Tämä teksti perustuu tai liittyy osittain Minun Oloni -podcastin Solut-jaksoon.

Ihminen koostuu hurjan monista pienen pienistä soluista. Kuinka moni on tullut todella ajatelleeksi tätä asiaa? Kun pyrimme parantamaan terveyttä, on syytä kiinnittää huomio terveyden tärkeimpään perusyksikköön, soluun. Kuinka voimme auttaa näitä pieniä otuksia kukoistamaan?

Pyrin tarjoamaan tässä kiehtovan katsauksen solujemmen sielunelämän yleisymmärtämiseen. Jos haluat päntätä lisää yksityiskohtia, mutta koulukirjaa kiehtovammin, se onnistuu esimerkiksi tästä linkistä sekä tietysti Khan Academyssa. On älyttömän kiinnostavaa, kuinka kovasti käsityksemme soluista ja koko elämän luonteesta on muuttumassa, vihdoin virallisestikin.

Yksinkertainen kaloritehdas?

Useinhan meille sanotaan, “syöt vaan sopivasti kaloreita”, ikäänkuin ihminen olisi yksinkertainen kalorinpolttokone. Biologia toimii paljon hienovaraisemmin, kuin mikään ihmisen keksimä kone. Solu tarvitsee energiantuotantoon valtavasti muutakin kuin kaloreita, eikä se varsinaisesti polta mitään, vaan käyttää entsyymejä ja jopa kvantti-ilmiöitä perus palamista paljon sofistikoituneempaan energiantuotantoon. 

Solu ei pidä yhteiskunnallisen kemikalisaation mukanaan tuomista myrkyistä, joita vielä jokunen sukupolvi sitten ei ollut olemassakaan, ja joita nykyään laitamme yhä ahkerammin ruokaan, juomaan, iholle ja sisäilmaan. 

Solulle tekee hyvää saada takaisin niitä ravintoaineita, joita olemme viime vuosikymmeninä ja jopa vuosituhansina poistaneet ruoasta. Solu pitää luonnollisista asioista, jotka se tunnistaa esihistoriasta asti, kuten luonnon valorytmi, luonnollinen vesi, aito ruoka sekä suora yhteys maan sähkökenttään eikä niinkään keinotekoisiin sähkölaitteisiin. Luonnon vesissä uiminen, puissa ja kallioilla kiipeily, niityllä makoilu… Luonnonvalo, kuten tuli ja aurinko, sekä maakosketus, tukevat solujen energiatuotantoa ja vähentävät tulehdusta, kunhan ei sentään käristä itseään karrelle auringonpaisteessa. Miksi luonnolliset asiat sopivat soluille? Koska solut ovat ties kuinka monta miljoonaa vuotta sopeutuneet luonnollisiin elementteihin, joita olemme sittemmin vaihtaneet keinotekoisiin versioihin. Tai jos katsotaan samaa asiaa Raamatullisen luomisteorian kautta, ihminen on luonnollisesti luotu Eedenin olosuhteisiin, joita alettiin tuhoamaan vasta myöhemmin, kun viljelystä unohtui varjelu.

Solut eivät ole koneita. Koneethan koostuvat pienemmistä osista, joilla on varsin jäykkä, muuttumaton rakenne. Jokaisella koneen osalla on selkeä tehtävä, ja sen toiminnasta voidaan piirtää varsin yksiselitteinen kaavio, ja koneen toimintaa voidaan kaavion perusteella ennustaa. Koneella ei ole omaa tahtoa eikä se juurikaan poikkea kaavasta (paitsi vioittuessaan). Kone hajoaa jos lyöt sitä kovaa, kun taas elävä organismi saattaa jopa vahvistua haasteista.

Mikroskooppisen pienissä soluissa kaikki osaset värähtelevät ja heiluvat hirmuista vauhtia ja muuttavat muotoaan ja tehtäviään mikrosekunneissa. Ne mallit, millä yleensä kuvaamme solujen sisäistä sielunelämää, soveltuvat makroskooppisten koneiden ja ihmisen valmistamien mikropiirien kuvaamiseen, mutta biologiset solut toimivat hyvin erilaisessa ympäristössä:

Meille opetetaan edelleen vanhaa mekaanista tai mikropiiriin verrattavaa mallia soluista ja metaboliasta, koska niin on ennenkin tehty, tai “koska olisimme liian tyhmiä ymmärtämään kompleksisempaa mutta todellisempaa mallia”. Tai koska tieteen historia on vaan sattunut johtamaan sellaiseen mekanistiseen käsitykseen. Tutkimusmenetelmät antavat väärän kuvan todellisuudesta, koska olemme tutkineet solujen osia lähinnä paikalleen jäädytettyinä tai elävästä kokonaisuudesta eristettyinä versioina. Kun molekyylibiologia perustettiin, valittiin mahdollisimman yksinkertaistetut mallit elämän kuvaamiseen, jotka ovat sitten jääneet käyttöön.

Tämä väärä kuva solusta hallitsee edelleen tiedettä. Sen perusteella olemme kehittäneet valtavasti ”yllättäviä” sivuvaikutuksia aiheuttavia lääkkeitä, ja syöpien määräkin vain kasvaa, vaikka tutkimusten määrän noustessa luulemme ymmärtävämme ongelmaa paremmin. Mitä, jos meillä onkin täysin väärä kuva siitä, mitä elämä, solu ja biologia on, ja siksi lähinnä vain pahennamme asioita tietäessämme “enemmän”? Näin näyttääkin tapahtuneen, kun katsotaan melkein minkä tahansa kroonisen taudin tilastoja, alaspäin kääntynyttä elinajanodotetta ja etenkin terveiden elinvuosien määrää.

Teollistuminen toi ihmiskunnalle paljon ihmeellisiä keksintöjä, joten aloimme innoissamme kutsua kaikkea “koneeksi”. Ihmiskeho on kone, solu on kone; ekosysteemi ja yhteiskuntakin on kone, josta voi piirtää staattisen toimintakaavion. Piirrämme kompleksisuudesta yksinkertaistettuja malleja – ja sitten alamme uskoa niihin. Ja ihmettelemme, kun maailma ei toiminutkaan mielikuvitusmalliemme mukaisesti. Kun emme kunnioita tai edes tunnusta tosimaailman kompleksisuutta, luulemme voivamme manipuloida ja hallita sitä, täydelliseen tietoomme perustuen. Ja tästä seuraa katastrofi toisensa perään:

Yleensä ihmiskehoa tai elämää kuvaillaan sillä metaforalla, joka on kunkin aikakauden coolein uudehko keksintö. 200 vuotta sitten ihmiskehoa sanottiin höyrykoneeksi, sitä ennen kelloksi. Teollistumisen myötä kehosta tuli auto, kemikaalitehdas, ja sittemmin mikropiiri. Mikään näistä ei pidä paikkaansa, kuten on helppoa nähdä jälkiviisaana.

Tiede on jo jossain määrin edennyt konemetaforasta kompleksisempiin systeemi– ja verkostokielikuviin. Nekään eivät pidä paikkaansa, kun puhutaan biologiasta tai muusta aidosti kompleksisesta. Kyse on jostain paljon ihmeellisemmästä, jonka moninaisuutta meidän olisi syytä osata arvostaa enemmän. Kyse on subjekteista, joita kuuluu kohdella subjektin ansaitsemalla rakkaudella tai ainakin arvostuksella, kuin mestaritarhuri puutarhaansa.

