1

Fakta og viden naturvidenskabelige problemstillinger

Livets oprindelse forstået som en kemisk hypotese

Darwin om livets oprindelse

Darwin første bog fra 1859 beskæftigede sig ikke særskilt med problemet livets oprindelse. Bogen hed da også ”Arternes oprindelse”. Han har dog

tydeligvis tænkt over spørgsmålet og skriver bl.a. ”Det siges ofte, at alle betingelser, som må have været til stede for dannelsen af den første

levende organisme, også er til stede i dag. Men hvis (og hvilket stort hvis!) vi kunne forestille

os, at der i en lille varm dam med ammoniak og fosfater, lys, varme og elektricitet etc. ad

kemisk vej blev dannet protein, som kunne undergå endnu mere komplicerede ændringer, så

ville en sådan substans nu øjeblikkelig blive ædt eller absorberet, hvilket ikke ville have været

tilfældet, før de levende organismer blev dannet.”

Kilde: ”The life and Letters of Charles Darwin”, Biologisk Forskning s. 103.

En naturvidenskabelig hypotese

I det følgende beskrives livets oprindelse rent naturvidenskabeligt. Livet som fænomen er dermed forstået som et fysisk-kemisk fænomen, og eventuelle

andre sider af livet som fænomen omtales ikke her.

Den naturvidenskabelige forklaring er principielt en hypotese. Det er ofte tilfældet i naturvidenskaben. Når en hypotese er fremsat, søger man at

bekræfte den (= verificering). Undertiden sker der også det, at en hypotese

2

løber ind i et problem eller en konkret modsigelse, som afkræfter hypotesen (= falsificering), og der må søges efter nye eller ændrede forklaringsmodeller.

Verificering og falsificering

Verifisering: fra latin: verus = sand og facere = gøre: at gøre (en hypotese) sand. Det sker i praksis gennem eksperimenter og gennem undersøgelse af,

om alle fakta passer til hypotesen. Jo mere omfattende enkeltdata passer til

hypotesen, jo bedre er den verificeret = bekræftelse.

Falsificering: fra latin: falsus = falsk og facere = gøre: at vise, at en hypotese er falsk ved at vise - blot et enkelt – eksempel på, at hypotesen ikke kan være

sand. Videnskabsteoretikeren Karl Popper (1902-1994) er kendt for tesen om, at en

videnskabelig teori for at være naturvidenskabelig skal kunne falsificeres, dvs., at det skal være muligt at kunne modbevise den = afkræftelse.

Eksempelvis er flere psykologiske teorier svære at falsificere, fordi man ikke kan vise, at det skulle forholde sig modsat. Karl Popper mente en periode i sit

tidlige forfatterskab, at evolutionsteorien led af principiel mangel på at kunne

modbevises, et synspunkt som han dog senere fraveg.

Livets oprindelse som eksperiment Newtons love (Isaak Newton, 1642-1727) kan eftervises ved utallige

eksperimenter på fysiske legemer i bevægelse, acceleration osv., men hvordan

skal man kunne eksperimentere med livets oprindelse:

- hypotesen opererer med alt for lange tidsrum til, at det er muligt at udføre sammenlignende eksperimenter

- forsøg med dannelse af kunstigt liv vil heller ikke kunne sammenlignes med den rå materie, fordi forskeren netop manipulerer naturen efter sine

forsøgsopstillingers formål. Forskeren griber styrende ind. Dermed afviger eksperimentet afgørende fra den oprindelige tilstand

- den oprindelige jordklode, hvor livet tænkes opstået, må ifølge hypotesen på afgørende punkter have været anderledes end den

nuværende, og nutidige eksperimenter vil ikke med sikkerhed kunne efterligne de oprindelige livsbetingelser på jorden.

Den følgende fremstilling er hentet fra den tidligere i mange år mest udbredte

bog for biologisk-matematisk gymnasiegren (”Biologisk forskning, fra molekyle

til menneske.”). Beskrivelsen er opbygget omkring to tankemodeller og ti antagelser:

Der kan tænkes på to forskellige måder om evolutionære hypoteser for det

første livs oprindelse.

3

1

Det første liv var en kompliceret organisme i et ukompliceret miljø.

Det første liv var så kompliceret, at det selv kunne opbygge sine organiske

molekyler og bestanddele.

Organiske molekyler Atmosfæren og de øverste jordlag indeholder en lang række forskellige

molekyler helt uafhængigt af, om der findes liv på jordkloden eller ej. Det er fx gasarterne i luften, salte, vand, mineraler, kalk, metaller mm. Desuden kan

kulstofatomet sammen med en række forskellige andre atomer i kraft af en særdeles stor fleksibilitet danne et stort antal molekyler under tilførsel af

energi. Med dannelsen af disse stoffer begynder vi at tale om organiske molekyler.

Tidligere mente man ikke, at disse stoffer kunne dannes uden for organismer. I dag fremstilles der syntetisk en stadig stigende mængde af disse molekyler,

som nu i stedet kaldes carbon-forbindelser (carbon = kulstof). De levende organismer kræver et meget stort antal specifikke

carbonforbindelser, og det er disse sammensatte, ofte store og komplicerede molekyler, som fortsat kan benævnes organiske molekyler, og hvis dannelse er

en forudsætning for livsprocesserne.

Dette synspunkt medfører, at denne første livsenhed selv udviklede, rummede

og dannede livets komplekse funktionalitet med dets nødvendige specialstoffer. Det kaldes autotrof-hypotesen (autotrof: selvernærende,

ligesom en plante). Denne hypotese anses ikke for den sandsynligste forklaring.

2

Det første liv var en simpel organisme i et kompliceret miljø.

Det første liv opstod ved at udnytte forekomsten af komplicerede stoffer fra omgivelserne. Det første liv opbyggede ikke selv disse stoffer. De var allerede

blevet opbygget som et forstadie og befandt sig som en mulighed i omgivelserne. Denne hypotese kaldes for heterotrof-hypotesen (heterotrof:

ernærer sig af andre, ligesom alle dyr gør det). Ursuppen er et kendt ord, som udtrykker, at det første liv blev til i en suppe

fyldt med relevante stoffer og byggeklodser til det første liv. Populært kan man

sige, at synspunktet her er, at ursuppen skal have kogt længe og være blevet til en kraftig suppe med masser af smag i, før livet kunne blive til i den.

Diskussionen mellem 1 og 2 vil naturligt gå på, om hypotese 2 reelt forbedrer

chancerne for at livet kan opstå af sig selv. De samme komplicerede stoffer og systemer skal jo opbygges i begge tilfælde.

4

I det følgende vil denne sidste hypotese – den heterotrofe - alene blive

fremstillet.

10 antagelser over livets opståen som en kemisk evolution:

1. antagelse: Jordens oprindelige atmosfære indeholdt ikke frit oxygen. Den var i

hovedsagen sammensat af luftarterne vanddamp, hydrogen, carbondioxid,

carbonmonoxid, nitrogen og muligvis noget metan og ammoniak

2. antagelse: I jordens oprindelige atmosfære dannedes der af dens simple molekyler

carbonforbindelser (organiske stoffer).

3. antagelse Samtidig med, at der i oceanerne i årmillionernes løb opsamledes simple

carbonforbindelser, reagerede nogle af disse med hinanden og dannede større og mere indviklede molekyler.

4. antagelse

Komplicerede carbonforbindelser samlede sig i hobe under dannelse af præceller.

5. antagelse Præcellerne begyndte at bruge den kemiske energi, der var bundet i

carbonforbindelserne, til vedligeholdelse og forbedring af deres molekylers organisation.

6. antagelse

Efterhånden udvikledes heterotrofer, som begyndte at udnytte processer i ordnet rækkefølge, hvori indgik enzymer og ATP, til frigivelse af energi fra

carbonforbindelser.

Enzymer Enzymer er kemiske stoffer, som virker som biokemiens værktøjer, så processer forløber: både opbygning og nedbrydning af stoffer. (De kendes fx

fra vaskepulver, hvor de sikrer at snavs løsnes, og fx kan de målrettes til at

virke løsnende ved selv lave vandtemperaturer).

