A.Soosaar ¤¤ Märkmeid füsioloogiast 2022– 

Füsioloogia kandumistest

Alguses oli mõte kirjutada mõni rida üldises plaanis rida sellest, kuidas füsioloogias mõtte areng on kulgenud füüsika ja keemia arengutest mõjutatult ning et valdkonna viimase aja saavutused tulevad suuresti rakufüsioloogia ja selle osade valdkonnast, kus järjest enam saab ilmsiks nii elusa substantsi kui sellega toimuva mitmekesisus. Aga et mõned teemakohased rännakud veebis viisid Paul F. Cranefieldi esseeni 1966. aastast ja John S. Haldane loengu konspektini 1908. aastast, mis mõlemad käsitlevad füsioloogia ja reaalteaduste seoseid, siis järgneb arutlus füsioloogia teoreetilise tausta kohta neist tekste silmas pidades.

Füsioloogias on mõistmine suuresti sõltunud sellest, millised vahendid uurijatel kasutada on. Vahendid on muidugi nii vaimsed kui ainelised ja need mõlemad määravad suuresti seda arusaamist, mis meil elusa (ja tegelikult ka kõige muu) kohta olemas on. Vahenditel enestel on samuti absoluutse ja suhtelise võimekuse piirid uute faktide ning nende tüüpide ja seoste tuvastamisel: absoluutne piir tuleneb vahendi enda detekteerimisvõimega seotud omadustest; teise puhul loob võimekuse piire see, millisel määral õnnestub vahendit elusas toimuva hindamiseks rakendada. Rakenduse ulatust määrab suuresti nii uurijate eneste kui kogu valdkonna teadmiste hetkeseis, mis võimaldab luua vaimseid seoseid ainelise vahendi kasutamise vahetu väljundi ja olemasoleva teadmise vahel.

Füsioloogias ei ole aineliste vahendite kättesaadavus ja rakendamine olnud hästi suunatud süstemaatiline protsess, pigem on seal üksjagu juhuslikkust seeläbi, kuidas teaduse ja tehnika edusammudest saadus vahendid on jõudnud füsioloogia kirglike katsetajate kätte. Olgu näiteks siin organismi elektriliste protsesside uurimine, mille seis on suuresti sõltunud elektriliste protsesside mõõtmiseks vajalike seadmete olemasolust. Luigi Galvani tegi küll 18. sajandi lõpus loomse elektri kvalitatiivselt kindlaks, kuid täpsem kvantifitseerimine võttis aega mitme astme kaupa vähemalt sajandi, alates Hermann von Helmholtzi närviimpulsi leviku kiiruse hindamisest 19. sajandi keskpaigas, seejärel 20. sajandi keskpaigas üksiku raku elektriliste protsesside identifitseerimine (A. Hodgkin, A. Huxley, B. Katz, J. Eccles jt) ja sealt veel edasi üksikute ioonkanalite kaupa elektriliste protsesside ja nende omaduste mõõtmine alates 1970. aastate lõpust E. Neheri ja B. Sakmanni poolt loodud patch clamp meetodiga. Kõik see võimalikuks elektriõpetuse ja elektroonika edusammude tõttu, mida õnnestus rakendada ka eluprotsesside uurimisse.

