En vuxen människa anses bestå av ofattbara 37 biljoner celler – alla lika i uppbyggnad men med olika uppgifter – som inte bara ska finnas där utan också kunna samverka, och den energi som behövs skapas dessutom i cellen själv av dess eget kraftverk, mitokondrierna. Om detta märkvärdiga har Pulitzerprisbelönade Siddhartha Mukherjee skrivit den uppmärksammade The song of the cell.
En framstående botanist besöker ett avlägset djungelområde. Som ledsagare har han en ung man från en närliggande by. Professorn blir mer och mer förvånad över att hans unge guide kan namnge alla växter de ser. Vägvisaren säger att han förvisso kan namnen, men det återstår honom ännu att lära sig växtlighetens sång. Därav, skriver Siddhartha Mukherjee, kommer sig namnet på min bok, The song of the cell. Sången är det ekologiska samspelet mellan växterna eller, i bokens fall, cellerna och författarens syfte är att begripliggöra cellernas samverkan i den överordnade organismen.
Mukherjees bok är oerhört innehållsrik såväl när det gäller cellbiologi och människans fysiologi som den vetenskapliga historien bakom dagens medicinska världsbild. The song of the cell kan därigenom locka både den naturvetenskapligt och den lärdomshistoriskt intresserade läsaren. Låt vara att det medicinska innehållet i boken torde bli lättare att tillägna sig om man som läsare besitter en grundläggande biologisk begreppsapparat.
Alltsedan den tyske läkaren Rudolf Virchows (1821-1902) dagar under 1800-talets andra hälft råder vetenskaplig enighet om cellernas fundamentala roll inom biologi och medicin. Följande fem postulat är helt grundläggande.
• Alla levande organismer består av en eller flera celler.
• Cellen är organismens basala nivå för struktur och organisation.
• Alla celler härstammar från andra celler (Omnis cellula et cellula).
• Den normala fysiologin är en funktion av cellernas fysiologi.
• Sjukdomar är resultatet av störningar i cellernas fysiologi.
De två första postulaten tillskrivs hans bägge föregångare Matthias Schleiden (1804-1881) och Theodor Schwann (1810-1882). Matthias Schleiden var från början jurist, men efter en livskris slog han om och ägnade sig helt åt sin stora passion botaniken. Theodor Schwann var zoolog och är idag kanske mest känd för de celler, Schwannceller, som ligger som ett isolerande skikt utanpå de elektriskt signalerande nervcellerna. Schleidens och Schwanns tankar byggde i sin tur på de vetenskapliga landvinningar som gjorts alltsedan 1600-talet då mikroskopet togs i bruk.
Rudolf Virchow accepterade sina föregångares tankar, men kunde inte omfatta deras uppfattning att nya celler uppstod ur en livsvätska eller innehöll en särskild livsande. Den teoribildning vi brukar benämna som vitalism. Nej, sa Virchow bestämt, celler uppstår ur celler och endast så.
År 1848 bröt en tyfusepidemi ut i delar av östra Tyskland, områden som idag ligger i Polen. Myndigheterna tillsatte en granskningskommission där bland andra Rudolf Virchow ingick. Under sina veckor i trakten kom han att inse att statens tillkortakommanden hängde samman med individernas lidande. Han skrev en rasande artikel där han hävdade att decennier av vanstyre var en minst lika viktig förklaring till den pågående epidemin som smittan i sig. Att det handlade om en bakteriesjukdom visste den medicinska vetenskapen ännu inte. Bakteriologins fäder Robert Koch och Louis Pasteur var ännu några decennier fram i tiden.
När det senare under 1848 utbröt folkliga protester över delar av Europa var Virchow en av de många som gick ut på gatorna för att visa sitt missnöje. Detta kom till myndigheternas kännedom och han fick lämna sin tjänst på det välrenommerade sjukhuset Charité i Berlin för en mer undanskymd position i Würtzburg. Han tvingades också skriftligen förbinda sig att framgent inte lägga sig i politiska spörsmål. Revolutionsåret 1848 visar på en intressant parallellitet i Virchows tankar. Hur det lilla avspeglar sig i det stora i samhällskroppen precis som i medicinen.
Siddhartha Mukherjee lägger en hel del energi på att diskutera det faktum att celler inte är tomma blåsor, vilket de kan te sig som i mikroskop med låg förstoring. Vid högre upplösning, och framför allt vid elektronmikroskopiska studier, visar det sig att cellerna, precis som människokroppen, innehåller ett flertal olika organ med olika funktion. Dessa cellulära beståndsdelar kallas för organeller.
Den enskilt viktigaste komponenten är cellkärnan där DNA-molekylen, det vill säga arvsmassan, finns lagrad och upprullad på speciella proteiner som kallas histoner. Ett arrangemang som liknar sytråden på sin rulle eller kabeln på sin trumma. DNA utgör biblioteket som beskriver ritningen för hur kroppen byggs och fungerar. Varje protein i människokroppen motsvaras av ett specifikt kapitel i arvsmassans bibliotek, en gen.
