Süsteemibioloogiast räägitakse aina valjeneva häälega

Madis Metsis

Kas see on ebaküps teadus? Alates sajandivahetusest on teiste eluteaduste kõrval saanud tähelepanu osaliseks ka süsteemibioloogia. Olles palju vanem eluteaduste seltskonna lemmikust genoomikast on süsteemibioloogia arenenud pikas ajaraamis ja integreerinud endasse palju teadmust lähedalseisvatest distsipliinidest. Milline on aga selle teaduse sisu, mis teadus on ikkagi süsteemibioloogia, on vaatamata mitmele ametlikule definitsioonile endiselt segane. Endiselt ei ole ka selge, millised on süsteemibioloogia kui teaduse raamid ja kas neid raame üldse on. On tegevusi ja suundi, mida nimetatakse teaduseks, aga mida ei ole osatud või ei osata ka praegu defineerida, vaatamata sellele et neist palju räägitakse. Kui ajaloos tagasi vaadata, leiame klassikalise näitena molekulaarbioloogia. Veel 1970. aastate teisel poolel oli kuulda tõsiseid arutelusid teemal, kas see teadus on ikka tegelikult olemas. Tõeline molekulaarbioloogia tegeles kas pärmi geneetikaga, proteiinikinaaside või valgu sünteesi komponentidega. Molekulaarbioloogia pühaks graaliks olid muidugi uuringud valkude struktuuri alal. Tänapäeval ei ole see küsimus enam aktuaalne, sest molekulaarbioloogia kui eraldiseisev teadus on sisuliselt likvideerunud, õigemini öeldes liitunud teiste teadustega ja taassündinud distsipliinina raku- ja molekulaarbioloogia, molekulaarne neuro/arengu/taime/mikro/... /bioloogia või isegi raku(line) molekulaarbioloogia. Nii võibki öelda, et molekulaarbioloogia on muutunud teadusest mõtlemisviisiks või isegi eksperimentaalseks paradigmaks.

Samasugune olukord on ka teise eluteaduste (lähedase) distsipliini – bioinformaatikaga. Genoomika-eelses ajas oli tavaks selle tegevuse kohta kasutada ingliskeelset terminit computational biology, mis määratles seda osa bioloogiateadusest, kus osal bioloogidel, nn väljavalitud teadlastel oli ligipääs arvutitele ja nad kasutasid neid informatsiooni töötlemiseks ja modelleerimiseks. Pioneerideks sel alal olid füsioloogid ja ökoloogid. 1950ndate alguses kirjeldasid Alan Hodgkin ja Andrew Huxley matemaatiliste võrrandite kaudu närviimpulsi levimist närvijätkes ja 1960 sai Denis Noble hakkama südame juhtsüsteemide ja EKG kõvera lahtimuukimise ja rekonstrueerimisega arvutis, ökoloogid Robert MacArthur ja Edward Wilson kirjeldasid liikide leviku dünaamikat saartel, millest sai eraldi saarte biogeograafia teadussuund.

Tänapäeval tehnilisi piire enam ei ole ja arvutamine on bioloogias muutunud igameheõiguseks. Suurim murrang tuli koos genoomiprojektidega, mis vajasid väga laiaulatuslikku informaatika kasutamist ja sellel ei olnud bioloogiaga sisuliselt midagi tegemist. Äkitselt oli sündinud bioinformaatika – teadus, kus informaatikud tegelesid bioloogiliste objektidega, põhiliselt aga vaid neljast tähest koosnevate tekstijadadega. Ma arvan, et samuti kui molekulaarbioloogia on mõtlemisviis või alternatiivselt – paradigma, on seda ka bioinformaatika (või kuidas me seda teadust ka ei nimetaks). Tegemist on lähenemisega, kus käideldakse arvutite abil andmehulki, mida ilma arvutiteta ei oleks võimalik analüüsida. Mis iganes eluteaduste valdkonnast need andmed siis pärit ka ei ole. Ja kasutatakse selleks informaatika meetodeid.