ATP ATP er forkortelsen for et vigtigt molekyle kaldet (adenosintriphosfat). Det er

et molekyle, som i kraft af sin opbygning indeholder to energiportioner, som cellen kan bruge på mange måder, og som er nødvendige, når fx store

molekyler skal opbygges af mindre molekyler.

5

7. antagelse Heterotroferne brugte under deres langsomme evolution en del energi til at

føre visse stoffer gennem cellemembranen.

8. antagelse Der udvikledes organismer, der var i stand til at udnytte sollys som energi.

9. antagelse Levende organismer begyndte først en tilværelse på land, da de i det udviklede

ozonlag havde fået beskyttelse mod en farlig, ultraviolet stråling.

10. antagelse Efterhånden som frit oxygen blev en bestanddel af havet og atmosfæren,

udvikledes en proces, respirationen (ånding), i cellerne som et system af processer, ved hvilke det blev muligt for cellen at udnytte al den kemiske

energi, der var bundet i de organiske stoffer.

foto: Biologisk Forskning

6

Jordens atmosfære forudsættes at have været grundlæggende anderledes end

i dag.

En fyldigere beskrivelse af det evolutionære forløb kan fx læses i artiklen Fra atom til civilisation, livets vilkår på jorden af Uffe Graa Jørgensen i bogen

Videnskaben eller Gud, DR 2005. Eller Tom Fenchels bog: Det første liv. Se endvidere projektets litteraturliste

Den ultrakorte naturvidenskabelige skabelsesberetning anno 2008 Denne udgave er nedskrevet til kun syv ord, og angiver således de

væsentligste processer i en nutidig forståelse med kemien som omdrejningspunkt.

1. uorganisk stof 2. lynnedslag

3. organisk stof 4. vandpyt

5. makromolekyler – RNA 6. protoceller

7. liv – tidlige bakterieformer (kilde: Livets udvikling, illustreret Videnskabs Forlag)

Tidsperspektivet er dette:

4,6 mia. år jordens alder 3,8 mia. år det første bakterielignende liv (uden cellekerne)

1,7 mia. år det første encellede væsen (med cellekerne) 0,6 mia. år det første flercellede væsen

0,5 mia år den kambriske revolution (alle differentierede livsformer) på evt. kun ca. 10 mio. år

Stanley Millers eksperiment

Den amerikanske biolog og kemiker Stanley Lloyd Miller (1930-2007) er kendt

for et meget berømt forsøg, hvor den atmosfære, som tænkes at have været den oprindelige atmosfære omkring jorden ved livets opståen, genskabes i en

forsøgsopstilling. Atmosfæren (den store runde kolbe) er uden ilt og indeholder gasserne: metan, ammoniak, vand og brint. Disse stoffer udsættes herefter for

energi-virkningen af et kunstigt lyn, og herefter kan der dannes en lang række af de helt basale byggesten, som de livsbærende molekyler dannes af: Således

de fleste af de basale aminosyrer og de fire organiske baser, som benyttes parvist i DNA-strengen og i serier danner DNA’ets informationsrækker (adanin,

guanin, thymin, cytosin).

7

Foto: wikipidia: Ural-Miller-forsøget Stanley Miller

Forsøgsopstillingen vakte meget stor opmærksomhed. Var det hermed

godtgjort, hvordan byggeklodserne til de store livsbærende molekyler var opstået. I starten var optimismen større end i dag. Selv om vitterligt en del af

de enkle byggesten på denne måde kan dannes ret simpelt, kan de store

syntesedannelser – proteinerne – ikke dannes på denne måde, og forsøgsopstillingen i sig selv måtte også stå for skud.

Man har således sået tvivl omkring det realistiske i at forestille sig den

oprindelige atmosfære fyldt med metan og ammoniak, som det sker i forsøget. Mange mener dog fortsat, at forsøget har stor relevans for forståelsen af de

første kemiske skridt på vej imod livets oprindelse.

Forsøgsopstillingens atmosfære forudsættes at være iltfri (ledes der ilt ind i kolben, stopper dannelserne af aminosyrer mv.), hvilket vanskeligt kan

overses som et større problem. Læs senere mere herom i afsnittet om ilten.

Wächtershäusers svovl-jern hypotese I begyndelsen af 1980’erne fremkom der en alternativ hypotese for dannelsen

af de tidligste byggeklodser til livets molekyler, den såkaldte svovl-jern-

hypotese.

Liv er efter denne teori opstået i havet på overfladen af jern-svovl-mineraler (sulfider), hvor en løbende bio-kemisk proces kunne tilføres en konstant

forsyning af energi fra fx stoffet pyrits reaktion med brint:

FeS2 (pyrit) + H2 FeS + H2S + energi

8

For teorien taler ligeledes opdagelsen af, at havdybderne indeholder mange ekstreme livsformer, der ikke energiforsynes via ilt-reaktioner (fotosyntese),

men ud af reaktioner med svovl. Vulkanske gasser har i denne teori leveret de grundlæggende u-organiske byggesten (ammoniak, brint, kulilte, kuldioxid,

methan, svovlbrinte). - Den ultraviolette stråling fra solen har været overflødig.

Disse livsbetingelser studeres i dag i og omkring de såkaldte undersøiske,

dybtbeliggende „black smokers“.

Foto: wikipedia

Meteoritter

Studiet af en særlig type meteoritter (kulstofkondritter) er speciel interessant i forhold til livets oprindelse. Denne type har aldrig været smeltet, hvorfor dens

oprindelige molekyler ikke på samme måde er blevet ødelagt, som i de

almindeligt kendte meteorer. Analyser af kulstofkondritterne viser ligesom i Stanley Millers forsøg et varieret

indhold af de organiske molekyler, som er byggestenene i de livsbærende molekyler RNA og DNA. Analysen viser ligeledes et fravær af nogle molekyler,

som indgår i den jordiske biologi, samt tilstedeværelse af mange molekyler, som ikke indgår.

Darwin

Darwin tog udgangspunkt i arternes udvikling med selektionen som forandringernes drivkraft, og herfra er der senere tænkt baglæns til selve livets

opståen. Men her sker der nu et meget stort spring. Det er på mange måder muligt at forestille sig, at selektion udvirker forandringer i det allerede

eksisterende dyre- og planterige: Det bedst camouflerede dyr overlever bedst, og den, der udnytter føden bedst, overlever bedst, osv.

9

Man kan ikke anvende begrebet overlevelse og selektion i en livløs verden, før der for alvor kan tales om liv og konkurrence. Hertil skal dog bemærkes, at

selve begrebet liv ikke let lader sig definere, og nogle evolutionshypoteser taler således allerede om en udvælgende ”konkurrence” på meget tidlige stadier.

Den naturvidenskabelige undersøgelse af de livsbetingende grundprocesser

fortsætter, og mange af de betydningsfulde delprocesser er i dag forstået i deres kausale forløb (deres årsager og virkninger).

Den fysisk-kemiske dynamik i den atomare verden kombineret med klimatisk og geologisk skiftende betingelser samt energitilførsel tænkes at have været

den evolutionære drivkraft fra livløshed til liv. Processen styres ikke, men foregår tilfældigt som naturens egen proces. Men hermed tænkes alt ikke

nødvendigvis at have været den rene tilfældighed.

Artikel Livets oprindelse er måske fundet. Se artikelsamlingen.

Selvorganisering

I de seneste årtier er beskrivelsen af de første stadier på vej imod den første organisme også ofte karakteriseret af teorier omkring naturens muligheder for

selvorganisering.

Selvorganisering forstås som naturens egne iboende muligheder for at danne funktionelle systemer. Når man siger ”naturens egne muligheder” menes der

de fysiske love og den grad af organisering eller orden, som naturen simpelthen har og giver muligheder for. Hvor naturen har denne orden fra, er

et religiøst eller filosofisk spørgsmål.

Naturens fysiske grundlag – atomerne - er fx ordnede og strukturerede (i

energiniveauer/skaller, orbitaler, spin mv.), sådan som alle i dag kender det fra den elementære fysikundervisning om atomer. Kemiske reaktioner forløber

”af sig selv” på en bestemt (=ordnet) måde. Denne fysisk-kemiske orden er det grundlag, som evolutionen overtager, og hvorfra organiseringen fortsætter.

