Greinarkorn okkar Tilviljun og tilgangur í lífi og eilífð: Um Tilviljun og nauðsyn eftir Jacques Monod kom út í Hug ( 26. Árg, 2014 Bls. 233–246)

Þekking á hvaða náttúrulögmálum gæti hjálpað okkur að skilja eðli og eiginleika mannsins sem tegundar? Eru það sömu lögmál og móta aðrar lífverur og vistkerfi jarðar? Hafa örlög okkar verið ákveðin eða veltur velferð okkar á tilviljun einni? Eru eiginleikar okkar og hegðan mótuð af erfðum, umhverfi eða tilviljun? Spurningar af þessu tagi brenna á fólki í dag, rétt eins og fyrir 2.500 og jafnvel 25.000 árum. Vísindin gera okkur kleift að varpa ljósi á svona spurningar, og þannig bæði á eiginleika manna og krafta náttúrunnar. Erfðafræðin getur t.d. metið áhrif erfða, umhverfis og tilviljunar á eiginleika lífvera, og hefur sýnt fram á flókið samspil allra þessara þátta. Hún sýnir líka að áhrif erfða eru missterk á ólíka þætti, frjósemi hefur lágt arfgengi en fingraför erfast auðveldlega.
Í þessari grein verður fjallað um stórar spurningar um vísindi og tilgang lífsins í ljósi bókar Jacques Lucien Monod (1910–1976) Tilviljun og nauðsyn, rit um náttúrulega heimspeki nútímalíffræði. Hún kom út árið 1969 í Frakklandi, en hérlendis haustið 2012 í ljómandi góðri þýðingu Guðmundar Eggertssonar. Í henni fjallar Monod um eðli lífsins, nýjar uppgötvanir í sameindalíffræði og hlutverk vísinda í samfélaginu. Tilviljun og nauðsyn er stórmerkilegt verk fyrir fólk með áhuga á lífi, heimspeki og stórum spurningum. En hvað felur hin nýja sameindakenning í sér fyrir líffræði og veröld manna?

Monod og hin smásæja veröld
Veröld smásærra lífvera og innviðir frumunnar vöfðust fyrir náttúrufræðingum nítjándu aldar og héldu margir þeirra að sjálfstæður lífskraftur, óháður lögmálum efna- og eðlisfræði, byggi í öllum lífverum eða að líf kviknaði af sjálfu sér. Tilraunir Louis Pasteur (1822–1895) og nokkura annarra brautryðjenda örverufræðinnar sýndu að líf væri komið af lífi og kváðu þar með niður hugmyndir um sjálfskviknun lífs. Jafnvel örsmáir gerlar fjölga sér með skiptingum, af einum gerli spretta tveir og svo koll af kolli. Þannig mjakaðist líffræðin smám saman undan oki gamalla hugmynda. Það gerðist meðal annars með innleiðslu tilraunavísinda og aðferða efna- og eðlisfræðinnar, en sú þróun hófst um aldarmótin 1900. Ýmsar fræðigreinar, þ. á m. örverufræðin, lífefnafræðin og erfðafræðin, lögðu síðan grunninn að sameindakenningunni í líffræði, sem oft er miðuð við uppgötvun James Watson (f. 1928) og Francis Crick (1916–2004) á byggingu erfðaefnisins árið 1953. Hin nýju fræði gjörbreyttu í kjölfarið líffræði, læknisfræði og skyldum greinum.

Saga Monods er að vissu leyti saga þessarar byltingar.

Náttúrufræðingurinn hefur verið gefinn út í 85 ár. Í blaðinu er greinar um íslenska og útlenda náttúru, bæði yfirlitsgreinar og greinar um frumrannsóknir.

Nýjasta heftið (3. og 4. árið 2014) er á leiðinni í pósti. Það er helgað Agnari Ingólfssyni vistfræðingi sem lést haustið 2013. Í heftinu eru nokkrar forvitnilegar greinar um vistfræðileg efni, sem tengjast rannsóknum og hugðarefnum Agnar sérstaklega.

Arnþór Garðarsson, Þorkell Helgason og Jörundur Svavarsson áttu frumkvæði að heftinu og kynna Agnar og störf hans í mjög vandaðari yfirlitsgrein.

Arnþór fékk mig til að skrifa um stofnun Líffræðifélags Íslands, en Agnar var einn af forvígismönnum stofnunar félagsins og burðarásum þess (sem fyrsti formaðurinn).