Missugune on siis süsteemibioloogia seis?

Eks igal teadlasel kipub olema oma süsteemibioloogia, ja see väide ei ole nali ega iroonia. Nii palju, kui on bioloogilisi süsteeme, nii palju on ka süsteemibioloogiaid. Võib väita, et praegune süsteemibioloogia on sama ebaküps teadus, nagu seda oli 1970ndatel molekulaarbioloogia või 1980ndatel bioinformaatika.

Selguse saamiseks peame alustama nimetuse sisust. Mis asi on bioloogia, me justkui teame, aga mis siis on süsteem ja milline asi on süsteemne?

Minimaalsel süsteemil on vähemalt kaks komponenti, mille vastasmõjude tulemusel tekib uus kvaliteet, ja bioloogiliste süsteemide puhul need komponendid muutuvad inimlikus ajaruumis. Komponentide omavahelisel mõjul on kineetika ja dünaamika ning kogu seda süsteemi saab kirjeldada mitte ainult numeraalselt, vaid ka sümboolse matemaatika instrumente rakendades.

Süsteemibioloogia isaks peetakse Austria päritolu multiteadlast Karl Ludwig von Bertalanffyit. Bertalanffy oli hariduselt bioloog, kuid algusest peale laia huvideringiga ja tugevalt kaldu filosoofia poole. Tema 1926. aastal kaitstud väitekiri oli Gustav Theodor Fechnerist, XIX sajandi saksa filosoofist ja psühhofüüsika ning eksperimentaalse esteetika rajaja töödest. Silmaringi ja huvisid illustreerib Bertalanffy järgmine suurem töö – 1928. aasta monograafia Nicolaus Cusanusest. Uusplatonist Cusanus on oma vaadetega ehk kõige rohkem mõjutanud Bertalanffy maailmavaadet. Teisteks mõjutajateks peetakse filosoof Hans Vaihingeri ja kuulsat psühholoogi Alfred Adlerit. Kahtlemata on Bertalanffy süsteemse maailmavaate üheks aluseks Adleri vaade inimesele kui terviklikule süsteemile.

1945. aastal formuleeris Bertalanffy üldise süsteemiteooria alused oma klassikalises töös „Zu einer allgemeinen Systemlehre”, mille sisu hiljem sai ülemaailmselt tuntuks 1951. aastal ingliskeelses versioonis avaldatud konverentsimaterjalina pealkirja all „Üldine süsteemiteooria – uus lähenemine teaduse ühtsusele”. Bertalanffy süsteemiteooria seisab vägevatel õlgadel Norbert Wieneri küberneetikast Alfred Korzybski semantikani ja Boyd H. Bode vaadeteni teaduse ühtsusest. Erinevalt paljudest teistest tolleaegsetest teadlastest, kes tegelesid teaduse ühtse filosoofilise struktuuri mõtestamisega, nägi Bertalanffy kogu maailma ühtsena ja ka inimest maailma integraalse osana. Selles vaates jõuab ta kohati isegi kaugemale kui Vladimir Vernadski, kes defineeris maailma kui noosfääri, mille eripäraks on sellest ühtsusest lähtuv uus ja kõrgem teadvuse vorm. Nende ideede edasiarenduseks ja rakenduseks on Arkadi Voinovi ökoloogiline ökonoomika.

Kreenis rakulise ja molekulaarbioloogia poole

Süsteemibioloogide vaatekohast on vajalik kirjeldada süsteemi oma täiuses ja peale kvalitatiivsele mõõtme viia sisse ka kvantitatiivne. Kuidas see õnnestub, sõltub süsteemist ja selle uurijast. Üldjuhul ei õnnestugi. Aga sellest pole midagi – ühegi organismi genoomi ei olnud ka algusest peale teada.

Miks siis juba kümmekond aastat räägitakse süsteemibioloogiast aina valjeneva häälega? Kas see on teaduse arengu loogika? Kas tegemist pole ehk haibi või äkki hoopis lihtlabase teaduse finantseerimisskeemiga?

