Adam Zagajewski – kronprinsen inom den polska poesin

Den polska kulturen i allmänhet (poesin, epiken, dramatiken, musiken, vetenskapen osv.) är, och har mycket länge varit, enastående vital. Inom litteraturen räcker det med att nämna några få: Czeslaw Milosz ...

Av: Carsten Palmer Schale | 25 augusti, 2012
Litteraturens porträtt

Nina Bouraouis kamp med de onda tankarna

Nina Bouraouis kamp med de onda tankarna   Nina Bouraoui. Foto: Elisabeth Grate Bokförlag Jag plågas av att skriva om döden, jag kan inte skriva om sexualiteten, de båda ämnena tycks mig ...

Av: Thomas Nydahl | 05 januari, 2007
Litteraturens porträtt

Fredrik F. G. Granlund

Författarpresentation, Fredrik F. G. Granlund:   Jag är Mästaren utan Margarita, en intelligent och tankfull idiot, ett sovande svärd, ett rorschacktest på himlen, ett refuserat Bamseavsnitt, en ambitiös pacifist, vansinnig med förstånd ...

Av: Fredrik FG Granlund | 19 december, 2011
Utopiska geografier

Könets mystiker

Illustration av Guido Zeccola efter Beato AngelicoHermann Kesten, Joseph Roth och Albert Camus, med korridorförbindelse till André Gide, häckade en gång i tiden i en lägenhet på sjätte våningen i ...

Av: Bo I. Cavefors | 27 november, 2008
Essäer om litteratur & böcker

  • Essäer
  • Publicerad:

Den felande länken och amöbans intelligens



Dennis Bray

Till Birthe, humanist med naturvetenskaplig bakgrund,
precis som författaren Erland

 

Inspirerad av Erich Jantsch, The Self-Organizing Universe från 1980 och Ilya Prigogine och Isabelle Stengers, Ordning ur kaos från 1985 (1979) har jag alltifrån Världen och vetandet sjunger på nytt (1994) engagerat mig för tanken att världen, en gång skapad, organiserar sig själv. En svaghet har därvid varit att det varit svårt att visa hur själva organisationen går till, hur delarna eller elementen sammansluter sig, binder sig till varann.

Nu har jag emellertid funnit lösningen på detta i en bok, som på det sättet kan sägas vara den felande länken, en bok med den korta men suggestiva titeln Wetware. Författare är mikrobiologen Dennis Bray, professor emeritus vid institutionen för fysiologi, utveckling och neurovetenskap i Cambridge.

Stöd Tidningen Kulturen

Köp en prenumeration! Klicka för mer information.

Den felande länken

Molekylerna går i dansen med rödan gullband...
Ett första nyckelbegrepp är thermal diffusion. Det är frågan om den berömda Brownska rörelsen, som Einstein gav förklaringen till 1905: det handlar om molekylernas rörelse i vatten, en rörelse som beror på eller är ekvivalent med vattnets temperatur. Små partiklar som en bakterie eller en proteinmolekyl sveps med av denna rörelse i en meanderslinga från startpunkten. Resultatet blir alltså utspridning, diffusion.
Och på denna väg har två molekyler i en cell en god chans att snart nog möta varann och sammansluta sig eller framkalla en kemisk förändring hos motparten. Utspridningen ger ständiga möjligheter till förbindelser. "Det är en miniatyr-World WideWeb som tillåter varje molekyl att nå kontakt med varje annan inom en kort tidrymd" (56).

Men varför "exploderar" inte cellerna på grund av denna diffusion? Svaret är att vissa slags atomer tycker om att hålla ihop. "Kemiska band står emot värmeenergins utspridande krafter och håller atomerna samman under långa tidsperioder. Aktörerna i dessa kemiska band är de yttre elektronerna i varje atom; de binder sig till andra atomer." Det är alltså fråga om ren kemi.
Det finns starka och svaga band. Starka band är de som vid temperaturen hos den levande cellen upprätthålls under långa tidsperioder - den cement som håller samman det hela. Socker, aminosyror, RNA, DNA och proteiner är alla
byggda av kedjor och ringar av kolatomer länkade till varann med starka band. [...] Deras bildande drivs av vad som kallas kemisk energi, den oemotståndligt förbindande kraft som framträder, när vissa molekyler kommer i kontakt med varann. Kemisk energi driver många slags processer: explosion av krut, brännande av kol, kolvarnas rörelse i en bilmotor och sammandragandet av våra muskler (56).

Så är det också med vår matsmältning. Den energi, som ytterst härrör från solljuset och uppfångats av växter och djur, frigörs i våra kroppar genom att maten oxideras med det syre, som andningen via lungorna och blodet tillför alla celler. Men energin omsätts inte omedelbart i värme för att därmed gå förlorad, utan den uppladdas i ATP-molekyler och frigörs stegvis. Vi är alla förbränningsmotorer, bara så mycket mer raffinerade än de som sitter i våra bilar och flygplan: förbränningen sker i var och en av våra 50 miljarder celler. Den uppladdade energin driver sedan alla de processer som håller oss levande: rörelser, själslig aktivitet, temperaturreglering, reparationer och underhåll. (57, 138 f)
Svaga band är de som lätt bryts av värmeenergi. De skapas när två diffunderande molekyler möts och finner att de genom sin skapnad griper in i varann (mesh). Små växelspel mellan de två ytorna håller molekylerna samman. "Om ytorna går perfekt samman (dovetail), skapas många svaga band, och de två molekylerna kan förbli förende under cellens liv."

alt En proteinmolekyl visas med individuella atomer, representerade som små sfärer på dess yta. Molekylen har en djup hålighet, i vilken en liten glukosmolekyl passar in.

