Bioloogia paradigma muutub

Toivo Maimets

Kaksikheeliks oli tühjaks varastatud. Maarja Kangro „Glabro”(„Ahvid ja solidaarsus”) Selle sajandi esimene aastakümme on andnud meile kindlaid tõendeid paradigma muutumisest bioloogias. Eelkõige puudutab see küll bioloogia seda osa, mis on seotud silmaga nähtamatute molekulide ja rakkudega, aga on väga otseselt seotud ka tervikorganismide, liikide ja ökosüsteemidega. Õige lühidalt öeldes seisneb muutus DNA - ehk geenikeskse maailma muutumises areneva tervikorganismi keskse(ma)ks. DNA on küll väga tähtis molekul, ent ikkagi vaid üks paljudest raku ressurssidest muude makromolekulide kõrval, mida kasutatakse vastavalt vajadusele raku ja organismi individuaalse arengu käigus.

Üldiselt arvatakse, et usk DNAsse kui (tulevase) organismi täielikku kirjeldusse (nn elu molekul), mis vääramatult ja sõltumatult teistest rakkudest ning keskkonnast annab arengu jooksul kindlaksmääratud tulemuse (fenotüübi, tunnused, haigused jms), tekkis eelmise sajandi 50–60ndatel aastatel, pärast seda, kui Watson ja Crick kirjeldasid DNA struktuuri ning seejärel dešifreeriti kood, mis seob omavahel nukleotiidide ja valkudes olevate aminohapete järjestusi. Tegelikult ulatub selle veendumuse ajalugu tagasi enam-vähem täpselt sada aastat ning on seotud eelkõige T. H. Morgani töödega. Morgan oli eksperimentaalse geneetika rajaja ning tema tööd puuviljakärbse kromosoomide kirjeldamise ja geenide aheldatuse alal rajasid aluse kogu ülejäänud sajandi molekulaargeneetikale ja bioloogiale palju laiemaltki. Morgan oli veendunud, et arengu teel tekkinud indiviidi kirjeldamiseks on vaja kahte poolt – mõista pärilikkuse protsesse ning ka indiviidi arengubioloogiat ehk kuidas need pärilikud alged tegelikult ajas realiseeruvad. Täiesti teadlikult keskendus Morgan vaid ühele poolele, ja mitte seetõttu, et ta teist kuidagi vähem tähtsaks oleks pidanud, vaid eelkõige sobivate uurimismeetodite puudumise tõttu sada aastat tagasi. Väga paljud teadlased aga, kes tulid pärast Morganit, ei pannud seda lahutamist tähele ning keskendusid vaid ühele poolele organismi bioloogia mõistmisel – geneetikale, mis samastus varsti teadusega DNA nukleotiidsetest järjestustest. Niisugune lähenemine saavutas oma kõrghetke eelmise sajandi 90ndatel aastatel, kui ka maailma kõige mõjukamad poliitikud olid kindlad, et inimese ülesehituse mõistmiseks ning kõigist haigustest jagusaamiseks piisab vaid kogu inimese DNA järjestuse teadasaamisest. Ehkki rahaliselt tohutu kallis, ei kõhelnud maksumaksjad ega erafirmad oma raha sellistesse projektidesse paigutamast.

Muutust sellesse mõtteviisi ei toonud ükski „sensatsiooniline” avastus eraldivõetuna. Ometigi hakkasid tekkima kahtlused, mis nõudsid uusi seletusi. Inimese geenide arv osutus umbes viis korda väiksemaks, kui varem oli arvatud. Väga raske oli leida igale tunnusele või haigusele oma geeni – neid lihtsalt ei jätkunud nii palju. Üha enam on selge, et täiesti identse DNA järjestusega indiviidid võivad ometigi välja näha üsna erinevad, neil on erinev iseloom ja vajadused. Ühe munaraku kaksikutel, kelle DNA on identne, võivad lisaks muudele erinevustele olla ka täiesti erinevad haigused (või need hoopis puududa). Nn ühe geeni haigusi on erandlikult vähe ja enamik inimeste haigusi on seotud väga paljude geenidega, kusjuures summaarselt seletavad need siiski vaid väikese osa tegelikust haiguse pärilikkusest. On kirjeldatud üha enam elu jooksul tekkivaid tunnuseid, mis päranduvad edasi ilma muutusteta DNA järjestuses. Järjest lisanduvad eri loomade kloonimiseksperimendid tõendavad, et identne DNA ei tähenda kaugeltki identseid indiviidiomadusi. Üha pikeneb erandite loend „päris”-geneetikast, mis on mõneti segadusttekitavalt saanud üldnimetuse epigeneetika.

Ka selle sajandi esikümne tööd arengubioloogia vallas, samuti tüvirakkude ning nende diferentseerumisprotsesside uurimisel, rõhutavad üha enam seda, et ühe ja sama DNA ga arengut alustades võib jõuda väga erinevate lõpptulemusteni. Järelikult on lõpptulemuse seisukohalt ääretult oluline, millises rakulises ja rakuvälises kontekstis (teised rakud, füüsikalised seosed jm) konkreetne areng toimub. Võib ka öelda, et molekulaar- ja rakubioloogiasse on tagasi toodud aja (ja muidugi arengu) mõiste. Newtoni-aegne teadmine, et õun kukub ikka Maa poole sõltumatult aastaajast või maailmajaost, ei ole elusorganismidele tihti rakendatav. Kuna arengukonteksti ei ole ideaalselt võimalik kopeerida, ei anna ka sama DNA-informatsioon kunagi tulemuseks samasugust rakku või indiviidi.

Mis tahes bioloogiline süsteem on informatsiooni protsessiv, interpreteeriv ja valiv. On selge, et ilma informatsioonita (DNAta) ei ole midagi interpreteerida, ent olemuslikke vastuseid elu kohta saame vaid siis, kui küsime, kuidas selle informatsiooni (ehk ressursi) tegelikkuseks transformeerimine käib. Lihtsaim tervikorganismi tase looduses on rakk – enamik elusolendid Maal koosneb ühest rakust, ülejäänud on kunagi oma arengus olnud üherakulised. Kui tahame küsida põhilisi küsimusi elu olemusest, siis võib küll tehniliselt redutseeruda
raku tasemest allapoole, ent ei tohi kunagi unustada, et tervik on siin suurem kui osade summa. Viimase paarikümne aastaga on toimunud hüpe meetodite alal, mis on mõeldud just tervikraku uurimiseks, näiteks fluorestsentstehnikad ja mitmed põhimõtteliselt uued mikroskoopia lahendused. Tänu sellel saame me uurida näiteks juhuslikkust ja „müra” üksikrakkude arenguprotsessis ning see uus informatsioon muudab ilmselt meie seniseid ettekujutusi põhjalikult.

Antud kirjutise lühendatud versioon on ilmunud ajakirjas Tarkade Klubi.