Biomimetiikka (biomimicry, biologian matkiminen) on osoittautunut kerta toisensa jälkeen hedelmälliseksi ideaksi: olemme saaneet moniin keksintöihimme mallia tai inspiraatiota luonnosta: luonto on jo ratkaissut jonkin ongelman, ja riittää kun teemme perässä. Kun analogia kulkee toiseen suuntaan, eli alamme kuvailemaan ihmeellistä luontoa ihmisen luomien valtavasti alkeellisempien palikkakeksintöjen kautta, syntyy ongelmia.

Monilla malleilla ja näkökulmilla on hyödyllistä annettavaa. Kunhan emme kuvittele, että ne olisivat sellaisenaan totta. Mielikuvitusmalleja on hyvä käyttää välineinä, silloin kun mistäkin metaforasta on hyötyä. On outoa, että vaikka mekanistinen maailmankuva sai alkunsa fysiikan alalla ja fysiikka on jo aikaa sitten siirtynyt siitä eteenpäin, biologia terveystieteineen jumittaa edelleen paljolti mekanistisessa, 1800-luvun klassisen fysiikan atomistisessa (jopa deterministisessä) ajatusmaailmassa. 

Solun toiminta ei missään nimessä ole ennalta määrättyä, vaan täynnä satunnaisuutta. Solun “koneisto” ei pelkästään siedä sattumanvaraisuutta, vaan hyödyntää sitä. Muistatko, mitä Jeff Goldbum sanoi Jurassic Parkissa sille älyynsä rakastuneelle kontrollitieteilijälle? “Elämä löytää tien.”

Elävä kompleksisuus

Kuinka ymmärtää kompleksisuutta? Tiede analysoi sen osia erikseen, kuin kyseessä olisi kuollut systeemi. Elävää systeemiä ei voi hajottaa osiin ilman että se kuolisi. Joten joudumme luomaan malleja vihjeiden perusteella:

Entä, jos elävässä solussa on jopa ihan erilaista materiaa ja ilmiöitä, kuin mitä osaamme vielä edes tutkia?

Mitä soluista tiedetään

Ihmiskehon solujen kokoluokka on vähän pienempi, kuin mitä silmällä pystyy näkemään. Isoimman solun eli munasolun saattaisi tarkkasilmäinen pystyä sopivissa valaistusolosuhteissa jopa juuri ja juuri näkemään, muita ei mitenkään. iPhonen ytimessä sykkivän prosessorin transistorit ovat nykyään yli tuhat kertaa lyhyempiä kuin pienimmätkään ihmissolut läpimitaltaan. Maailman suurin solu on kookospähkinä.

On olemassa pienempiäkin soluja kuin pienimmät ihmissolut. Silti hentoisintakaan bakteerisolua ei pysty pienentämään 300 nanometrin kokoluokkaa pienemmäksi, koska kyseessä on niin kompleksinen koneisto, että sen täytyy olla ainakin tuhat kertaa atomia isompi läpimitaltaan. Bakteerit eli bakteerisolut ovat ihmissoluja noin 10 kertaa lyhempiä läpimitaltaan, ja virukset bakteerejakin vielä noin 10-100 kertaa pienempiä läpimitaltaan. Ihmisen kehittelemä nanoteknologia pystyy nykyään luomaan jo viruksen läpimittaa pienempiä yksityiskohtia. Solut toimivat kyllä atomin tarkkuudella, mutta ne ovat niin älyttömän monimutkaisia, että niiden on pakko olla valtavasti atomin kokoluokkaa suurempia, jotta mukaan mahtuu kaikki olennainen. Ihmissolun läpimitta on yleisesti suunnilleen kymmenen tuhatta kertaa isompi kuin atomin.

Kun mennään solujen sisään, huomataan, että biologia on edelleen ylivertainen verrattuna mikropiireihin. Atomien kokoluokka on noin 0,1 – 0,5 nanometriä. DNA-molekyyli on suunnilleen 2,5 nanometriä leveydeltään. Luonto siis kokoaa yksittäisiä atomeja molekyyleiksi, erittäin tarkasti. Kun leikitään yksittäisten atomien tasolla, tulee stokastisen lämpöliikkeen lisäksi mukaan kvantti-tason kummallisuudet. Ihmisen tekemät mikropiirit alkavat olla jo niin lähellä yksittäisen atomin kokoluokkaa, että kvantti-ilmiöt nousevat koko ajan isommaksi ongelmaksi entistä nopeamman puhelimen valmistuksessa. Luonto sen sijaan hyödyntää näitä kvantti-ilmiöitä ja muutakin kohinaa, kuten yksittäisten molekyylien ennakoimatonta törmäilyä.

Kun ihminen rakentaa kvanttitietokoneen, täytyy tehdä hirmuiset rakennelmat ja käyttää kauheasti energiaa, jotta saadaan mikropiirin lämpötila pidettyä miltei ennätyksellisen lähellä absoluuttista nollapistettä. Solu sen sijaan osaa leikkiä kvantti-ilmiöillä iisisti huoneenlämmössä ja sellaisessa kosteudessa, joka tuhoaisi perinteisemmänkin mikropiirin samantien. Tosin solun superherkät “nanomoottorit” ja mitä ihmeellisemmät atomitason koneistot on helppoa saada myös epäkuntoon. Jos ihminen rakentaa vastaavan kokoluokan mikropiirejä, täytyy huoneilman olla ihan superpuhdasta. Biologia on resilientimpää häiriöille kuin puolijohdeteollisuus – mutta lähinnä vain sellaisille häiriöille, joiden kanssa se on suunniteltu taipumaan ja tanssimaan. Nykyään herkät pienet solut saattavat joutua kestämään luonnottomia määriä jopa satoja tuhansia uusia kemikaaleja, joista kymmeniä tuhansia ei ollut olemassakaan vielä muutama sukupolvi sitten, monenmoisesta melusta puhumattakaan.

Solukalvo

Solut vaihtavat valtavasti tavaraa ympäristönsä kanssa. Ne ottavat sisään ravinteita ja poistavat jätteitä hirmuista vauhtia. Tämä on mahdollista, koska solu on pieni verrattuna meille tuttuun kokoluokkaan.

Mitä pienempi pallo, sitä enemmän pinta-alaa suhteessa tilavuuteen. Jos laitetaan litra vettä yhden ilmapallon sijaan tuhanteen mini-ilmapalloon, pintaa tulee paljon enemmän samalle vesimäärälle. Ison vesi-ilmapallon tapauksessa suurin osa vedestä on varsin normaalia; vain pieni kerros lähellä pallon pintaa voi olla minkäänlaisen pintajännityksen vaikutuspiirissä. Jos koko litra ahdettaisiin hiuskarvan paksuisiin minipalloihin, ei jäisi lainkaan tilaa normaalille vedelle, vaan kaikki vesi olisi aina lähellä pintaa. Solut ovat läpimitaltaan vielä hiuskarvaakin pienempiä. Solun sisällä ei ole niinkään vettä, vaan erittäin korkean pintajännityksen omaavaa ihmenestettä.

