אבולוציה ובריאה - פרק ג'
מיקרו - מורכבות
המורכבות בעולם החי והצומח נחלקת לשני חלקים. החלק האחד זו המאקרו מורכבות. מורכבות שנראית לעין בלתי מזוינת, ונמצאת בעיקר באיברים גדולים כמו לב עין וכיוצא בזה. וישנה מורכבות שניה, נסתרת, זו שנראית רק דרך עדשת המיקרוסקופ.
אם נתפוס אדם ברחוב ונשאל אותו מהי המערכת המורכבת ביותר
אם נתפוס אדם ברחוב ונשאל אותו מהי המערכת המורכבת ביותר בגוף האדם, מסתבר שרוב התשובות תהינה העין, האוזן, וכדומה. אולי המוח. הצד השווה שבהם הוא שמדובר במורכבות גסה, מאקרו מורכבות, ולא במיקרו מורכבות. זו היא האינטואיציה הפשוטה של מי שלא חשב על הדברים. אבל כמו תמיד האמת היא להיפך. המורכבות ברמת המאקרו, עם כל עוצמתה הנוראית, היא כאין וכאפס לעומת המורכבות ברמת המיקרו. בכל תא ויצור חי מתרחשים כל הזמן תהליכים עצומים ומורכבים של חילוף חומרים ונשימה. כל יצור חי צורך מסביבתו חומרים שונים לגמרי מאלו שהוא זקוק להם לתפקודו, ועליו להפוך אותם לכל אותם מיליוני חומרים שבהם הוא משתמש יום יום. החל מאמייל לשיניים וכלה בכמות עצומה של אנזימים הדרושה לתפקודו המינימלי של התא או היצור. כדי לקבל את החומרים הללו מסביבתו נאלץ היצור לקיים בית חרושת אדיר עם מסלולים מבהילים בעוצמתם ומפחידים במורכבותם, שבהם עוברים החומרים השונים תהליכים ארוכים ומיגעים, שלפעמים לא נדירות מדובר בעשרות שלבים שונים, שכל אחד מהם נעשה על ידי אנזימים מורכבים, שגם היצירה שלהם מהוה מבצע לא פשוט. וכל זה נעשה בשקט, בלי אלפי עובדים, בלי טורבינות מפלצתיות, בלי זיהום סביבתי, פיח ועשן, בלי קילומטרים של צינורות, ובלי רעש מחריש אוזניים. בתוך גוף של פיטריה עלובה, אי שם בישימון.
הנה לדוגמה, תהליך אחד של חילוף חומרים שנעשה אצל כל בעלי החיים, וכרגע לא ידוע למדע על חיים שיכולים להתקיים בלעדיו. זהו תהליך שבו התאים מפיקים את האנרגיה הדרושה להם מפירוק של סוכרים. הנה התיאור מתוך ויקיפדיה:
עשר תגובות הגליקוליזה נחלקות לשני שלבים: החמש הראשונות מהוות את שלב ההכנה; בשלב זה לא רק שלא נוצרות מולקולות ATP, אלא שהוא אף דורש צריכה של ATP (כלומר, של אנרגיה). חמש התגובות האחרונות מהוות את שלב הרווח, ובו אכן משתנה מאזן האנרגיה ומתקבל רווח של 2 מולקולות ATP. להלן תיאור מילולי של שלבי הגליקוליזה:
שלב ההכנה
· 1. גלוקוז מקבל קבוצת זרחה מ-ATP והופך לגלוקוז 6-פוספט.
כש-ATP תורם קבוצת זרחה משתחררת אנרגיה; כשמדברים על "צריכת" ATP הכוונה היא לפירוקו ל-ADP ולקבוצת זרחה (אותה הוא תמיד תורם למולקולה אחרת).
· 2. גלוקוז 6-פוספט משנה את מבנהו המרחבי והופך לפרוקטוז 6-פוספט.
זהו צעד קריטי, שכן ללא השינוי האיזומרי לא יכולים להתרחש השלבים הבאים.
· 3. פרוקטוז 6-פוספט מקבל קבוצת זרחה מ-ATP והופך לפרוקטוז 1,6-ביפוספט.