Proteiner
Detta gäller särskilt proteiner, som är gjorda av mycket långa kedjor av enklare molekyler, aminosyror.
Veckade på speciellt sätt skapar kedjorna buktiga (convoluted) ytor: mönster av atomer [...] som styr deras växelspel med andra molekyler. [...] Om den större molekylen har en hålighet på sin yta, som precis passar den mindre, då bör de två komma samman och klistra ihop. [...] Molekyler förs samman i en myriad av flytande möten varje sekund i det oändliga virrvarr som skapas av rörelsen genom värme. (58)

Proteiner är märkliga molekyler. Hemoglobin, till exempel, är sammansatt av 574 aminosyror ordnade i fyra kedjor som vänder tillbaka på sig själva som spaghetti på en tallrik. Fastän de tycks oregelbundna och oordnade, är deras aminosyror ordnade med häpnadsväckande precision. De har samma slingor, och deras aminosyror intar exakt samma lägen, orienterade i exakt samma riktning, i molekyl efter molekyl. Det är ett av evolutionens under. Under miljarder av år har det naturliga urvalet upptäckt sällsynta sekvenser av aminosyror som hålls samman stadigt - olika för varje protein.

Proteiner som hemoglobin är stora nog att ha både en insida och en utsida. De delar som är begravda i det inre ser bara andra aminosyror. De länkar samman med grannarna: deras roll är att hålla den stora molekylen samman. "Aminosyror på utsidan vetter åt den stora, vida världen. Deras precist placerade atomer skapar konvexa och konkava mönster av atomer och elektriska laddningar. De skapar ett intrikat kemiskt landskap: ett som andra molekyler möter och, i några fall, igenkänner genom att de passar in som nyckel i låset." Hemoglobinets primära funktion är att binda syre, och det åstadkoms genom att var och en av dess fyra kedjor har ett speciellt utrymme, där en molekyl syre passar in.

Vi får alltså föreställa oss celler med miljarder av proteinmolekyler av olika form och storlek som fortlöpande vrider sig, vänder sig, vibrerar och rör sig om varandra. Varje slags protein kan känna igen och binda andra specifika molekyler.
Och ändå räcker det inte med detta. Proteiner kan känna igen mer än en molekylpartner, det vill säga de har två utrymmen lämpade för bindning (binding sites). Och dessa tycks kunna "tala" med varann, från en sida av molekylen till en annan. Samtidigt som de två ställena kan vara bundna till helt olika processer.
Men hur kan olika delar av en proteinmolekyl tala med varann? Än en gång kan hemoglobin ge svaret. Röda blodceller fulla med hemoglobinmolekyler cirkulerar i blodet. De tar upp syre i lungorna och släpper ut det i de fina kapillärerna. När de binder syre, blir de friskt röda, utvidgas lite och får en mer avslappad form. När de levererat syret, blir de mörkröda och knotiga, och samtidigt inträffar vissa förändringar i aminosyrornas positioner.

Enzymer
Hemoglobinet är alltså en molekylväxel eller strömbrytare, en switch: den ställer om sig från en form till en annan, när den binder syre och när den avger det. Men så gör också andra slag av proteiner, i synnerhet de som fungerar som enzymer, alltså molekyler som katalyserar kemiska processer. Bray illustrerar detta med altföljande figur:

Ett protein ändrar form, när det binder till sig en mindre molekyl B. I sin nya form kan proteinet bli till ett fungerande enzym, som kan katalysera en kemisk förändring från A till Aˡ. Detta är ett förlopp analogt med funktionen av ett radiorör i en gammaldags radio eller ett elektroniskt kretslopp i en transistor: en mindre variabel reglerar ett större sammanhang. Enzymer kan också uppträda i serier, så att produkten av ett enzym blir råmaterial för nästa.
Ständigt är det fråga om sammanhang, samband, samarbete, inte om separata enheter. Och det är genom sådana samband, menar Bray, som levande celler och encelliga djur förmår göra någon sorts logiska analyser: hur skulle de annars kunna överleva? Hur skulle de kunna "undvika hinder, jaga efter mat, reagera på stimuli, lagra minnen?" De har inget nervsystem, men proteiner har de gott om. (65, jfr x f och 226)

Band och samband över hela linjen
Kartläggningen av band och samband fortsätter i kapitel om proteinsignaler, kommunikation mellan celler, "cellmedvetande", samvaro mellan celler, genetiska kretslopp eller "wetware" överhuvud (allt försiggår i eller genom vätskor). Det hela blir ingenting mindre än bindandets, sambandens, organiserandets höga visa. Materien har alla förutsättningar att av delar skapa helheter, att organisera sig på alla upptänkliga sätt. Helheten blir därmed något helt annat än delarna, på intet sätt blott en additon av dessa, en tanke som nu visar sig vara minst sagt ofullgången. Helheten får ju sin karaktär av det sätt delarna organiserar sig på. Och detta organiserande är inte något ovanligt, något undantag, utan helt enkelt normaltillståndet i världen.

Detta gäller inte bara den organiska världen, som Bray ju sysslar med, utan också den oorganiska. Också den är full av kemiska föreningar, sammansatta ämnen. Och dissipativa strukturer, självorganiserande system, finns överallt: virvlar och eld av alla slag och storlekar, från virveln i badkaret till havsströmmar och cykloner, från tändstickan och ljuslågan till skogsbranden och solen. Dissipativa strukturer är "mycket vanliga", heter det i NE. Den bok som jag kallat "Den felande länken" handlar just om länkar, visar hur världens bestånddelar överallt är länkade samman till fungerande processer och system, till meningsfulla helheter.

Naturen sysslar alltid med att binda (sig) samman. Och resultatet blir alltid mer och annat än summan av delarna. Det är därför världen är så förunderlig och underbar, därför vi upplever den som levande. En värld skapad av sig själv. I motsats till artefakter av alla slag: städer, hus, bilar, båtar, maskiner, möbler, som skapats av människan. (De artefakter, som särskilt måst anpassa sig till naturen, som båtar och flygplan, kan dock få del av naturens funktionella skönhet.)
Så långt bindandets och organiserandets höga visa. Men det är, trots allt, inte den som står i fokus hos Dennis Bray själv. I stället är det

Amöbans intelligens
Hur kan en varelse som en amöba, som består av bara en cell, leva ett så sofistikerat liv? Hur jagar den levande byte, reagerar på ljus, ljud och lukt och visar upp komplexa sekvenser av rörelser utan att ha tillgång till ett nervsystem?
[...] Dennis Bray använder sig av de fynd som gjorts av den nya disciplinen systembiologi för att visa att den interna kemin i levande celler är en form av beräkning (computation). Celler är byggda av molekylära kretslopp som utför samma slags logiska operationer som elektroniska apparater. Bray pläderar för att den beräknande vätskan i celler [...] tillåter organismer att i sin inre struktur innesluta (embody) en bild av världen, och detta förklarar deras förmåga till anpassning och respons, deras intelligens.
Så står det på insidan av omslaget till Dennis Brays bok, och klarare kunde inte huvudlinjen i boken ha presenterats. Men det är en lång väg till detta resultat, och vägen är inte lättgången.

