Livets opprinnelse

Innledning

Interessante videoer om temaet: Se
her og
her og
her og
her

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 anslått 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 anslår sannsynligheten for at liv vil oppstå der betingelsene er oppfylt 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 man 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.

 

Den metafysiske forutsetningen for biologisk liv

For å koble problemet opp mot hvor vår tids fysikk og kosmologi er i dag, så kan det være morsomt og kanskje opplysende å peke på de grunnleggende metafysiske forutsetningene for at biologisk liv, slik vi kjenner det i det hele tatt skal kunne oppstå og fungere. Og her fokuserer jeg på informasjon, med andre ord de fysiske forutsetningene for at fysiske prosesser kan utvikle egenskaper som muliggjør informasjon. Jeg baserer meg da på et subjektivistisk informasjonsbegrep, slik som skissert her. Her er forutsetningene:

1)      Fortiden ligner på fremtiden

2)      Den fysiske øyeblikkstilstanden er preget av hendelser i fortiden

Disse to forutsetningene går sikkert an å utvikle i et bokprosjekt alene. Den kanskje viktigste metafysiske forutsetningen er måten tidsbegrepet brukes på. For her snakker vi om fortid og fremtid, uten særlig refleksjon over at dette er problematiske begreper i vår tids fysikk. Det jeg likevel vil påpeke er at vi nå avgrenser metafysikken «subjektivt» over på et biologisk ståsted. Det er ikke veldig forskjellig enn det å benytte Newtons gravitasjonslover på tross av at vi nå «vet bedre». Newtons gravitasjonslover fungerer utmerket i det avsnittet av verden og under de fysiske betingelsene som er relevant for oss.

Biologiske systemer kan best gripes i lys av det konseptet om tid, som er utviklet som en del av vår felles biologiske referanseramme. Det betyr ikke avvisning av andre måter å gripe dette på. Men poenget er at begreper som utvikling, forandring og stabilitet alle forutsetter tid i bunnen av dette. Starten på livet handler om stabilitet på kjemiske strukturer som er selvkopierende. Begrepet «stabilitet» kan ikke gripes uten tidsforløp og forestillinger om forandringer. Tiden står stille i systemer uten forandring. Forandring definerer tid, og tid definerer forandring. Når vi starter med biologisk tenkning, så lar vi «mysteriet» tid, være det det er. Så går vi videre med det vi har. Og det vi har er vår biologiske referanseramme som blir det rammeverket vi har utgangspunkt i.

Det å si at fremtiden ligner på fortiden, betyr ikke at fremtiden er lik fortiden. Det kan den ikke være for da står tiden stille. Så det skjer endringer. Men fra den ene tilstanden til den andre, vil verden fortsatt være gjenkjennelig. Og det er nettopp det at ting endrer seg som skaper det jeg vil kalle for potensiell kreativitet i systemet. For kreativitet krever variasjon. Men variasjonen må være så pass avgrenset at man kan si at «fremtiden ligner på fortiden».

Det at fremtiden ligner på fortiden er basis grunnlag for evne til forutsigelse. Og nettopp denne evnen til forutsigelse er biologiens viktigste metafysiske basis. Og da må vi ikke forstå begrepet forutsigelse i snever forstand slik vi oppfatter og hele tiden benytter dette i våre hjerner.

Hele konseptet bak liv handler om overlevelse (kjemisk stabilitet) og reproduksjon (selvkopiering i kjeder av generasjoner). Nettopp dette med kjemisk stabilitet, handler altså om hvor lenge varer en kjemisk struktur før den bryter sammen og går i oppløsning. Da er det logisk slik, og da er vi inne på Darwins forutsetninger for det naturlige utvalg, at variasjoner i den kjemiske strukturen påvirker både overlevelse og reproduksjon. Her får vi altså en sortering, eller en filtrering. For at dette skal fungere så betinger det at de nye generasjonene møter betingelser som ligner på det tidligere generasjoner ble eksponert for. Dette er motstykket til betingelsen om at avkommet må ligne på foreldrene (betingelse nummer 2). Uten denne forutsetningen, ville ikke denne filtreringen kunne finne sted, og liv vil ikke kunne utvikle seg. Forutsigelsesevnen muliggjøres gjennom denne filtreringsprosessen.