Siinkohal ongi sobiv hetk võtta käsile füüsika kandumine füsioloogiasse, mida vaagitakse  Journal of General Physiology pikaaegse peatoimetaja PF Cranefieldi juba eespool mainitud kirjatöös, kus meenutatakse Saksa väga tuntud ja mõjukate füsioloogide/orgaaniliste füüsikute (ilmne analoogia orgaaniliste keemikutega) 1847. aasta klubi, kuhu kuulusid Carl Ludwig, H. von Helmholtz, Ernst von Brücke ja Emil du Bois-Reymond, kes kõik olid seisukohal, et eluprotsesside mõistmiseks on tarvilik ja piisav asjakohane füüsika ja keemia vahendite rakendamine, üksnes alusteaduste proportsioon oli meeste poolt väljendatud seiskoht mõneti erinev. Hiljem on selle mõtte Ludwigi õpilane Adolf Fick üldisse seaduspärasusse kokku võtnud nii, et elunähtuse saab üksnes siis lugeda selgitatuks, kui on leidnud tõestamist selle ilmnemine elusa organismi materiaalsete osiste interaktsiooni tulemusena kooskõlas seadustega, millega samade osiste samad interaktsioonid toimuksid väljaspool elusat organismi. Selles tõdemusest nähtub vägagi mitmekülgne sisu nii bioloogiasse kui filosoofiasse, mille lahti harutamine nõuaks eraldi kirjatööd. Aga ega midagi ei ole selle kandumises imestada, uurida sai täpsemalt (teaduslike meetoditega) seda, mida tookordne loodusteadus võimaldas. Nii oli kaks sajandit ettepoole liikudes oli legendaarne William Harvey seal see, kes selgitas alles õigesti vere voolamise kulgu vereringes ja seegi oli murranguline samm elusa toimimise mõistmise suunas. Mehhaanikast ja vedelike voolamise seaduspärasustest saadi teada järjest enam, kuid pidevalt on olnud raskusi, kuidas füüsika käsutuses olevat teadmist ja vahendeid elusas organismis toimuva uurimisele rakendada.

Füüsika süsteemsema füsioloogiaase kandumisega enam-vähem samal ajal, 19. sajandi keskpaiku, algab sama ka keemiaga, mida viljeldi tookord nii loomse keemia, füsioloogilise keemia kui meditsiinilise keemia sildi all, biokeemia haaras need kõik endasse alles mõni aeg hiljem. Eks loomulikult on uudishimulikele väga paeluv küsimus, millest elav tehtud on. Ja ülemöödunud sajandi keskpaigast areneb keemia isegi tormiliselt, järjest rohkem saadakse aimu, millest maailm tehtud on, kuidas need materjalid ajas muutuvad ja vastastikku mõjutavad, lisaks saadakse järjest osavamaks ainete loomisel, mida maailmas tavapäraselt üldse ei leidu. Ja elusa uurimisel ei ole keemia eest pääsu, seda nii materiaalse kui vaimse mõju mõttes. Kui meenutada kedagi tolle aja füsioloogilistest keemikutest, siis küllap meenub esimesena Wilhelm Kühne, kes tõi elukeemiasse ja sealt edasi bioloogiasse avaramalt ensüümi mõiste ja isoleeris lihasest selle kontraktsioonis keskse tähtsusega valgu, mille ta müosiiniks ristis.