Greinin heitir, Stofnun Líffræðifélags Íslands og fyrsti formaðurinn

Líffræðifélag Íslands var stofnað í desember 1979. Hinn 9. og 10. þess mánaðar hélt Líffræðistofnun háskólans ráðstefnu um íslenskar líffræðirannsóknir og var stofnun félagsins eitt af markmiðum fundarins. Agnar Ingólfsson tók mikinn þátt í skipulagi ráðstefnunnar og var kjörinn formaður félagsins. Hann tók að sér útgáfu fréttabréfs félagsins og ásamt öðrum stjórnarmönnum mótaði hann starfið fyrstu árin. Stofnun félagsins átti sér margar rætur. Ein ástæðan er sú að haustið 1968 var fyrsta sinn í boði sérstök námsbraut í líffræði við Háskóla Íslands og útskrifaðist fyrsti árgangurinn 1972. Mikill kraftur var í líffræðikennurunum við HÍ og ekki síst í Agnari. Hann lauk doktorsprófi frá háskólanum í Michigan, Ann Arbor, Bandaríkjunum, árið 1967. Frá árinu 1970 starfaði hann við háskólann, fyrst sem dósent en frá 1973 sem prófessor í vistfræði. Þegar líffræðinámið var skipulagt var yfirlýst markmið þess að bæta úr skorti á náttúrufræðikennurum, en kennararnir lögðu mikla áherslu á að námið nýttist einnig efnilegum vísindamönnum. Flestir kennaranna voru virkir í rannsóknum, bæði fræðilegum og hagnýtum. Hin nýja líffræðiskor útskrifaði að meðaltali 25 líffræðinga á ári og fór um helmingur þeirra í framhaldsnám ytra. Það er mun hærra hlutfall en nú. Margir nýlærðir líffræðingar fluttust heim undir lok áttunda áratugarins og tóku til starfa. Hérlendis voru heilmiklar rannsóknir á sviði líffræði á þessum árum og ber þar helst að nefna marga góða sérfræðinga á Rannsóknastöð Háskólans í meinafræði að Keldum, Hafrannsóknarstofnun, Náttúrufræðistofnun Íslands og Rannsóknarstofnun landbúnaðarins. Breiddin og blanda eldri og nýútskrifaðra líffræðinga endurspeglast í starfi félagsins og samsetningu stjórnar fyrstu árin.

Stofnun Líffræðifélags Íslands í desember 1979
„Líffræðifélag Íslands var stofnað á ráðstefnu, sem haldin var á vegum Líffræðistofnunar Háskólans að Hótel Loftleiðum hinn 9. desember 1979.“ Á þessum orðum hófst fyrsta tölublað fréttabréfs Líffræðifélagsins, sem út kom í janúar 1980. Þriggja manna stjórn var skipuð Agnari Ingólfssyni, formanni, Sigríði Guðmundsdóttur, Rannsóknarstofu Háskólans í veirufræði, ritara, og Stefáni Aðalsteinssyni, Rannsóknarstofnun landbúnaðarins (gjaldkera). Varamenn voru Árni Einarsson, Náttúrufræðistofnun Íslands og Hákon Aðalsteinsson, Orkustofnun. Samkvæmt fréttabréfinu voru stofnfélagar 101. Heimildarmenn mínir segja að það hafi strax verið ákveðið að enginn greinarmunur væri gerður á stofnfélögum og félögum sem seinna bættust í hópinn. Þetta var að áeggjan Agnars sem vildi hafa Líffræðifélagið opið og aðgengilegt fræðingum og áhugafólki. Frægt er að hann hafnaði boði um inngöngu í Vísindafélag Íslendinga á grundvelli þessarar hugsjónar, en á þeim tíma gátu bara þeir gengið í Vísindafélagið sem fengu formlegt boð og meðmæli félagsmanna.

Greinina í heild sinni má lesa í Náttúrufræðingnum, og á vef Líffræðifélags Íslands seinna í vor.

Upplýsingar um dr. Söru Sigurbjörnsdóttur.

Sorry this part has not been translated

Sorry this part has not been translated

Arnar Pálsson. „Getur verið að neanderdalsmaðurinn hafi ekki dáið út heldur blandast nútímamanninum?“. Vísindavefurinn 18.4.2011. http://visindavefur.is/?id=8426.

Getur verið að neanderdalsmaðurinn hafi ekki dáið út heldur blandast nútímamanninum?