Solukalvolla ja sen lähellä tapahtuvilla sähkökemiallisilla ilmiöillä on siis melkoinen merkitys solun kokoisessa mittakaavassa. Litran kokoisessa vesipallossa pinta ei ole niin olennainen; solun kokoluokassa taas kaikki solun sisäinen toiminta tapahtuu äärimmäisen lähellä pintaa. Joka ikinen soluelin on aina suunnilleen solukalvon vieressä, koska ei niin pienessä pallossa kauaskaan pääse. Tämä antaa pontta havainnoille, joiden mukaan solukalvo saattaa ohjata solun toimintaa jopa tumaakin enemmän.

Mitokondrio

Mitokondrioista eli solun “energiatehtaista” on paljon puhunut lääkäri ja taekwondomestari Terry Wahls, joka oli jo pyörätuolikunnossa MS-taudin takia, kunnes kiinnostui mitokondrioidensa ruokkimisesta. Hän huomasi, ettei nykysafkasa saa tarpeeksi moniakaan ravintoaineita, joita soluelimet, erityisesti mitokondriot, tarvitsevat toimiakseen optimaalisesti. Hän selvitti, mistä ruoista saa hyvin mm. B-vitamiineja, rikkiä, sinkkiä ja värikkäitä yhdisteitä, kuten flavonoideja ja muita polyfenoleita ja ylipäänsä fytoravinteita, kuten kuten värikkäitä karotenoideja.

Lisäksi lääkäri Wahls selvitti, mitä hermosolujen suojakerros myeliini tarvitsee, ja alkoi tankkaamaan myös niitä, kuten omega-3-rasvoja, jodia ja jo mainittuja B-vitamiineja.

Käsityksemme mitokondrioistakin on muuttumassa; edes tämä soluelin ei noudata koulukirjan mukaista tehtäväänsä, vaan tekee vaikka mitä muutakin ihmeellistä. Mitokondriot vastaavat viime kädessä useiden hormonien valmistuksesta, ja toimivat myös solujen ulkopuolella vaikuttaen suoraan hermoimpulsseihin ja hermoston välittäjäaineiden valmistukseen. Jos syöt ketogeenista dieettiä, maksan ja munuaisten mitokondriot vastaavat ketonien tuotannosta. Eniten mitokondrioita on sydämen, hermoston ja maksan soluissa.

Vanhassa mallissa ajateltiin, että tuma on solun “aivot” ja komentokeskus, koska siellä on eniten DNA:ta. Komentokeskuksen paikka on uudemmissa käsityksissä muuttumassa mitokondrioihiden suuntaan sekä soluseinämään ja jopa solun ympäristöön. 

Mitokondrioilla on vilkas sosiaalinen elämä: ne vaihtavat keskenään informaatiota, ainetta, valoa ja energiaa. Avantouinnin aikaansaaman ruskean rasvan väri johtuu runsaista mitokondrioista, jotka erikoistuvat tavallisen energiantuoton sijaan lämmöntuotantoon.

Nykysafkan aiheuttamia ravinnepuutoksia ja muita luonnottomuuksia korjaamalla voimme antaa tällekin soluelimelle paremmat mahdollisuudet voida onnellisesti, jolloin koko organismi voi tuntea olonsa tyytyväiseksi. Nämä pienet otukset pienten solujen sisällä ovat herkkiä aistimaan ympäristöä ja virittymään esimerkiksi valorytmin tai ajatusten mukaan. Niiden hyvinvointi määrittää mielenterveyttä ja stressinsietoa merkittävästi. Ja toisaalta niiden vointiin vaikuttaa jokainen tunne.

Jack Kruse -artikkeleissa mennään vielä syvemmälle mitokondrioihin.

Tärkeitä lainauksia tiedejulkaisuista

Post-reductionist protein science (vuodelta 2009)

Luonnollisessa ympäristössään proteiinit suorittavat biologisia tehtäviään erittäin väkevissä viskoosisissa liuoksissa ja monimutkaisissa verkostoissa, joissa kaikkiin toimintoihin on tarjolla lukuisia potentiaalisia kumppaneita. Monien vuosien ajan tavanomainen käytäntö on kuitenkin ollut puhdistaa kiinnostava proteiini sen rakenteellisten ja toiminnallisten ominaisuuksien kuvaamiseksi. 

Sokean, suorastaan kiihkeän reduktionismin aikakausi, jolloin biokemistit ja biofyysikot puhdistivat ja puhdistivat, jotta eristettyjä biomolekyylejä voitaisiin tutkia, on ohi. On täysin selvää, että proteiinit eivät toimi erillisinä kokonaisuuksina ja että niiden perusominaisuuksiin vaikuttavat niiden vuorovaikutukset ja liuosympäristö. 

https://www.nature.com/articles/nchembio.241

Dynamic personalities of proteins (2007)

Olemme pyrkineet pysäyttämään proteiinit paikoilleen tutkiaksemme niitä staattisessa tilassa. Todellisuudessa ne eivät ole koskaan paikallaan. Seuraavaksi on aika tutkia niitä niiden luonnollisessa ympäristössä, elossa ja liikkeessä.

https://www.nature.com/articles/nature06522

Molecular “Vitalism” (2000)

1800-luvun alkupuolella näkemykset elävien organismien luonteesta jaettiin kemiallisiin ja vitalistisiin. Edellisten mukaan elämä oli monimutkaisten, mutta viime kädessä tunnettavissa olevien fysikaalis-kemiallisten prosessien seurausta, kun taas jälkimmäisten mukaan elävillä järjestelmillä olisi myös ei-luonnollisia, ehkä tuntemattomia ominaisuuksia. Vitalismia heikensivät vähitellen Wohlerin urean synteesi (1828) ja Pasteurin kyvyttömyys osoittaa spontaani sukupolviutuminen (1862) sekä Darwinin Lajien synty (1859) ja Virchow’n soluteoria (1855). Vuosisadan vaihteessa elävien järjestelmien ihmeelliset ominaisuudet olivat selvempiä kuin koskaan, mutta niiden selittämiseksi ei enää vedottu vitalismiin.

Nykyaikainen tieteellinen etsintä elämän kemiallisen perustan löytämiseksi oli alkanut toden teolla. Vaikka perinnöllisyys tunnettiinkin elävien organismien tärkeänä ominaisuutena, elämän kemiallista perustaa koskevat tutkimukset keskittyivät yhtä lailla muihin ominaisuuksiin, kuten aineenvaihduntaan ja liikkeeseen.
1900-luvun lopulla genetiikka hallitsee voitokkaasti biologisen ajattelun keskeisenä teemana. Ihmisen perimän sekvenssiä pidetään laajalti seuraavan vuosisadan biologisen tutkimuksen lähtökohtana, ja elämän alkuperästä käytävässä keskustelussa ”elävä” määritellään suurelta osin ”eläväksi”, joka vastaa ”geneettisen mallin tarkkaa siirtämistä”. Emme kyseenalaista genetiikan merkitystä emmekä kiistä DNA:n roolia elävien järjestelmien kaikkien osien rakennuspiirustuksena, mutta mielestämme on syytä kysyä, missä määrin ”postgenominen” näkemys modernista biologiasta vakuuttaisi 1800-luvun vitalistia siitä, että elämän luonne oli nyt ymmärretty. Kuinka lähellä olemme ymmärtämään, miten yksittäinen solu toimii tai miten alkio kehittyy? Jos vastaus ei ole kovin lähellä, tuleeko elävien järjestelmien todellinen ymmärtäminen geenitietokannan kommentoinnin jatkamisesta, vai onko meidän tutkittava elävien järjestelmien fysikaalis-kemiallista luonnetta?