Wetware

alt "Wetware" är alltså det överraskande men fyndiga namnet på Dennis Brays bok. Därmed menas "summan av alla de informationsrika molekylära processerna inuti en levande cell" (x, jfr 226). Termen är tydligen skapad som en avsiktlig pendang till hardware och software men betyder alltså något helt annat. Det är fråga om de processer som försiggår i den vätska som fyller cellen. Livet existerar helt enkelt på annat sätt än det vi vanligen föreställer oss om världen omkring oss, inte som fasta föremål utspridda i rummet utan som processer i vätskor. Livet eller de levande organismerna består till större delen av vatten, och deras smådelar simmar i vätska. Molekylärbiologi är inte någon torr vetenskap utan en våt, inte fysik utan kemi. Och det gör det kanske svårare att utforska och förstå, i varje fall måste forskningen bedrivas med mikroskop.

Det storartade är nu att vi i dag vet och förstår så mycket om denna mikrovärld, som först mikroskopet gav tillträde till. Bray riktar själv uppmärksamheten på detta:
För att få perspektiv på det sagda vill jag betona att de händelser jag beskrivit äger rum i en cell ungefär två mikron lång [en mikron = en tusendels mm], kanske hundra gånger mindre än den minsta prick ni möjligen kan se med obeväpnat öga. Molekylerna själva är hundra gånger mindre igen, medan några av de viktigaste förändringarna [...] äger rum på nivån för individuella atomer. Om man ett ögonblick tänker tillbaka, är det en triumf att vi kan veta något om ett så intrikat stycke molekylär ingenjörskonst, så mycket mer som min redogörelse har varit översiktlig [...]. En fullständig beskrivning av alla molekylära händelser under [bakterien] E. colis rörelser mot kemikalier (chemotaxis) skulle fordra en annan, mycket större bok (98).
I vad mån de redovisade resultaten härrör från Bray själv eller från andra blir väl inte alltid klart. Boken har ingen notapparat, väl däremot en förträfflig litteraturförteckning (samt nyttiga ordförklaringar).

Cellen - robot eller levande varelse?
Brays bok börjar märkligt nog med en refusering. Ett stort förlag hade refuserat boken, därför att den handlade om encelliga organismer med medvetande. "Det är inte sant!" invänder författaren indignerat, "jag säger upprepade gånger i boken att enligt min uppfattning är enstaka celler inte kännande eller medvetna på samma sätt som vi är. [...] En individuell cell är [...] ett system som äger livets grundläggande ingredienser men saknar känsla (sentience). Den är en robot gjord av biologiskt material" (ix).
Ordet "robot" används väl här för att riktigt visa hur fel förlaget haft, men som framgår av fortsättningen är det lite väl starkt. För i fortsättningen gör författaren sitt bästa för att nyansera problematiken och göra välavvägda distinktioner. Det är varken fråga om reduktion till något mekaniskt maskineri eller om någon spekulativ panpsykism. Men problematiken går genom hela boken. Finns det något viktigare problem, kan man fråga sig?

För det första, heter det på samma sida, "är system med medvetande - i princip människor - själva gjorda av celler. Ett mycket stort antal celler, förvisso, och förbundna på högst komplicerade sätt, men celler likväl. [...] Celler är onekligen det 'stoff' som medvetandet är gjort av." Javisst, och detta kan ses som det kanske starkaste exemplet på att "det hela blir, inte bara mer än summan av delarna utan mycket olikt denna summa" (Nobelpristagaren Philip W. Andersons i en artikel i Science 1972 med den slående rubriken: "More is different". Ett annat exempel, som faller mig in, är en bil: den är förvisso något annat och mer än summan av de ingående delarna. Ingen enkel addition här inte.)
Organisationen är alltså högst betydelsefull men inte allt avgörande. Det finns de som menar, konstaterar Bray, att om vi kunde ersätta varje nervcell i vår hjärna med någon likvärdig kiselprodukt, skulle resultatet bli detsamma som originalet. Men det är Bray inte alls med om. Sådana artefakter är oförmögna att konstruera och reparera sig själva. Och levande celler har en obegränsad förmåga att upptäcka och svara på sin omgivning.

Organismer har svarat genom att förändra sin kemi; var och en som misslyckades med att anpassa sig dog ut. Och den rikaste källan till variation fanns i de jättemolekyler som utmärker levande system. [...] RNA, DNA och proteiner kan ses som fortlöpande ändrande form (morphing) som svar på den föränderliga världen omkring dem. [...] Det är som om varje organism bygger en bild av världen - en beskrivning uttryckt inte i ord eller i bildpunkter utan i kemins språk. [...] En grundläggande kunskap om och svar på omgivningen är intregrerade delar av varje levande cells sammansättning. (x)

Begåvade celler
Det första kapitlet heter sedan programmatiskt "Clever Cells". Det berättar först om hur författaren studerar bakteriers arbete i magen på en termit. Det är en värld myllrande av liv. Men det Bray vet från böcker och forskning ger honom inga nycklar till vilka motiv som driver dessa bakterier och till deras inre tillstånd. Även en viktoriansk mikroskopist skulle kunna spekulera om de psykiska egenskaperna hos dessa "infusoria", om deras beteende på något sätt var "medvetet". "Men naturligtvis vet vi bättre i detta molekylberusade, faktafyllda århundrade ... eller gör vi det?" (3)

Här kan man riktigt känna hur det refuserande förlaget ryggat tillbaka. Så får man inte skriva! Men författaren vill inte försvärja sig åt någon ytterlighet, utan intar en mellanposition som en av hans lärofäder, Herbert Jennings, amerikansk "naturalist" från slutet av 1800-talet (20). Och han ställer frågor. "Vad vet vi verkligen om dessa organismers liv? Vad känner de? Hur svarar de på sin värld? Vad är viktigt för dem?" Och han citerar Barbara McClintock: "Vilken kunskp har en cell om sig själv?"

