Læsetid: 6 min.

Der mangler stadig brikker

24. august 1998

En lang række biologer og fysikere har de sidste to uger været forsamlet på Niels Bohr Instituttet for at prøve at tegne et fælles billede af livets oprindelse. Resultatet blev temmelig sløret

NY INDSIGT
Livets oprindelse har interesseret videnskabsfolk lige siden Aristoteles. Selv om livet traditionelt hører til indenfor biologien, har biologerne ikke patent på at beskæftige sig med det. Fysikere har altid gerne villet give deres besyv med, og der har tidligere været udkæmpet drabelige verbale kampe i grænselandet mellem fysik og biologi. Nu nøjes man med at mødes og lade sig inspirere af hinanden, og det er ikke kun biologerne, der kan lære af fysikerne, det lader til, at fysikken også er begyndt at tage ved lære af biologien.
Det kunne man erfare på den tværfaglige sommerskole The Spontaneous Order of
Life II, som med temaet "Livets oprindelse" blev afholdt på Niels Bohr Instituttet i midten af august. For anden gang havde instituttet samlet fysikere, biologer, biokemikere og andre, der på en eller anden måde beskæftiger sig med livets oprindelse; dels for at øge interessen for arbejdet i grænselandet mellem fysikken og biologien og dels for at skabe en vekselvirkning mellem deltagerne i håb om at komme nærmere livets gåde.
Der var gengangere fra den første sommerskole for to år siden såsom fysikeren Roger Penrose fra England og den amerikanske biolog Stuart Kauffman. Der mødte dog også mindre kendte navne op med ideer fra grænselandet mellem fysikken og biologien.
Forskerne kom med hver deres lille brik, som de mente passede i det store puslespil om livets oprindelse, og i løbet af 10 dage skulle de stykkes sammen og vise, om det kunne give et klart og sammenhængende billede. Det blev hurtigt klart, at det dannede billede er meget sløret, og at der er en del huller, der mangler at blive fyldt ud, men deltagerne fik et spændende indblik i, hvad forskerne går og roder med i hver deres afkrog af grænselandet. Om man nogen sinde vil få et fuldendt billede af livets oprindelse er tvivlsomt, men der er en rivende udvikling indenfor mange spændende områder, som kan hjælpe med til at finde de sidste manglende brikker.

Ny indsigt i samspil
Definitionen af, hvor græn-sen for levende ting går, kan biologer og biokemikere ikke enes om indbyrdes, så det gik de forsamlede let hen over og snakkede i stedet om de underliggende byggesten og fysiske regelmæssigheder i livet.
Livet er ikke simpelt. Det består tværtimod af komplekse systemer med forskellige beskrivelsesniveauer. F.eks. består et individ af celler, der består af molekyler, der igen består af atomer - og individet selv kan være en del af et større samfund. Fysikeren Steen Rasmussen fra Los Alamos i USA kalder en samling af beskrivelsesniveauerne for et dynamisk hierarki. Hans brik til puslespillet er, at en fortolkning af liv skal omfatte flere niveauer i det dynamiske hierarki, fordi en beskrivelse på ét niveau ikke kan forklare vekselvirkningen med det næste.
Atomer bindes sammen til molekyler ved hjælp af kemi, men hvordan molekyler finder ud af, at de skal danne en celle, og hvordan celler finder ud af, at de skal danne en organisme eller et individ, er et stort spørgsmål.
Den franske biolog Eric Bonabeau har prøvet at finde et svar på dette spørgsmål. På sommerskolen beskrev han hvordan sociale insekter - myrer, termitter og bier - udgør en selvorganiseret helhed, dvs. et system, som består af mindre, individuelle dele, som udgør en helhed, der udfylder nogle funktioner, som det enkelte individ ikke kan gøre alene. Der står ikke nogen arkitekt og holder opsyn med termitterne, når de bygger et bo, men de finder alligevel ud af, hvordan de skal gøre det.
Eric Bonabeau fremførte den vigtige pointe, at han mener, der er to forskellige spørgsmål, man kan stille i videnskabelig sammenhæng: Hvorfor-spørgsmål og hvordan-spørgsmål.
Biologer har koncentreret sig om førstnævnte, som i fysiksammenhæng nærmest er teologiske spørgsmål. Men da Eric Bonabeau er uddannet både indenfor fysikken og biologien, har han arbejdet med både hvorfor- og hvordan-spørgsmålene i sine undersøgelser af de sociale insekter. En tilgang, der har givet ny indsigt.