On siirryttävä solun proteiini- ja RNA-komponenttien genomianalyysin (josta tulee pian menneisyyttä) ohi ja siirryttävä tutkimaan molekyylien, solujen ja organismien toiminnan ”vitalistisia” ominaisuuksia. Tällainen mahdollisuus on nyt mahdollinen, koska genetiikka sekä molekyyli- ja solubiologia ovat viime vuosisadan aikana edistyneet huomattavasti. Koska nyt on selvää, että geenituotteet toimivat useissa eri reiteissä ja että itse reitit ovat yhteydessä toisiinsa verkostoissa, on selvää, että mahdollisia lopputuloksia on paljon enemmän kuin on geenejä. Genotyyppi, vaikka analysoisimme sitä kuinka syvällisesti, ei voi ennustaa todellista fenotyyppiä, vaan se voi ainoastaan antaa tietoa mahdollisten fenotyyppien kokonaisuudesta. Biologiset järjestelmät ovat kehittyneet rajoittamaan näitä fenotyyppejä, ja itseorganisoituvissa järjestelmissä fenotyyppi saattaa riippua yhtä paljon ulkoisista olosuhteista ja satunnaistapahtumista kuin molekyylikomponenttien genomiin koodatusta rakenteesta (kuva 7). Kuitenkin tällaisesta mahdollisesti epämääräisestä maailmasta organismi on kehittänyt hyvin vakaan fysiologian ja embryologian. Juuri tämä lujuus on se, joka viittaa ”elinvoimiin”, ja juuri tätä lujuutta haluamme viime kädessä ymmärtää kemian avulla. Meillä on siihen mahdollisuus tällä uudella vuosisadalla.

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867400816852

The Myth of the Machine-Organism (2012)

Signaalireitit ovat elintärkeitä viestinnän välineitä solujen sisällä ja niiden välillä. Organismia kuvaavassa konemallissa tällaiset reitit ovat suoraviivaisia: niiden alussa on selkeä tulo, joka johtaa yhtä selkeään lopputulokseen. Todellisuudessa näin ei ole; Brysselin vapaan yliopiston molekyylibiologiryhmä havaitsi tutkiessaan, miten nämä reitit ovat vuorovaikutuksessa tai ”ristikkäisessä vuorovaikutuksessa” toistensa kanssa. Ristiinsignaalien taulukointi vain neljän tällaisen reitin välillä tuotti ”kauhukuvan”, ja nopeasti alkoi näyttää siltä, että ”kaikki tekee kaikkea kaikelle”. Todellisuudessa näemme ”yhteistoiminnallisen” prosessin, jota voidaan ”kuvitella pöydäksi, jonka ympärillä päätöksentekijät keskustelevat kysymyksestä ja vastaavat kollektiivisesti heille esitettyihin tietoihin”. 

Vaikka tarkasteltaisiin vain yhtä solukalvon reseptoria, joka sitoutuu hormonaaliseen tai muuhun signaaliin, voidaan varovaisesti arvioiden löytää noin 2 miljardia mahdollista tilaa riippuen siitä, miten reseptoria muutetaan sen vuorovaikutuksessa muiden molekyylien kanssa. On selvää, ettei ole olemassa yksinkertaista binäärisääntöä, joka erottaisi aktivoituneet ja deaktivoituneet reseptorit toisistaan. 

”Aktivoitunut reseptori näyttää vähemmän koneelta ja enemmänkin pleomorfiselta kokonaisuudelta tai todennäköisyyspilveltä, joka koostuu lähes äärettömästä määrästä mahdollisia tiloja, joista kukin voi erota toisistaan biologisen aktiivisuutensa suhteen.”

Geenimyytti ei ole vain myytti geeneistä. Se on tarina organismin luonteesta ja biologisten selitysten luonteesta. Koneista saamiemme kokemusten innoittamana tarina kerrotaan kausaalianalyysin kielellä, jossa jotkut asiat saavat toiset asiat tapahtumaan, ja osien tutkiminen yksi kerrallaan antaa meille mahdollisuuden koota yhteen tietämyksemme kokonaisuudesta. 

Selittävien ”mekanismien” jatkuva selvittäminen on näyttänyt oikeuttavan tarinan, ja sitä on tukenut myös lupaus paremmasta elämästä ihmisille ja jatkuvasta mahtavien teknisten saavutusten virrasta.

Ei ihme, että genomiprojekti herätti niin suuria odotuksia.

Mutta tämä tarina on tullut tiensä päähän. 

Tutkijat, jotka pyrkivät tunnollisesti seuraamaan syy-yhteyden nuolia, päätyvät jahtaamaan jäniksiä, jotka juoksevat joka suuntaan. Tutkimus on tehnyt kaikesta vain monimutkaisempaa, ei ymmärrettävämpää.

https://www.degruyter.com/document/doi/10.4159/harvard.9780674067769.c7/html

Daniel Nicholson: Is the cell really a machine? (2019)

https://philpapers.org/archive/NICITC.pdf

Toisin kuin suunnittelemamme silmällä nähtävät rakenteet, biologiset rakenteet ovat dynaamisia ja itseorganisoituvia: ne muotoilevat itseään ja muuttavat arkkitehtuuriaan. Tällaisten rakenteiden kuvaus uhmaa nykyisiä mekaanisia näkemyksiä.

Mikään kone ei itseorganisoidu vaihtamalla itsenäisesti koostumustaan pitääkseen arkkitehtuurinsa dynaamisessa tasapainossa, mutta näin tapahtuu jokaisessa solussa. Miksi solut suosivat jatkuvaa itseorganisoitumista arkkitehtuurinsa luomisessa? Eikö olisi järkevämpää, että solu rakentaisi staattisia rakenteita, joiden ylläpitäminen ei vaadi jatkuvaa energiankulutusta? 

Vaikka staattinen järjestäytyminen olisi taloudellisempi ja tehokkaampi keino tuottaa kestäviä ja erittäin monimutkaisia makromolekyylirakenteita (viruskapsiidi on tästä hyvä esimerkki), syntyviltä rakenteilta puuttuisi morfologinen joustavuus; niitä ei olisi helppoa muokata. Itseorganisoituvan arkkitehtuurin etuna on sen valtavista energiakustannuksista huolimatta se, että se antaa paljon plastisuutta vakaudesta tinkimättä. Sen ansiosta solut voivat reagoida nopeasti ja mukautuvasti ulkoisiin häiriöihin ja muihin kriittisiin tapahtumiin, jotka muuten vaarantaisivat niiden systeemisen eheyden.

Näiden ilmiöiden tutkiminen on synnyttämässä uutta teoreettista ymmärrystä solusta, jossa korostetaan solun rakenteen dynaamista, itseorganisoituvaa luonnetta, solun osien juoksevuutta ja plastisuutta sekä solun taustalla olevien prosessien stokastisuutta eli sattumanvaraisuutta ja epälineaarisuutta eli ei-suoraviivaisuutta.

