Da livet lærte at gå i takt

Danske forskere får gærceller til at svinge i takt ­ og giver samtidigt nye bud på, hvordan flercellede organismer kunne opstå for mange millioner år siden

Af Robin Engelhardt

Prøv at tænke tilbage til dengang du kun var en enkel lille celle. Du lå dér som en lille bitte urcelle, frisk befrugtet, og havde alt i dig. Med dirrende livsmod og en uovervindelig energi lå du i din moders mave og var parat til at dele dig i millioner af forskellige celler, til kropsceller, hjerneceller og alle mulige andre celler, for snart at kunne leve det liv, der var skænket dig som gave.

Prøv nu tænke på noget næsten lige så umuligt: Tænk tilbage på livet for cirka 600 millioner år siden, ja måske for hele 1000 millioner år siden. Dengang fandtes der også celler, og de havde ligesom vores celler en kerne. Men de kunne endnu ikke finde ud af at samarbejde. Dengang fandtes der kun encellede organismer. De måtte prøve at overleve uden hverken munde, hjerne eller fødder, for der var endnu ingen celler, som havde specialiseret sig til at være munde, hjerner eller fødder. Organismerne var faktisk ret begrænsede i deres udfoldelsesmuligheder, og de levede derfor primært i havet, i underjordiske kilder og tæt ved næringsrige pytter.   Den historie, man kan gisne om nu, er, at den afgørende kilde for at flercellede organismer overhovedet kunne opstå, skyldes et bestemt fysisk fænomen, og det fænomen hedder en Hopf-bifurkation.

Ja, det lyder måske ikke videre besnærende, da en Hopf-bifurkation teknisk set blot er en matematisk definition på en overgang af et dynamiske system, der begynder at svinge i tid. Men det afgørende ved hele sagen er, at simple kemiske stoffer som typisk findes i celler, kan kobles, således at cellerne kan kommunikere med hinanden på lange afstande. Hvis det ikke havde været muligt for de enkelte celler for 600-1000 millioner år siden at lære at 'tale' med nabocellerne i en uendelig kaskade af kemisk veltunede budskaber, ville livet her på kloden måske stadig begrænse sig til bakterier.

Aktive gærceller
I en artikel i den aktuelle udgave af fagbladet Nature har Sune Danø, Preben Graae Sørensen og Finn Hynne fra H.C. Ørsted Instituttets Kemiske Laboratorium III på Københavns Universitet beskrevet, hvordan gærceller kan udvikle synkron adfærd i situationer, hvor en opløsning af gærceller holdes naturligt i live ved en konstant tilførsel af nye næringsstoffer.

Svingningerne kan ses, når gæren omsætter sukker uden brug af ilt. Selvom gærceller normalt lever uafhængigt af hinanden, ses det, at de synkroniserer deres svingninger med hinanden. Teknikken hedder Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR), og går ud på at bibeholde det undersøgte systems naturlige balance gennem en evig og konstant tilførsel af de relevante substanser.   »Udgangspunktet for vores eksperimenter var at beskrive biologiske systemer ud fra et helhed, så man kunne fange deres dynamik, og ikke kun de enkelte komponenter,« siger Sune Danø.

»Pointen med CSTR er, at man kan låse cellerne i deres aktive tilstand, hvorefter man kan sammenligne dem med hinanden. De svingninger vi ser, opstår som et fælles dynamisk karakteristika, der er stabilt i mange situationer. De stoffer, der viser sig at svinge synkront, er nogle helt almindelige næringsstoffer såsom sukker og acetaldehyd.«   Den interessante biokemi foregår ifølge Sune Danø i de levende celler, og ikke i forfaldsprocesserne af halvdøde celler, som man har taget ud af deres naturlige sammenhænge. Håbet er derfor, at man kan kombinere den nye viden man kan få fra CSTR-undersøgelserne med den allerede kendte biokemi og sammenligne resultaterne.