Nende kahe kandumise edusammud elusa mõistmised on olnud sedavõrd produktiivsed, mõne jaoks ehk isegi joovastavad, et elunähtuste redutseerimine üksnes füüsikale ja keemiale on alates 19. sajandi keskpaigast (vt näiteks Berliini 1847. aasta klubi seisukohti eespool) kujunenud domineerivaks arusaamaks bioloogia ja füsioloogia sisustamisel. Samas on organismi osiste füüsika ja keemia võtete ja seaduspärasustega uurimisel raskusi organismide ja nende koosluste eksistentsi ja talitluse seaduspärasuste selgitamisega. Küsimusega sellest, mis paneb keemiliste ja füüsikaliste protsesside kogumi elama ja kujundab neist indiviidid, ollakse jätkuvalt raskustes, see vajab justkui mingi täiendava korraldava põhimõtte rakendamist, mis füüsika ja keemia abil hoomatavad protsessid väga omapärase käitumusliku võimekusega tervikuks seob. Muidugi tuleb lisaks suure loova põhimõtte äratundmisele mahutada see ka looduslikku maailmapilti ega oleks kuskilt ebamäärasusest imporditud. Alates sealtsamast 19. sajandi keskpaigast on pakkumisi olnud mitmeid, olgu nimetatud siin näiteks sisekeskkonna püsivuse saavutamise organisatoorne jõud, elusa omapärane termodünaamika, komplekssus või iseorganiseerumisvõime. Mõned (n.t termodünaamika) neist klapivad hästi olemasoleva loodusteadusliku maailmapildiga, teiste puhul tuleb põhimõtte sisustamiseks ja rakendamiseks juba suuremat leidlikkust rakendada, mis omakorda kipub praeguste arusaamade mõttes üleloomulikkuse aspekti mängu tooma. Leidlikkuse vajadus tuleneb kindlasti elusa kohta käiva füüsikalise ja keemilise teadmise defitsiidist läbi aegade: kui üleeelmisel sajandil püüti selgust saada organite ja kudede talitluses ning alles kaardistati valgusmikroskoobiga välimuselt erinevaid rakutüüpe, siis praeguseks ollakse küll väga agaralt rakkude koostisosiste omaduste ja talitluse täpsema sidumisega, kuid organismi kõikide osiste, protsesside ja vastasmõjude kogukataloog ei ole ometi veel käeulatuses.  See olukord inspireerib nii teadlasi kui filosoofe faktilisi lünki täitma olemasolevast teadmistest tulenevate mõtteliste skeemidega täitma: esimesed on rohkem faktides ja nende hankimises kinni, teistel on rohkem fantaasialusti ja usku puuduvad reaalsete faktid mõtteliste konstruktsioonidega asendada. Nii või teisiti, päris ilma faktideta ja teooriata ei saa kumbki seltskond hakkama. Niisuguses episteemilises olukorras ei ole sugugi imestada, et reduktsionismi kõrval on olemas holistlik suund, milles ollakse erineval määral skeptilised füüsika ja keemias võimes ära seletada kõik elunähtused kuni algpõhjuste ja organiseerivate jõududeni välja. Üheks selliseks suunduseks on organitsism, mis elusa mõistmisel kesksele kohale organismi taseme. Organitsism saab suure hoo sisse Ühendkuningriigis 20. sajandi esimesel poolel, kuid sellel on muidugi arvukalt eelkäijaid antiikajani välja. Küllap tuleb organitsistide hulka lugeda Claude Bernard oma organismi sisekeskkonna püsivuse säilitamise ideega, aga innukalt võitleb täieliku füsikokeemilise reduktsiooni võimalikkusega ka John S Haldane, kes andis väga suure panuse hingamise regulatsiooni mõistmisse (vt viidet loo alguses). Eks mõneti üllatav see on, et totaalreduktsionistlik suund füsioloogias on väga tugev 19. sajandi Saksamaal ning kriitikat selle suhtes kohtab just 20. sajandi ja isegi 21. sajandi (Denis Noble) Suurbritannias. Üllatus tuleb sellest saksa filosoofia ajaloos on olnud väga tugev idealismi (mõistuse jõu tunnustamise) traditsioon ja brittidel empirismi (faktide jõu tunnustamise) traditsioon, kui elusa mõistmisel ei ole seda traditsiooni järgitud.

Kuhu praegu füsioloogia kandub? Ikka on veel vaja avastada organismide koostisosi ja kirjeldada nendega toimuvat füüsika ja keemia keeles, sest teisi nõnda süstemaatilisi ja korraliku ennustusliku jõuga meil lihtsalt ei ole. Asjakohast faktoloogiat ja seoseid sisaldava info hulk kasvab tohutu kiirusega, millest saab suurema täpsusastmega vaimset korda luua ja infot talletada üksnes infotehnoloogiliste abivahenditega. Küllap on juba mõnda aega füsioloogia arengu kriitilise tähtsusega mootoriks informaatika ja sellega seonduvad tehnoloogilised arengud, mis pakub oma võimalusi nii mahukamaks ja mitmekesisemaks elussüsteemides toimuva modelleerimiseks kui olemasolevate füüsika ja keemia vahendite võimekuse piiride avardamiseks. Kas informatsioonis seisneb ka kaua otsitud sild reduktsionismi ja organitsismi vahel, aga miks mitte? Praegu ei paista silmapiiril ühtegi alternatiivi olevat.

11.03–2.04 2023