I dag ved vi ikke, hvor langt denne ordensdannelse fortsætter som en naturlig

selvorganisering. To principielt forskellige muligheder tegner sig:

hvis selvorganiseringen på livets begyndertrin kunne foregå på mange lige gode (= tilfældige) måder, så må det liv, som vi selv er et resultat af

evolutionsbiologisk set være tilfældigt, fordi det lige så godt kunne have været totalt anderledes. Synspunktet kaldes divergent evolution.

hvis selvorganiseringen er bundet til en orden, der findes i naturen, som en slags naturlov, og som derfor følger med processens grad af

10

organisering, så kunne livet ikke bare være blevet meget anderledes end det, som det er blevet til i dag. Synspunktet kaldes konvergent

evolution.

Tre forskningsområder på selvorganisering 1) Den belgiske fysiker, filosof og nobelpristager Ilya Prigogine (1917-2003)

har på en særlig måde bidraget til forståelsen af betingelserne for naturlig dannelse af orden i den fysiske verden under indflydelse af

energistrømme. Problemstillingerne omkring begrebet orden føres senere

i dette afsnit under delemnet om entropi og orden. 2) Molekylærbiologien forsøger at finde ud af, hvordan gener koder for

fostrets former, - fra information til tredimensionale former. Hvordan får organismen sine ordnede former?

3) Ved computersimuleringer. Forskningen kaldes også kompleksitetsforskning og er tæt forbundet med forskningen i kunstigt

liv. Amerikaneren Stuart Kaufmann (f. 1939) er én af de betydelige forskere på området.

Stuart Kaufmann.

Hvad er liv? Ordet liv bruges i flere forskellige betydninger, fx i social -, i psykologisk - og i

biologisk betydning. Bevidstheden er et grundlæggende problemfelt, når det gælder forståelsen af livet: Har mennesket en selvstændig bevidsthed, som

ikke kun er et produkt af kroppens og hjernens biokemi? Dette spørgsmål knyttes ofte direkte sammen med spørgsmålet om livet i mennesket. Hvad er

fri vilje, livsånde, sjæl, hjerte og ånd for noget, og hvad har disse ord med liv at gøre?

I det følgende afsnit vil vi imidlertid alene beskæftige os med biologisk liv, og

vi vil fokusere på cellen som den mindste, selvstændige biologiske livsenhed.

11

Gennem fokus på en ”simpelt” encellet organisme bliver det klart, hvad liv som et mindstemål må indeholde af systemer og biologiske mekanismer for at

kunne bære betegnelsen liv og kunne kaldes levende.

Hvad er biologisk liv?

Cellen

Diagram over en typisk eukaryot (celle med kerne). Organeller: (1) nucleolus, (2) cellekerne, (3) ribosom, (4) vesikel, (5) ru endoplasmatisk reticulum (ER),

(6) Golgiapparat, (7) Cytoskelet, (8) glat endoplasmatisk reticulum, (9)

mitochondrie, (10) vakuole, (11) cytoplasma, (12) lysosom, (13) centrioler. foto og kilde: wikipedia

Biologisk liv kan beskrives som en række nødvendige livsbetingelser. Hvor

lidt eller hvor meget kræves der for, at vi kan tale om biologisk liv? I det følgende er disse opstillet i en række punkter ud fra en logisk tankerækkefølge.

1

Den simplest mulige biologiske livsenhed er en éncellet organisme. Det følger logisk heraf, at den mindste livsenhed nødvendigvis må have en

begrænsning og en afgrænsning i forhold til sine omgivelser. Omgivelserne udgør den éncellede organismes livsbetingende miljø.

2

Vi tager herefter udgangspunkt i en konstatering: Der kendes kun biologisk liv, som før eller siden vil dø.

12

3 Alt biologisk liv er derfor undergivet kravet om formering. Den ene organisme

skal inden sin død re-producere sig selv. Den ene organisme (cellen) skal kunne foretage en fuldstændig kopiering af sig selv, inden den selv dør. Det

gøres ”enklest” ved en total celledeling med efterfølgende vækst af de to halvdele til den oprindelige celles størrelse.

4

Vækst kræver umiddelbart to processer: tilførsel af byggematerialer kaldet

næringsoptagelse og et energisystem, for at organismen kan organisere, opbygge og flytte rundt på de nødvendige nye stoffer.

5

Næringsoptagelsen kan ikke eller kun vanskeligt tænkes at foregå uden en simpel form for sansemekanisme, der kan skelne mellem brugbare og ikke-

brugbare celle-byggematerialer, kaldet næringsstoffer.

6 Et energiomsætningssystem indebærer flere mekanismer: Tilførsel eller

produktion af stoffer, som kan nedbrydes under energiafgivelse, en energimodtager og energitransportør, et bortskaffelsessystem af nedbrudte

eller brugte materialerester fra energiudvindingen, altså et stofskifte: materialetilførsel, energiudvikling og -transport og materialebortskaffelse.

7 De nævnte processer kan selvsagt ikke foregå i en tilfældig rækkefølge, men

kræver processtyring. Livsenheden må altså sammen med eller oven i de øvrige systemer have et kontrolorgan som styrer deling, vækst,

materialetilførsel og –bortskaffelse, og som styrer cellens stofudvekslinger med miljøet udenfor. Styresystemet selv er ligeledes undergivet kravet om en

totalkopiering, dvs. deling i to halvdele og reetablering af begge halvdele.

8 Liv kendetegnes også ved bevægelse, enten i form af bevægelige enkeltdele,

flytninger og transport af stoffer, deling af cellen, eller formændringer. Punkt 4, kravet om et energisystem, dækker her også over de fundamentale

livsbetingende bevægelser.

Sammenfatning

Biologisk liv må nødvendigvis indeholde adskillige komplicerede delelementer. Biologisk liv kan med stor overensstemmelse

sammenlignes med en maskine, måske allerbedst med en mobil maskine, en selvkørende maskine (et auto-mobil).

Ligesom en selvkørende maskine kræver en række systemer for at kunne fungere og ikke kan fungere uden alle disse, således også med

livets grundlæggende levende selvstændige enhed: det éncellede væsen.

13

Studiet af selve livet viser, hvorfor spørgsmålet om livets oprindelse bliver så vanskeligt. Der gives ikke en umiddelbar og enkel forklaring på

livets oprindelse, fordi livet i sig selv langtfra er enkelt, men lige modsat: sammensat, komplekst og specialiseret.

Det kan være tankevækkende at betragte livets oprindelse i den modsatte

rækkefølge af den, som netop er fremlagt i afsnittet ”Hvad er liv”: nemlig at se liv som en samlet proces bestående af to delprocesser: at leve og

at overleve.

At leve og at overleve

For at være levende kræves styring, et energiomsætningssystem med ånding og fødeoptagelse, udskillelse af affaldsstoffer, simpel bevægelse og et vist

selektionssystem samt naturligvis et stort arsenal af specialstoffer, som man kan forudsætte allerede er til stede i omgivelserne. Hele herligheden må

afgrænses eller beskyttes i forhold til omgivelserne og kunne interagere med disse.

Oven i selve livsprocessen findes en helt særlig problemetik: Den biologiske

maskine skal desuden kunne udføre den helt unikke proces, som det er at lave en fuldstændig kopi af sig selv (ukønnet formering)!

Livet som biologisk selvkopieringsmaskine

Man kan danne sig en vis forestilling af kompleksiteten i de grundlæggende

livsbetingelser ved at sammenligne den biologiske mekanik i cellen med en almindelig kendt maskine fra dagliglivet, nemlig en kopimaskine – ikke én,

som kopierer fremmedelementer ud af den ene side, men som kopierer sig selv ud af den ene side.

Biologisk liv sammenlignet med en kopimaskine-kopimaskine

Kunstigt liv

I disse år foregår der en intens forskning i kunstig dannelse af liv adskillige

steder i verden, bl.a. i USA, Italien, Japan og i vort eget land, Danmark, på Syddansk Universitet i Odense i det i 2008 nyoprettede forskningscenter FLinT

(Fundamental Living Technology). Forskningens leder er Steen Rasmussen:

14

Det kunstige liv, som der her eksperimenteres med, er på mange måder ikke

sammenligneligt med biologisk liv, men modsat er der alligevel tale om udvikling af systemer, som opfylder de grundlæggende betingelser for

begrebet liv.