Vetenskapen har som vanligt kartlagt en uppsjö av delar. "Men var i detta museum av delar finner vi förnimmelser, vilja eller medvetande? Vilka okänsliga substanser kommer tillsammans och i vilken ordning för att producera kännande beteende?" (5) Det är frågor som hela fortsättningen av boken kretsar kring.
Först undersöks bakterier, som består av en cell utan kärna, och de visar sig ha förmåga att röra sig mot födoämnen och bort från giftämnen som syror, alkalier och alkohol. Den mest undersökta bakterien, E. coli, som finns i våra tarmar, kan skilja mellan upp till femtio olika kemikalier. Den kan också under en kort tid minnas vad den varit med om, den har ett minne, som är ett exempel på inlärning och kunskap.
Protozoer eller urdjur, däremot, består av en cell med kärna. Mest känd av dessa är amöban, och om den vet vi mycket. Den kan bli upp till en millimeter lång, men den ter sig bara som en genomskinlig säck av vattnig gelé. Hur är det möjligt att den kan kravla runt och fånga mat och umgås med närgångna forskare på ganska intelligent sätt?
Ensamma celler är alltså medvetna om sin omgivning. De upptäcker kemiska smaker, mekaniska vibrationer, visuella stimuli, elektriska fält och gravitationen.

De svarar genom att röra sig eller ändra sin skapnad eller sitt inre tillstånd. [...] Nästan varje levande vandrare måste fatta beslut. När de konfronteras med många stimuli [...], måste de värdera sina möjligheter och bestämma prioriteter. (18)
Amöban är alltså uppmärksam och visar också tecken på hunger, smärta och fruktan. Men det tycks vara en oskriven regel i vetenskapen att i beskrivning av sådana lägre former av liv skall man "undvika att nämna några subjektiva tillstånd. Tydligen skall man beskriva dem som om de vore livlösa. Men är detta rätt? Är det inte naturligt att tillskriva dessa varelser inre tillstånd och känslor?" (19)
Det finns emellertid många motinstanser, alltifrån Descartes till boken The Machinery of the Brain av Dean Woolridge från 1963. Ensamma celler är helt enkelt enligt dessa för små och enkla för att ha känslor och medvetande som en människa.
Och ändå fortsätter de frågor som väcktes av Jennings att irritera. [...] För trots deras litenhet och ögonskenliga enkelhet är organismer bestående av en cell icke desto mindre kompletta funktionella system. [...] kan den här vattniga röran innehålla en glöd av känsla, en prototyp av förnimmande? (25 f)
För att komma till rätta med dessa två frågor går Bray nu två vägar. För det första jämför han med datatekniken och visar hur i datorns kretslopp, i mikrochips, uppsättningar av logiska element utför logiska processer på förutbestämt sätt. "Samma sak händer i en levande cell utom att elementen nu är molekyler i stället för transistorer och att de blinda upprepningar de utför är kemiska snarare än elektriska." (27, jfr 72)
Men i motsats till vad som händer i datorn är mikroorganismen onekligen levande - och därmed är Bray inne på den andra vägen. "Den utformades inte av människor för att röra sig som en leksak utan uppstod spontant [...] ur icke-levande material."

Och en bakterie eller en amöba har förmåga att sätta samman sig själv: "den gör i själva verket all utrustning den behöver för att röra sig när den växer och delar sig". (51 f) Skillnaden är stor och avgörande.
Men lärdomarna från datatekniken gör det nu möjligt att se att proteinerna-enzymerna arbetar på samma sätt som transistorn: en liten enhet kan reglera ett större flöde (jfr avsnittet "Enzymer" ovan). På det sättet finns det "En dator i varje levande cell" (bokens underrubrik).
Såvitt jag förstår är detta nyckeln till Brays förståelse av "wetware". Bakterier och amöbor har, som tidigare sagts, inget nervsystem, men proteiner och enzymer är de fulla av. Och "system av proteinmolekyler kan utföra" alla nervsystemets uppgifter (72).

Cellen som dator
Därom har åtskilligt sagts i avsnitten om proteiner och enzymer ovan. Men mycket återstår. Varje oberoende rörlig organism måste ha någon sorts sinnesorgan, konstateras det, och dessa måste frambringa signaler om vad de upptäcker och sända dessa in i organismen. Där måste de behandlas och värderas och ges olika prioritet. För att göra detta måste organismen kunna utföra kalkyler (computations).
Den kan behöva veta den samlade effekten av två eller flera stimuli och därför kunna göra en addition. Eller hur mycket starkare en är än en annan, motsvarande en subtraktion. Eller öka styrkan av en signal, som när man vrider upp volymen på en radio. Eller det kan vara viktigt att tiderna då en specifik signal är att vänta - "sådana som flaxandet av en vinge eller en annalkande skugga". Eller att veta frekvensen av periodiska impulser utifrån.

Författaren vill nu övertyga oss om att system av proteinmolekyler kan uföra alla dessa uppgifter. "De förser en ensam cell med motsvarigheter till sinnesorgan, nerver och muskler." Men detta kräver en kemi som går utöver den vanliga. (72)
Upptäckten av signaler från omgivningen kräver receptorer, nämligen proteiner som är försänkta i cellens membran med en del som vetter mot cellens utsida och en annan mot cytoplasman på dess insida. Det finns hundratals olika receptorer, var och en specialiserad på en substans genom att denna substans kan bindas vid en speciell plats på dess yta. Om det kommer en sådan molekyl, passar den in precis och binds med många svaga band. Det uppstår då en kaskad av förändringar i receptorn, vilka passerar genom membranet. (73)

