Τρεις αιώνες εφαρμογής της αναγωγικής μεθόδου στη βιολογία οδήγησαν στο να έχουμε σήμερα αναλύσει τους οργανισμούς σε όργανα, τους ιστούς σε κύτταρα, τα χρωμοσώματα σε DNA και γονίδια. «Θα μπορούσα να σας σχεδιάσω ένα χάρτη με όλα τα συστατικά ενός κυττάρου και να τοποθετήσω σωστά όλα τα βέλη που τα συσχετίζουν», λέει χαρακτηριστικά ο νομπελίστας βιοχημικός Αλφρεντ Γκίλμαν. Αλλά ακόμα και για τον απλούστερο μονοκύτταρο οργανισμό, «εγώ αλλά και οποιοσδήποτε άλλος θα κοίταζε αυτόν το χάρτη χωρίς να μπορεί να προβλέψει το παραμικρό».

Ηδη από τις αρχές της περασμένης δεκαετίας, οι επιστήμονες επιχείρησαν να αξιοποιήσουν τους ηλεκτρονικούς υπολογιστές για να κατασκευάσουν μοντέλα της λειτουργίας των κυττάρων. Εισήγαγαν τις κατάλληλες εξισώσεις που περιγράφουν την κατασκευή των πρωτεϊνών από τα γονίδια και τις εξισώσεις για τις αλληλεπιδράσεις των πρωτεϊνών και των άλλων ουσιών που περιέχονται σε ένα κύτταρο, αλλά οι εξισώσεις αυτές είχαν πολλούς βαθμούς ελευθερίας: μπορούσαν να ερμηνευτούν με οποιοδήποτε τρόπο και γι' αυτό δεν έδιναν κανένα χρήσιμο αποτέλεσμα, όταν το μοντέλο χρησιμοποιούνταν π.χ. για την ανακάλυψη καλύτερων φαρμάκων. Σαν αιτία, θεωρείται από πολλούς ότι τα μοντέλα αυτά στηρίζονταν μόνο στο θεμελιώδες δόγμα της βιολογίας, ότι το DNA ενός γονιδίου οδηγεί στην κατασκευή του αντίστοιχου RNA, που στη συνέχεια κατασκευάζει την αντίστοιχη πρωτεΐνη, που με τη σειρά της παίζει ένα συγκεκριμένο βιοχημικό ρόλο.

Τα τελευταία χρόνια, οι ερευνητές προχώρησαν σε πιο εξελιγμένες και περίπλοκες προσομοιώσεις της λειτουργίας των κυττάρων σε ηλεκτρονικούς υπολογιστές. Τα μοντέλα αυτά βασίζονται στην αντίληψη ότι εκείνο που περισσότερο επηρεάζει τη λειτουργία των κυττάρων δεν είναι η έκφραση ή μη κάποιου γονιδίου ή ο βαθμός έκφρασής του, αλλά η δυναμική αλληλεπίδραση μεταξύ όλων των γονιδίων και των πρωτεϊνών που περιέχει. Τα μοντέλα αυτά έχουν ήδη δώσει κάποια χρήσιμα συμπεράσματα. Οπως διαπίστωσε, για παράδειγμα ο Μ. Τομίτα, που κατασκεύασε ένα μοντέλο ηλεκτρονικού κυττάρου του μυκοπλάσματος, του μικροβίου με το μικρότερο γενετικό κώδικα, τα κυβερνοκύτταρα μυκοπλάσματος έδειξαν μεγάλη αντοχή σε εκτεταμένες μεταβολές των εξωτερικών συνθηκών. Οπως και τα ζωντανά βιολογικά είδη, δημιούργησαν συστήματα ασφάλειας και βιολογικά δίκτυα που τα προστατεύουν από μεγάλες αλλαγές στη θερμοκρασία, την παροχή τροφής, την έκθεση σε τοξικές ουσίες ακόμα και σε προβλήματα της ίδιας της εσωτερικής λειτουργίας τους.

Το πρόβλημα με την οικοδόμηση τέτοιων μοντέλων είναι ότι για τα περισσότερα βιοχημικά συστήματα οι επιστήμονες ξέρουν πολύ λίγα για τη συγκεκριμένη αλληλουχία και τους ρυθμούς των χημικών αντιδράσεων που δίνουν τις παρατηρούμενες στα κύτταρα ουσίες. Η βοήθεια ήρθε από έναν επιστήμονα πληροφορικής που, χρησιμοποιώντας την τεχνική του γενετικού προγραμματισμού (μεθοδολογία εμπνευσμένη από τη βιολογία) πέτυχε να εξελίξει πρόγραμμα που εξομοίωνε με μεγάλη ακρίβεια τη συμπεριφορά ενός συγκεκριμένου κυττάρου, αποκαλύπτοντας όλο τον εσωτερικό μηχανισμό (τέσσερα ένζυμα, πέντε ενδιάμεσες χημικές ουσίες και όλες τις οδούς ανατροφοδότησης των χημικών αντιδράσεων, μέχρι και τους ρυθμούς κάθε αντίδρασης).

«Οταν θα έχουμε αυτό το είδος μοντέλων», προβλέπει ο Γκίλμαν, «θα είναι η απίστευτη μηχανή ανακάλυψης φαρμάκων που υπήρξε ποτέ. Θα μπορούσες να μοντελοποιήσεις την ασθένεια μέσα σε ένα κυβερνοκύτταρο και μετά να δεις τις επιδράσεις διάφορων φαρμάκων. Τελικά - αν και όχι πριν περάσει μια δεκαετία - δεν έχω καμιά αμφιβολία ότι θα υπάρχουν ποσοτικά μοντέλα της λειτουργίας των κυττάρων, των οργάνων και τελικά ολόκληρων οργανισμών».

Ο Τζ. Μπέιλι του Ινστιτούτου Βιοτεχνολογίας της Ζυρίχης επισημαίνει, ωστόσο: «Η ιστορία μάς διδάσκει ότι οι προσομοιώσεις μπορούν να διερευνήσουν συγκεκριμένα ερωτήματα, αλλά δε θα υπάρξει ένα γενικό μοντέλο που να απαντά σε όλα τα ερωτήματα. Τελικά, τα μοντέλα θα γίνουν τόσο περίπλοκα, όσο και το ίδιο το κύτταρο και το ίδιο δύσκολα να κατανοηθούν». Εκτός, βέβαια, αν υπάρχουν γενικές αρχές στη λειτουργία των κυττάρων και των οργανισμών και ωριμάσουν οι συνθήκες για την ανακάλυψή τους από κάποια επιστημονική ιδιοφυία.