Livets opprinnelse

Innledning

Det er interessant at de mennesker jeg har hatt gleden av å reflektere sammen med over dette temaet med gjerne sorteres i to grøfter. Den ene er de som totalt avviser muligheten av at liv kan oppstå av seg selv. Den andre grøften er de som tror at liv oppstår hele tiden. Fellesnevneren er gjerne at man ikke helt har satt seg inn i materien.

Nå skal ikke jeg skryte av å ha all verdens oversikt over problemet, jeg kan også kun kommentere det som en lekmann.

I de kretser jeg har vanket knyttes dette problemet gjerne opp mot spørsmålet om Guds eksistens, intelligent design og evolusjon eller ikke-evolusjon.

For meg er spørsmålet mye mer interessant på en annen måte. For våre forestillinger om dette har alt å si for våre forestillinger om livets utbredelse i universet.

Da Frank Drake satte opp sin berømte ligning for å beregne hvor mange observerbare sivilisasjoner det finnes i en galakse, så inngår det en parameter som angir sannsynligheten for at liv skal oppstå på en jordlignende planet hvor de fysiske betingelsene er til stede.  I beregningene ble denne sannsynligheten satt til 1, det vil si 100 %. Det som logisk vil skje dersom vi reduserer denne sannsynligheten er at livets utbredelse i universet vil synke.

Jeg kan ikke tenke meg noe mer spennende enn at mennesket en gang får kontakt med fremmede sivilisasjoner der ute. Dersom vi setter sannsynligheten til 100 % slik mange gjør, så er denne muligheten slett ikke helt utenfor menneskehetens rekkevidde.

På den annen side, dersom sannsynligheten er veldig lav så øker da også muligheten dramatisk for at vi likevel kan være alene i universet. De aller fleste av oss finner det veldig vanskelig å tro, at vi kan være helt alene, et nærmest mirakuløst engangstilfelle. Men ta nå og len deg tilbake og reflekter litt over akkurat den muligheten. For tenk hvor tragisk det ville være at det høyst usannsynlige miraklet skjedde en gang, så kommer mennesket og skusler bort den ene muligheten vi hadde til å gjøre noe mer ut av det. For en annen parameter i Drakes ligning angir sannsynligheten for at, om det oppstår liv, hva er da muligheten for at dette noensinne vil utvikle seg til en sivilisasjon? Det er ikke utenkelig at menneskets overdrevne kognitive evner kan være et av naturens «arbeidsuhell», noe som normalt ikke skjer.

For mange er livets opprinnelse og utvikling av sivilisasjon nærmest en logisk nødvendighet. Men er det det? Jeg tenker at svært mange av de utviklingsprosesser vi snakker om her har en iboende kaotisk natur.

Dette kan man synse mye om. Mest interessant er det å ta en seriøs analytisk og vitenskapelig tilnærming til dette. For slike spørsmål har så uendelig mye å si for vårt syn på oss selv og vår plass i tilværelsen.

Oversikt over problemet med livets opprinnelse

Det var først med eksperimentene til Louis Pasteur at den hardnakkede troen på såkalt spontan generasjon ble motbevist. Før den tid var det vanlig å tro at liv kom til hele tiden av seg selv (Abiogenese). Dette handler jo selvsagt om at observasjoner men gjorde ble feiltolket. Man så at liv dukket opp omtrent overalt der det fantes noen form for næring. Jeg kan faktisk huske at jeg, som liten, ble fortalt at lus oppstod av svette. Det er jo en nærliggende konklusjon i den grad man forbant lus med dårlig hygiene. Men, på 1800 tallet var man kommet så langt at man kunne gjøre mer kontrollerte eksperimenter. Og Louis Pasteur påviste at liv bare kunne komme fra liv.  Vitenskapen har aldri observert at liv har blitt til uten at man har utgangspunkt i livet selv eller dets produkter. Det nærmeste vi kommer i dag er forskningen til Craig Venter, som jo er eksepsjonell og har enorme muligheter. Men det liv som er designet i hans laboratorier er skapt med utgangspunkt i maskineriet til levende celler.

Poenget er at vi observerer at dette ikke kan være noe som skjer hele tiden. For da hadde vitenskapen for lengst observert dette. Det har ikke skjedd. I tillegg er det mest primitive livet vi i dag kan observere, temmelig komplekst og avansert.
Det vi observerer i dag er at det ser ut som alt liv har en felles opprinnelse. Språket i den genetiske koden er felles for alt liv på denne kloden. Det vil si at vi kun vet om en gang hvor liv har oppstått på denne kloden. Hvorfor har ikke dette skjedd flere ganger? Vel, vi vet ikke om det har skjedd flere ganger. Det kan jo være at det er så ulikt det vi forventer at vi ikke har oppdaget det.

