מהם חיים.

להבה שאוכלת ונושמת

הדליקו נר והתבוננו בו. הלהבה קולטת דלק, השעווה שעולה בפתיל, וחמצן מהאוויר. היא פולטת פחמן דו־חמצני ומים, וחום. היא שומרת על צורתה שעות. תנו לה עוד דלק והיא גדלה; קרבו אותה לפתיל אחר והיא יוצרת להבה חדשה. מנעו ממנה אוויר והיא מתה.

זו רשימה לא רעה של מה שיצורים חיים עושים. ובכל זאת אף אחד לא חושב שלהבת נר חיה. משהו חסר, ולברר מה הוא מתברר כאחת הדרכים הטובות ביותר להיכנס לשאלה מהם חיים.

אין בדיקה אחת. ביולוגים מזהים חיים לפי מערכת של סימנים שיצורים חיים מראים יחד. הסצנה בודקת שש דגימות מול שבעה מהם: גביש מלח, להבת נר, נגיף, חיידק, זרע פול ועכבר.

שבעה סימני חיים

1. בנוי מתאים. כל יצור חי בנוי מתא אחד או יותר: שקיק קטן של מים וחומרים בתוך קרום, שמסוגל להפעיל כימיה משלו. חיידק הוא תא אחד; עכבר הוא מיליארדים.
2. מנצל אנרגיה. יצורים חיים קולטים מזון או אור ומשתמשים בהם כדי להפעיל את התגובות שבונות ומתקנות אותם. כל הכימיה הזאת יחד נקראת חילוף חומרים (מטבוליזם). רוב התאים משחררים את האנרגיה שבמזון בכך שהם מחברים אותו עם חמצן ופולטים פחמן דו־חמצני ומים: זו הנשימה התאית.
3. גדל. יצורים חיים גדלים מבפנים, בכך שהם מייצרים עוד מהחומר שלהם, ורבים מהם מתפתחים לאורך מחזור חיים.
4. מגיב. הם חשים בשינויים סביבם ומגיבים: חיידק שוחה לעבר מזון, שורש פונה כלפי מטה, עכבר בורח מחתול.
5. מתרבה. הם יוצרים צאצאים, והצאצאים יורשים מהוריהם הוראות שכתובות ב־DNA.
6. שומר על יציבות. הם שומרים על פנים יציב בזמן שהעולם בחוץ משתנה: הכמות הנכונה של מים ומלח בכל תא, ובעכבר טמפרטורת גוף קרובה ל־37 °C. האיזון הזה נקרא הומאוסטזיס; בהומאוסטזיס רואים איך גוף האדם עושה את זה.
7. מתפתח באבולוציה. לאורך הדורות ההוראות התורשתיות משתנות במוטציות, והגרסאות ששורדות ומתרבות הכי טוב נעשות נפוצות. זו אבולוציה בברירה טבעית.

נסו: העבירו את בדיקת כל סימן דרך תאים, אנרגיה ושאר השלבים. בכל שלב כל ששת השלטים מדליקים נורה אחת: כחולה עבור כן, כתומה עבור חיקוי או עבור משהו שנעשה רק בעזרת מאכסן, אדומה עבור לא. כרטיס הניקוד שליד הסצנה אוסף אותן.

חזרה לניסוי ↑

החיקויים: גביש ולהבה

גביש מלח שתלוי במים מלוחים גדל. כשהמים מתאדים, יוני נתרן וכלור יוצאים מהתמיסה ונצמדים לפניו, הכי מהר בשוליים ובפינות, ולכן פניו שוקעים לשקעים מדורגים. שבבים שנשברים ממנו מתחילים גבישים חדשים, כל אחד אותה קובייה כמו ההורה שלו. כוונו את זמן צפייה לשבוע, והגביש כמעט הכפיל את גודלו, ולידו גבישים חדשים.

אבל הגביש גדל רק מבחוץ, מדברים שנצמדים אליו, והוא לא מנצל לשם כך אנרגיה. ה“צאצאים” שלו מעתיקים את צורתו כי מלח יכול להיערם רק בדרך אחת, לא כי הוא מעביר הוראות כלשהן. שום דבר בגביש אחד לא יכול לעבור בתורשה לבא אחריו, ולכן גבישים לא יכולים להתפתח. בשלב תאים הגביש נעשה שקוף כדי להראות ממה הוא עשוי: לא תאים, רק יונים מסודרים בסריג.

הלהבה מתחזה טובה יותר. בשלב אנרגיה חמצן זורם אליה, ופחמן דו־חמצני ומים זורמים ממנה, אותו חילוף שעכבר עושה כשהוא נושם. גם הכימיה קרובה: שריפת שעווה ונשימה של סוכר מחברות שתיהן תרכובות פחמן עם חמצן. ההבדל הוא שליטה. תא משחרר את האנרגיה בצעדים קטנים בעזרת אנזימים ואוגר אותה לשימוש היכן שהוא צריך; להבה משחררת את הכול בבת אחת כחום וכאור. וכשהנר נגמר, הלהבה כבה: צפו בנר נשרף עד שאחרי שבע וחצי שעות לא נשאר דבר. שום דבר תורשתי לא ממשיך.

