Vad är liv? - lästips med lästips

För er som är intresserade av det där med livets uppkomst tänkte jag bara tipsa om ett nytt inlägg på bloggen Evolving Thoughts betitlat "What is "life", again?. Inlägget är bra inte minst eftersom det innehåller en hel del intressanta tips till vidare fördjupning.

Uppdatering 14/9:

Fick tips av John Wilkins om att bloggposten jag länkar till var den andra av tre poster på samma tema. Här kommer därför också länkarna till de båda andra posterna:

Bloggpost nummer 1: The meaning of "life"

Bloggpost nummer 3: What is "life", at last

Andra bloggar om: liv, biologi, lästips,

Livets gränser

Helt kort bara kan jag tipsa om att en kommitté med uppdrag av National Academy of Sciences har utgivit en ny rapport (tillgänglig i sin helhet på nätet) betitlad: "The limits of organic life in planetary systems"

Deras definition av vad som krävs för att det ska kunna finnas liv lyder som följer:

Theory, data, and experiments suggest that life requires (in decreasing order of certainty):
• A thermodynamic disequilibrium;
• An environment capable of maintaining covalent bonds, especially between carbon, hydrogen, and other
atoms;
• A liquid environment; and
• A molecular system that can support Darwinian evolution.

De påpekar också att det är lätt att bli hemmablind och uppmanar till ett vidgat synsätt på på i vilka typer av miljöer som liv kan finnas och hur liv potentiellt kan se ut. Liv behöver inte nödvändigtvis vara baserat på DNA eller RNA - kanske inte ens kolbaserat menar de. Vatten är inte heller ett absolut krav.

Läs också Carl Zimmers rapport om det hela i New York Times.

Andra bloggar om: vetenskap, biologi, astrobiologi, liv

Vad är liv? - diskussionen går vidare...

Den intresserade uppmanas kolla in nystartade bloggen nymodernism (av signaturen aleph) som i sin första post anknyter till livsdiskussionen, drar resonemanget ett steg vidare och undrar vad det får för religiösa konsekvenser om vetenskapen förklarar livet och allting.

Malin Sandström på vetenskapsnytt har också författat en intressant post där hon tillför bland annat NASA:s arbetsdefinition och filosofen Carol Clelands perspektiv.

Själv har jag lovat att författa en post till - där jag nystar upp några fler trådar. Men tills dess att jag tar mig samman i sommarsolen kan jag ju komma med ett litet poetiskt bidrag till det hela. En dikt av Wislawa Szymborska om livet - visserligen synbarligen inskränkt till det flercelliga eukaryota livet - men ändå på något vis passande:


Noterat

Livet är enda sättet
att beväxa med löv,
hämta andan i sanden,
flyga upp på vingar;

att vara en hund,
eller stryka den över pälsen;

att skilja smärta
från allt som inte är det;

att få plats i händelserna,
ta vägen i vyerna,
leta reda på det minsta bland misstagen.

Ett enastående tillfälle
att minnas för en stund
vad man pratade om
i den släcka lampans sken.

/WS

Andra bloggar om: vetenskap, liv, poesi, Wislawa Szymborska

Om termodynamik, kinetik och livets uppkomst

Jag avslöjade ju häromdagen lite i förbifarten att jag är en anhängare av Schrödingers definition av liv som ”ett system som importerar negativ entropi”. Detta gav upphov till en liten debatt i kommentarspåret och på Z:s ”enkla bloggen” om olika sätt att definiera liv. Det där med att förklara vad liv är och hur det uppstår och upphör är ju oändligt intressant och förtjänar mer än uppmärksamhet än så tycker jag – så här kommer därför lite fördjupning:

Termodynamikens obönhörliga andra huvudsats dikterar att alla avgränsade system strävar efter att uppnå största möjliga entropi eller oordning. Alla kemiska reaktioner tenderar också att gå i den riktning som maximerar systemets entropi. Det termodynamiskt mest gynnsamma systemet man kan tänka sig är ett system i absolut kemisk jämvikt. I ett kosmologiskt perspektiv brukar man tala om att detta så småningom kommer att leda till universums värmedöd (även om det ju kommer att dröja ett slag). Konstatera kan man dock att ett system i jämvikt är ett dött system.



Det finns en anledning till att mitt skrivbord ser ut som det gör - du kan också skylla på termodynamikens andra!




Alla (kända) levande organismer karakteriseras av att de importerar energi eller energirik (entropifattig) föda från omgivningen som de använder för att ”lura” termodynamikens andra huvudsats och motverka sitt eget sönderfall. De kopplar helt enkelt termodynamiskt gynnsamma reaktioner (mot en högre entropi; t.ex. nedbrytning av mat) till termodynamiskt ogynnsamma reaktioner (mot en lägre entropi; t.ex. uppbyggande av biomassa). En förutsättning för att det hela ska fungera är att de inte är avgränsade system – de måste importera låg entropi utifrån och exportera hög entropi till omgivningen. En levande cell kan beskrivas som ett ”långt-ifrån-jämvikt-system”.