På FLinT arbejdes der ud fra følgende definition af liv:

Liv skal kunne:

1. bruge energi til at omdanne føde til byggestene 2. vokse og dele sig

3. udvikle nye egenskaber

Læs mere om kunstigt liv i bl.a. artiklen: ”Forsker har kunstigt liv i

støbeskeen”. Eller prøv at se hjemmesiden fra konferencen i Roskilde i 2008 over forskningen i kunstigt liv.

Evolutionslærens grundbegreber

Det følgende afsnit (med lille tekst) om evolutionslærens grundbegreber er strengt taget ikke et nødvendigt afsnit i forhold til emnet livets oprindelse,

fordi livets oprindelse sagligt set går forud for livets evolution, og derfor finder evolutionslærens konkrete begreber først anvendelse på livet i udvikling

(arterne), og ikke på livet i fremkomst. Men i det større perspektiv på det levende hører de selvfølgelig med.

Temaerne for livets oprindelse er i naturvidenskabelig kontekst især fysiske,

matematiske og kemiske, fx: jordens tidlige atmosfære og klima, energi og entropi, tilfældighed og sandsynlighed, proteindannelse mv.

Naturlig selektion er den proces, hvorved enkelte organismer med tilpasset fænotype har

større chance for at overleve og/el. til at reproducere sig selv end dem med ugunstig fænotype (Fænotype vil sige summen af fysiske karakteristika).

Der skelnes normalt mellem to former for naturlig selektion:

Økologisk selektion, hvor miljøet og omgivelserne dikterer, hvem der er de bedst egnede.

Her er det således "kampen om overlevelse". Darwin kendte kun til denne form for naturlig

15

selektion, da han skrev sit værk ”Arternes Oprindelse”. Siden opdagede Darwin, at der også

findes en anden form for naturlig selektion, og beskrev bl.a. denne i sit andet store værk, ”Menneskets afstamning og parringsvalget”:

Seksuel selektion, hvor de bedst egnede er dem, der gør sig mest attraktive for partneren

og derfor reproducerer sig selv oftere end de dårligst stillede. Her er det "kampen om parring". (wikipedia)

Morfologi er læren om former og strukturer for levende væsener. Formlæren angår både

hvad øjet kan se, og hvad der studeres i mikroskop i form af væv og celler.

For evolutionsteorien er studiet af fossile former (palæontologi) særligt interessante ligesom

morfologiske fællestræk i dyrs fosterudvikling, kaldet embryologi.

Carl von Linnés (svensk naturforsker, 1707-1778) biologiske klassifikation er baseret på

morfologiske undersøgelser og ikke på ligheder i gener. I takt med at dyrearterne kortlægges

genetisk, vil denne oprindelige klassifikation blive revideret.

Embryologi betyder læren om de tidligste fosterstadier. Darwin tillagde argumentet om dyrs

ligheder i de tidligste fosterstadier endog meget stor betydning. Darwin hentede sin viden fra

især den tyske biolog Ernest Haeckel (1834-1919). Haeckel er blevet berømt for sine

fostertegninger. Eftertiden har dog kritiseret Haeckel for fejl og for misvisende overdrivelser i

visse af sine tegninger, idet lighederne mellem fostrene er væsentligt overdrevne.

Haeckels fostertegninger (incl. visse overdrivelser) foto: wikipedia

En mutation er en blivende ændring i arveanlæggene og kan skyldes en del forskellige

årsager, fx bestråling, kemisk påvirkning og fejlkopiering. En mutation kan både være en

fordel og en ulempe for individet. I tilfælde, hvor mutationen er en fordel, vil den ofte føre til,

at overlevelsen af det muterede individs efterkommere, har større overlevelseschance end

16

originalformen. Hvor mutationen er en ulempe, vil individet få afkom med mindre

sandsynlighed for overlevelse. De fleste mutationer vil give ophav til sygdomme og degeneration og vil ikke være en fordel for individet.

Mutationen som argument for selektionen neddæmpes undertiden med en fremhævelse af, at

kun en meget lille del af de forekommende mutationer kan anvendes til gunst for individet.

Palæontologi er studiet af livets historie på jorden - af fortidens dyr og planter - baseret på

fossiler som evidens (indlysende tydelighed) af deres eksistens i udgravninger. Dette omfatter

også undersøgelser af bl.a. fodspor, ynglepladser, fossileret afføring, pollen, forstenede

træsorter og kemiske spor i jordlag. Man kan derved opnå viden om fortidige livsformers

økologi, anatomi og fysiologi, og endda få fingerpeg om adfærd.

Det største palæontologiske problem i forhold til evolutionteorien er den kambriske eksplosion.

Evolutionsteorien medfører umiddelbart en forventning om at fossilerne vil vise et billede af et

gradvist opbygget evolutionstræ, således at jo tættere vi geologisk set kommer på nutiden, jo

flere vil fossilerne indeholde af de nutidige arter. Det forholder sig imidlertid anderledes. Fra og

med den geologiske tidsperiode kambrium (ca. 530 mio. år) optræder allerede ophavet til de

fleste af de dyrerækker, som lever i dag. Desuden en del uddøde arter. Den kambriske eksplosion giver således overraskende revolutionær snarere end (langsom) evolutionær.

G. J. Mendel, 1822-1884

Østrigsk munk og pioner i arvelighedslære. Gjorde forsøg med 28000 ærter.

Fandt de to grundlæggende arvelighedslove, som i dag kaldes Mendels 1. og 2. lov. (tegningen viser en model af krydsningsforsøg)

Foto: Mendel, wikipedia

17

Darwins selvkritik Darwin fokuserede i sit første skrift, Arternes oprindelse, på den økologiske

selektion (kampen om tilværelsen). Først senere beskrev han betydningen af den seksuelle selektion (kampen om parringen).

Darwin var klar over dristigheden i sin hypotese. Darwin knyttede arternes oprindelse sammen med selektionens mekanisme og opløste den gængse

forestilling om uforanderlige arter. I nedenstående citat udtrykker han sin

selvkritik: Hvad er de logiske konsekvenser af den nye hypotese?

Darwin-citat fra ″Origin of Species”

”If it could be demonstrated that any complex organ existed which could not possible have been found by numerous, successive, slight modifications, my

theory would absolutely break down.”

(Hvis det kan eftervises, at der findes et komplekst organ, som umuligt kunne blive til ved talrige på hinanden følgende små forandringer, ville min teori

fuldstændig bryde sammen).

Tankemæssigt er der her tale om falsifikation.

Da Darwin fremsatte sine oprindelige teorier om arternes udvikling, var

Mendels (1822-1884) arvelighedslære endnu ikke kendt, og genetikken med

dens forståelse af mutationer og arvelighed, kendte man slet ikke.

Darwins tilgang til evolutionen var morfologien (læren om dyrs og organers former) og herunder i meget høj grad embryologien (læren om dyrs

fosterstadier og fosterudvikling). Han erkendte, at der måtte gives en forklaring, som godtgjorde gradvise forandringers arvelighed, for at

selektionen kunne verificeres.

Neodarwinismen Verifikationen af selektionen kom med neodarwinismen, der betyder ny

darwinisme. Darwin påstod forandringer i naturen uden at kunne redegøre for den arvelige sammenhæng. Neodarwinismens videnskabelige bedrift fra 1930-

1940 var foreningen af Mendels arvelighedslove og Darwins lære om selektionen: Nogle forandringer kan arves og dermed videreføres (=

mutationer).

18

Eksempler på naturvidenskabelige problematikker

i relation til

den kemiske hypotese om livets oprindelse Naturvidenskabens udfordring i forhold til livets oprindelse er at

sandsynliggøre, at der findes en mulig vej for selvdannelse af biologisk liv i den fysisk-kemisk betingede verden. De følgende afsnit handler om denne

problematik.

Vand

Det simpleste liv kan kun tænkes at kunne opstå og eksistere i vand. Et af de første trin på vejen til livet er opbygningen af store proteinstoffer

(polypeptiderne). Et protein er en kortere eller længere kæde af aminosyrer.