I det større perspektiv kan undersøgelserne vise, hvorvidt den generelle dynamik, som her er blevet opdaget og er karakteriseret som en Hopf-bifurkation, er en forudsætningen for at de encellede organismer lærer at samarbejde. »Det er svært at sige noget konkret om, hvordan det hele startede. Det bliver lidt gætteri, men vi kan sige nu, at synkroniseringen kan formidles af helt almindelig stoffer, som findes i cellerne i forvejen,« siger Danø. Og med hensyn til gærceller, er det simpel sukker, der er budbringeren: »Det viser sig at glukolysen ikke blot er noget den enkelte celle har brugt til at nedbryde sukker, men også noget den ovenikøbet kan bruge som en kollektiv form for synkronisering.«

Mangeartede mønstre
Man ved, at andre encellede organismer, såsom E. coli bakterien, også kan danne mønstre. James A. Shapiro fra University of Chicago har i sine forsøg sat genetiske markører ind i generne på E. coli for at visualisere om bakterierne udviklede forskelle genetiske aktiviteter hvis de blev sat sammen. Til hans store overraskelse så han ikke kun bakterierne udvikle en genetisk differentieret biokemi, men også helt enestående rummelige mønstre, som nærmest så ud som blomster.

Bakterier kan altså ligesom gærceller vælge at samarbejde som en slags flercellet organisme, hvis omgivelserne kræver det.   Også andre encellede organismer som f.eks. amøber, slimsvampe (Dictyostelium discoideum) og visse grønne alger (Acetabularia acetabulum) kan danne komplicerede tredimensionale mønstre selvom de kun består af en enkel celle. Det store spørgsmålet er derfor, om ikke alle disse synkroniseringer og morfologiske ændringer finder deres udgangspunkt i, at kemikalierne kan opretholde dynamikken gennem det, man matematisk kalder en Hopf-bifurkation.

Kambrisk eksplosion
I det øjeblik, hvor det er blevet muligt for cellerne at kommunikerer gennem de ekstra-cellulære stoffer, kan de derefter udvikle mere sofistikerede mekanismer til arbejdsdelingen. Mangeartede substanser kan transporteres langs en koncentrationsgradient, generne kan aktiveres forskelligt alt efter hvor de befinder sig i kolonien, og efterhånden vil den naturlige udvælgelse måske kunne opbygge reelle flercellede strukturer. I evolutionshistorien kalder man overgangen fra encellede til flercellede organismer for den kambriske eksplosion.

De fossiler, palæontologerne har fundet i sedimentaflejringerne rundt omkring i verden er op til 580 millioner år gamle, og derfor sætter man normalt grænsen dér. Men problemet er, at bløddyr som regel ikke efterlader fossiler, idet de ikke har nogen faste skeletter eller skaller. Derfor er det meget sandsynligt, at der fandtes flercellede organismer lang tid før den kambriske eksplosion. Ifølge den tyske geolog Adolph Seilacher fra universitetet i Tübingen fandtes der allerede ormelignende dyr for over én milliard år siden. Han mener at have fundet nogle såkaldte sporfossiler, som altså ikke er ægte forsteninger, men aftryk i forsteninger ­ en slags aftryk af kroppen. Også molekylære studier har vist, at den genetiske basis for flercellede organismer har eksisteret i cirka en milliard år.

Celledifferentiering
Den først biolog, der tænke grundigt over gener og deres aktivitet var August Weismann. Han indså i slutningen af sidste århundrede, at celledifferentiering kunne foregå på to måder: Enten måtte cellerne i løbet af udviklingen fra en embryo til en voksen krop dele sig sådan, at kun nogle af generne videregives til dattercellerne. Dvs. at kun de gener, som bruges af hjernen videregives til hjernecellerne, og kun de gener der bruges til leveren, videregives til levercellerne, osv. Kønscellerne derimod, som skal sørge for videre afkom, er de eneste som bibeholder hele det genetiske materiale.

Men Weismann vidste, at der fandtes et alternativ: Alle gener nedarves til alle celler, ligegyldigt om de er hudceller eller blodceller, men til gengæld aktiveres kun de nødvendige gener i hver af cellerne. For at det skulle kunne lade sig gøre, måtte der findes en eller anden form for kontrol udenfor cellerne. Der måtte være nogle mekanismer som kunne fortælle cellerne, hvad der skulle ske hvor. Da Weismann ikke kunne forestille sig en så kompliceret epi-genetisk kontrol, som det ville kræve, forkastede han dette andet alternativ. Men i dag ved man, at det andet alternativ er det rigtige.

Alle kroppens celler indeholder alt DNA. Men det er kun visse dele af generne, der er aktive i en given celle. De sekundære mekanismer som koordinerer, transporterer og kontrollerer er derfor mindst lige så vigtige for at de enormt mangeartede og komplicerede flercellede organismer kan virke. Og undersøgelserne af gærcellerne i på H.C. Ørsted Instituttet antyder, at hele denne komplekse evolutionære proces måske startede med simple koncetrationssvingninger af bestemte stoffer cellerne imellem.