· 4. פרוקטוז 1,6-ביפוספט מתפרק לשתי מולקולות תלת-פחמניות: גליצראלדהיד 3-פוספט ודיהידרוקסיאצטון פוספט.
זהו בעצם שלב ה"ליזה" בגליקוליזה: השלב בו הגלוקוז מתפרק.
· 5. מולקולת הדיהידרוקסיאצטון פוספט עוברת שינוי מרחבי והופכת לאחותה לשלב 4, גליצראלדהיד 3-פוספט. עתה קיימות שתי מולקולות של גליצראלדהיד 3-פוספט.
שלב הרווח
· 6. כל אחת משתי מולקולות הגליצראלדהיד 3-פוספט מקבלת קבוצת זרחה (לא מ-ATP) והופכת ל-3,1-ביפוספוגליצרט.
· 7. 3,1-ביפוספוגליצרט מאבד קבוצת זרחה והופך ל-3-פוספוגליצרט.
גם שלב זה (וכל הבאים אחריו) מתרחש פעמיים, כיוון שקיימות שתי מולקולות 3,1-ביפוספוגליצרט. זהו השלב האקסרגוני הראשון בגליקוליזה - השלב בו אנרגיה מתחילה להיווצר. ניתוק קבוצת הזרחה מהגליצרט מלווה בשחרור אנרגיה. קבוצת הזרחה מתחברת ל-ADP ליצירת ATP, והאנרגיה, במקום להשתחרר אל הסביבה, נאצרת במולקולת ה-ATP.
· 8. קבוצת הזרחה שנותרה ב-3-פוספוגליצרט משנה מקום (באמצעות אנזים) ונודדת לאטום הפחמן הסמוך; התרכובת הופכת ל-2-פוספוגליצרט.
· 9. 2-פוספוגליצרט מאבד מולקולת מים והופך לפוספואנול פירובט.
· 10. פוספואנול פירובט מאבד קבוצת זרחה והופך לפירובט.
סיכום מאזן האנרגיה
· בשלבים 1 ו-3 מתפרקת מולקולת ATP ל-ADP. "איבדנו", אם כן, שתי מולקולות ATP.
· בשלב 7 נוצרות 2 מולקולות ATP מ-ADP.
· בשלב 10 נוצרות 2 מולקולות ATP מ-ADP.
המאזן הכללי מראה, אם כן, רווח של שתי מולקולות ATP. אנרגיה זו מהווה חלק קטן מאוד מהאנרגיה האצורה בגלוקוז. רוב האנרגיה נשמרת בשתי מולקולות הפירובט שנוצרו. אנרגיה זו מנוצלת ברוב היצורים בשני התהליכים המטבוליים הבאים בסדרת הנשימה התאית: מעגל קרבס וזרחון חמצוני.
אנזימים
כל אחת מעשר תגובות הגליקוליזה מתרחשת בעזרת אנזים. רוב אנזימי הגליקוליזה דורשים יוני מגנזיום לפעילות הקטליטית. כפי שניתן לראות בתיאור התהליך לעיל, כל המולקולות שבין הגלוקוז והפירובט מכילות קבוצת זרחה; קבוצה זו משתלבת היטב באתר הפעיל של אנזימי הגליקוליזה, ומפחיתה בכך את אנרגיית ההפעלה שלהם. יוני הזרחה יוצרים קומפלקסים עם יוני המגנזיום, והללו נקלטים היטב על ידי האנזימים. כל אנזימי הגליקוליזה הינם מסיסים במים ונמצאים בציטוזול (נוזל הציטופלזמה).
1. זרחון הגלוקוז בשלב הראשון מזורז על ידי האנזים הקסוקינאז. כל אנזים המעביר קבוצת זרחה מ-ATP למולקולה אחרת נקרא קינאז; היות שהקינאז כאן מעביר זרחה להקסוז (סוכר בעל 6 פחמנים), הוא נקרא הקסוקינאז.
2. המרת הגלוקוז לפרוקטוז מזורזת על ידי האנזים פוספוהקסוז איזומראז. אנזים המשנה מבנה מרחבי של מולקולה כלשהי נקרא איזומראז.