Aminosyre En aminosyre er minimum dannet af et kulstof-atom (C) med en amino-gruppe (-NH2) og en organisk syregruppe (-COOH) tilkoblet. Desuden forskellige

sidekæder bygget op omkring kulstofatomer og kulstofkæder.

Aminosyrerne fungerer som byggesten i proteiner. Der indgår fx ca. 20

forskellige aminosyrer i menneskekroppens almindeligste proteiner.

De organiske proteiner dannes ved, at de enkle aminosyrer samles til en

kortere eller længere kæde under fraspaltning af netop vand. Denne proces er reversibel, hvilket betyder, at den kan foregå begge veje (både frem og

tilbage), - som opbygning og som nedbrydning. Processen indstiller sig i en balance, der bestemmes af koncentrationerne af processens enkeltdele. I den

vandrige ursuppe vil der derfor ikke kunne opstå nogen særlig høj koncentration af store proteinstoffer. Der forhindrer vandet simpelthen. Se

boksen nedenfor.

For at opnå en høj koncentration af højt sammensatte, organiske molekyler må der bygges en ikke-vandig membran mellem præcellen og ursuppen. Inde i

præcellen må der opbygges en høj koncentration af store proteiner. Det sker og reguleres ved hjælp af enzymer.

Vand kan således siges både at være en livsnødvendighed og en livs-

vanskelighed, som kun et regulerende system med flere enzymer kan løse.

19

Reversibilitet vedrørende komplekse organiske molekyler

aminosyre 1 + aminosyre 2 <-> peptid + vand

reversibel

peptid 1 + peptid 2 <-> tripeptid + vand reversibel

Opbygning fra aminosyrer peptider proteiner. Processen vil stoppe i ursuppen på grund af vandet. Den skal indkapsles og reguleres af enzymer.

Ozon

Ozon kendes af de fleste fra ordet ozonlaget. Kemisk set er ozon tre iltmolekyler, som er bundet sammen: O3. Ozon er en luftart, som lægger sig i

et tyndt lag i jordens atmosfære i en højde mellem 10 og 50 km over jordoverfladen. I dag beskytter dette lag livet imod den aggressive

ultraviolette stråling fra solen. (NB: solbadning og solskoldning!)

Dannelsen af den meget store mængde organiske stoffer, som livsprocesserne

i cellen kræver, forudsætter tilførsel af energi. Dette forhold udgør en særskilt problematik i forhold til Jordens ozonlag: Den ultraviolette stråling (uv-

stråling) er nødvendig helt i starten som energitilførsel til dannelsen af molekylerne i ur-suppen, men siden hen bliver den livsødelæggende, fordi

cellerne ikke tåler denne hårde, energirige bestråling.

Evolutionshypotesen må for det første forudsætte, at ozonlaget ikke eksisterede på forhånd og ikke var til stede i atmosfæren under de første

processer, men først er blevet dannet efter at fotosyntesens (kendes fra det grønne blad) iltproduktion begyndte. Det synes også rimeligt ud fra en generel

enighed om, at den oprindelige atmosfære var meget iltfattig. Ozonet menes dannet ved, at lyn har spaltet de ved fotosyntesen nydannede iltmolekyler. Se

boksen.

Ilt spaltes af lyn, bindes til uspaltet ilt og bliver til ozon

(2O2 + 02 + lyn -► 203)

Men det er på den anden side også klart, at livets overlevelse qua ozonets

først nødvendige fravær og senere nødvendige tilstedeværelse bevæger sig på en tynd knivsæg.

20

Ilt Ilt er også et stof, som der er problemstillinger forbundet med.

45% af jordskorpens atomer er ilt. Ilten er bundet i kemiske forbindelser,

særligt i stoffet kvarts (flint, sand). Jordens atmosfære indeholder fri ilt (O2), nemlig ca. 21% ved jordoverfladen. Fri ilt er velkendt som et yderst aggressivt

stof, som bl.a. nedbryder organisk materiale (forbrænding og forrådnelse).

Der er som netop omtalt en almindelig enighed om, at atmosfærens høje

indhold af ilt i det væsentlige skyldes planternes fotosyntese. Mars har således også et lavt iltindhold i sin atmosfære. Ilt i den oprindelige atmosfære ville

være ødelæggende for livsprocesser. Ilten ville ”brænde” dem af!

Dette sidste synspunkt er imidlertid også problematisk. Det er klart, at den høje iltprocent i Jordens atmosfære skyldes fotosyntesen, nemlig at planterne

producerer ilten. Men modsat er en iltfri atmosfære også vanskelig at forestille sig. En umiddelbar modsigelse heraf er fænomenet fotodissociation. (Se boks)

De fleste skoleelever har i kemiundervisningen prøvet at lave elektrolyse på vand og set fri ilt og fri brint stige op ved hver sin elektrode. På lignende måde

medfører den ultraviolette bestråling på jorden spaltning af vandmolekyler i atmosfæren og medfører dannelse af en vis mængde fri ilt i atmosfæren. Vil

hele iltmængden angribe fri jern og svovl (Fe og S) på jordoverfladen og danne mineraler – eller ikke?

Fotodissociation: Ultraviolette stråler rammer vandmolekyler, som spaltes i ilt og brint.

ultraviolette stråler rammer 2H2O ----> O2 og 2H2

Man kan fx læse om denne problematik i ”Det første liv”, afsnit 12, eller ”Evolutionens Ikoner”, kap 2. Se litteraturlisten.

Den tidlige jordklode er et tankepuslespil

At beskrive livets opståen ud fra de fysiske livsbetingelser på Jorden indebærer som eksemplerne i dette afsnit har vist inddragelse af en række

problemstillinger. Enhver vanskelighed, som livet tvinges til at måtte

overkomme på vej imod sin tilblivelse, foringer naturligvis samlet set sandsynligheden for livets spontane tilblivelse. Man kan ikke tale om livets

spontane tilblivelse uden også at tale om sandsynligheden for at livet vil kunne opstå af sig selv i den rå materie.

21

Sandsynlighed Sandsynlighedsbegrebet - matematik og virkelighed

Hvornår er noget sandsynligt? Er der en grænse for acceptabel sandsynlighed? Matematisk set er der ingen grænse. Rent teoretisk kan man altid forestille sig

et større antal forsøgsmuligheder. Man kan rent matematisk forøge antallet af hændelser og derved forøge sandsynligheden, indtil den når et realistisk tal.

Spørgsmålet er, om der i praksis findes en grænse, hvor sandsynligheden bliver til absurditet og til en reel umulighed. Sandsynlighed forstås konkret ofte

ud fra at slå 6’ere med terninger. Jo flere 6’ere der skal slås i træk, jo mindre bliver sandsynligheden.

Sandsynligheden for at slå seks’ere med et antal terninger:

med 1 terning: P(1) = 1/6: Realistisk er 6 slag med 2 terninger: P(2) = 1/6 * 1/6 = 1/36: Realistisk er 36 slag

med 3 terninger: P(3) = 1/6 * 1/6 * 1/6 = 1/216: Realistisk er 216 slag

Kan man slå 250 seksere med 250 terninger?

Et realistisk bud på, hvor mange slag, der må tænkes at skulle slås, er så højt, at en almindelig lommeregner slet ikke kan håndtere sandsynligheden.

Matematisk set er svaret fortsat: JA, det er muligt!

Men svarer matematikken alligevel her til virkeligheden?

Ifølge den evolutionære hypotese opbyggedes de første byggesten til livets

maskine i den rå materie. Drivkraften var en på forhånd ikke-eksisterende målsætning, men alene en i naturen iboende mulighed formet af de aktuelle

omgivelser ved tilfældige interaktioner.

Livets oprindelse beskrives som en lang serie af mere eller mindre af hinanden uafhængige hændelser. Hver ny hændelse bliver måske til et nyt skridt på vej

imod opbyggelsen af livets maskine. På denne måde sammenlignes hver ny

hændelse med en terning.

22

Fejlagtig anvendelse af sandsynlighedsargumentet

Sandsynligheden for at vinde hovedgevinsten i et landsdækkende lotteri er særdeles lav. Det gælder uanset, hvilket lod man har i hænderne. Derfor kan

alle lodder kun anses for usandsynlige. Dette medfører imidlertid ikke, at der ikke udtrækkes netop ét lod. Man kan i dette eksempel ikke anvende lav

sandsynlighed som et udtryk for, at det er meningsløst, at der skulle komme en vinder ud af et lotterispil.

