed • „Igazán élő” szervezetekben mindkét aspektus jelen van: anyagcsere-homeosztázis, illetve evolúciós képesség, információ és funkció

21. Zárszó az élet után • Ha az egyik aspektus hiányzik: • Spiegelman és a vírusok

22. Evolúció kémcsőben: a Spiegelman-kísérlet (1965) Az RNS-molekulák adaptálódtak a kísérleti viszonyokhoz (pl. replikációt gátló anyag)

23. Élnek-e a vírusok? • Csak öröklődés, de nincs anyagcsere • Passzív rendezettség: tetszhalál vagy „tetszélet” • Kisebb méret, kisebb komplexitás

24. A hűtőtorony meséje:Mimi, mama és a szputnyik • Mimivírus • 400 nm • 1,2 megabázis DNS • 1000< gén

25. Mimivírus: metabolizmus • fehérjeszintézisben, DNS-repairben, anyagcserében fontos gének! • de: riboszómái azért nincsenek és nem tud osztódni és nőni

26. Mamavírus és a szputnyik • Sputnik: • 50 nm • 18 kilobázis DNS • 21 gén • csak a mamavírus jelenlétében szaporodik • VIROFÁG • mamavírus: a mimivírus egy új törzse • gazdájuk egy amőba • mamavírus (piros), sputnik (zöld)

28. Lehet-e nem élő, ami megbetegedhet? • Ebben az irányban is elmosódik a határ… • Azóta több hasonló vírust kihalásztak az óceánból…

29. Zárszó az élet után • Ha az egyik aspektus hiányzik: • Spiegelman és a vírusok • tűz és örvény • élő csak élőből keletkezik: az eredet problémája • csak egy Földünk van: az esetlegesség problémája • asztrobiológia: lehet-e máshol élet?

30. A Föld mostohatestvére, a Mars • Korábban volt légkör és folyékony felszíni víz. • Volt-e rajta élet? • Van-e rajta élet? • Rokona (volt) a földinek? • Keressük a válaszokat…

31. A Föld mostohatestvére, a Mars • „Sötét dűnefoltok”: fotoszintetizáló élőlények munkája? • Talán még a mi életünkben kiderül…

32. Europa: titokzatos jégvilág • A Jupiter holdja

33. Europa: titokzatos jégvilág • A vízjég kéreg alatt folyékony óceán rejtőzhet. • Kialakulása után egy ideig a felszínen is folyékony lehetett a víz. • (hasonló szerkezet más jeges holdakon is elképzelhető, pl Enceladus)

34. Titán: szerves kémiai laboratórium • alig kisebb, mint a Mars • sűrű légkör (nitrogén, metán), komplex felszíni formák

35. Titán: szerves kémiai laboratórium • metán-etán tavak • komplex „(m)etánkörzés” • a mélyben itt is lehet szilárd vízjég és alatta folyékony víz

36. Zárszó az élet után • Ha az egyik aspektus hiányzik: • Spiegelman és a vírusok • tűz és örvény • élő csak élőből keletkezik: az eredet problémája • csak egy Földünk van: az esetlegesség problémája • totálszintézis és „újfajta élet” szintézise • a gyakorlati biológus nyugodt álma...

37. Zár-zárszó • Az élő állapot olyan komplex rendezettség, amely megfelelő körülmények között, átáramló energiát felhasználva, szabályozó folyamatok révén fenntartja önmagát. • Nem húzható éles határ élő és élettelen között.

38. A biológia központi helye • fizikára, kémiára épül, de nem redukálható azokra • a komplexitás miatt szükséges a leíró jelleg • célszerűség, funkció • pszichológia, szociológia, filozófia táplálkozik belőle (és viszont)