Mekanismi-mallin kannattajat pitävät solua monimutkaisena koneistona, jonka organisaatio heijastaa ennalta olemassa olevaa suunnittelua, jonka rakenne on täysin ymmärrettävissä reduktionistisesti eli osiin pilkkoen, ja jonka toimintaa ohjaavat deterministiset eli ennalta määrätyt lainalaisuudet, mikä tekee sen käyttäytymisestä ennustettavaa ja hallittavissa olevaa – ainakin periaatteessa. Tämä on nimeltään Machine Conception of the Cell, MCC. Sen historia kulkee samansuuntaisesti mekanismin historian kanssa, minkä vuoksi sen alkeellisia ilmauksia voidaan löytää jo 1600-luvulta, jolloin koneiden ja organismien väliset analogiat alkoivat ensimmäisen kerran yleistyä. Malpighi, yksi mikroskooppisen anatomian perustajista, katsoi, että eläinten ja kasvien ruumiintoiminnot perustuvat ”hyvin suureen määrään koneita, jotka koostuvat äärimmäisen pienistä osista, jotka ovat paljain silmin näkymättömiä” (Malpighi, lainattu teoksessa Piccolino, 2000, s. 149). Vastaavasti varhaismoderni luonnonfilosofi Leibniz luonnehti organismeja jumalallista alkuperää oleviksi koneiksi, jotka koostuvat hierarkkisesti yhä pienemmistä koneista ad infinitum eli loputtomasti. Hän vertasi organismeja ihmisperäisiin koneisiin, vaikka jälkimmäisten osat eivät itsessään olekaan koneita.

Toisen maailmansodan jälkeen kybernetiikan, informaatioteorian ja tietojenkäsittelytieteen uraauurtavat ajatukset valloittivat biologien mielikuvituksen ja tarjosivat uudenlaisen näkemyksen MCC:stä (Machine Conception of the Cell), joka tuli tunnetuksi nimellä molekyylibiologia (Keller, 1995; Morange, 1998; Kay, 2000). Sen ytimessä oli ajatus tietokoneesta, jonka ”ohjelmisto” (software) ja ”laitteisto” (hardware) ohjasi tutkijoiden huomion geneettisten ohjeiden luonteeseen ja koodaukseen (software) ja mekanismeihin, joilla solun makromolekulaariset komponentit (hardware) panevat ne täytäntöön (hardware).

On varsin merkillistä havaita, että huolimatta valtavasta empiirisestä edistyksestä, jota on tapahtunut vuoden 1962 jälkeen, teoreettinen peruskuvamme solusta on pysynyt olennaisesti muuttumattomana. Nykyisin vakiintuneen näkemyksen mukaan solu koordinoi toimintojaan DNA:han koodatun ”geneettisen ohjelman” avulla, joka ohjaa ja valvoo RNA:iden ja proteiinien ilmentymistä, jotka yhdistyvät ennalta määrätysti stabiileiksi ”molekyylikoneiksi”, jotka suorittavat luotettavasti ja tehokkaasti ennalta määrättyjä operaatioita solun jakautumisen, aineiden sisäänoton, signaalinsiirron ynnä muiden mekanismien mukaisesti. Koneanalogiat ja metaforiset viittaukset ”lukkoihin”, ”avaimiin”, ”portteihin”, ”pumppuihin” ja ”moottoreihin” ovat edelleen läsnä teknisessä kirjallisuudessa, samoin kuin puhe ”koneistosta” ja ”piiristä”, jotka ovat soluorganisaation perustana. Konemaista kuvaa solusta harvoin varsinaisesti puolustetaan; se on iskostunut niin syvälle mieliimme, että pidämme sitä itsestäänselvyytenä.

Koneet ovat erittäin tehokkaita toiminnassaan, koska ne noudattavat aina täsmälleen samaa vaiheittaista järjestystä jokaisessa toimintajaksossaan.

Solut, toisin kuin koneet, ovat itseorganisoituvia, nestemäisiä järjestelmiä, jotka pysyvät vakaana vaihtamalla jatkuvasti energiaa ja ainetta ympäristönsä kanssa. Mikroskooppisen kokonsa vuoksi solut, ja vielä enemmän niiden sisäiset molekyylirakenteet, altistuvat hyvin erilaisille fysikaalisille olosuhteille kuin ihmissilmällä havaittavat kohteet, kuten koneet. Vaikka nämä tosiasiat ovat kiistattomia – ja ne saattavat tuntua joistakin lukijoista tuskallisen ilmeisiltä – niiden teoreettiset seuraukset elämän ymmärtämiselle ovat kaikkea muuta kuin selviä. Nämä itsestäänselvyydet johtavat käsitykseen solusta, joka on täysin ristiriidassa sen mekanistisen, reduktionistisen ja deterministisen näkemyksen kanssa, jota molekyylibiologian perustajat, kuten Monod, edustivat teoksessaan Chance and Necessity (Monod, 1972).

On ainakin neljä tutkimusalaa, joilla yhteensopimattomuus mekanistisen solukäsityksen kanssa on käymässä erityisen ilmeiseksi. Ensimmäinen niistä on soluarkkitehtuurin tutkimus, jossa solun arkkitehtuuri on mekanistisen käsityksen mukaisesti jo pitkään nähty staattiseksi, erittäin järjestäytyneeksi rakenteeksi. Toiseksi proteiinikompleksien tutkimus: proteiinikomplekseja on yleensä luonnehdittu huomattavan erikoistuneiksi, erinomaisesti suunnitelluiksi molekyylikoneiksi. Kolmanneksi solunsisäisen kuljetuksen tutkimus, joka on yleensä selitetty mekaanisten voimien liikuttamien miniatyyrimoottoreiden avulla. Neljänneksi solujen käyttäytymisen tutkimus, jossa kaiken on pitkään oletettu olevan genomissa koodatun deterministisen ohjelman ohjaamaa.

Uudessa näkemyksessä soluarkkitehtuuria pidetään nestemäisenä, itseorganisoituvana prosessina, proteiinikomplekseja pidetään ohimenevinä, monimuotoisina kokonaisuuksina, solunsisäisen kuljetuksen katsotaan olevan seurausta Brownin liikkeen eli lämpövärähtelyjen hyödyntämisestä ja solujen käyttäytymistä pidetään todennäköisyyksiin perustuvana asiana, joka altistuu jatkuville stokastisille eli sattumanvaraisille vaihteluille.

Myös ymmärryksemme eukaryoottisolun ytimestä eli tumasta on muuttumassa radikaalisti. Tuma ei ole suinkaan oppikirjoissa kuvattu staattinen, ahtaan geelimäinen rakenne, vaan se on äärimmäisen dynaaminen ja yllättävänkin juokseva. Suurin osa sen proteiineista on erittäin liikkuvia, ja ne liikkuvat sattumanvaraisesti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa ja osallistuvat erilaisiin ydintoimintoihin, kuten kromatiinin uudelleenmuotoiluun, transkription aktivointiin, ribosomaalisen RNA:n prosessointiin ja DNA:n korjaamiseen. Ydinproteiinien dynaaminen vuorovaikutus johtaa jatkuvasti muuttuvaan, mutta kokonaisuudessaan vakaaseen arkkitehtuuriin. 