Der er grund til at være særlig opmærksom på argumentationer omkring sandsynlighed.

Eksempel: egernet

I forhold til evolutionsteorien er det afgørende, om der på forhånd findes en bestemt plan eller mål, som evolutionens tilfældige hændelser skal passe til.

I evolutionsteorien er der netop ikke tale om ét bestemt mål. Det er ikke bestemt, at mennesket skulle blive menneske, eller egernet et egern. Det

skyldes i følge teorien de til enhver tid herskende livsbetingelser på det konkrete sted, hvor mutationer, selektion og fysisk-kemiske interaktioner

finder sted.

Foto: wikipedia

Derfor kan man ikke argumentere ved at spørge: Hvad er sandsynligheden for et egern? – og så undersøge egernets genom (alle egernets gener) og have en

lommeregner ved siden af. Det vil med sikkerhed føre til, at et egern er absurd. - Hele denne måde at tænke på er grundlæggende en forkert

anvendelse af et i øvrigt fornuftigt ræsonnement, fordi selve forudsætningen er forkert.

Tilsvarende egernet kunne der (med mange usikkerheder) opstilles en stribe

uafhængige livsbetingelser med hver sin delsandsynlighed på livets oprindelse, og herefter udregnes den samlede sandsynlighed. Det vil der både kunne

argumenteres for og imod:

23

På den ene side er det korrekt, at der gives livsprocesser, som er afhængige af andre livsprocesser, der igen er afhængige af andre. Og

således set vil det være korrekt at gange sandsynlighederne med hinanden og dermed få et udtryk for en samlet sandsynlighed.

På den anden side er det en stor vanskelighed ikke at tænke de evolutionært forståede livsprocesser i formålsrettethed (ligesom med

egernet). Enhver tænkning omkring formål og processtyring er i sig selv i grundlæggende strid ved den evolutionære tænknings principper.

I de andre to fordybelsestemaer drøftes begreber som fx formål, men i dette naturvidenskabelige afsnit kan begrebet formål principielt ikke drøftes. Det

hører under et andet ”fakultet”.

Evolutionsteorien er således teorien om en ikke på forhånd planlagt udvikling. Modsat betyder tilfældighed heller ikke bare ren og skær tilfældighed, hvor

intet er underlagt lovmæssighed, men derimod en tilfældighed bestemt af mindst fire bestemmende principper:

naturlovene, herunder naturlige betingelser for selvorganisering

de fysiske grundvilkår på stedet, hvor en proces foregår tilfældigheden i molekylernes interaktion, den rene tilfældighed

selektionen eller livskonkurrencen (ikke de allertidligste processer) Eksempler på sandsynlighedsberegninger på tilfældige og nødvendige

delprocesser for livets dannelse er meget vanskelige at håndtere. Ofte dukker

der tal-sandsynligheder op, der forudsætter helt enorme tidsperioder for at sandsynligheden bliver realistisk. På den anden side er forklaringen på livets

dannelse netop bredt ud over en periode på 4 mia. år.

Tidslængden gør muligheden for en eksperimentiel gentagelse absurd Tidslængden har måske på forhånd udelukket, at vi nogen sinde vil

kunne få en sikker viden om livets oprindelse Sandsynligheden får mange biologer til at tale om livet som et

éngangsfænomen. Tanken understøttes af organismernes fællestræk

Éngangsfænomen Der er enighed blandt biologer om, at alt liv på jorden har en fælles oprindelse.

Fra den fælles oprindelse er livet spaltet ud i tre forskellige grundformer af organismer:

to grundformer uden cellekerne: arker og bakterier

én grundform med cellekerne organismer med cellekerne er igen spaltet ud i dyr, svampe, alger og

planter

De fysiske livsbetingelser

24

Liv har en række fysiske betingelser, og den perfekte kombination af disse betingelser, som vil kunne udgøre livets fysiske grundlag, optræder kun med

en meget lav relativ hyppighed omkring stjerner. Energitilførsel, hverken for meget eller for lidt, hvilket også betyder en

passende temperatur på ”moderjords” overflade, hvilket igen kræver en passende rotation af planeten omkring sig selv

Tilstedeværelse af et større antal grundstoffer (byggesten). Ikke nødvendigvis nøjagtigt de samme som det jordiske liv anvender, hvilket

er mindst 25. Dette forudsætter igen den astronomiske begivenhed af en

såkaldt supernovaeksplosion uden hvilken de mange grundstoffer ikke dannes. På solen findes der fx kun de allerførste grundstoffer, som

dannes gennem fusionsprocesser, der udsender solens enorme energier Det er meget vanskeligt at forestille sig liv uden opløsningsmidlet vand

Sandsynlighed og kunstigt liv Livets opståen kan naturvidenskabeligt set kun betragtes som en umådelig

lang og sammensat proces.

Den særdeles lave sandsynlighed svarer også til den virkelighed, der ligger i vanskelighederne ved at fremstille kunstigt liv i et laboratorium. Der hersker

ikke enighed om, at dette vil blive muligt, men stadig flere forskere anser det for meget sandsynligt, at der vil kunne laves kunstigt liv, der opfylder

vedtagne definitioner på begrebet liv, men derimod ikke organismer, som

ligner dem, som vi kender, og selv er en del af. (NB: Men derfor vil det etiske aspekt omkring kunstigt liv alligevel kunne blive et særdeles påtrængende

problem i fremtiden).

Med kunstigt liv menes her liv, som ikke er frembragt ved at anvende dele fra allerede eksisterende liv, men liv skabt ”fra bunden af”.

I praksis kan sandsynligheden for livets opståen som sagt ikke reelt udregnes

og gives noget tal. Sandsynlighedsovervejelserne fører derimod logisk til to vigtige tankegange: Tiden som mulighed og spørgsmålet om naturens retning.

Tiden

Livets opståen og selvudvikling vil kun være mulig over meget lange tidsrum. Alene tiden kan kompensere og opveje modstanden og vanskelighederne fra

de lave sandsynligheder – forudsat at de livsformer, som opstår i tidens løb,

bevares og ikke bare nedbrydes igen.

Tiden er evolutionens mulighed.

25

Entropi og orden Naturens retning - entropi

Fordi netop tiden er evolutionens mulighed og forudsætning, bliver et andet spørgsmål af afgørende betydning, nemlig spørgsmålet om hvorvidt den

fysiske verden - verden forstået ud fra naturlovene - har en retning. Se boksen.

Hvis naturen har en retning, kan man vanskeligt forestille sig, at denne retning ikke vil blive dominerende over meget lange tidsrum. Spørgsmålet om den

fysiske verdens retning udfoldes i entropi-debatten. Især i forhold til termodynamikkens 2. lov.

Termodynamikkens 2. lov.

Termodynamik betyder varmelære og handler om overførsel af varme og energiomsætninger mellem varme og andre energiformer. Læren om varme og

energiomsætninger blev afklaret i 1800-tallet. Der findes tre termodynamiske love:

1. lov: Loven om energiens konstans: Energi kan ikke skabes eller forsvinde, kun omsættes.

2. lov: Entropiloven. Entropien i et lukket system kan aldrig aftage, men vil vokse.

3. lov: Entropien af et perfekt krystal er nul ved det absolutte nulpunkt.

Entropiloven forbindes med ordet retning i den fysiske natur.

Definition på entropi (Encyklopædien):

Entropi er et mål for graden af uorden i et fysisk system.

NB: Uorden kan også udtrykkes med ordet tilfældighed.

Det lukkede system

Man skelner mellem lukkede og åbne systemer. Et lukket system vil sige, at systemet eller den del af verden overlades til sig selv og ikke modtager

energipåvirkninger udefra (=lukket). I tidens løb vil entropien kun kunne

vokse. Der vil blive mere og mere uorden. Det betyder fx i praksis at

- der bliver mindre og mindre koncentreret og brugbar energi og mere og mere spredt energi, varme

- i universet som helhed taler man om varmedøden, fordi retningen af al energi som helhed går imod uordnet energi, som er indre energi eller en

26

kollektiv varmetilstand i modsætning til den ordnede delplacerede energi.