Hinn vitiborni maður (Homo sapiens) er eina núlifandi manntegundin á jörðinni. Steingervingasagan sýnir að við erum komin af stórri fjölskyldu manntegunda, sem flestar bjuggu í Afríku en dreifðust einnig um gamla heiminn. Á hverjum tíma voru líklega uppi nokkrar misjafnlega skyldar manntegundir. Því er eðlilegt að spyrja um útdauða neanderdalsmanna, hvenær deildi Homo sapiens jörðinni með öðrum manntegundum, og hvernig var samskiptum þessara tegunda háttað? Bárust þær á banaspjót eða blönduðu þær geði og jafnvel blóði? Mannfræðingar hafa tekist á við þessar spurningar. Búsvæði og lífshættir apa og manna valda því að beinaleifar og steingervingar þessara tegunda eru af skornum skammti. Engu að síður hafa fundist leifar tveggja manntegunda sem staðfest er að hafi lifað á jörðinni á síðustu 50.000 árum (eftir að nútímamaðurinn kom fram). Yngstu leifar Homo neanderthalensis eru um það bil 30.000 ára og heillegustu eintök Homo floresiensis eru áætluð 12.000 ára. Neanderdalsmenn eru velþekktir (sjá til dæmis svar við spurningunni Hvað er mannkynið gamalt?), nokkrar höfuðkúpur, bein og tennur hafa fundist í Mið-Evrópu og Kákasus. Homo floresiensis er mun umdeildari, meðal annars vegna þess að um er að ræða dvergvaxta mannveru sem fannst á einni indónesískri eyju. Færð hafa verið rök fyrir því að ekki sé um sérstaka tegund að ræða, heldur einstakling sem ef til vill þjáðist af vannæringu eða vaxtar- eða beinasjúkdómi. Ekki er vitað með vissu hvort Homo floresiensis sé raunverulega áður óþekkt manntegund eða ekki.

Er einhver svipur?
Frá árinu 1995 hefur orðið bylting í raðgreiningu erfðamengja lífvera. Samhliða hefur fleygt fram tækni við einangrun á erfðaefni úr beinaleifum, sem gerði erfðafræðingum kleift að raðgreina litning hvatbera úr tönn neanderdalsmanns (Krings o.fl. 1997). Niðurstöður sýndu óyggjandi að H. neanderthalensis var ættingi nútímamannsins og að við áttum sameiginlegan forföður fyrir um 500.000-700.000 árum síðan. Ekkert í röðum hvatbera okkar og neanderdalsmanna benti til erfðablöndunar, samanber orð Einars Árnasonar: „Neanderthalsmenn urðu útdauða án þess að skilja eftir sig afkomendur." (Höfum við beina línu forfeðra frá öpum til nútímamanns eða vantar enn "týnda hlekkinn"?). En litningur hvatberans er bara hluti erfðamengisins og hvert gen hefur sína sögu. Því var lagt í að raðgreina erfðaefni úr beinum þriggja neanderdalsmanna. Niðurstöðurnar birtust í maí 2010 og staðfestu mat á aldri hins sameiginlega forföður. Þær sýndu líka að neanderdalsmennirnir þrír voru náskyldir innbyrðis, skyldari en Afríkumenn og Japanar nútímans. Merkilegast er að ákveðnir hlutar erfðamengis neanderdalsmanna svipar til erfðamengis Homo sapiens. Besta skýringin er að nokkur gen og litningabútar í okkur séu ættuð úr Neanderdal. Slíkt gerist ekki nema með æxlunum og kynblöndun. Önnur staðreynd rennir stoðum undir þessa túlkun. Gen kennd við Neanderdal finnast ekki alls staðar. Þau finnast ekki í afrísku fólki, eingöngu í mönnum sem búa utan Afríku. Það er í samræmi við bestu þekkingu um landfræðilega dreifingu þessara föllnu frænda okkar. Þeir bjuggu í Evrasíu og hafa líklega blandast forfeðrum okkar eftir að þeir fluttu frá Afríku. Svarið við spurningunni er því já. Niðurstöðurnar benda því til að þótt neanderdalsmenn hafi kvatt jörðina endalega, megi finna afrit af genum þeirra í sumum okkar.

Heimildir, ítarefni og mynd:

• J. Krause o.fl. 2007. Neanderthals in central Asia and Siberia. Nature 449, 902-904. doi:10.1038/nature06193
• P. Brown o.fl. 2004. A new small-bodied hominin from the Late Pleistocene of Flores, Indonesia. Nature 431, 1055-106. doi:10.1038/nature02999
• M. Krings o.fl. 1997. Neandertal DNA sequences and the origin of modern humans. Cell 90, 19-30.
• R. E. Green o.fl. 2008. A complete Neandertal mitochondrial genome sequence determined by high-throughput sequencing. Cell 134, 416-26.
• R. E. Green o.fl. 2010. A draft sequence of the Neandertal genome. Science 328, 710-722.
• Mynd: ScienceDaily (26. október 2007).