3. זרחון הפרוקטוז מזורז על ידי האנזים פוספופרוקטוקינאז-1 (PFK-1). אנזים זה נתון לבקרה (רגולציה) קפדנית; זהו השלב המבוקר ביותר של הגליקוליזה. האנזים חש בריכוז ה-ATP בציטופלזמה; כש-ATP מתחיל לאזול או כשתוצרי פירוקו, ADP ו-AMP, מצטברים יתר על המידה, מתגברת פעילותו של האנזים. ריכוז גבוה של ATP בתא מעיד על אנרגיה זמינה רבה; פעילות האנזים, ועמה כל תהליך הגליקוליזה, מואטים.
תהליך מורכב זה הוא רק אחד מתוך אינסוף תהליכים דומים שקיימים ביקום. על כל פרח, פרי, או תולעת בבריאה אפשר לכתוב ספרים שלמים. זו לא גוזמה, זו המציאות הברורה. הידע של המדע בביולוגיה ובוטניקה הוא רק באופן כללי, איך בגדול עובדת כל מערכת. אבל לשבת ולחקור את כל סוגי הפעילות האורגנית שקיימים לפרטי פרטים, לדעת בדיוק את המבנה הפרטני של כל חלבון או איך בדיוק מייצרות בלוטות הארס של הנחש והמדוזה את כל אלפי סוגי הרעלים שיש בעולם, את זה המדע אפילו לא מנסה לעשות, כי זה מים שאין להם סוף. אפשר להושיב מליוני מדענים במשך מיליוני שנים, והם לא יגיעו לפסיק מהעבודה. אינני זורק סתם מספרים. זה ממש כך. ולכן המדענים, ובצדק, מתמקדים בעיקר בדברים החשובים יותר כמו גוף האדם, או ייצור תרופות. וגם בגוף האדם עצמו הידע ברמה המיקרוסקופית הוא כמעט אפסי ביחס לכמות החומר שמחכה לגילויה. ניקח למשל את נושא הסרטן. אין נושא רפואי שהושקעו בו כל כך הרבה משאבים ושעות עבודה של טובי המוחות, ועדיין רב הנסתר על הנגלה. וזו רק תופעה ביולוגית אחת ויחידה. אין לי ספק שהמדענים הם טובי המוחות בעולם (חוץ מחכמי ישראל ששואבים את חוכמתם ממקום אחר לגמרי), ואין לי ספק שאם המערכות הביולוגיות לא היו כל כך מורכבות, הם כבר היו יודעים הכול, ומזמן. תהליך הגליקוליזה הוא התהליך הבסיסי ביותר של הפקת אנרגיה שעל בסיסו עובדים כל המערכות הביולוגיות שקיימות היום ושהיו קיימות אי פעם, וזו הסיבה שהמדע יודע עליו כל כך הרבה.
תהליך הגליקוליזה באופן יחסי, איננו תהליך מורכב במיוחד. זהו תהליך שמשמש לצריכת אנרגיה בלבד, בעוד תהליכים אחרים שכוללים פירוק חומרים והרכבתם מחדש בצורת חומרים חדשים שלהם זקוק החי או הצומח, הם פעמים רבות תהליכים מורכבים הרבה יותר.
מי שרוצה להפוך את האבולוציה לדבר אפשרי מבחינה מדעית, עליו לקחת את כל המערכות הסופר-מורכבות של עולם החי והצומח. ולפרוס אותם למיליארדי פרוסות קטנטנות, שלכל אחת מהם תועלת אבולוציונית ברורה, וסיכויי ההיווצרות האקראיים שלה ביחס לכמות המולקולות ביקום כפול הזמן שעבר מהמפץ עד היום (עיין בריאה ואבולוציה פרק א') איננה בלתי אפשרית. אני מוכן בדיעבד לתת לו צ'אנס, ולהסתפק בחלבון אחד מסכן. אבל בתנאי אחד, שזה לא יהיה בניסוחים מתחמקים ושאר תרגילי ההסחה של כוהני האל אבולוציה, אלא דברים ברורים וחתוכים, עם דף ועט. אני אישית מתחייב לעמוד על הראש בכיכר רבין ביום שזה יקרה.