Soluarkkitehtuurin itseorganisoituvalla luonteella on kauaskantoisia teoreettisia seurauksia. Pohjimmiltaan se johtaa näkemykseen solusta, joka on täysin ristiriidassa mekanistisen maailmankuvan kanssa. Ensinnäkin se kumoaa käsityksen siitä, että solun tilajärjestelyjä määrittelevä ”tieto” olisi jotenkin koodattu genomiin. Solun arkkitehtuuria varten ei ole olemassa geneettistä mallia. Geenit määrittelevät vain makromolekyylien ensisijaisen järjestyksen; solun arkkitehtuuri syntyy suurimmaksi osaksi lukuisten geenituotteiden vuorovaikutuksesta muiden solun osien kanssa. Geenit ovat toki tärkeitä, mutta ne eivät käynnistä ainutlaatuista tapahtumaketjua, joka tuottaa solun organisaation, kuten termin ”informaatio” käyttö joskus harhaanjohtavasti antaisi ymmärtää. Pikemminkin geenituotteet vapautuvat solumiljööseen, jolla on jo avaruudellinen rakenne, ja ne vaikuttavat olemassa olevan fyysisen olosuhteen alaisina. Suuri osa järjestyksestä on jo olemassa olevien itseorganisoituvien prosessien muovaamaa.

Kaiken kaikkiaan soluarkkitehtuuria koskeva viimeaikainen tutkimus edellyttää, että tarkastelemme huolellisemmin niitä rakenteita, joita olemme aiemmin pitäneet hyvin määriteltyinä rakenteina, ja tarkastelemme niitä uudelleen vakiintuneina prosesseina. 

Koska prosessit tapahtuvat ajassa, niitä voidaan ymmärtää vain ottamalla aika asianmukaisesti huomioon. Ja tässä piilee ongelma: perinteisesti solun sisätilojen tutkimiseen käytetyt menetelmät jättävät huomiotta solun arkkitehtuurin dynaamisen luonteen, koska niiden on tehtävä solu toimintakyvyttömäksi, jotta haluttuja kohteita saataisiin näkyviin. Kuitenkin ajassa jähmettyneen solun tutkiminen tarkoittaa, että sitä lähestytään keinotekoisesti staattisena, koneen kaltaisena objektina, sen sijaan että sitä lähestyttäisiin virtaavana järjestelmänä, jollainen se todellisuudessa on. Koneen rakenne voidaan käsittää irrallisena ajasta, koska se ei ole jatkuvasti muuttuva, kun taas vaikkapa pyörteen tai virran rakennetta ei voi käsittää ilman ajan huomioimista. Tämä selittää, miksi kun olemme alkaneet käyttää tekniikoita, joiden avulla voimme tutkia solun arkkitehtuuria reaaliajassa, olemme havainneet, että monet solun lokeroista ja organelleista eivät suinkaan ole kiinteitä koneistoja, vaan vakaita makromolekyylivirtoja.

Vaikka rakenteelliset rekonstruktiot tehdään nykyään erittäin korkealla resoluutiolla, ne edustavat vain ajassa pysähtyneitä tilannekuvia toimintakyvyttömistä proteiineista. Olemme luottaneet tähän tekniikkaan niin paljon ja niin kauan, että se on muokannut tapaa, jolla ajattelemme proteiinien rakennetta ja rakenteen suhdetta niiden toimintaan.

Ongelmana on tietysti se, että proteiineja ei luonnostaan ole olemassa kiteytyneessä muodossa. Itse asiassa ne käyttäytyvät alkuperäisessä ympäristössään enemmänkin nesteiden kuin kiinteiden aineiden tavoin. Proteiinit ovat oikeastaan ”tiheitä nesteitä” tai ”sulatettuja kiinteitä aineita”, jotka koostuvat lähes kiinteästä sisätilasta ja täysin nestemäisestä ulkopinnasta. Proteiinien rakenteen tutkiminen ydinmagneettisen resonanssin (NMR) spektroskopian avulla, joka luotaa proteiineja kun ne kiertyvät ja kääntyvät liuoksessa, on osoittautunut paljastavammaksi. Vaikka tämä tekniikka on lähes yhtä vanha kuin röntgenkristallografia, sen sovellettavuus oli vuosikymmeniä hyvin rajallinen. Vasta viime aikoina sitä on voitu käyttää laajamittaisissa proteiinien rakennetutkimuksissa.

Kun olemme saaneet ajallisen ulottuvuuden mukaan proteiinien rakenteen tutkimiseen, olemme havainneet, että proteiinit ovat erittäin dynaamisia otuksia, joilla on hyvin suuri joustavuus, joka vaihtelee yksinkertaisista sivuketjujen kiertymistä niiden sekundäärirakenteen täydellisiin uudelleenjärjestelyihin. Proteiinin rakenne on pehmeä ja joustava, ei kova tai jäykkä kuin koneessa.

Kun halutaan ymmärtää, mitä solussa tapahtuu, konteksti on kaikki kaikessa! Se, mitä tietty proteiini tekee – kuten nyt tiedämme – määräytyy pitkälti sen ympäristön mukaan, jossa se on, ja sen vuorovaikutuksen mukaan, jota tapahtuu ympäröivien molekyylien kanssa; on turhaa yrittää saada täydellistä kuvaa proteiinin käyttäytymisestä, jos nämä tekijät jätetään huomiotta.

Solun sisäpuoli on erittäin dynaaminen ympäristö: useimmat solun sisällä olevat proteiinit liikkuvat nopeasti ja ovat jatkuvassa vuorovaikutuksessa jatkuvasti muuttuvien kumppaneidensa kanssa. Proteiinien väliset assosiaatiot ovat yleensä sattumanvaraisia ja lyhytikäisiä, ja niille on yleensä ominaista suhteellisen alhainen sitoutumisaffiniteetti. On selvää, että proteiini-proteiini-interaktioiden epäselvyyttä, sattumanvaraisuutta ja kontekstiriippuvuutta on vaikea sovittaa yhteen sen hienon spesifisyyden ja tiukasti rajoitetun toiminnan kanssa, jota odotamme käsitystemme mukaiselta molekyylikoneelta. Proteiinien välisten yhteyksien häilyvä luonne on ristiriidassa sen kiinteyden ja kestävyyden kanssa, jonka intuitiivisesti yhdistämme koneen osien järjestelyyn.

Monet solussa esiintyvistä proteiinikomplekseista voidaan ymmärtää paremmin pleomorfisina kokonaisuuksina kuin molekyylikoneina.

Insinööripohjaiset kaaviot esittävät tiiviitä yhteenvetoja proteiinien välisistä interaktioista, ja jäljittelemällä tarkoituksellisesti elektronisten piirilevyjen suunnittelua ne välittävät vaikutelman ymmärryksestä ja hallinnasta. Solupolkujen visualisointi tällä tavoin antaa meille itseluottamusta, ja se rohkaisee meitä puhumaan optimistisesti tutkimuksen nykytilasta omilla erityisaloillamme.

