Milyen alakot ölthet az élet?

Baktériumoktól a szitakötőn át a mamutfenyőkig az élőlények végtelennek látszó mennyiségű formában és méretben léteznek bolygónkon. Vannak egyszerűbb szerkezetek, vannak komplexebbek, és van számos olyan is, amely hasonlít egymásra annak ellenére, hogy nincs köztük rokoni szál. Vajon van valamiféle határa annak, hogy milyen is lehet az élet alakja? Mi képezhet korlátokat? Egy francia kutatócsoport kereste a választ, majd a Science Advances folyóiratban beszámolt róla, mire is jutottak végül.

A kutatók nem rangsorolni akarták az élőlényeket azok alakja alapján, hanem feltárni, hogy milyen geometriai formák léteznek a valóságban, ezek mennyire töltik ki a rendelkezésre álló teret, vagy épp mennyire egyenetlenek. Talán könnyebb megérteni ezt, ha nem a saját földi élőlényeinkre gondolunk, hanem arra, hogy milyennek is látnánk egy idegen bolygón az elénk bukkanó létformát.

Azt biztosan nem tudnánk megmondani, van-e füle és hol van az a testén, de fel tudnánk vázolni, hogy tömör szerkezetű, vagy esetleg üreges, porózus, szálas, látnánk, hogy vannak-e nyúlványai, és azt is, hogy a tömör vagy a porózus részek miként viszonyulnak egymáshoz. A kutatók szerint az efféle ábrázolásmód az, amivel igazán független, általános módon lehet az élet minden megnyilvánulási formáját feltérképezni, osztályozni.

A munka során a földi élet mindenféle csoportját képviselő élőlényeket vizsgáltak meg, képek segítségével. A képeket, mindegy, hogy algáról, gombáról, vagy tölgyfáról van szó, leegyszerűsített sziluettek formájában ábrázolták. Az egyes lények esetében nem azok valós mérete, hanem a forma arányai számítottak. Ezt követően az egyes sziluetteket afféle pálcikaemberke jellegű vázakká alakították, amelyek azt jelezték, hogy az adott lény geometriai szerkezetének mik a fő vonalai.

Egy fonalas algának egy vonal a „pálcikaalga” változata, egy fának pedig a gyökérzet, illetve a törzs és az ágak elágazásai, egy hangyának a teste és a végtagjai vonalai jelzik ezt. Az így kapott alakokkal (mind a sziluettekkel, mint a pálcikavázakkal) aztán már lehetett viszonyításokat és matematikai számításokat is végezni.

Minden élőlény alakját négy számmal írták le. Kettő azt mutatja, mennyire tömör a forma és a belőle képzett egyszerűsített váz (vagyis inkább kompakt test-e vagy inkább szálas, ágas). Kettő pedig azt, mennyire egyenetlen az eloszlásuk, vagyis van-e sűrű mag és sok üres tér vékony nyúlványokkal, vagy inkább mindenütt hasonlóan kitöltött a szerkezet.

Ezt követően mesterséges „biomorfokat” készítettek, vagyis a fentebb vázolt módszereket figyelembe véve hoztak létre, meghatározott matematikai törvényszerűségek alapján elképzelhető alakokat. Végeredményül mintegy 15 ezer efféle alak született, amelyeket afféle élőlény formai atlaszként kezelték.

Itt igazából azt akarták ellenőrizni, hogy mennyire képes a valós élet kitölteni a lehetőségek egy meghatározott tárházát. (Könnyen érthető: nem lehet végtelen számú biomorfot létrehozni, mivel mindegyiknél volna még bonyolultabb, ezért kellett korlátot szabni a lehetőségeknek.) Ezek alapján arra jutottak, hogy a mai földi élővilág csak egy egészen aprócska töredékét, mindössze 4 tízezred részét foglalja el a lehetséges formavilágnak.

Természetesen azt is megvizsgálták, mik azok a formák, amelyekben otthonosan mozgott az élet, és miket hagyott ki. Kiderült, hogy a földi élet elég jó a szálas, a kerekded és a tömött formák közti átmenetekben.

Azonban jórészt elkerüli az olyan komplex formavilágot, mint az apró, tömör mag és az abból kinyúló vékony szálak (van efféle, de korlátozottan, ilyen például a fentebbi képen látható napállatka). Szintén kivételt jelentenek azok a növények, amelyek testük két részén igen eltérő komplexitásúak, pl. sűrű, összetett gyökérzettel, és emellett egyszerű föld feletti részekkel rendelkeznek.

Arra is fény derült, hogy az élőlények mérete igen fontos tényező abban, hogy az élet miféle alakot rendelhetett hozzá. A mikrométeres tartomány alatt egyszerű, kerek sejtek dominálnak, amelyeket a fizikai törvények szorítanak efféle korlátokba.

A mikrométernél nagyobb lényekben már előfordulnak szálas, megnyúlt alakok is, létrejönnek a csillók, a fonalak. Az igazán látványos váltás a tizedmilliméteres tartományban zajlik. Itt már megjelennek a mikroszkopikus vázzal rendelkező szerkezetek is, például a foraminiferák (nyitóképünkön).

Ez a tartomány különösen komplex formákat képes létrehozni, mivel itt komplexebbé válnak a fizikai erőhatások is, amelyek befolyásolják az élőlény sorsát. Az ennél is nagyobb tartomány ismét leegyszerűsödik kissé, majd csak azok a több centis (és nagyobb) élőlények válnak kissé komplexebbé, ahol már olyan dolgok befolyásolják az alakot, mint a gravitáció, vagy az eltérő közegek és ezek határfelületei.

Korlátokat jelentenek az alak létrejöttében egyrészt a fizika törvényei: ami túl vékony és túl hosszú, az eltörik, meghajlik, szétesik; ami túl tömött és túl nagy a szárazföldön, az összerogyhat a saját súlya alatt. A második korlát maga a működés: az élőlény testének anyagot kell szállítania, energiát cserélnie a környezetével, és ehhez ideális arányok kellenek – például az, hogy ne legyen túl kevés légcsere-felszín a térfogathoz képest.

A harmadik pedig az, hogy az alak nem csak kialakul, hanem meg is kell építeni. Az élő forma egy örökölt utasításkészlet alapján fejlődik, és vannak határok abban, mennyire bonyolult, mennyire finoman hangolt konstrukciót érdemes, vagy lehet stabilan előállítani és fenntartani. Röviden: egy csomó elképzelhető forma egyszerűen kivitelezhetetlen, túl költséges, vagy épp túl sérülékeny lenne, épp emiatt nem fog gyakran, vagy tartósan megjelenni az élőlények körében.