Referencer:
Sustained oscillations in living cells, Sune Danø, Preben Graae Sørensen og Finn Hynne, Nature, vol. 402, no. 6759, s. 320-322.
Bacteria as Multicellular Organisms, ed. J.A. Shapiro & M. Dworkin, Oxford Univ. Press, 1997.

Oppe i tiden: Situationen set fra Danmark

Tor Nørretranders har med sin nye bog taget det endelige skridt mod kunsten og det skønne ­ Videnskaben og kritikken er smidt langt væk


*Tor Nørretranders: Frem i tiden: Situationen set fra kosmos, Tiderne Skifter, 205 sider, 238 kr. Udkommer i dag


Af Robin Engelhardt

Det var med en betænkelig mine, jeg rakte frem efter Tor Nørretranders nye bog på skrivebordet. På coveret kunne man se et billede af vor blå moder jord for fødderne af en uklar måne, der svæver i det mørke rum. Frem i tiden: Situationen set fra Kosmos står der med en tidløs font hen over det mørke intet bag månen, og det forekom mig, at bogen måske snarere var en digtsamling eller en poetik: Yndefuld, afdæmpet og seriøs flød den som en prægtig lille gondol gennem papirbunkerne på mit skrivebord.

Lad det være sagt med det samme: Bogen er løs i fugerne. Med utallige huller i argumentationen slingrer den derudad med uforpligtende småsnak og gætterier på menneskehedens vegne. Den sejler afsted som vinden blæser, moraliserende, rørstrømsk, og altid med passende forbehold når argumentationen kniber.

Emnet er intet mindre end hele menneskeheden. Udgangspunktet er ideen om, at menneskeheden vil have større chance for at finde fremmed liv i universet jo længere den lever. Jo længere tid vi har til at kigge på himlen, jo større er muligheden for, at vi finder noget derude, eller at nogen stiger ned og siger goddag. Tor Nørretranders vil bruge den indsigt som et spejl, så vi bedre kan se og forstå os selv. Målet er at øge sandsynligheden for, at vi overlever som civilisation. Nørretranders vil faktisk bygge en hel etik op på det: En etik om at overleve livet. Men mere herom senere.

Venten på aliens
Nogle forskere siger, at menneskehedens levetid er et godt mål for, hvor mange andre lignende civilisationer som vores der findes i galaksen. Det kan man stille en ligning op for, den hedder Drakes ligning, og den er fint forklaret i bogen. Problemet ved regnestykket er blot, at det opererer med gennemsnit. Men der er intet gennemsnit at tage af. Vi har kun os selv som mål og reference. Og derfor er al tale om SETI (SETI ­ Search for Extra Terrestrial Intelligence) ikke andet end et skud i tågen. Et gæt. Måske et kvalificeret gæt. Men et gæt. At postulere en videnskabelig metode bag, er blændværk.

Bogens videnskabelige indpakning er i den forstand et cover up. Men hvad handler denne her bog så om: Er det en politisk pamflet? En fremtidsroman?

Den handler om at vi skal se verdens endnu mere sande tilstand fra et kosmisk perspektiv. Mens vi venter på de her aliens, skal vi lige rydde op og lære os selv at kende. Med folk som Freeman Dyson og Ryszard Kapuscinzki i lommen spadserer bogen hen over de åbne sletter og fabulerer om menneskehedens storslåede sejr over naturen og over sig selv.

Med en afstikker til dette århundredes mange farer ­ til atombomben, befolkningseksplosionen, bevidstheden, venstrefløjen, hungerskatastrofer og meget andet skidt ­ forklarer forfatteren os, at det hele nok skal gå. At vi intet har at frygte, og at al elendigheden meget snart vil være overvundet. Atombomben vil stort set være skrottet; befolkningstilvæksten vil stoppe ved de 11 milliarder; verdens sult vil forsvinde; mennesket vil lære at nyde livet, og kunsten vil florere overalt i verdenssamfundet. Det er en bog, der vil erklære dommedag for afblæst og spå verdensfredens komme.

Djævlens højre hånd
Det forekommer mig (men måske er det helt forkert), at Nørretranders med denne bog definitivt har udskiftet sin oprindelige videnskabskritiske position med en decideret antividenskabelighed. Der står, at videnskaben har tabt sin evne til åbent at søge efter sandhed, for i stedet at blive »en kynisk og lemlæstet organisation til pleje af sig selv.« I stedet ser Nørretranders kunsten som fremtidens afløser for naturvidenskaberne, hvilket da også falder pænt i tråd med valget af emner som SETI.