Hvor sannsynlig er livet?

For å begrense problemet tar jeg utgangspunkt i karbonbasert liv. Dette er ikke nødvendigvis den eneste muligheten for utvikling av liv.  Her må vi være ydmyke for at det er mye vi ikke vet. Men, nå er karbonbasert liv det eneste vi kjenner, så langt. Og Karbonet er en naturlig kandidat for utvikling av liv. Det er jo et av grunnstoffene som har den egenskapen at det kan binde seg sammen komplekse store molekyler. Videre tar jeg utgangspunkt aminosyrene. Aminosyrene er basert på karbon og kan forekomme i mange forskjellige varianter. Det som er interessant er at disse kan settes sammen i utallige kombinasjoner til å danne peptider som igjen knyttes sammen til proteiner. Rekkefølgen aminosyrene er satt sammen på styrer form og egenskap til proteinene. Denne formen skapes av at de forskjellige aminosyrene har forskjellig vannavstøtende egenskaper. Det gjør at rekkefølge på en sekvens av de 20 aminosyrene vil styre molekylets tredimensjonale form. Denne rekkefølgen er igjen styrt gjennom en prosess som styres av ribosomer og kodes av RNA. RNA- koden er en kopi av en tilsvarende bit med DNA.

Proteinene er naturens egen nanoteknologi. Dette er byggeklosser i nanostørrelse. De masseproduseres i cellene og bygges sammen til strukturer som inngår i livets maskineri. De fleste teorier om livets begynnelse har utgangspunkt i at aminosyrer kan være et resultat av naturlige «døde» prosesser. Dette ble avdekket i det berømte Miller-Urey-eksperimentet, der forskerne Miller og Urey eksperimenterte med å simulere de betingelsene som man antok rådet på jorden for 4 milliarder år siden. Eksperimentene viste at det dannet seg de fleste kjente aminosyrene. Men, selv om dette var et stort vitenskapelig gjennombrudd, så er vi svært langt fra å forstå hvordan dette kunne ende opp i at det første liv ble dannet. Det mest primitive fullstendige liv vi kjenner er Arkebakteriene. Selv disse er avanserte kjemiske fabrikker. Så det første store spørsmålet vi må stille er om det første livet var en form for primitiv celle, eller om vi har å gjøre med en form for pre-cellulær evolusjon med utgangspunkt i at det på et eller annet tidspunkt kom i gang enklere selvkopierende systemer, som først senere utviklet seg til celler. Hvilke ingredienser inneholdt i så fall et slikt kjemisk selvkopierende system, og når oppstod den første synteseringen av aminosyrer med utgangspunkt i kjemisk informasjon (DNA eller RNA)? Alt dette er usikre faktorer i dag. Og i den grad vi ikke kjenner dette så vet vi ingenting om hvor stor sannsynligheten er for at en slik prosess skal komme i gang. Men la oss nå likevel forestille oss at vi kjenner oppskriften på et eller flere mulige livsstartende kjemisk system. La oss kalle det for LKS. Om vi nå tar utgangspunkt i den såkalte ursuppen, denne opprinnelige miksturen som danner utgangspunktet dannelse av LKS. Så kan vi tenke oss at det innenfor en enhet, for eksempel en liter, finnes et T antall mulige måter molekylene i suppen kan kombinere seg på. Kanskje finnes det kjemiske begrensinger, for eksempel i form av størrelse eller andre begrensinger. I den grad slike begrensinger ødelegger muligheten for at de livgivende kjemiske systemer skal kunne oppstå, så er sannsynligheten for LKS null. Så vi må altså anta at LKS er blant de mulige kombinasjoner. Vi forestiller oss antall mulige LKS-kombinasjoner i en slik suppe er Y. Da er sannsynligheten for at suppen, på et gitt tidspunkt, skal inneholde et slikt kjemisk system lik Y/T.  Så kan det jo være at noen kombinasjoner forekommer oftere enn andre, for eksempel en enkel forbindelse mellom to aminosyrer. Da kan målet på hvor sjelden en kombinasjon er i forhold til andre kalles SJ.  Jo høyere sjeldenhet desto lavere er sannsynligheten. Da blir formelen:

  

Hvor:

L=Sannsynligheten for LKS skal finnes i en liter med ursuppe

Y=Antall mulige kombinasjoner som kan utgjøre et LKS

T=Det totale antall kjemiske kombinasjoner som kan eksistere i ursuppen

SJ=Hvor sjelden LKS er

 

Men dette er ved et gitt tidspunkt. Antall kombineringer skjer med en hastighet på F forsøk per sekund.