Opp i det hele er det vesentlig å forstå det man kaller for entropi-loven. Det er det noen kaller for den andre termodynamiske loven. Denne er diskutert her, hvor den subjektivistiske konklusjonen er at dette egentlig handler om ren statistikk. Absolutt alle fysiske tilstander er, statistisk sett, svært usannsynlige. Det samme gjelder også fysiske tilstander og prosesser som ender opp med å utvikle liv. Det er dette problemet vi skal sloss med i den videre refleksjonen om dette. Men nå er det også viktig å oppfatte at dette også gjelder kjemiske strukturer. Og jo mer kompleks de er, desto mer usannsynlige er de, og desto større mulighet for sammenbrudd. Det livet egentlig gjør, er å redusere den statistiske sannsynligheten for slike sammenbrudd. Det er dette som er «det biologiske kunststykket». Dette kan kun skje for strukturer og prosesser som er tilpasset de utfordringer de eksponeres for, på en måte som gjør dem resistent mot de truslene som finnes. Dette kan kun skje dersom systemet er «forberedt» på de utfordringer som kommer. Merk ordet «forberedt». Oppdag at det innebærer forutsigelse. Oppdag at denne forutsigelsesevnen handler om preg som er satt på systemet gjennom hva som skjedde i fortiden. Det er når lignende hendelser skjer i fremtiden, at systemet kan være «forberedt».

Igjen er det vesentlig å påpeke at måten jeg forklarer dette på er basert på en antropisk referanseramme. Dette er «døde» kjemiske prosesser. De har ingen konsepter som ligner på det vi med våre hjerner forbinder med «forutsigelse», «utfordringer», «trusler», «resistens», «fortid», «informasjon» osv. Dette er «døde» kjemiske prosesser, som har egenskaper som best lar seg gripe, ved å ty til denne type metaforer.

Så kan vi jo reflektere litt over det andre punktet at den fysiske øyeblikkstilstanden er preget av hendelser i fortiden. Vi oppdager jo umiddelbart at dette henger nøye sammen med det forrige punktet. Navnet på dette er determinisme. Biologisk utvikling kan kun finne sted i miljøer som har høy grad av deterministiske egenskaper. Oversikt over determinismebegrepet finner du her. Kortversjonen er at vitenskapelig determinisme handler om at enhver tilstand er forårsaket av tidligere tilstander, som igjen er forårsaket av tidligere tilstand osv. Vi snakker om komplekse sammensatte kjeder av årsak og virkning.

Dette innebærer at tilstanden her og nå er preget av fortidens hendelser. Det er dette som gjør fortid mulig og det er dette som gjør informasjon mulig. Jeg har definert informasjon som grunnleggende å være noe som representerer noe annet. Dette er en subjektivistisk definisjon, fordi begrepet kun får relevans satt i sammenheng med et informasjonssystem, som jo kobler representasjonen med noe annet.
Det som representerer noe annet er i seg selv en fysisk tilstand i den fysiske virkeligheten. Dette er med andre ord noe som er preget av en kjede av hendelser.
Når vi snakker om livets begynnelse så befinner vi oss i en tilstand hvor det blir umulig å sortere mellom hva som er representasjon, hva som representeres og prosessen som kobler disse. Egentlig er informasjonsbegrepet meningsløst i startfasen. Men på sett og vis har naturlig utvalg egenskaper i seg som ligner på et informasjonssystem. Da er det jo nøyaktig det at hver generasjon ligner på foregående generasjon. Fremtiden ligner på fortiden. Dermed har vi gående en prosess hvor statistikken får at avvik fra ren tilfeldighet, ved at strukturer som er mer stabile, og som øker den statistiske sannsynligheten for at det skapes flere lignende tråder i generasjonskjedene.

I vår tid er det ikke lengre ikke utenkelig at det kan eksistere noe i nærheten av uendelig mange universer. Den kosmologiske modellen som kalles for inflasjonsteorien, er definitivt innenfor hovedstrømmen av vitenskapen. Et nærmest uendelig antall universer med forskjellige egenskaper, blir her noe å reflektere over. Det er komplett umulig at liv skal kunne utvikle seg i et univers hvor fremtiden ikke ligner på fortiden, og som ikke har høy grad av determinisme. Tenk over at nettopp disse forutsetningene her også blir forutsetninger for det vi kaller for naturlover. Kanskje er det slik at det bare er et fåtall universet som har de forutsetningene jeg beskriver. I så fall er flertallet av universene i en tilstand av kaos som vi overhodet ikke kan forestille oss.

Det jeg har beskrevet her er forutsetninger for at det skal kunne oppstå en slags bootstrap-effekt som ender opp i liv. Og vi ser hvor sammenvevet dette er med informasjon og akkumulering av informasjon. Jeg er som sagt tilbakeholdende med å benytte informasjonsbegrepet på de tidligste prosessene. Men på et stadium er vi kommet så langt som at vi har et forhold mellom RNA, DNA og sekvenser av aminosyrer som åpenbart har klare egenskaper av å være informasjonssystemer. Men her innbefatter informasjonssystemet selveste Naturlig Utvalg som selve motoren i systemet. Dette har jeg reflektert over her.

 

 

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 i 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 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.