Også den menneskelige bevidsthed får et skud for boven: Det er sikkert den, den onde bevidsthed, der er skyld i menneskehedens vildfarelser. Et tredje punkt, hvor bogen overtrumfer videnskaben med antividenskabelighed på, er at ty til djævlens højre hånd ­ statistikken. Statistikken for antallet af krige og antallet af underernærede mennesker i verden fortæller, at det i løbet af de sidste 50 år, og især i de sidste 20 år, er gået fremad. Og ­ så vidt det er rigtigt ­ gudskelov for det. Men det er altså statistik for begyndere (og politikere) at hævde, at det hele vil gå endnu bedre blot af den grund.

Men hvad skal vi så gøre for at få ryddet op, spørger bogen? Vi skal blot bruge ti procent af de samlede militærudgifter, og problemet er løst! Eller endnu bedre: Alle rige mennesker i verden behøver kun at betale »en krone om dagen« til hjælpeorganisationer på internettet som netaid el.lign.. Det er alt hvad der behøves for at afskaffe sult i verden!

Platituderne
Et godt middel til at prøve et udsagn efter i sømmene, er at postulere det modsatte, og se, om det giver mening.

Hvad med Nørretranders nye etik om at »leve L længe«, dvs. at få civilisationens levetid (L) til at vare så længe som muligt (eller, som han citerer Jens Jørgen Thorsen: »Meningen med livet er at overleve«). Det modsatte er: 'Meningen med livet er at dræbe sig selv så hurtigt som muligt' eller 'min etik er at civilisationen snart skal dø'. Det står læseren frit for selv at lodde dybden i disse udsagn.

Andre pseudo-etiske platituder i bogen er ikke bedre: »Man er moralsk forpligtet til at leve lige så længe som ens affald er farligt,« står der et sted. »Mærk aldrig verden uden at den mærker dig«; »Vi er gode nok indeni«; »En euro om ugen giver stolthed i stuen«, »Vi må lære at afskaffe krig,« og meget mere i samme stil.

Lur mig, om ikke Nørretranders fremfører sin naivitet med vilje. Måske regner han med en læser-bonus, fordi man skal tænke: Hvor er han idealistisk og sympatisk! Og det er han jo (var der ikke én, som engang sagde, at idealisme vokser ligefrem proportionalt med afstanden til problemet?).

Men stop en halv: Grundlæggende er projektet jo fint. Det er til enhver tid positivt, at en forfatter vil give sine læsere håb og lyst til livet, og der bruges mange kræfter på at fremme en fortrøstningsfuld stemning hos læseren, ved rettelig at pointere, at verdens tilstand vitterlig ikke er så elendig, som man måske ville forvente.

Problemet opstår først i det øjeblik, at optimismen forsøges fremmet af en bevidst naivisme, en naivisme der vil trække alt og alle ned i en tåget fredsidyl. Det er en afvej. En fornægtelse af éns egen kritiske sans fører nemlig indirekte til en styrkelse af de negative kræfter i samfundet, til en styrkelse af de strukturer, som spekulerer i vores naivitet og tro på det gode i mennesket.

Hug til venstre
Er Tor Nørretranders en mand, som stolt bekender sig til naivismen? Eller er Tor Nørretranders selv en, der spekulerer i vores naivitet? Og endnu mere interessant: Hænger alt det her sammen med bogens antividenskabelighed? Og med hans nye kritik af de såkaldt reaktionære venstreintellektuelle?

Altid oppe i tiden har Tor Nørretranders nemlig endnu en vigtig dagsorden, og den er at skælde ud på den gamle, sure og pessimistiske venstrefløj: »Er ikke den venstrefløj, der gik for at have fantasi til at forestille sig at tingene kunne være anderledes, blevet mut og småfornærmet ved udsigten til en hvilken som helst forbedring? Er dagens sande reaktionære ikke dem, der nægter at se i øjnene, at de fattige i denne verden faktisk lever længere end nogen sinde før, at krigene er på retræten, at miljøproblemer viger for vor indsats, at atomvåbenproblemet er på vej ud, at vi faktisk godt kan være os selv bekendt og være stolte af alt det, vi gjorde i miljøbevægelserne, fredsbevægelserne og alle mulige andre bevægelser i 1960 erne, 1970 erne og 1980 erne?«

Personligt fatter jeg ikke, hvad der menes. At stå på venstrefløjen kræver vel per definition en uforbederlig optimisme, fordi en konstruktiv kritik kun kan føres, hvis man tror, at det nytter. Der er altid grund til optimisme, og det er derfor, man absolut skal holde fast i kritikken. Nørretranders roser venstrefløjens mange bevægelser bagud i historien, men nægter deres berettigelse fremad. Besynderligt.