Det gäller nu att föra vidare denna kunskap till andra lokaliteter inuti cellen. Ett sätt är en kaskad av enzymreaktioner: den första enzymen gör en liten molekyl, som blir till startmaterial för den andra o s v. Ett snabbare och mer kontrollerat sätt är via kemiska modifikationer av proteiner. Celler använder sig av enzymer som ansluter grupper av atomer till ett protein genom starka band. Vanligast är en enkel addition av en fosfatgrupp. Starka band varar länge, och tillägget av en fosfatgrupp till ett protein i nervceller betyder livslånga minnen i hjärnan. (Men vilken är relationen mellan denna fosfatgrupp och minnet, måste man fråga?)
Men när det gäller att föra vidare budskap, behövs det proteiner som snabbt kan både slå på och av. Till den ändan behövs det ett andra enzym som tar bort fosfatgruppen igen. Dessa två slag av enzymer kallas kinaser och fosfataser. (76 f)

Därmed har åtminstone jag kommit långt utöver skolkemin (som i mitt fall dock ligger mer än 65 år tillbaka!). Men det slående och betänkansvärda är att det inom den kemiska världen kommuniseras med helt andra medel än budbärare i rummet eller elektriska signaler. Vi är vana vid att se alla processer som förlopp i rummet, men i kemin finns det inga elektriska ledningar. (Kapitel 5 heter "Cell Wiring", men det får uppfattas som lätt ironiskt.) I stället går en signal genom en cell genom en förändring i antalet specifika molekyler vid speciella ställen och genom diffusion och enzymkatalys. Det låter som klumpiga sätt, men det kan vara förvånande snabbt och effektivt. Och molekylerna arbetar som ett nervsystem. (86 f)

Proteinmolekyler förser alltså cellen med en verktygslåda av komponenter för att bygga vilket kretslopp som helst. Man kan tänka på ett protein med två platser (håligheter eller liknande) för fosfatgrupper. (Men ett enzym kan också ha nio 'tilläggsplatser' eller fler, se bilden!) Till och med en så enkel konstruktion kan utföra logiska operationer. Proteinet kan vara aktivt bara när båda platserna är upptagna eller när plats A är upptagen men inte plats B eller tvärtom, eller också fungerar det inte med någon av platserna besatta. Det skulle då arbeta i enlighet med en matematisk logik med alternativen OCH, ELLER och INTE. (80)

alt Under en svacka i sin forskning upptäckte Dennis Bray datorns möjligheter att simulera cellens liv och tog ett års ledighet för att vid Caltech lära sig skapa sådana program (MicrobeWorld - MTS36 - Dennis Bray, intervju med Carl Zimmer, 9 okt. 2009). Sedan har han fortlöpande växlat mellan cellens värld och datorns (kap. 2, 6, 11; en sammanfattning på s 194). Ett av de mer slående ställena gäller komplikation. Det finns datorprogram som skapar enormt komplicerade bilder, konstaterar han, som Mandelbrots berömda fraktaler och Stephen Wolframs utveckling av cellautomater, somliga lika löv och andra livsformer. (102 f; jfr min Världen underbarare än vi tror, 2006, s 98-128)

"Men detta är förvisso en förvrängning av verkligheten!", utropar Bray.
Ett enda grässtrå är omätligt mer komplicerat än Wolframs hela opus. Tänk på de tiotals miljoner celler det är byggt av. Varje cell innehåller miljarder proteinmolekyler. Varje proteinmolekyl är i sin tur ett högst komplext tredimensionellt arrangemang av tiotusentals atomer. Och det är inte slut med det. För antalet, lokaliseringen och det speciella kemiska tillståndet hos varje proteinmolekyl är påverkat av dess omgivning och historia. (103)
Före Bray har samma insikt nåtts av den danske psalmdiktaren H A Brorson, och det redan 1734:

Gik alle konger frem på rad
i deres magt og vœlde,
de mœgted ej det mindste blad
at sœtte på en nœlde.

Det mindste grœs jeg undrer på
I skove og i dale,
hvor skulde jeg den visdom få
om det kun ret at tale!

Att cellen är medveten om sin omgivning och rättar sig efter den är ett genomgående tema hos Bray, och ett kapitel (nr 7) heter "Cell Awareness". Men det betyder inte att den har medvetande, vilket man kan se i ordförklaringarna, där consciousness föredömligt definieras som Part of the human mind that is aware of a person's self and responsible for free will. Creates a conceptual private space (244).
Däremot har cellen en utomordentlig rörlighet eller rättare förmåga att förändras, beroende på att molekylerna i levande organismer förmår förändras "i enlighet med sin omgivning. De förändrar sin kemiska struktur - jag kommer att använda termen morph - så att de underlättar organismens överlevnad" (121).

Ja, Bray kallar ett av bokens längsta kapitel (nr 8) för "Molecular Morphing", och där presenteras en fullständig dans av förändringar. Men mitt i detta kapitel påminner han oss om vår svårighet att rätt uppfatta denna dans. "Under våra korta liv fångar vi in så lite av evolutionen, att levande arter tycks oss bestämda och oföränderliga. Men om vi tar in ett större och förkortat perspektiv, kommer vi att se att växter och djur fortlöpande förändras (morph) - sjuder av förändring, när nya gener och nya proteiner kontinuerligt skapas och sedan förloras" (156).

Här finns orsaken till milleniers missupfattning av den värld vi lever i. Liksom till behovet att tänka sig en gud som på stående fot sköter om det hela. Men naturen kan själv. Den behöver bara lite tid på sig. Geologisk tid eller åtminstone evolutionär.
Och det gäller inte bara proteiner och deras aminosyror utan också DNA och RNA. De återkommande elementen är där inte aminosyror utan de fyra nukleotidbaserna som bildar par enligt mönstren G/C och A/T respektive A plus U och G plus C (83 f. 146 ff). Rörligheten här liksom hos proteinerna ges en fortlöpande, överväldigande demonstration, som dock är så tekniskt avancerad, att jag föredrar att gå direkt till slutsatsen:

"Varje liten uppsättning växelverkande proteinmolekyler i en levande cell skulle i princip kunna anta ett oändligt antal kemiska tillstånd." Inte så att dessa myriader av former alla utför oundgängliga funktioner i cellen; många har tillkommit genom tillfälligheter och trivialiteter. Men "varje fall av proteinstruktur, som är nyttig för cellen eller organismen, skulle i princip kunna användas". Och "omfånget av meningsfull variation i cellstrukturen är för närvarande fullständigt okänt. [...] möjligheterna är oändliga." (163 f)
"På det sättet är kunskap om och respons på omgivningen en integrerad del av varje cells makeup. Ett oändligt växlande kaleidoskop av utmaningar från omgivningen har funnits där under evolutionen. Organismer har svarat genom att ändra sin kemi - den som misslyckats har gått under." Och så kommer Bray tillbaka till sin expressiva sammanfattning från tidigare: "Det är som om varje organism, då den utvecklas, bygger en bild av världen - en beskrivning uttryckt inte i ord eller bildelement utan i kemins språk. [...] En levande cell innehåller en bild av världen, därför att den är född av världen." (164 f)

Bacterial Chemotaxis Celler i samverkan
Men system av proteiner i individuella celler fick förmågan att samarbeta och skapade "varelser som vida överträffar varje individuell cell". Därvid kommunicerar de med varann på olika sätt. Ett känt och frapperande exempel är slemsvampen, som när tillgången på föda är god, existerar som oberoende amöbor, men när födan tryter, drar sig samman till denna "svamp", som existerar som ett annat slags djur. (171 f)

Ett slående fall av samverkan mellan celler är det lilla sötvattensdjuret hydra, släkt med sjöanemoner och koraller. Som redan 1700-talsforskaren Trembley upptäckte kan separata delar av hydran regenerera och återbilda hela djuret. Celler i denna återstående del kan alltså ändra sin bestämmelse och position på det sätt som är nödvändigt. Budskap måste således gå mellan olika delar, så att celler vet vad de skall göra. Någonstans i det lilla djuret finns en plan för kroppen. (173)
Men de stora exemplen är naturligtvis de högre djuren, inklusive människan.
De uppkom enligt samma grundprinciper för samverkan mellan celler som ses hos hydran, [...] tillämpade många miljoner gånger. Skivor av epitelceller täcker yttre och inre ytor i kroppen och skapar skyddade avdelningar och kontrollerade inre miljöer. Inom dessa utför specialiserade celler olika funktioner i enlighet med sin plats. [...] Fysiska och kemiska mekanismer säkerställer sedan att de olika delarna arbetar samman. (174)
Och därmed möjliggörs tillväxt, fördelning, produktion av energi, avsöndring av avfall o s v.

Genetiska kretsar
På 1950-talet visade en grupp forskare ledd av Jaques Monod och Francois Jacob att E. coli-bakterier, som lever på glukos, också kunde livnära sig på laktos. Bara minuter efter det att de överflyttats till ett medium med laktos som enda källa till kolatomer, utvecklade bakterierna enzymer och andra molekyler, som fordrades för att tillgodogöra sig laktos.
Bray menar nu att detta märkliga förhållande beror på att någon stamfader i en längesedan förfluten tid mött laktos för första gången och då tvingats till den långsamma och smärtsamma processen att utveckla proteiner för att smälta laktos. Instruktioner för detta lagrades sedan i DNA och gick vidare till kommande generationer. Ett genetiskt kretslopp, beroende på att förändringen i arvsmassan nedärvts till alla kommande generationer. (179, 184)
Bakterier använder många knep och finter för att kontrollera sina gener. "Men det inre av en växt- eller djurcell är en än mer häpnadsväckande plats att besöka" Omfånget och rikedomen i deras genetiska kretsar är helt annorlunda. "Reagerande på signaler från omvärlden, särskilt från andra celler, skapar de skinn, muskler, blod och ben - det vill säga, de bygger en kropp." "Celler i ett embryo börjar som naiva generalister, fuskare på alla områden [...]. De slutar i den vuxna kroppen [...] som hängivna specialister." (186 ff)

Nu börjar vi till sist förstå mekanismerna vid celldifferentiering, men resultatet är mer komplicerat och egenartat än någon kunde ha trott. "Nätverk av gener i varje verklig organism har en rikedom och en barock egendomlighet som skulle vara svår att uppfinna. Verkligheten är sällsammare än dikten, i cellbiologi som i mänskliga affärer", konstaterar Bray. "Resultatet är ett nätverk av interagerande gener som växer i storlek och antal förbindelser med embryot." (191) "Intrikata kaskader av specifikation och interaktion, när ett embryo växer, leder till högst differentierade celler och organ" (193 f).
Hjärnan
Levande vävnaders förmåga att kalkylera är en integrerande del av varje sida av livet.

Men deras mest mysteriösa och lockande verksamhet utförs inuti nervceller [...]. Tack vare denna oregelbundet formade klibbiga klump av organisk substans [hjärnan], som till 70 % består av vatten, kan jag gå, tala, minnas, värdera, kalkylera, uppleva och känna. På något sätt har denna apoteos av wetware växt från samma fruktbara kompost som andra sidor av levande organismer."
Här hänvisar Bray till alla jämförelser han gjort i det föregående mellan levande "wetware" och elektroniska artefakter - och hoppas att de varit intressanta. Men, tillägger han, "reproduktion i maskinform av mänsklig intelligens och mänskliga tankeprocesser är en helt igenom personlig affär" (194). Och därmed går han över till ett kapitel om robotar, men det slutar, inte oväntat, med konstaterandet att alla artificiella system tycks ha missat någon organiserande biologisk princip, ett livselixir, livets egen saft (206). Robotar är fortfarande inte lika oss. De saknar någonting som tillkommer även den enklaste organism: "förmåga att av sig själva överleva i den verkliga världen".
Vad kan då denna livets "saft" vara?