Entropien kan med nogen ret sammenlignes med uordenen i et hus eller i et

værksted i brug. Som tiden går, bliver alt langsomt mere og mere rodet og sammenblandet, medmindre én udefra kommer og rydder op en gang imellem.

Det er konsekvensen af nedslidningen hver dag.

Når først to væsker – fx mælk og kaffe - er blevet sammenblandet, vil de

aldrig samle sig i mælk og kaffe igen. Bevægelser går langsomt i stå, fordi enhver strømning og gnidning medfører

en lille omsætning af energi, som bliver til varme. Energien er ikke forsvundet, men opslugt i varmekollektivet, hvorfra den kun vanskeligt kommer tilbage

som ny, brugbar energi. Derfor udtrykket varmedøden.

Det siger umiddelbart sig selv, at entropiloven står i et direkte modsætningsforhold til begrebet evolution. Evolution er sagt i termodynamisk

sprog, at entropien aftager – og altså går i den modsatte retning af det naturlige, som er en vækst i entropi.

Det er vigtigt at bemærke, at entropiloven for det lukkede system ikke på

nogen måde udelukker, at der her og der lokalt sker hændelser, som lokalt fører til aftagende entropi. Pointen er, at det samlede lukkede system altid går

imod forøget entropi, og netop her bliver tiden en afgørende faktor.

I forhold til entropiloven i lukkede systemer kunne det umiddelbart være logisk

at formulere en afviklingslære. Forståelsen af denne naturlov er væsentlig for at kunne forstå, hvad evolution er.

Nogle forskellige definitioner af begrebet entropi. Kilde wikipedia:

Energi, som er nedbrudt til uoprettelig varme.[1]

Antallet af måder, ting i et system kan være ordnet på (ganget med Boltzmanns konstant).[3]

Et direkte mål for tilfældigheden i et system.[5]

Et mål for energispredningen ved en bestemt temperatur.[6]

Et mål for et systems delvise tab af evne til at udføre arbejde på grund af virkningen af

irreversibilitet.[7]

Et indeks for et systems tendens til spontan ændring.[8]

Et mål for, hvor lidt af et systems energi, der kan fås til at udføre arbejde; også et mål for

uorden; jo større entropi, jo større uorden.[9]

Et parameter, der står for graden af uorden i et system på atomart, ionmæssigt eller

molekylært plan.[10]

Et mål for uorden i universet eller for, hvor meget af et systems energi, der kan fås til at

udføre arbejde.[11]

27

Artikel Artiklen fra ”Aktuelt Naturvidenskab” om ”termodynamikken” kan uddybe

forståelsen.

Det åbne system

Jorden, hvor evolutionen tænkes, er et åbent system. Et åbent system vil sige,

at der tilføres energi ind i systemet, og hermed er termodynamikkens 2. lov ikke den eneste bestemmende lov, og nu er muligheden netop til stede for at

orden, energi i en højere orden (= lavere entropi) opbygges: energi tilføres de kemiske reaktioner og mere sammensatte, kemiske forbindelser dannes.

Entropien kan aftage, hvis der udefra tilføres energi

Den tilførte energi medfører en (lokal) lavere entropi ved at indgå som energitilførsel i fysisk-kemiske processer, hvor der ”bygges op”. Med den

tilførte energi er der således ikke tale om nogen teoretisk konflikt i forhold til entropiloven, men pointen er fortsat, at tiden – til enhver tid – indeholder det

element, at det opbyggede står i lovmæssig ”fare” for nedbrydning, og ikke for bevarelse, tværtimod kræves der en konstant energitilførsel og muligheder for

den gunstige udnyttelse af energien i de fysisk-kemiske molekylære processer

i dannelse af livsduelige makro-molekyler. - Natten uden solen mangler energiens effekt og muligheder!

Livets mulighed ligger altså i den tilførte energi.

Det er herefter klart, hvad en naturvidenskabelig debat kommer til at handle om, nemlig om den tilførte energi fra solen til Jorden og dens processer vil

være fyldestgørende som den nødvendige modreaktion over for den

evolutionshindrende entropilov (Principielt er solenergien i sig selv rigelig stor).

Uanset hvad, medfører entropiloven det faktum, at livet ikke umiddelbart kan betragtes som et naturligt fysisk-kemisk forløb. Molekylerne triller ikke bare af

sig selv ”op” i livgivende placeringer.

En bold er altid på vej nedad, men energi kan sagtens føre den opad, og i det

gunstige udfald bliver bolden også liggende ”oppe” på en bakketop.

Livet kan derfor vanskeligt betragtes uden en forståelse af en heldig situation. Nogle taler endog om livet som et naturvidenskabeligt ”Hovsa!”: Den gunstige

og heldige mulighed blandt de mange mulige og ubrugelige. Denne forståelse af ”held” kommer således fra en kombination af de matematiske og fysiske

begreber: Sandsynlighed og termodynamik.

28

Evolutionshypotesen om livets oprindelse bliver således logisk set til teorien

om den heldige hændelse.

Livet, som vi kender det i dag, er en effektiv maskine, der, som enhver anden maskine, uafladeligt ”overvinder” effekten af termodynamikkens 2. lov:

Frugtbarhed er kemisk set en eksplosiv vækst i orden og kemisk energi, som konstant drevet af energi skaber nye maskiner, som også ”overvinder”

effekten af termodynamikkens 2. lov.

Det kritiske moment er ikke livets fortsatte vækst. Den er en umiddelbar

konsekvens af selve livets betingelse som reproducerende maskine. Det kritiske punkt er opbyggelsen af selve livsmaskinen: livets oprindelse!

Debatten om termodynamikkens 2. lov er hård Gennem mange år har fysikere – og i stort tal særligt ingeniører – stredes om

betydningen af termodynamikkens 2. lovs for livets selvopståen.

På nettet findes der således underskriftsindsamlinger på netop dette forhold, og artikler i stort tal søger at skabe naturvidenskabeligt belæg for både

muligheden og umuligheden af biokemisk selvevolution.

Det danske blad ”Aktuelt Naturvidenskab”, som officielt fremstår som et

evolutionært tidsskrift, valgte i dec. 2007 - lidt utraditionelt - at optage et kritisk indlæg, hvor termodynamikkens 2. lov netop udgør det

naturvidenskabelige angreb på den fysisk-kemiske hypotese om livets oprindelse.

Citat fra Aktuel Naturvidenskab, 6/2007

Livets begyndelse og termodynamikken ”At acceptere livets opståen som resultat af en umulig tilfældighed er at gøre

naturvidenskaben en bjørnetjeneste.”

”En uspecificeret entropibalance kommer til kort, når det gælder nyskabelse, som ved livets opståen i det præbiotiske hav og biosfærens videre evolution.

Nyskabelse ligger uden for den daglige termodynamik. Vi er havnet i et erkendelsesteoretisk dilemma: En ukendt styrende kraft eller

en umulig tilfældighed? …”

dr.scient. Heinz Hansen

29

Selvorganisering og emergens Naturen indeholder et væld af strukturer og organiserede systemer. At forstå,

hvad liv er, vil nogle mene, handler slet ikke kun om at forstå de enkelte smådele, men også om at forstå helheder. Cellen er ikke kun summen af dens

enkeltdele, men den er også i sig selv en selvregulerende helhed, et individ. Biologisk liv består af selvorganiserende individer. En organisme synes

umiddelbart at være noget mere end enkeltdelene til sammen. Se afsnittet om

Niels Bohr i ”Historien om livets oprindelse”.

På samme måde er hjernen ikke kun summen af alle nerveceller, men en helhed. Hjernen indeholder et væld af forekomster som sprog, vilje, følelser,

logik, som ikke findes i den enkelte celle og da på ingen måde i det det enkelte molekyle. De fysiske molekyler er de nødvendige betingelser.

Man kan sige, at man bevæger sig fra ét niveau – et lavere – til et højere

niveau. På det højere niveau dukker der funktioner op, som ikke findes på det lavere niveau. Det ”dukker op”. Heraf ordet emergens.