Det systemet jeg beskriver her er kanskje naturens mest primitive form for kreativ prosess. For vi ser akkurat de samme elementene i dette: mangfold, forsøk og seleksjon.

Dersom de grunnleggende betingelsene er til stede, hva er da sannsynligheten for at livet skal oppstå på en planet? For at livet skal få tid til å utvikle seg videre fra den spede start så må prosessen komme i gang tidlig i planetens historie. La oss si i løpet av 1 milliarder år etter at den første ursuppen ble dannet.

Da kan vi tenke oss at det forekommer et V antall liter med ursuppe på planeten i løpet den første milliard år. Denne tiden oppgis i sekunder SE.

Da blir sannsynligheten (SP):

 SP=L*F*V*SE

Hvor SP=Sannsynligheten for forekomst av LKS på en gitt planet

L= Sannsynligheten for LKS skal finnes i en liter med ursuppe

F=Antall kombineringer per liter per sekund

V=Gjennomsnittlig antall liter som forekommer i løpet av planetens levetid.

SE=1 milliard år omregnet i sekunder.

Om vi da tar utgangspunkt i en galakse. I en gjennomsnitts galakse er det MS antall stjerner. Gjennomsnitts antall planeter pr stjerne er PQ. N % av disse planetene har de rette betingelsene for karbonbasert liv. Da blir antall planeter med betingelser for liv (PL):

PL=MS*PQ*N %

GLKS kan defineres som sannsynligheten for LKS i en galakse:

GLKS=PL*SP

I et gjennomsnitts univers finnes det UG galakser.  Sannsynligheten for at LKS skal kunne oppstå i universet (ULKS) blir da:

ULKS=GLKS*UG

Når vi først har fått LKS, hva er da sannsynligheten for at dette skal utvikle seg videre til en proteinbasert stabil primitiv reproduserende levende organisme med kjemisk koding som styrer syntesering av aminosyrer? Vi setter denne sannsynligheten til SC. Om vi vender tilbake til Drakes ligning, skal det ikke lengre settes inn 1 for sannsynligheten for at liv skal oppstå på en planet med riktige betingelser, man setter inn SP*SC, altså sannsynligheten for at liv vil oppstå på en planet med riktige betingelser multiplisert med sannsynligheten for at livet skal utvikle seg til levende celler eller primitive bakterier.

Det resonnementet, jeg har gjennomført her har sikkert mange svakheter, som matematikere og forskere kunne påpeke. Men jeg tenker at tankegangen og tilnærmingsmåten i forhold til å danne seg en realistisk oppfatning på denne problematikken er riktig. Dette er ingeniørtenkning som går forbi den enkle trosforestillingen. Dette resonnementet har en brodd, både i forhold de som regner det som umulig at liv kan oppstå av seg selv, og de som har abiogenese som en selvfølgelig overtro.

For kanskje er det slik at den kjemiske ursuppen må gjennom en ganske høy terskel for at liv skal kunne oppstå og komme i gang. Formelen for L antyder hvor sjeldent det kan være. Da kan livet være temmelig sjeldent i universet. Men det er her de som avviser muligheten for liv ved tilfeldighet stopper. Man har da også gjerne utgangspunkt i en komplett celle, bygget av proteiner som opplagt må ha blitt utviklet over utallige generasjoner. Med et slikt utgangspunkt blir L nesten null. Brodden mot dette resonnementet er at det er nærsynt og tar ikke med helheten. Skal man ta med helheten må man ta med hele universet. I tillegg kjenner man ikke prosessen fra død ursuppe til levende celler. Men det mangler ikke på forslag på hvordan det kan ha gått til.

Vi kunne ha gjort en dramatisk utvidelse til. Hvor mange universer som ligner vårt finnes det, og hvor mange har eksistert totalt sett? Snakker vi om uendelighet her? I et slikt perspektiv blir sannsynligvis livet en nødvendighet.

For den som analyserer formelen over så gir den en indikasjon på at vi kan ha å gjøre med veldig små sannsynligheter ganget opp med enorme tallstørrelser. Det kan jo ende opp med et passe stort tall. Det er akkurat dette som gjør at liv likevel ikke må anses som helt usannsynlig. Så må vi jo bare konstatere at vi er her, så det må jo ha skjedd.