Den mest iögonenfallande skillnaden, antydd genom ordet saft (juice), är att levande varelser är gjorda av mjukt, vått, kolbaserat material i motsats till datorers och robotars hårda och torra kisel och metall. Levande varelser använder sig av en annan och unik form av kemi som ger dem möjlighet att regenerera [...] genom att använda material som är allmänt tillgängligt.
Det är just fråga om kemi. "Vad skulle det fordras för att genom en mänsklig uppfinning reproducera de myriader av kemiska reaktioner som varje levande cell utför varje sekund under sin existens?" Åtskilligt av detta kan göras utanför cellen, men den enda möjliga vägen "att reproducera hela processer som metabolism, [...] eller proteinsyntes i ett provrör är att använda molekyler som redan är gjorda av celler". I varje fall i dag är biologer oförmögna att tillverka de enzymer, membran och organeller som fordras, och de förstår inte helt vare sig hur de fungerar eller är hopfogade. (207)

altDet efterföljande kapitlet om hjärna och nerver kallas The Juice, men det är faktiskt ganska torrt, även om hjärnan alltså till 70% består av vatten. Mig tycks det mest innehålla bekanta eller i varje fall mindre tankeväckande saker. Att de logiska processer, som på molekylnivån utfördes av proteinmolekyler, i hjärnan verkställs av neuroner, är kanske ingen överraskning. Mer kanske då att "signaler inuti en cell förs vidare genom diffusion, men i en hjärna som elektriska signaler". Siffrorna tar dock som vanligt andan ur en: 100 miljarder nervceller och fem till tio gånger så många, om man också räknar den bärande vävnad (glial cells), som möjligen deltar i verksamheten. Lagringskapaciteten i en vuxens hjärna motsvarar kapaciteten hos tio ordinära universitetsbibliotek (209, 211).
I slutorden i kapitlet återkommer för tredje gången en central tanke i boken: "Genom att i form av molekyler fånga en bild av omgivningarna förvärvar biologiska system en kunskap om världen på ett sätt som inget annat kemiskt eller fysiskt system kan" (225).

Åter till upptakten och mot avslutningen
Det sista kapitlet Amoeba Redux (Tillbaka till amöban) bjuder på en vinnande, avklarnad sammanfattning, än en gång begynnande med encelliga varelser som amöban. Hur kan dessa organismer "verka i en integrerad, på ett till synes (apparently) motiverad fason? Var kommer deras känslighet från? Vad kan jag säga om deras självkännedom?"
Startpunkten är en cell fullstoppad med molekyler, särskilt proteiner. Proteiner erbjuder motsvarigheten till muskler, skelett, matsmältningssystem och lungor. De skapar nätverk av kommunikation och logiska maskiner - underlaget för cellens kalkyler. Där högre organismer har hjärna och ryggmärg, har ensamma celler nätverk av interagerande proteiner. (226)
Kalkyleringsprocesserna, som utförs av en cell, har drag som skiljer dem från varje av människor tillverkad maskin eller elektronisk apparat. Den mest påtagliga skillnaden är att de baseras på kemiska reaktioner i vattenlösning. De behöver en fortlöpande tillgång på kolatomer och kemisk energi [...] Förbindelser i en cell-baserad kalkylator görs genom den fysiska processen diffusion och igenkänning av molekyler. Det gör cellkommunikationer jämförelsevis långsamma och inexakta, men [...] det gör det också möjligt för ett stort antal förbindelser att göras inom en minimal volym. Celler är inte begränsade av storleken på ledningar eller av överhettning; deras energikomsumtion är minimal. En bananflugas hjärna utför mirakler av bearbetning av synintryck och kontroll av flygning med konsumtion av mikrowatt av kraft. (227)

Inom cellens trånga gränser är lokaliseringen avgörande, som en postadress. Överallt skillnader beroende på läge. Och cellmembranen (också de inom cellen) är långt ifrån matematiskt plana ytor. De har karakteriserats som en "flytande mosaik", en lämplig metafor, eftersom de flytande proteinerna samlar sig i flockar och klungor. "De skapar dynamiska arkipelager, unika molekylöar som formas och upplöses med cellens upplevelser och avsikt" (228). Och det som bestämmer denna komplicerade geografi är molekylernas förmåga att känna igen och binda sig vid de molekyler de passar samman med och som de ständigt passerar på den väg där diffusionen driver dem fram.
Det är omöjligt, menar Bray, att föreställa sig rikedomen och mångfalden i cellens kemi. Detaljen befinner sig på atomens nivå, men variationen är astronomisk. Och ändå kan vi, som boken har visat, förstå en hel del i fråga om cellen. Lösningen på denna paradox är organisationen. Varken lokaliseringen av molekylerna eller deras funktion är ren slump, utan de är organiserade i en hierarkisk ordning på många plan. (230)
Fördelen med detta klargör Bray genom en parabel om två klockmakare, Hora och Tempus. Hora var framgångsrik, medan Tempus blev allt fattigare. Orsaken var att Hora konstruerade sina klockor så att han av de 1000 delarna, som klockorna bestod av, först gjorde mindre, fungerande helheter om cirka tio delar och sedan av tio sådana en ny fungerande helhet och så vidare. Om han blev störd under arbetet, förlorade han bara en del av resultatet, medan Tellus, som inte förstod denna finess, ständigt måste börja om från början, när han blivit störd. (231)
"En levande cell liknar tydligen en av Horas klockor. Också den är gjord av en hierarki av underavdelningar, som var och en är oberoende stabil." Om det blir något tillfälligt avbrott i leveransen av material eller i biosyntesen, kan processen ändå fortsätta. Den naturliga miljön är full av avbrott och snabba förändringar. Varje organism, som blir skadad av sådana avbrott, kommer snart, som Tempus, att vara ute ur leken. "Ett strängt urval måste existera till förmån för stabilitet på alla produktionsnivåer." Tala om ordning och organisation i naturen! Enkel addition tycks vara ett främmande begrepp. De som har denna stabilitet liknar Horas klockor, utom att de tillkommit genom naturligt urval snarare än genom "intelligent design". (232)

"Om en levande cell inte var mer än en klocka eller något annat maskineri, skulle jag inte ha mer att säga", skriver Dennis Bray. Men vi vet att det inte är så. Ovanför ramen av definierade komponenter i en cell finns det ett annat lager. Det är högst flexibelt, och kan anta nästan varje form, "som mjukt och harmoniserande kött på ett benigt skelett". Och så kommer det: "Den djupa frågan är om detta högre lager i konstruktionen av celler självt är organiserat. [...] Om inte, kommer vi aldrig att veta vad en cell kommer att göra härnäst."
Det är alltså fråga om ett spel mellan förorsakande (causation) och integritet, en integritet som gör det möjligt för en cell att skilja mellan vad som hör till den själv och till världen utanför. (233) Svaret ligger väl i själva verket just i detta begreppspar: det är fråga om ett spel mellan de två alternativen, ett spel som fortgår livet och världen igenom och som är grundvillkoret för existensen.