Hér er einnig svarað spurningunum:

• Hvað varð um neanderdalsmanninn?
• Gátu nútímamaðurinn og neanderdalsmaðurinn getið afkvæmi saman? Eða geta vísindin útilokað þetta?

Arnar Pálsson. „Er hægt að klóna manneskju?“. Vísindavefurinn 24.1.2011. http://visindavefur.is/?id=23014.

Breskur hópur tilkynnti árið 2005 að þeir hefðu búið til mennskan klón, með flutningi á kjarna úr fósturfrumu í egg. Þeir sögðust hafa myndað fimm slík fóstur og síðan eytt þeim þegar þau náðu kímblöðru-stiginu. Bandarískur hópur hélt því fram að þeir hefðu myndað kímblöðrur á svipaðan hátt, en með kjarna úr húðfrumu fullvaxta einstaklings. Þessar niðurstöður hafa ekki fengist staðfestar. Eins er frægt þegar suður-kóreski vísindamaðurinn W. S. Hwang tilkynnti að hann hefði búið til stofnfrumur úr ákveðnum einstaklingum með kjarnaflutningi og klónun. Hér er hugmyndin að nota klónun til þess að búa til stofnfrumu, sem nýta mætti til að meðhöndla sjúkdóma. Hwang var síðar uppvís að svindli og að minnsta kosti ein grein hans í Science (“Patient-specific embryonic stem cells derived from human SCNT blastocysts”), dregin til baka. Það segir hins vegar ekkert um hvort stofnfrumur nýtist eða ekki í lækningaskyni. Siðfræðingar og vísindamenn hafa lagst eindregið gegn klónun mannfólks, vegna þess að það þykir stríða gegn réttindum einstaklingsins og vegna þess hversu mikil óvissa er um árangur aðferðanna. Það er ekki boðlegt að búa til mann með ófullkominni tækni, því líkurnar á mistökum, fósturgöllum og alvarlegum aukaverkunum eru miklar. Klónun tilraunadýra og húsdýra hefur nefnilega gengið misjafnlega, fjöldi fóstra deyr á fósturskeiði og mörg dýr deyja skömmu eftir fæðingu. Sum þeirra hafa engu að síður lifað eðlilegu og löngu lífi, sem bendir til þess að aðferðirnar megi bæta. Frekari fróðleikur á Vísindavefnum:

• Hvað er einræktun? eftir Guðmund Eggertsson
• Er klónun manna lögleg á Íslandi? eftir Magnús Viðar Skúlason
• Hverjir eru kostir og gallar klónunar? eftir Bryndísi Valsdóttur

Heimild og mynd:

• Editorial Expression of Concern. Science 6. janúar 2006: Vol. 311 no. 5757 p. 36

Arnar Pálsson. „Er það rétt sem Dr. House segir í einum þætti að ef DNA okkar breytist um 1% þá verðum við höfrungar? “. Vísindavefurinn 9.12.2011. http://visindavefur.is/?id=61036.

Er það rétt sem Dr. House segir í einum þætti að ef DNA okkar breytist um 1% þá verðum við höfrungar?

Sjónvarpspersónan Dr. House segir eitthvað á þessa leið í einum þætti: „Ef DNA okkar breytist um 1% þá verðum við höfrungar.“ Þessi setning felur í sér þá hugmynd að menn og höfrungar séu eins að upplagi. Það er rétt, menn (homo sapiens) og höfrungar eru bæði spendýr með áþekka grunnbyggingu og líkamsstarfsemi. Dr. House, eða nánar tiltekið handritshöfundar þáttanna, fara hins vegar frjálslega með nokkrar staðreyndir. Höfrungur er nefnilega samheiti fyrir tugi tegunda smárra hvala í fjölskyldunni (Delphinidae) sem skipa má í nokkrar ættir. Innan ættarinnar rúmast meira að segja háhyrningar (Orcinus orca) og fimm aðrar tegundir sem í daglegu tali kallast hvalir, enda eru þær mjög stórvaxnar. Ættartré þessara tegunda hafa verið afhjúpuð með samanburði á DNA-röðum, bæði hvatbera og annarra gena. Niðurstöðurnar eru þær að sumar tegundir höfrunga eru mjög náskyldar, en aðrar, eins og árhöfrungar í Amasón, aðskildust fyrir meira en 20 milljón árum. Á svipuðum tíma var uppi síðasti sameiginlegi forfaðir manna og Rhesusapa. Gögnin sýna einnig að höfrungar og flóðhestar nútímans áttu sameiginlegan forföður fyrir um það bil 50 milljón árum. Aðrir náskyldustu ættingjar höfrunga eru klaufdýr, sem innihalda meðal annars kýr og kindur.