Kui analüüsida praegust süsteemibioloogiat, paistab silma rida spetsiifilisi momente. Suur osa aktiviste on endised genoomikud – enamasti need, kes päris haljale oksale ei jõudnud. Süsteemibioloogia on tugevalt kreenis rakulise ja molekulaarbioloogia poole. Isegi selline edumeelne allikas nagu Wikipedia peab süsteemibioloogiat vaid rakulise ja molekulaarbioloogia raamidesse mahtuvaks tegevuseks ja eirab täielikult ökoloogia osa nii süsteemibioloogia kujunemisel kui ka süsteemse mõtlemise kandjana eluteaduste seas.

Esimese eripära jätkuks on fakt, et endiselt ei tea keegi, mis teadusega siiski on tegemist (vaadake kas või nelja-viit kõige levinumat õpikut!). Ühtne vaade lõpebki metodoloogilise lähenemise kirjeldamisega kasutatava matemaatilise aparaadi tasemel. Millised eluslooduse nähtused on süsteemibioloogia objektiks, selles valitseb täielik segadus. Bertalanffy töid näib olevat lugenud vaid pisitilluke murdosa süsteemibioloogidest.

Kolmandaks võib välja tuua, et on tekkinud rohkesti süsteemibiolooge, kel puudub elementaarnegi arusaam bioloogiast kui teadusest (sarnane olukord 1980ndate bioinformaatika ja 1960ndate molekulaarbioloogiaga). See on frustreeriv bioloogidele, kuid ei ole oma olemuses süsteemibioloogiale ja kogu bioloogiateadusele hoopiski mitte negatiivne areng. See, et bioloogiliste süsteemidega tegelevad nii lähedalseisvate erialade loodusteadlased kui ka matemaatikud, informaatikud ja inseneriteadlased, rikastab teadust ja sellega tegelevaid inimesi. Ajaloos on seda korra juba juhtunud, kui füüsikud lõid tänapäevase molekulaarbioloogia.

Süsteemibioloogia kohta võib ka väita, et tegemist on nähtusega, mille kirjeldamiseks sobib ingliskeelne väljend naming fallacy. Eesti keelde võiks seda tõlkida kahel viisil: ’nimetamisest lähtuv pettejäreldus’ või siis ’nimetamisest lähtuv eksikujutelm’. Esimesel juhul pannakse teadusele nimi, et sellega ajada segadusse teist poolt – kas siis finantseerijat või avalikkust. Teisel puhul on tegemist tüüpilise enesepettusega, kus teadusele uue nime andmise tegelik eesmärk on enesetunde tõstmine. Mõlemad eesmärgid on süsteemibioloogilises kontekstis pikemas plaanis õilsad. Lisavahendite saamine teaduse arendamiseks on maailmas, kus teadust taas vaadeldakse kui inimtegevuse vähetähtsat komponenti (välja arvatud, kui see on suunatud otseselt või kaudselt militaareesmärkidele), on hädavajalik ja püha tegevus, et tagada teaduse kui sellise säilimine. Poliitikute ja isegi osa teadlaste arvates on teaduse ainus sisuline vajalikkus ülejärgmise aasta riigieelarve laekumiste suurendamine.

Teine variant, mida klassikaliselt nimetatakse ka nomothetic fallacy’ks, kus probleemile nime andmist peetaksegi probleemi lahenduseks, olgu siis iseenda või asjaga seotud inimeste silmis, on samuti kahtlemata tähtis väljund, mille kaudu realiseerub mittebioloogide osalus süsteemibioloogias.

Nii nagu psühhoteraapias on lahenduseks probleemile nime leidmine, nii on ka eluteaduses tegevuse nimetamine süsteemibioloogiaks seega pigem kasulik kui kahjulik. See sunnib edaspidistes tegudes lähtuma süsteemse mõtlemise raamistikust, vaatlema maailma holistilisest vaatenurgast ja aitab mõista, et inimene ei ole mitte looduse kroon, vaid selle osa.