Gammel fysik for fald
Videnskabsteoretisk har fysikken været betragtet som den mest grundlæggende videnskab, fordi dens teorier er simple, og de er lette at falsificere, det vil sige, at man let kan stille eksperimenter op, som kan afgøre om teoriens forudsigelser er rigtige eller forkerte.
Følger man denne reduktionisme til den yderste konsekvens, betyder det, at når først fysikerne har fundet den store teori, er det kun et spørgsmål om tid og arbejde, før alle fænomener er beskrevet, da de kan reduceres til simpel vekselvirkning mellem elementarpartikler. Det er en gammeldags opfattelse, der ikke længere er dominerende i fysikkens verden, men troen på en universel teori er alligevel en hjørnesten i fysikeres tankegang, og de kaster sig gerne over problemer også indenfor biologien og samfundsvidenskaben.
Biologerne protesterer, fordi de mener, biologiske systemer er så komplekse, at de ikke uden videre kan beskrives som vekselvirkning mellem partikler.
Det kan bedst illustreres gennem en gammel fysikervittighed om en landmand, der gerne vil have optimeret sin mælkeproduktion og derfor spørger en fysiker til råds. Efter flere måneders beregninger kommer fysikeren ud til landmanden og siger: "Jeg har løst dit problem! Tag en kugleformet ko med volumen V og en konstant fordøjelse af græs G...".
Fysikere finder vittigheden morsom, fordi abstraktion og forenkling er måden, man løser problemer på i fysikken. Men det giver selvfølgelig ingen mening at tale om en kugleformet ko.
Det er af samme grund, at fysikere, der kaster sig over biologiske problemer, bliver så udskældt af biologerne, fordi deres modeller ikke er realistiske nok - men pointen er, at man skal vide, hvornår man skal bruge en kugleformet ko, og hvornår man ikke skal.

Grundlæggende struktur
Når fysikere skal løse et problem, starter de med at lave en model, der er så simpel som mulig. Hvis de kan få modellen til at forudsige nogle træk ved det system, den skal beskrive, kan de gøre modellen mere realistisk ved at indføre flere parametre. Det nytter ikke noget at inddrage alle tingene med det samme, for så gør man det umuligt for sig selv at løse problemet.
Denne pointe nævnte fysikeren Geoffrey West fra Los Alamos gang på gang. Han arbejder med skaleringslove i biologien, og har blandt andet studeret netværk i naturen. Han har fundet ud af, at forgreningerne i et menneskes blodkredsløb og i et træs vandledningsnet kan beskrives med den samme formel. Geoffrey Wests brik til puslespillet er et tegn på, at der er en eller anden grundlæg-gende struktur eller dynamik i naturen.
Den danske fysiker Per Bak har også en idé om en grundlæggende struktur i naturen. Hans brik hedder selvorganiseret kritikalitet. Per Baks yndlingseksempel er en sandbunke, hvorpå der langsomt puttes flere sandskorn. I første omgang sker der ikke noget, fordi systemet er i ligevægt, men efter et stykke tid vil sandbunken være så høj, at der begynder at komme sandskred. Systemet er nu i en kritisk tilstand, og efterhånden som man tilfører sandkorn, sker der flere sandskred, mange små og få store.
Sammenhængen mellem antallet af sandskred og størrelsen af sandskredene kan beskrives med en potenslov, hvilket giver en ret linje i et dobbeltlogaritmisk diagram. På samme måde er der fundet en potenslov-sammenhæng indenfor mange forskellige områder - eksempelvis mellem antallet af jordskælv og størrelsen af dem, og antallet af uddøde dyrearter som et udtryk for, at evolutionen følger samme regelmæssighed.
Den sidste brik i puslespillet kom fysikeren Lee Smolin med. Han er blevet inspireret af biologien til at udforme en teori om, at vores univers er udvalgt i en selektionsproces. Han bryder dermed med dogmerne om, at fysikkens love er universelle, og ved at anlægge en historisk indgangsvinkel er han faktisk i gang med at lave kugleformede køer.
I Lee Smolins teori er der flere elementer, der ligner den kendte danske fysiker Holger Bech Nielsens teori om "Random Dynamics", hvor naturlovene er blevet udvalgt tilfældigt og ændrer sig, når vacuet bliver ustabilt og falder sammen.
Det var da også selvsamme Holger, der med sin vanlige entusiasme afsluttede sommerskolen med at trække de store linjer - med et temmelig sløret billede som resultat. Forskerne gik herefter hver til sit, og når de mødes igen om to år, kan det være, de har nogle nye, klarere brikker med til puslespillet.

*Kaj Mantzius Hansen læser geofysik på Københavns Universitet

Følg disse emner på mail

Vores abonnenter kalder os kritisk,
seriøs og troværdig.

Få ubegrænset adgang med et digitalt abonnement.
Prøv en måned gratis.

Prøv nu

Er du abonnent? Log ind her