Genernas text måste avkodas och specifika proteiner byggas utifrån denna information. Den processen äger rum i särskilda organeller som kallas ribosomer. Sedan tar andra organeller vid, Golgiapparaten och det endoplasmatiska retiklet, för att fullända proteinerna och i förekommande fall exportera dem ut ur cellen till kroppens övriga delar där de kan utöva sina effekter.
Dessa processer är energikrävande och den nödvändiga energin uppstår under cellandningen, eller citronsyracykeln, eller Krebs cykel. Kärt barn har många namn. I citronsyracykeln, som äger rum i de organeller som kallas mitokondrier, utvinns energi ur syre och glukos, som transporteras till varje cell med blodbanan. Mitokondrierna är att likna vid små kraftverk, som det finns gott om i varje cell. Intressant nog har mitokondrierna sin egen arvsmassa (DNA), som kodar för den information som krävs för att bygga och sköta mitokondrierna själva. En arvsmassa som för övrigt bara ärvs på mödernet, vilket gör den intressant när individers och gruppers genetiska härstamning skall benas ut.
Att mitokondrierna har eget DNA uppfattas som ett bevis för att de i urtidens biologiska soppa var självständiga organismer (typ bakterier) som kom att integreras i cellerna och utföra den viktiga kraftverksfunktionen. Ett slags inkorporerade gästarbetare. Mycket talar för att även övriga organeller initialt varit självständiga enheter, som tagits upp och utnyttjats av mer avancerade celler.
En fascinerande diskussion, som Siddhartha Mukherjee för i boken, är varför organismen är uppbyggd av så tämligen generiska enheter som celler. Generiska i så måtto att de innehåller samma organeller och är beroende av samma funktioner; att utvinna energi i mitokondrier, omges av cellmembran (hölje av fettmolekyler), syntetisera proteiner via ribosomer et cetera. Detta samtidigt som kroppens celler skiljer sig så mycket åt när det gäller funktion och utseende. Det spekulativa svaret är att det troligen är lättare att utveckla komplexa organismer av i grunden likartade byggstenar än att uppfinna allt från början cellslag för cellslag.
Cellerna sköter i mångt och mycket sina specifika uppgifter. En hjärtmuskelcell drar ihop sig och sträcker ut sig gång efter gång efter gång. Detta sker synkroniserat med andra hjärtceller så att själva organet hjärta kan fungera som en effektiv blodpump med 50-100 pumptag i minuten.
En cell i de Langerhanska öarna i bukspottkörteln använder den energi som produceras i mitokondrierna till att låta ribosomerna syntetisera proteinet insulin. Ett hormon som sedan avges till blodbanan för att sedan kunna hjälpa till exempel hjärtmuskelceller att ta upp bränsle till deras cellandning.
En nervcell (neuron) skickar elektriska impulser genom sina långa nervutskott (axoner). Detta händer då neuronet aktivt, via kanaler i cellmembranet, reglerar balansen mellan natrium och kalium. En elektrisk impuls, som när den leds över till nästa nervcell, i till exempel hjärnan, måste passera en smal spalt, den så kallade synapsen. Den elektriska impulsen kan inte hoppa som gnistan mellan elektroderna i ett tändstift. I stället frisätts speciella molekyler, transmittorsubstanser, som tar sig över synapsspalten och inducerar en ny elektrisk signal i det följande neuronet. Så kan berättelsen fortsätta celltyp för celltyp. Samma generiska grundelement, men varierande utseende och funktion.
Cellerna är specifika enheter men de lever sina liv i det stora ekosystem som organen och hela kroppen utgör. Centralt är då att cellerna förmår kommunicera med varandra. Både med grannarna nästgårds och med fjärran celler i övriga kroppen. Detta för att upprätthålla en stabil inre miljö i organismen, så att den alltid är beredd att möta omgivningens varierande krav. Vi talar med den store, franske 1800-talsfysiologen Claude Bernard om milieu intérieur och det absoluta kravet att hålla den konstant inom vissa givna gränser. Tänk på vätskebalansen, blodvärdena, kroppstemperaturen et cetera. Detta konstanthållande av den inre miljön nämner vi som homeostas och att lyckas med den uppgiften kräver ett otroligt komplext samspel mellan kroppens celler. Och detta, om något, är cellernas sång.
- Klicka här för att läsa Jarl Torgerson om när människan fick ett medvetande
- Klicka här för att läsa ”Är du inte riktigt klok?” om psykiatriska diagnoser
- Se en animation om mitokondriernas cellkraftverk i detta videoklipp, som för den medicinskt okunnige måhända inte förklarar men på ett anslående sätt visar livets komplexa skönhet