הגבול: נגיף

נגיף הוא כמה גנים, ב־RNA או ב־DNA, ארוזים במעטפת חלבון. בשלב תאים הכדור חותך אחד מהם: בפנים יש את הגנום שלו ותו לא, אין ריבוזומים לייצר חלבונים ואין כימיה לייצר אנרגיה. השאירו אותו לשבוע ושום דבר לא יקרה.

אבל הניחו אותו ליד התא המתאים והוא משתלט עליו. המכונות של התא עצמו משכפלות את הגנים של הנגיף ובונות מאות נגיפים חדשים, שמתפרצים או מנצים החוצה כדי למצוא עוד תאים. העותקים האלה אינם מושלמים, ולכן נגיפים עוברים מוטציות, והגרסאות שמתפשטות הכי טוב מנצחות. נגיפים מתפתחים, לעתים קרובות מהר יותר מכל דבר אחר, כפי שמראים הערך נגיפים והזנים החדשים של כל עונת שפעת.

כך שלנגיף יש סימן חיים אחד במלואו, אבולוציה, וסימן שני, רבייה, רק בעזרת מאכסן. האם זה הופך אותו לחי תלוי היכן מותחים את הקו. ביולוגים רבים אומרים שנגיפים אינם חיים אבל הם חלק מהחיים: הם לא יכולים לחיות בכוחות עצמם, אבל הם שייכים לאותו סיפור של גנים ואבולוציה כמו כל מה שכן חי.

חיים: חיידק, זרע ועכבר

חיידק E. coli הוא הדבר הפשוט ביותר על המגש שעומד בכל הבדיקות. הוא תא אחד, עם DNA, ריבוזומים וקרום משלו. הוא קולט מזון וחמצן, גדל עד פי שניים באורכו ומתחלק לשניים, כל 20 דקות בטמפרטורת הגוף. כוונו את זמן צפייה לשעה, ובכדור יש שמונה תאים; אחרי יום יש מאות מיליונים, מושבה שרואים בעין על הצלחת. הערך חיידקים עוקב אחרי חלוקה אחת בפירוט.

הפול הוא מקרה מוזר יותר. יבש, הוא לא נראה חי יותר מחלוק נחל: חילוף החומרים שלו האט כמעט לאפס, והוא יכול לחכות כך שנים. זרע של תמר בן כ־2,000 שנה, שנמצא בחורבות מצדה, הונבט בשנת 2005. תנו לפול מים והוא תופח בתוך שעות, השורש שלו פורץ אחרי יום בערך ופונה לגדול כלפי מטה, ואחרי שבוע נבט עם עליו הראשונים כבר טיפס אל מחוץ לצנצנת. החיים יכולים לעצור; מה שזרע מת איבד, וזרע רדום שומר, הוא היכולת להתניע מחדש.

העכבר עומד בכל הבדיקות בלי מאמץ. הוא בנוי ממיליארדי תאים ממאות סוגים; הוא נושם בערך פעמיים או שלוש בשנייה; הוא שומר על גופו קרוב ל־37 °C; הוא שומע, מריח ורץ; והגורים שלו יורשים שילוב של הגנים של שני ההורים.

למה החיים הם חבילה

הביטו לאורך כרטיס הניקוד ויופיע דפוס. ללהבה יש הרבה מהכימיה של החיים בלי תורשה: היא עסוקה, אבל שום דבר שהיא עושה לא עובר הלאה. לנגיף יש תורשה בלי הכימיה: הוא נושא הוראות שמתפתחות, אבל לא יכול לבצע אותן בעצמו. ליצורים חיים יש את שניהם, מחוברים בתוך תא: הוראות שבונות את המכונות, ומכונות שמשכפלות את ההוראות. ההגדרה המעשית של נאס“א אומרת זאת בשורה אחת: חיים הם מערכת כימית שמקיימת את עצמה ומסוגלת לאבולוציה דרוויניסטית.

החיבור הזה מסביר גם איך החיים שומרים על הסדר שלהם. תא הוא דבר מאורגן מאוד ביקום שנוטה לאי־סדר, והוא משלם על הסדר שלו בכך שהוא קולט אנרגיה ופולט חום ופסולת, כפי שמסביר הערך אנטרופיה ומנועי חום. כדי לראות ממה תא עשוי, התחילו בתאים; ועל היצורים החיים שקטנים מכדי לראותם, נסו את חיים מיקרוסקופיים.

מה המודל משאיר בחוץ

שבעת הסימנים הם דרך מקובלת אחת למנות את סימני החיים; ספרי לימוד שונים זה מזה (יש שמוסיפים תנועה או הפרשה, ויש שמכלילים גדילה בהתפתחות), וסימון של סימן כ“חיקוי” הוא שיפוט. הדגימות טיפוסיות, לא מדודות: גביש מלח בצלחת של תמלחת מתאדה, נר שנשרף בקצב של כסנטימטר לשעה, E. coli שמכפיל את עצמו כל 20 דקות עד שהמזון מתחת למושבה מתמעט, ופול בטמפרטורת החדר. הכדור של החיידק מצייר כל תא רק עד 256 תאים, ואז מראה את המושבה כתלולית. הנגיף מוצג צף בחופשיות; על זכוכית נושא אמיתית הוא היה מיובש ובלתי נראה גם במיקרוסקופ אור. המולקולות בבדיקת האנרגיה הן תמונה של החילוף, לא ספירה, ומיליארדי התאים של העכבר מוצגים רק כדוגמה על פני השטח שלו.