Till slut konstaterar Dennis Bray att vi kanske känner cellen bättre än högre djur. Men med tanke på den långvariga korrespondensen mellan de två sidorna, beroende på deras gemensamma evolutionära ursprung, så är det kanske, som någon har sagt, så "'att celler är prövostenar för människans själstillstånd'". En prövosten tillägger Bray, "är en skiva av mörk mineral, använd för att pröva kvaliteten av guld och silver utifrån färgen på den strimma som var och en av dem gör på den ... inte någon dålig analogi." (241)
Nej, så är det väl. Och här sammanstrålar alltså mineral och metaller, celler och människor på ett sätt som antyder att gemenskapen kanske är större än skillnaderna. Det kan ses som ett exempel på det i dag inte ovanliga överskridandet av gränsen mellan naturvetenskap och humaniora till en allmän vetenskap, en "General Science".

Dessa slutord anknyter till något Bray säger i förordet (xi). Först hämtar han från John Steinbeck ett ord, som jag gärna vill göra också till mitt, nämligen att han har skrivit boken "inte för att instruera andra utan för att informera mig själv". Men, konstaterar han, skrivandet självt kräver en imaginär läsare. Han har tänkt sig någon som saknar specialkunskaper i biologi och datorer men som har en filosofisk läggning. Ideellt är hon intresserad av att "jämföra levande system och datorer och av ursprunget till förmågan att förnimma (sentient properties) från obesjälad materia". (xi)

Javisst, förhållandet mellan liv och "obesjälad materia" är den stora existentiella gåtan, som åtminstone jag aldrig blir trött på att begrunda. Ett stort steg mot förståelse tycks mig Prigogines upptäckt av existensformen "dissipativa strukturer", självorganiserande system, vara. Det är en högt utvecklad existensform, gemensam för liv och icke-liv, för cellen och människan, virveln, ljuslågan och ekologiska system. (Se upptakten till denna artikel.) Om till detta läggs Brays klarläggande av den materiella cellens avancerade organisation och funktion, tycks steget mellan materia och liv inte alldeles oöverkomligt. Det kan ha skett ett häftigt överskridande av det dittillsvarande tillståndet vid en plötslig omvälvning av något slag.
Den slutliga lösningen är vi inte framme vid, men de stora framstegen låter förstå att den skapande guden nog kan ersättas av vad som skett under den evolution som verkat under miljarder av år (encelliga organismer) eller miljoner år (flercelliga organismer). Tänk själv, miljoner av år! Själv är jag nu 85 år och tycker mig ha upplevt och utvecklats mycket. Vad kan då inte ske under miljarder eller miljoner år av utveckling, en tidrymd så lång att ingen ens lär kunna föreställa sig den!?

Erland Lagerroth

 

Ur arkivet

view_module reorder

Tid, liv og virkelighetstydninger

I «Refleksjoner om identiteten til eksisterende (foreliggende) identiteter» tar jeg opp følgende ting av aporetisk art: At eksisterende entiteter forandrer seg over tid og at eksisteremde entiteter har en tendens ...

Av: Thor Olav Olsen | Agora - filosofiska essäer | 17 november, 2010

Bortvändhet från ambitionerna

I stort sett varje strävan uppåt i de givna hierarkiernas tjänst bemöts idag med gillande eller åtminstone acceptans (som kan komma sig av såväl en välkomnande känsla av samhörighet som ...

Av: Peter Worland | Utopiska geografier | 08 juni, 2009

”Du har ställt flera frågor kring Kulturdepartementets direkta engagemang och närvaro…” Peace &…

Redan när Tidningen Kulturen publicerar min artikel ”Folkfesten som tänjer gränser för socialt medvetande” (16 juni 2012) har funderingen legat där och grott; det måste väl ändå vara mycket intressant ...

Av: Linda Bönström | Kulturreportage | 11 juli, 2012

Hermann Hesse

Hermann Hesses klassiker: Narziss och Goldmund

I Klas Östergrens nya roman I en skog av Sumak finns en parafras på kastanjeträdet i Herman Hesses roman Narziss och Goldmund. Precis som Östergrens roman som gått som följetong ...

Av: Ulf Nygren | Essäer om litteratur & böcker | 27 augusti, 2017

Richard Strauss - en tjuvaktig skata?

  Ariadne (Zerbinetta). Foto: Bettina Stoess/Deutsche oper Berlin Deutsche Oper i Berlin har under januari och februari frossat i Richard Strauss. Fem av hans operor har snurrat runt på repertoaren - "Salome ...

Av: Ulf Stenberg | Essäer om musik | 03 mars, 2009

Aase Berg. Foto: Elisabeth Ohlson Wallin

Tidskriften 10TALs poesifestival 2015

Årets upplaga, den 19:e, av Stockholms Internationella Poesifestival hade temat lyrik och musik. Tidningen Kulturen gjorde några nedslag i det stora och varierade programmet. Festivalen inleddes redan den 24 november ...

Av: Thomas Wihlman | Essäer om litteratur & böcker | 07 december, 2015

En liten blåsa i Guds andes glas

Jag är förtvivlad, full av ångest och riven i djupet som aldrig förr! Det är nåt fel med mig! Det är som att återuppbygga ett hela tiden raserande och sönderblandat ...

Av: Benny Holmberg | Essäer om litteratur & böcker | 05 september, 2011

Närkontakt av tredje graden 

Av förekommen anledning bjuder vi på Vladimir Oravskys och Olle Ekstrands mästerliga filmanalys av Steven Spielbergs UFO-klassiker:   Konstnärens vilja att solidarisera sig med den tekniska vetenskapliga förändringsprocess som äger rum i ...

Av: Vladimir Oravsky | Utopiska geografier | 11 april, 2017

Botanisera i arkivet
close

Prenumerera på vårt nyhetsbrev!

Få de senaste artiklarna direkt i din brevlåda - helt kostnadsfritt.

Du kan när som helst avsluta din prenumeration - enklast klickar du bara på länken du hittar i varje nyhetsbrev.