[Ja sitten tämän hybriksen pohjalta kehitetään lääkkeitä, jotka tekevät miljoona muutakin yllättävää asiaa → “sivuvaikutukset”…]

Geeniekspressio on molekulaarinen prosessi, ja kuten kaikki molekyyli-kokoluokan prosessit, se on luonnostaan sattumanvarainen, koska se tapahtuu ympäristössä, joka altistuu Brownin liikkeen eli lämpövärähtelyn kaoottiselle dynamiikalle. Jokainen prosessin vaihe perustuu sattumanvaraisiin kohtaamisiin molekyylien välillä, jotka liikkuvat satunnaisesti lämpöliikkeen seurauksena. On selvää, että näiden molekyylien on oltava oikeassa paikassa oikeaan aikaan – puhumattakaan oikeasta värähtelytilasta – jotta ne voisivat osallistua sopiviin reaktioihin. Koko prosessin arvaamattomuutta lisää entisestään se, että kuhunkin vaiheeseen osallistuvien molekyylien kopiomäärät ovat solussa hyvin pieniä, mikä vähentää niiden välisen vuorovaikutuksen onnistumisen mahdollisuuksia. DNA on äärimmäinen esimerkki, sillä sitä on solussa yleensä vain yksi tai kaksi kopiota kerrallaan, mutta myös mRNA:ta ja useimpia säätelyproteiineja ja entsyymejä on huomattavan vähän. Muita geeniekspression solukohtaiseen vaihteluun vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa vaihtelut ydinarkkitehtuurin kokoonpanossa ja soluliman sisällön epätasainen jakautuminen solun jakautumisen aikana. Geeniekspressio on tietenkin vain yksi monista soluprosesseista, jotka molekyylivuorovaikutusten luontaisen sattumanvaraisuuden vuoksi eivät ole ennustettavissa. 

Teknisissä yhteyksissä kohinalla tarkoitetaan ei-toivottua satunnaista häiriötä, joka haittaa lähetetyn signaalin havaitsemista. Kohinaa pidetään siis häiriönä, jonka insinöörit pyrkivät voittamaan suunnittelemalla koneita, jotka välttävät tai suodattavat kohinan haitalliset vaikutukset. Mielenkiintoista on, että kun stokastista eli sattumanvaraista solujen välistä vaihtelua alettiin kirjallisuudessa kutsua kohinaksi, tähän ilmiöön liitettiin juuri samat negatiiviset insinööritieteelliset mielleyhtymät. Niinpä väitettiin, että biologinen “kohina on usein haitallista, koska se vääristää solusignaaleja, turmelee vuorokausikelloja ja häiritsee hienosäädettyä kehitysprosessia” (Ozbudak et al., 2002, s. 71). Vastaavasti usein oletettiin, että ”signaalireitit ja kehityskytkimet ovat kehittyneet niin, että tällaisten vaihtelujen häiritsevä vaikutus on minimoitu” (ibid.). On huomattava, että nämä negatiiviset arviot stokastisuuden vaikutuksista ovat täysin järkeviä mekanistisen maailmankuvan teoreettisesta näkökulmasta. Stokastisuuden katsotaan estävän biologien kyvyn hallita solujen käyttäytymistä täysin samalla tavalla kuin kohina estää insinöörejä suunnittelemasta täydellisen tehokkaita ja ennustettavia koneita. Viime aikoina on kuitenkin tapahtunut huomattava muutos siinä, miten biologit puhuvat kohinasta. Keskustelut siitä, miten solut sietävät kohinaa, ovat vähitellen vaihtumassa keskusteluihin siitä, miten solut hyödyntävät kohinaa (ks. esim. Huang, 2009; Eldar ja Elowitz, 2010; Balázsi et al., 2011).

On käynyt ilmi, että ”kohina” on kaukana siitä, että se olisi haitta, ja se on keskeistä monille solutoiminnoille. Eräs erittäin tärkeä teoreettinen seuraus solujen käyttäytymisen todennäköisyysluonteesta ja solupopulaatioiden havaitusta heterogeenisuudesta on se, että jokainen solu (niin organismissa kuin muuallakin) on kirjaimellisesti ainutlaatuinen kokonaisuus. Yksikään solu ei ole identtinen, koska yksikään solu ei reagoi ärsykkeeseen täsmälleen samalla tavalla, vaikka ne olisivat geneettisesti samanlaisia.

Molekyylibiologia on parhaillaan tekemässä perustavanlaatuista muutosta solun teoreettisessa käsitteellistämisessä. Perinteinen mekaaninen, reduktionistinen ja deterministinen näkemys on vähitellen väistymässä solun ymmärtämisen tieltä, jossa korostetaan sen juoksevuutta, plastisuutta ja stokastisuutta. Konenäkökulma on alkanut korvautumaan epätasapainojen termodynamiikan ja kompleksisuusteorian fysikaalisilla periaatteilla. Solut paljastuvat luonnostaan dynaamisiksi, itseorganisoituviksi järjestelmiksi, jotka reagoivat stokastisesti ja epälineaarisesti ympäristön ärsykkeisiin. Esittämäni analyysin väistämätön johtopäätös on, että solua ei voida enää ongelmitta käsitteellistää koneeksi. 

On käynyt selväksi, että soluilta puuttuvat kaikki neljä johdannossa määriteltyä koneille ominaista ominaisuutta. Kun tunnustetaan, että itseorganisoitumisella on ratkaiseva merkitys soluarkkitehtuurin muotoutumisessa, on vaikea pitää kiinni ajatuksesta, että solun osien ajallinen ja tilallinen sijoittelu noudattaisi ennalta määriteltyä suunnitelmaa tai suunnittelua, kuten koneessa. Useimpien solun rakenneosien joustavuus ja toiminnallinen monimuotoisuus osoittavat, että solun toiminta ei ole niin tiukasti sidottu sen rakenteelliseen kokoonpanoon kuin koneessa. Kun kone suorittaa toimintansa noudattamalla tarkasti ennalta määriteltyä vaiheittaista sarjaa, voi sen sijaan solu päästä tiettyyn päämäärään monin eri tavoin: se voi rekrytoida erityyppisiä molekyylejä samaan tehtävään – tai samantyyppisiä molekyylejä eri tehtäviin – riippuen olosuhteista, joihin se joutuu. Solua ei voi hajottaa osiin vaarantamatta sen rakenteellista eheyttä, kuten koneelle voidaan tehdä. 

Solun osat muodostavat syvälle toisiinsa kietoutuneita, jatkuvasti muuttuvia vuorovaikutusverkostoja, joita ei voida purkaa yksitellen ilman, että kokonaisuuden organisoituminen vaarantuisi. ”Solut eivät ole erillisistä, vuorovaikutuksessa olevista laskennallisista komponenteista koostuvia järjestelmiä, joita voisi analysoida erikseen”, minkä vuoksi niitä ei voida täysin selittää reduktionistisesti; eivätkä ne myöskään toimi deterministisesti, minkä vuoksi niiden käyttäytymistä ei voida täydellisesti ennustaa. 

Monod oli väärässä. Solu ei ole kone, vaan jotain aivan muuta – jotain mielenkiintoisempaa mutta myös kuritonta. Se on toisiinsa kytkeytyneiden ja toisistaan riippuvaisten prosessien itseään ylläpitävä organisaatio; integroitu, dynaamisesti vakaa, moniulotteinen, konjugoituneiden virtausten järjestelmä. 