Praegu maailmas levinud teaduse finantseerimise politiseeritud olukorras, kus tähtsaim ei ole mitte hea teaduse tegemine, vaid tavasüsteemist möödapääsemine oma teaduse nimetamisega eesrindlikuks ja väljavalituks, on muutunud kriitiliseks terminite efektne ja imagoloogiline (kuri)tarvitamine. Nii mõnelgi puhul avastame ootamatult, et teadlane, kes on aastaid tegelnud mingi suunaga, on äkitselt liitnud oma viljeletava teaduse nimetuse ette täiendsõna „süsteemi-” või „süsteemne”, sest enda süsteemibioloogiks tembeldamine on saanud heaks tavaks.

Head süsteemibioloogiat on väga vähe

Eespool toodu viitab süsteemibioloogia osaliselt mittesisulisele küljele. Kui aga vaadelda teaduse poolt, on olukord veel keerulisem. Head süsteemibioloogiat on väga vähe. Naiivne oleks ka loota, et inimesed, kellest päris suurel osal ei ole bioloogiast elementaarseidki teadmisi, saaksid pakkuda silmapaistvat (süsteemi)bioloogiateadust. Sellist arengut ei osanud Bertalanffy kui multiteadlane kuidagi ette näha. Tol ajal oli teaduse maht nii palju väiksem, et ei olnud vajadust spetsialiseeruda: ka ta ise töötas kord geneetika, kord psühhiaatria vallas.

Olukorra üheks lahenduseks oleks süsteemibioloogiale välja arendada komplementaarne teadus, just samuti, nagu on olemas arvutusbioloogial (computational biology) bioinformaatika näol. Süsteemibioloogia vajabki tegelikult hädasti partnerteadust, mis võimaldaks liita juhtimisteooria, süsteemiteooria, kontrolliteooria jne liitteaduseks, mis tegeleb bioloogiliste objektidega. Kas selle teaduse nimi võiks olla bioküberneetika?

Seega – milline on tulevik? Süsteemibioloogia arenedes on oodata konsolideerumist ja kõigega tegelemise kõrval põhisuundade väljakujunemist. See on raske ja eks selles hakkab taas oma osa mängima ka imagoloogiline moment. Sünteetilise bioloogia mehed on esimese sammu juba teinud, samuti bioenergeetikud. Lähtutakse loogikast „esimene siseneja võtab poole turust” – see käib teaduse rahastamise kohta. Eks see kõik ongi paratamatu protsess enne teadusharu küpsemist. Järgneb stabiilsuseperiood. Seejärel süsteemibioloogia kui mingi unikaalne nähtus unustatakse ja ta liidetakse olemasoleva tavateadmusega. Nii saabki süsteemibioloogiast lihtsalt üks laialt kasutatavatest või isegi peavoolu metodoloogilistest lähenemistest.

Kogu bioloogiateaduse suunajaks

Süsteemibioloogia suurimaks lootuseks on aga hoopis saada metateaduseks bioloogia vallas. Analoogselt metamatemaatikaga. Seega võiks süsteemibioloogia olla teadus, mis uurib ja suunab, kuidas teha bioloogiateadust. See on praegu veel ulme, aga mõelda tuleb suurelt. Paratamatult seisab ka praegu süsteemibioloogiaks peetaval suunal ees leidlike „ühepäevaliblikate” kadumine, nagu see on juba mõnda aega toimunud molekulaarbioloogias, kus oomikate surve all „ühemolekulimehed” hääbuvad. Või maateadustes, kus ühelilleuurijad ei ole enam tegijad.

Tallinna ülikooli bioloogiaprofessori Madis Metsise kirjutis kätkeb endas autori mõtisklusi, kui ta valmistus 39. teoreetilise bioloogia kevadkooliks, mis toimus 24.–26. maini Mustjõel.