Schrödingers definition är tilltalande eftersom den reducerar liv till något som kan beskrivas av enkla fysiska principer och representerar en strävan att förena fysik och biologi. Men även Schrödingers definition av det levande har dock, precis som alla andra definitioner av liv jag känner till, vissa brister. I det här fallet handlar det om att definitionen är något för vid (åtminstone upplevs den intuitivt som något för vid).

För det första ger den ingen grund för att exkludera jorden som helhet, som ju också är ett system som importerar negativ entropi, från det levande – den understödjer alltså den så kallade Gaia-hypotesen.

Att jorden som helhet skulle vara en levande organism kan man tycka vad man vill om – personligen tycker jag att det är ett intressant tankeexperiment och ett ganska pedagogiskt sätt att förklara varför vi (för vår egen skull) inte kan behandla den här globen hur vi vill. Gaia är dock inte det enda som inkluderas, även många andra ”självorganiserande system” som upplevs som icke-levande kan, åtminstone temporärt, gå mot en lägre entropinivå om energi tillförs utifrån. Galaxer, planeter, tornados och vattenvirvlar är alla exempel på spontant uppstående ordning i system som i sin helhet rör sig mot oordning.

I en nyligen publicerad artikel i PLoS Biology argumenterar John Whitfield för att alla självorganiserande system, levande som icke-levande kanske är en manifestation av samma sak. Hans idé är att levande ting inte uppstår trots att termodynamikens andra huvudsats motarbetar dem utan tack vare den. Självorganiserande system hjälper till att producera entropi snabbare medan de existerar än vad som hade varit fallet om de inte vore där. Betänk till exempel löv som ramlar ned till marken om hösten – daggmaskar, insekter, svampar och bakterier hjälper till att bryta ned dem i en ruskig fart. De bygger visserligen upp sin egen biomassa men nettoeffekten blir ändå en snabb produktion av entropi. Hade de inte funnits där skulle löven ha funnits kvar i åratal. Levande celler är alltså entropikatalysatorer, små utjämnare av ojämvikt– därmed är också liv det termodynamiskt mest gynnsamma tillståndet för ett kemiskt system (som innehåller de nödvändiga byggstenarna) om energi kontinuerligt tillförs utifrån.

Det finns till och med de som hävdar att evolutionen, åtminstone det naturliga urvalet, kan förklaras utifrån termodynamiska principer som en strävan efter ”maximum entropy production” (MEP). Evolutionen gynnar enligt det tankesättet de livsformer som kan maximera entropiflödet igenom sig. – På något plan är ju detta också väldigt likt ”survival of the fittest” – de organismer som är bäst på att motverka sitt eget sönderfall kommer att överleva. Däremot är det svårt att se hur detta skulle stämma överens med den sexuella selektionen som finns hos djuren – där gäller det ju istället att investera energin i något onyttigt, till exempel i färggranna fjäderskrudar, för att kunna attrahera det motsatta könet – knappast entropimaximerande kan man tycka!

Läs mer i:
Whitfield J. (2007) Survival of the likeliest? PloS Biology Vol 5(5): e142



Varför skulle entropigradienten ta omvägen via de här fjädrarna - det är frågan?





Nu finns det ju invändningar mot de termodynamiska teorierna – dels känslomässiga argument från dem som inte gillar reduktionistiska synsätt i allmänhet – men också mer vetenskapligt motiverad kritik.

En alternativ modell för livets uppkomst och evolutionen av teleomatiska och komplexa organismer förs fram av Addy Pross. Han håller med om att termodynamiken sätter ramarna för vad levande organismer kan göra men menar att den knappast är drivkraften bakom vare sig livets uppkomst eller evolutionen. Pross utgår istället från självreplikerande strukturers kinetiska egenskaper – självreplikerande strukturer (som t.ex. DNA) har potentialen att öka hastigheten på de kemiska reaktioner de katalyserar exponentiellt. Detta ger självreplikerande strukturer, när de väl har uppstått, mycket stor spridningspotential. Pross argumenterar också på ett ganska övertygande (om än något mångordigt) sätt för hur enkla självreplikerande strukturer kan och kommer att evolvera mot en högre komplexitetsgrad.

Av Pross modell följer att det blir svårt att dra någon definitiv gräns mellan levande och död materia – evolutionära mekanismer verkar redan på relativt enkla kemiska strukturer och allt levande och dött befinner sig på samma kontinuerliga skala. Han menar att liv är en manifestation av replikerande system och inte tvärtom; att liv är en produkt av evolution snarare än att evolution är ett av livets karakteristika.

Läs mer:
Pross A. (2003) The driving force for life's emergence: kinetic and thermodynamic considerations (pdf). Journal of theoretical Biology Vol 220: 393-406

Se där ja - då var vi framme vid slutet - och du som kommit ända hit: det där var väl en intressant och kanske rentav lite provocerande läsning? Vad anser du? Är jorden en levande organism? Kan evolutionen förklaras som en strävan efter att maximera systemets entropi? Kan man egentligen skriva självreplikerande på svenska eller är det bara biologsvengelska? Frågorna hopar sig - tyck till!

Andra bloggar om: vetenskap, biologi, fysik, kemi, liv, livets uppkomst, evolution, termodynamik, kinetik, entropi, filosofi