En hversu mikill munur er þá á erfðamengi manna og höfrunga? Munurinn milli manna og simpansa er um það bil 1%, þegar við einskorðum okkur við samanburð á þeim hlutum genanna sem mynda prótín. Aðrir hlutar erfðamengisins breytast hraðar og eru ólíkari milli tegunda. Einungis eitt erfðamengi höfrungs hefur verið raðgreint í heild, það er erfðamengi stökkuls (Tursiops truncatus), en unnið er að raðgreiningu nokkurra annara. Verkefnið 10K genomes miðar að því að raðgreina alls 10.000 hryggdýr. Mismunurinn á genum manna og höfrunga er mun meiri en það 1% sem Dr. House var lagt í munn. Sum gen eru ólík um 3%, önnur 7% og enn önnur mun ólíkari. Að auki hafa gen líka tapast eða orðið til í þróunarsögu þessara tegunda. Hluti af erfðamengi okkar er af sama meiði og erfðamengi höfrunga, en við höfum einnig tapað nokkrum genum sem höfrungar bera enn þá í sér. Að sama skapi höldum við í nokkur gen sem þeir hafa tapað. Einfalt bókhald á erfðamengjum manns og simpansa sýnir að okkur áskotnuðust einnig nokkrir tugir gena á undangengnum 3-5 milljón árum. Algengast er að slíkt verði þegar eitt gen tvöfaldast, en einnig verða til gen við samruna tveggja gena og jafnvel framandi DNA-búta. Rannsóknir á þróun höfrunga og annarra spendýra afhjúpa að auki undarlegt mynstur. Hraði þróunar (fjöldi basabreytinga) er mismikill á ólíkum greinum þróunartrésins. Mælingar sýna að meðal spendýra breytist hvatberalitningurinn um 1% á hverjum milljón árum. Það þýðir að einn af hverjum 100 bösum í DNA breytist á þessum tíma. Hvalir og höfrungar eru hins vegar með mun lægri þróunarhraða í hvatberanum, um 0,25% á hver milljón ár. Ástæðan er líklega hinn langi kynslóðatími hvala miðað við meðal spendýrið. Heimildir og ítarefni:

• Xiong Y, Brandley MC, Xu S, Zhou K, Yang G. Seven new dolphin mitochondrial genomes and a time-calibrated phylogeny of whales. BMC Evol Biol. 2009 Jan 25;9:20.
• Vefsíða 10K genomes (10.000 erfðamengi) verkefnisins.
• Jón Már Halldórsson. Hvað getið þið sagt mér um höfrunga? Vísindavefurinn. 17.1.2005.
• Stökkull. Wikipedia.

25. október síðastliðin hélt Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóla Íslands vísindadag hátíðlegan.

Af því tilefni voru Örnólfur Thorlacius og Sigurður H. Richter heiðraðir fyrir sín vísindastörf, og fyrir þeirra vösku framgöngu sem umsjónarmenn þáttarins Nýjasta tækni og vísindi sem sýndur var í Sjónvarpinu um árabil.

Margt var í boði þennan dag, m.a. erindi sérfræðinga við sviðið. Yðar æruverðugur tók þátt, með því að flytja stutt erindi um Rætur fjölbreytileika lífríkisins.

Breytingar á tjáningu gena eru oft samfara breytingum á útliti eða svipfari dýra. Sum gen sem stýra þroskun eru mjög vel varðveitt í þróunarsögu dýra. Önnur gen þróast hraðar, og hafa áhrif á marga ólíka eiginleika. Þar skiptir mestu frávik í stjórnun á genum, sem getur nýst við þróun lífvera. Sérstaklega verður fjallað um rannsóknir á rákageninu Evenskipped, sem myndar liði í fóstrum ávaxtaflugunar. Rannsóknir stjórnröðum þess gens sýna að þróun er bæði íhaldsöm og ævintýragjörn.

Erindið er byggt á nýlegri yfirlitsgrein í Náttúrufræðingnum, Stefnumót skilvirkni og breytileika – snertiflötur þroskunar og þróunar

og grein í Plos One. http://www.plosone.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pone.0091924

Sorry this part has not been translated