Zakaj razumevanje biologije vedno začne pri energiji

Življenje običajno opisujemo skozi biologijo in kemijo. Govorimo o encimih, presnovi, fotosintezi, hormonih in genih. Toda nobeden od teh procesov ne more potekati brez energije. To pomeni, da biologija ni začetek življenjskih procesov, ampak njihova najvišja organizacijska raven. Njihovo izhodišče je fizika. Hipoteza BGA temelji prav na tej misli. Ne zanika kemije ali biologije, temveč ju postavlja v širši okvir zakonov, ki urejajo pretvorbo energije v organizirano snov. Razumevanje tega zaporedja je ključno za razumevanje mednarodnega patenta WO2012003782A1.

Človek je razdelil naravo. Narava tega ni storila.

Ko opazujemo svet okoli sebe, vidimo rastline, živali, tla in Sonce.

Ko jih začnemo raziskovati, jih razdelimo na različne znanstvene discipline. Fizika proučuje energijo in snov. Kemija proučuje njihove reakcije. Biologija proučuje življenje.

Takšna delitev je eden največjih dosežkov moderne znanosti. Omogočila nam je izjemen napredek pri razumevanju naravnih procesov.

Vendar pa je pomembno razumeti, da gre za človekovo razdelitev narave, ne za razdelitev, ki bi obstajala v naravi sami.

Ko foton doseže list rastline, se ne odloča, ali bo sodeloval pri fizikalnem, kemijskem ali biološkem procesu. V istem trenutku sproži vse tri.

Absorpcija svetlobe je fizikalni dogodek.

Sprememba elektronskih stanj molekul je fizikalno-kemijski dogodek.

Nastanek novih kemičnih vezi je kemijski dogodek.

Rast novega lista pa je biološki dogodek.

Gre za en sam neprekinjen proces, ki ga znanost zaradi lažjega razumevanja opisuje z različnimi disciplinami.

Energija vedno pride pred kemijo

Vsaka kemijska reakcija zahteva energijo.

To velja tako za gorenje lesa kot za sintezo sladkorjev v listu rastline.

Encimi lahko reakcije pospešijo.

Minerali lahko omogočijo njihovo delovanje.

Voda lahko služi kot reakcijski medij.

Toda nobena od teh komponent sama po sebi ne ustvari energije.

Najboljši primer je adenozin trifosfat (ATP), pogosto imenovan »energetska valuta celice«. ATP energije ne proizvaja. Deluje kot prenašalec že shranjene energije, ki je bila pred tem pridobljena z dihanjem ali fotosintezo. Ko ATP odda fosfatno skupino, omogoči potek številnih biokemijskih reakcij, vendar energija, ki jo prenaša, ni nastala v ATP. ATP je nosilec energijskega toka, ne njegov izvor.

To je pomembna razlika.

Kemija energijo uporablja, prenaša in pretvarja.

Ne ustvarja je.

Za skoraj celotno kopensko biosfero ostaja primarni zunanji vir energije Sonce.

Zato je mogoče življenje razumeti tudi drugače.

Ne kot skupek kemijskih reakcij, temveč kot organiziran tok energije skozi snov.

Schrödingerjevo vprašanje ostaja odprto

Leta 1944 je fizik Erwin Schrödinger v znameniti knjigi What Is Life? postavil vprašanje, ki je močno vplivalo na razvoj sodobne molekularne biologije.

Njegovo izhodišče ni bilo biološko, temveč fizikalno.

Kako lahko živi sistemi skozi čas ohranjajo svojo visoko stopnjo urejenosti, če drugi naravni sistemi spontano težijo k večji neurejenosti?

Njegov odgovor je bil, da se življenje vzdržuje z nenehnim sprejemanjem urejenosti iz okolja, kar je opisal s pojmom negativna entropija.

Čeprav je sodobna biologija kasneje razvila veliko natančnejše modele presnove in genetike, Schrödingerjevo temeljno vprašanje ostaja aktualno.

Življenje ni mogoče razumeti brez zakonov fizike, ki omogočajo nastanek in ohranjanje organizirane strukture.

Hipoteza BGA ne izhaja neposredno iz Schrödingerjevega dela, vendar odpira sorodno raziskovalno smer. Namesto vprašanja, kako življenje ohranja svojo organiziranost, postavlja vprašanje, ali je mogoče vplivati na učinkovitost pretvorbe energije, iz katere ta organiziranost nastaja.

Fizika ni alternativa biologiji

Na tej točki je pomembno poudariti nekaj, kar bo veljalo za celotno serijo člankov.

Hipoteza BGA ne zanika pomena kemije, biologije ali agronomije.

Nasprotno.

Predpostavlja, da vse tri vede opisujejo različne ravni istega naravnega procesa.

Fizika opisuje pretok energije.

Kemija opisuje njeno pretvorbo v molekularne strukture.

Biologija opisuje organizacijo teh struktur v življenje.

Nobena od teh ravni ni pomembnejša od druge.

Toda brez prve ne moreta obstajati drugi dve.

Zakaj je to pomembno za razumevanje BGA?

Prav zato mednarodnega patenta WO2012003782A1 ni mogoče razumeti kot še enega patenta za gnojilo ali biostimulator.

Njegovo izhodišče ni vprašanje, katera hranila rastlina potrebuje.

Izhodišče je bistveno bolj temeljno.

Če biološki procesi sledijo zakonitostim pretvorbe energije, potem se pojavi raziskovalno vprašanje:

Ali je mogoče vplivati na učinkovitost teh procesov tako, da najprej vplivamo na energijsko stanje sistema?

To vprašanje predstavlja naslednji korak v razumevanju hipoteze BGA.

Odgovora nanj v tem članku še ne podajamo.

Najprej moramo natančno opredeliti, kaj sploh pomeni izraz energijsko stanje biološkega sistema.

To bo predmet naslednjega članka.

Ključne ugotovitve

• Narava ne ločuje fizike, kemije in biologije; gre za različne opise istega procesa.
• Energija vstopi v biološki sistem pred večino kemijskih reakcij.
• ATP je prenašalec energije, ne njen izvor.
• Schrödinger je pokazal, da življenja ni mogoče razumeti brez fizikalnih zakonov urejenosti.
• Hipoteza BGA ne nadomešča kemije, ampak raziskuje, ali je mogoče biološke procese bolje razumeti z vidika energijskih tokov.