Samfundskritik er en motor. Men Nørretranders ønsker, at vi skal slukke for den. Vi skal blot flyde derudad i vores åndelige gondol, være fremskridtsromantikere som ham, og være glade for vores naivitet, for vi har råd til det. Når nogen råber ud i mørket, lader vi gerne en mønt klinge, som var det en redningskrans. Og en gang imellem spejler vi vores åsyn i vandoverfladen for så at synke glade og tilfredse tilbage.

Ingen tid

 Endnu engang prøver en fysiker at definere tid: Den er en illusion

Af Robin Engelhardt

Det er jo interessant, at naturvidenskaben, på trods af sine mange triumfer, end ikke har fundet en eneste holdbar definition på, hvad tid er. Måske er det nu i ren desperation, at en fysiker fra Oxford i England i den forrige udgave af New Scientist (16. oktober) forsøger helt at afskaffe tiden.

Tid er nok den mest trivielle erfaring, et menneske kan gøre: Ting bevæger sig i tid. De kommer og går. De fødes og dør. Den mest simple definition på tid blev givet af Newton, som blot antog, at »tiden flyder uophørligt som en jævn strøm.« Men siden Newtons tid har man fundet ud af, at tiden også kan gå i stå, den kan løbe baglæns, og den kan drejes.

Einstein definerede tiden som »det, man kan aflæse på et ur« ­ det kommer dog an på, hvilket ur der snakkes om, alt efter hvor hurtigt det bevæger sig, og i relation til hvad. På den måde fik Einstein genindsat subjektiviteten i tidsbegrebet, idet det jo er blevet gjort afhængig af, at der er et ur, og at der er nogen, der kigger på det. Fornemmelsen af tid kan ikke skilles fra livet, fra subjektiviteten, og derfor er mange fysikere også skeptiske over for den: Det virker da også ulogisk, at rummet har tre, fire eller ti dimensioner, mens tiden altid kun har én. Den burde kunne fjernes fra ligningerne, tænker de.

En simpel opskrift
Julian Barbour er kommet med en simpel opskrift på, hvordan man kunne gøre: Forestil dig kun tre partikler i hele kosmos. De danner en trekant ­ ABC. Mål afstanden mellem partiklerne (dvs. siderne på trekanten), og plot de tre tal, du finder, som et punkt i et tredimensionalt koordinatsystem, hvor hver af de tre akser angiver afstanden mellem partiklerne (dvs. x-aksen angiver afstanden AB, y-aksen BC og z-aksen CA).

Hvis du gentager øvelsen rigtig mange gange, og hver gang med nye trekanter, fremkommer der efterhånden en trebenet pyramide i dit plot, en pyramide med spidsen i nulpunktet hvilket svarer til, at alle tre partikler overlapper hinanden. Kanterne svarer til, at de tre partikler ligger på en lige linie. Denne pyramide definerer alle de mulige måder, hvorpå en trekant kan se ud. Den er mulighedernes rum, ideernes rum. Den er den platonske og tidløse verden.

Samme procedure kan i princippet bruges til uendelig mange partikler, og resultatet er et multidimensionalt objekt, som angiver alle de mulige måder, vores verden kan eksistere på. Enhver tilstand svarer til en bestemt konfiguration, som igen svarer til et bestemt punkt på dette platonia, og at vi føler, at tiden går, er derfor blot den erfaring, at partiklerne altid har nye positioner i forhold til hinanden. Det eneste der er, er nu. Ethvert næste tidspunkt er blot en forskydning af nu-punktet i dette supermegamultidimensionale platonia.

Selvom tanken om en tidløs verden er besnærende, er der selvfølgelig stadig mange spørgsmål, som venter bag kulissen. Hvad er det for eksempel, der får disse nu er til at bevæge sig rundt på platonia? Er det en ikke nærmere defineret form for energi? En geometrisk effekt? En guddommelig gravitation mod pyramidens base?

Og et andet spørgsmål, man kan stille sig er følgende: Hvorfor ikke kalde denne tidløse serie af nu er, denne alle realisationernes kringlede linie på mulighedernes multidimensionale landskab for... tid?
There was an error in this gadget