Epävarman luonteensa vuoksi solu joutuu jatkuvasti neuvottelemaan rakenteellisen vakauden ja toiminnallisen joustavuuden välisestä kompromissista: liiallinen jäykkyys vaarantaa fysiologisen sopeutumiskyvyn ja liiallinen monikäyttöisyys vaarantaisi aineenvaihdunnan tehokkuuden. Solu onnistuu tässä muuttamalla ja järjestelemällä jatkuvasti rakenneosiaan uudelleen erilaisiksi makromolekyylikomplekseiksi, joilla on erilaiset toiminnalliset valmiudet ja jotka yhdistyvät ja hajoavat vastaamaan ympäristön jatkuvasti muuttuviin vaatimuksiin. Molekyylien jatkuva sattumanvarainen sekoittuminen solun sisällä ja niiden opportunistinen yhdistyminen ohimeneviksi toiminnallisiksi kokonaisuuksiksi vastauksena solunsisäisiin ja -ulkoisiin vihjeisiin tarjoaa nopeita ja kestäviä ratkaisuja solun kohtaamiin sopeutumisongelmiin siten, että tehokkuus ja plastisuus ovat optimaalisesti tasapainossa.

Toinen tekijä, joka saattaa osaltaan selittää joidenkin tutkijoiden haluttomuutta hyväksyä uutta näkemystä, on se, että se näyttää tekevän solusta vaikeamman tutkimuskohteen kuin konemainen näkemys. Kun solua tarkastellaan koneena, sen rakennetta voidaan ajatella modulaarisina, kiinteän tilan virtapiireinä, joita voidaan lähestyä reduktionistisesti. Tämä antaa meille luottamusta siihen, että kun lopulta selvitämme, miten kaikki solun osat sopivat yhteen, pystymme ennustamaan solun käyttäytymistä täydellisesti. 

Jos taas solu nähdään pitkälle integroituneena, itseorganisoituvana, nestemäisenä järjestelmänä, joka koostuu tiheästi toisiinsa kytkeytyneistä prosesseista, jotka ovat jatkuvasti alttiita stokastisille vaihteluille, meillä ei ole enää syytä olettaa, että tällaisten episteemisten tavoitteiden saavuttaminen olisi edes mahdollista, saati toteutettavissa. 

Vanhan ja uuden näkemyksen jyrkästä vastakkainasettelusta on esimerkkinä niiden silmiinpistävän erilaiset tavat ymmärtää kausaatiota solussa. Kuten Mayer ym. toteavat: on paljon helpompaa rahoittaa, kirjoittaa ja julkaista artikkeli, jossa ehdotetaan, että proteiini X on välttämätön signaalin välittämiseksi A:sta B:hen, kuin artikkeli, jossa osoitetaan, että proteiini X on yksi monista potentiaalisista komponenteista heterogeenisessa signaalikompleksien kokonaisuudessa, joka yhdessä kytkee A:n B:hen. Rahoitus ja tiedepaperien tuottamisen käytännön logistiikka saa aikaan sen, että on helpompi pitäytyä vanhassa mallissa, vaikkei se edes yritä kuvata sitä todellisuutta jonka jo näemme entistä tarkemmissa tutkimuksissa.

Uuden näkemyksen hyväksyminen solusta edellyttää meiltä uusien käsitteiden omaksumista ja kehittämistä, jotka eivät kuulu perinteisen molekyylibiologian työkalupakin piiriin. Se edellyttää muun muassa sitä, että pohdimme vakavasti, miten epätasapainotermodynamiikan ja kompleksisuusteorian sekä jopa tiivistetyn aineen fysiikan ja kvanttimekaniikan ajatuksia voidaan soveltaa tutkimiemme ilmiöiden tulkintaan ja selittämiseen. Tämä ei välttämättä miellytä kaikkia tutkijoita, joista monet eivät näytä olevan kovin kiinnostuneita teoreettisista pohdinnoista tai, mikä vielä pahempaa, olettavat voivansa edetä ilman teoriaa. 

Kaikesta tästä huolimatta uuden solunäkemyksen omaksumisen edut ovat lukuisat. Tärkeintä on, että uusi näkemys antaa meille systemaattisen ja sisäisesti johdonmukaisen tulkintakehyksen, jonka avulla voimme teoreettisesti ymmärtää lukuisia empiirisiä havaintoja, jotka vaikuttavat paradoksaalisilta ja lähes selittämättömiltä, kun niitä tarkastellaan perinteisen koneteorian linssin läpi. Raportit itseorganisoituvista organelleista, nestemäisistä makromolekyylikokoonpanoista, epäselvistä signaalikomplekseista, satoja “vääriä” tehtäviä suorittavasta proteiineista, ei-mekaanisista moottoreista, järjestyksen ja epäjärjestyksen välisistä prosesseista ja solun yksilöllisyydestä vaikuttavat täysin hämmentäviltä konemaailmankuvan näkökulmasta, mutta ne kaikki mahtuvat täydellisesti syntymässä olevaan tulkintapuitteeseen. Havainnot, jotka ovat hämmentäviä ja odottamattomia vanhassa näkemyksessä, muuttuvat luonnollisiksi ja odotetuiksi uudessa näkemyksessä.

Nykyinen käytäntö jättää huomiotta monet solun ominaispiirteet vain, koska niitä on vaikea tutkia. Ainoastaan kohtaamalla nämä ongelmat suoraan voimme toivoa, että jonain päivänä saamme teoreettisesti tyydyttävän käsityksen siitä, mikä solu on ja miten se toimii yhtenäisenä yksikkönä.

https://philpapers.org/archive/NICITC.pdf

Yhteenveto

On syytä arvostaa solujaan, jotka ovat valtavasti ihmeellisempiä, kompleksisempia ja hienovaraisempia kuin tiede pystyy vielä pitkään aikaan läheskään ymmärtämään. Jos solut olisivat koneita, niitä voisi korjata ammattilaisen toimesta antamalla juuri oikeaa yksittäistä kemikaalia, kuin öljyä moottoriin. Koska solut ovat eläviä olentoja, väkinäiset interventiot lähinnä vahingoittavat niitä. Mekanistiseen käsitykseen perustuvat valtavirran terveysfilosofiat sovelluksineen ovat saaneet aikaan lähinnä terveiden elinvuosien määrän kääntymistä laskuun ja kroonisten tautien nousua.
Onko olemassa koulukuntia, jotka ovat koko ajan nähneet elämän vitalistisena virtauksena staattisen prosessikaavion sijaan? Kyllä, ja sellaisten koulukuntien edustajissa näkyykin tavallista enemmän elinvoimaa, oli kyse sitten joogaperinteestä tai vaikka Malmin Aitokaupan myyjästä, joka voittaa lapsenlapsiaan kiipeilyssä. Mekanistisen maailman voittokulun vuosikymmeninä sellaisia on sanottu hörhöiksi, oli kyse sitten maailman kaikkien aikojen parhaasta tennispelaajasta, tai ennätyksiä rikkovasta vapaaottelijasta, joka treenaa vuoristopurossa. Koska tiede on todistamassa vihdoin kaiken ihmis- ja terveystieteen pohjana olevan biologian koko maailmankuvaa vääräksi, on vihdoin mahdollista pitää hyviä tuloksia saavien ihmeparantujien metodeita ihan yhtä uskottavina, kuin ”tiedettä”, joka ehti olla yli sata vuotta suorastaan absurdissa määrin väärässä sen suhteen, mitä elämä on ja miten se toimii.