Oglinzile sparte ale organismelor

În celebrul său poem „The Tyger“ („Tigrul“), William Blake descrie captivanta simetrie a tigrului: „What immortal hand or eye / Could frame thy fearful symmetry?”. Însă în ciuda impresionantului aspect aparent simetric al tigrului, de fapt, asimetria stă la baza organismelor vii. Animalele cu simetrie bilaterală, așa cum este și omul, au, dincolo de aparențe, o sumedenie de asimetrii. Probabil cea mai evidentă este distribuția asimetrică a organelor în corp, așa încît inima este spre stînga, pe cînd ficatul e în dreapta ș.a.m.d. Totuși, deși acesta este aranjamentul produs de evoluție, nu este neapărat unul necesar. În cazuri rare, organele pot fi complet inversate, fiind așezate în oglindă față de situarea lor normală. De multe ori, cazurile de situs inversus (poziție inversată) nu afectează funcționarea normală a organismului. Doctorul scoțian Matthew Baillie, care a descris în 1788 pentru prima oară un caz de situs inversus, descoperindu-l în timp ce studia un cadavru împreună cu studenții săi la un curs de anatomie, a remarcat că e foarte posibil ca persoana respectivă nici să nu fi știut că avea toate organele interne inversate. În plus, în astfel de cazuri, nu doar că organele sînt amplasate în cealaltă parte a corpului față de cea în care s-ar găsi în mod normal, ci sînt și oglindite, ceea ce, în cazul organelor care nu sînt simetrice, precum inima, schimbă și orientarea venelor și arterelor, astfel încît intervențiile chirurgicale devin un adevărat exercițiu de logică și imaginație. De altfel, oglindirea este un aspect important al asimetriei biologice, iar dacă am coborî mai multe trepte pînă la nivelul microscopic, am vedea că moleculele care compun materia vie se află de o singură parte a oglinzii.

Înainte de a pătrunde prin oglindă, Alice (în Alice în Țara Oglinzilor) privește versiunea oglindită a camerei în care se află, și, întrebîndu-și pisica, Kitty, dacă i-ar plăcea să locuiască în casa din oglindă, o avertizează că totuși nu e sigură dacă „laptele oglindit” („looking-glass milk”) pe care l-ar primi acolo ar fi bun de băut. Intuiția lui Alice e una bună, pentru că multe molecule sînt chirale, adică pot exista în două variante oglindite, una „de dreapta” și una „de stînga”. Nefiind simetrice, moleculele chirale de dreapta nu se pot suprapune cu cele de stînga, exact așa cum e și cazul mîinilor, care sînt oglindite dar nu pot fi perfect suprapuse, motiv pentru care mîna dreaptă nu ar putea purta mănușa mîinii stîngi. De altfel, moleculele chirale de stînga sînt denumite și de „mîna stîngă” sau levogire (din latinescul laevacare înseamnă stînga), pe cînd cele de dreapta sînt numite de „mîna dreaptă” sau dextrogire (de la dextera, însemnînd dreapta). În plus, chiral vine din grecescul cheir, care înseamnă mînă. Astfel, aceste molecule pot fi gîndite ca fiind precum mîinile, dreapta sau stînga, imagini în oglindă care nu pot fi suprapuse. 

Dintre moleculele chirale care se găsesc în materia vie fac parte și cele care contribuie la materialul genetic (ADN-ul), și cele din care sînt formate proteinele care întrețin majoritatea funcțiilor celulare, numite aminoacizi. Totuși, materia vie, din motive care nu sînt neapărat clare, nu admite ca ambele fețe ale oglinzii să contribuie la organism, astfel încît toate moleculele de un anumit tip care intră în structura organismului trebuie să fie doar de dreapta sau doar de stînga. Astfel, materialul genetic, sau ADN-ul, cu structura lui spiralată de dublă elice (double helix), se învîrte spre dreapta, pe cînd toți aminoacizii necesari pentru funcționarea organismelor sînt de stînga. Există diverse ipoteze cu privire la cum s-a ajuns ca toți aminoacizii să fie de stînga și nu de dreapta, dar existența unei singure variante în cadrul organismelor sugerează că la un moment dat a avut loc „spargerea oglinzii”, acumulîndu-se doar una din cele două variante ale moleculelor care au contribuit apoi la materia vie. Există și cercetători care încearcă să afle dacă viața „în oglindă” ar fi posibilă, făcînd eforturi să sintetizeze artificial variantele în oglindă ale moleculelor care stau la baza organismelor vii, cum ar fi molecule de ADN care se înfășoară spre stînga sau proteine formate din aminoacizi de dreapta. Între timp, pentru că și laptele este plin de aminoacizi de stînga, e posibil ca pisica lui Alice să nu fi reușit să se hrănească cu laptele oglindit ale cărui molecule ar fi de cealaltă parte a oglinzii.  

Există o mulțime de alte asimetrii, precum cea a unei mîini dominante, care se întîmplă de obicei să fie mîna dreaptă. Un alt exemplu este creierul uman, ale cărui funcții și structuri sînt distribuite asimetric în cele doua emisfere. De altfel, în dezvoltarea organismelor bilaterale un moment important este cel în care are loc „spargerea simetriei”, cînd sînt specificate segmentele corpului pe axa stînga-dreapta. 

Deși asimetria este un leitmotiv al naturii, această recurență are diverse fațete. De multe ori asimetriile sînt flexibile sau pot fi inversate, astfel încît mulți oameni preferă mîna stîngă ca mînă dominantă, iar cazurile de situs inversus de multe ori nu compromit organismul. Totuși, probabil că fiecare dintre asimetriile care există își are propriile caracteristici unice, derivate din motivele pentru care a evoluat așa și felul în care a evoluat, precum și din rolul pe care îl are. Astfel, poate că natura se repetă, dar nu vrea mereu să spună același lucru.

Laura-Yvonne Gherghina este doctorandă la Departamentul de Fiziologie, Dezvoltare și Neuroștiințe al Universității din Cambridge.