Simple eksempler – Stau! og en fugleflok

En bilkø – STAU!, som det kendes fra de tyske motorveje – er et fænomen, som ikke giver mening ved at studere den enkelte bil, som køen jo ganske rigtigt består af. Stau er en egenskab som ”opstår” i og med en mangfoldighed

og har sine helt egne egenskaber. En kø bevæger sig som en lang slange

modsat kørselsretningen.

Emergens udtrykt poetisk kan fx siges sådan med Benny Andersens ord:

”Fuglene flyver i flok, når de er mange nok.”

Det interessante spørgsmål er: Hvordan opstår de nye og højere systemer og organisationer, når de ikke findes i de byggesten, som de er lavet af?

Et interessant træk er også, at der foregår påvirkninger mellem niveauerne –

begge veje: fra det lavere til det højere – og fra det højere niveau tilbage på det lavere niveau. Muligheden for at kortlægge årsager og virkninger i

hændelsesforløb i fx hjernen bliver kompliceret, om ikke direkte en umulighed at håndtere. Hvad var årsag? og hvad var virkning?

En række store spørgsmål ligger åbne i forlængelse af emergensbegrebet. Hvad er fx liv, bevidsthed, sprog, mening, socialisering og samfund? Hvad er

disse ord i deres væsen mere end noget rent fysisk-kemisk? Diskussionen af disse spørgsmål har en tydelig tendens til at overskride den almindelige,

naturvidenskabelige tænkemåde og nærmer sig det humanistiske videnskabsområde. Af denne grund afviser stærkt positivistisk tænkende

biologer enhver brug af dette og lignende begreber i faget biologi.

30

Er der rent faktisk noget særligt mystisk ved en trafikprop, som berettiger til

her at tale om et nyt fænomen af et helt fremmedartet ”væsen”.

I Linksamlingen henvises til artikler om emnet selvorganisering og emergens: - Niels Henrik Gregersen: Skabelse og selvorganisering

- Claus Emmeche: Mine molekyler vil frikende mig

Orden Man kan ligeledes vælge at betragte det biologiske liv under synsvinklen orden

og organisering. Livet er en velordnet helhed. Man kan fx tænke på DNA-molekylets ordnede struktur med de fire baser, som udgør helt overvældende

lange rækker af organiserede informationsbærende gener.

Begrebet orden udfordrer således umiddelbart den rene naturvidenskabelige tankegang. Mange typer af orden, som vi kender fra den menneskelige

dagligdag, kunne så åbenbart ikke opstå tilfældigt eller i naturen, men forudsætter den menneskelige fornuft, som danner af ordenen. Fx huse og

kunstværker.

Eksempel: En iskrystal. Hvilken orden fremtræder der ikke umiddelbart for øjnene.

Desværre har termoruder og milde vintre frataget mange den fascinerende

oplevelse, det er at vågne op til naturens dekorationer på frostprydede ét-lags-vinduer, dannet af nattesøvnens udåndingsluft. Denne orden er dannet

umiddelbart af naturlovene!

Som udgangspunkt ville den menneskelige hjerne fejltolke iskrystallernes orden og tilskrive den en kunstners orden eller lignende. At vi alligevel ikke

tænker sådan skyldes kun, at vi har vænnet os til, at sådan forholder det sig alligevel ikke.

31

Andre eksempler: Diamanter og andre ædelstene er ekstremt ordnede

Krystaller er ordnede Det periodiske system er en helt enestående orden i den atomare

verdens stof-energi mikroverden

Og hvad så med livets oprindelse?

Den orden, som vi lige har betragtet, udspilles mellem materien, energien og naturlovene og er os i mange henseender blevet så velkendt, at den ikke

længere frembringer oplevelsen af mystik og ubegribelighed.

Livets oprindelse er derimod på mange måder fortsat gådefuld. Vi kan se, at livet er velordnet og organiseret. Vi ved derfor, at kemien med kulstofatomer i

centrum kan bære ordenssystemer, men vi ved ikke, hvordan kemien kan danne livets orden og struktur – og derfor ved vi reelt heller ikke endnu, om

den i det hele taget selv kan.

Biolog Jørn Madsen konkluderer i bogen Livets udvikling på biologiens vegne: ”Vi ved ikke, hvordan livet opstod på jorden.” Naturvidenskabeligt set kan man

selvfølgelig ikke konkludere på noget, som man ikke ved, og derfor gør Jørn Madsen det heller ikke.

Alligevel taler mange, som om det var et faktum, at livet opstod ud af naturens selvorganisering og selvdannede orden. Det er forståeligt nok ud fra, at der

rent naturvidenskabeligt ikke findes noget alternativ som forklaring. Men det kan samtidig også med god ret siges at være i strid med god naturvidenskab

at ophøje en hypotese, hvis grundlaget er for løst.

For at tale om fakta i naturvidenskaben kræves ikke beviser, men verifikation. Så længe, at vi ærligt må vedgå, at vi ikke ved, hvordan livet opstod på Jorden

er der selvfølgelig ikke tale om, at hypotesen er verificeret. Modsat er hypotesen heller ikke falsificeret.

Lige nu er Mars stedet, hvor en væsentlig verifikation af hypotesen vil kunne

finde sted, men modsat, ikke nogen falsifikation. Eksemplet Tycho Brahe kan belyse denne sidste position.

Tycho Brahe

Tycho Brahe, dansk astronom (1546-1601), tog jo i sin tid rent faktisk fejl i striden om Jorden eller Solen var centrum i vores del af verden, men han

kæmpede for sit synspunkt på den hæderligste måde. Da Kopernikus havde

32

fremsat en model til et nyt verdensbillede, undersøgte Tycho Brahe senere selv sagen ved at se efter, om Jorden så også bevægede sig (rundt om Solen) eller

om den stod stille. Hvis Jorden bevægede sig, måtte i hvert tilfælde også noget andet så flytte sig, når man kiggede på det. – Ellers ville det jo svare til, at

man hævdede at køre i et tog, men bygningerne og landskabet flyttede sig ikke.

Og Tycho Brahe fandt ingen bevægelser – også selv om han optimerede måleresultaterne flere gange. Ergo: Kopernikus måtte have taget fejl! – Først

mere end hundrede år senere kunne nyopfindelsen kikkerten registrere, at

stjernerne helt faktisk flyttede sig sammen med Jordens bevægelse.

Efter at den franske mikrobiolog Louis Pasteur konkluderede, at ”liv kun kan komme af liv”, har der ikke kunnet føres et naturvidenskabeligt bevis for det

modsatte. Derfor er vi lige nu fortsat der, hvor Tycho Brahe befandt sig i sin tids naturvidenskabelige skisma: Den ny forklaring er ikke verificeret endnu.

De pågående og kommende undersøgelser på Mars vil kunne bringe os et

vigtigt skridt nærmere på løsningen af gåden om livs opståen. Hvis Mars viser sig at være total livløs, vil søgningen efter livstegn på fjerne planeter i

universet være næste mulighed for at kunne opdage livstegn.

Livstegn fra fjerntliggende kloder undersøges gennem analyse af det reflekterede lys, som planeten udsender (spektralanalyse). Der undersøges

især efter disse livstegn:

Stoffet klorofyl (det grønne stof i planters blade). Tilstedeværelse af

klorofyl medfører refleksion af mindre rødt lys fra planeten. Høj procent af ilt i atmosfæren – dannet ved planters omdannelse af

kuldioxid til ilt. Afsløres ved spektralanalyse. Metangas i atmosfæren. Metangas dannes ved forrådnelse af organisk

materiale, men kan også dannes under høje temperaturer ved vulkansk aktivitet. Afsløres ved spektralanalyse.

Radiosignaler på frekvenser, som ingen naturfænomener udsender frekvenser på. Altså i positivt fald tegn på avanceret, intelligent liv.

Spektralanalyse Grundstoffer kan under energipåvirkning udsende elektromagnetisk stråling, fx

lys. Bølgelængderne er forskellige fra grundstof til grundstof, og kan derfor skelnes fra hinanden. Ved at analysere lyset, som udsendes, i et spektrometer,

som bl.a. indeholder et glasprisme, der adskiller lyset efter bølgelængde, kan man over meget store afstande afgøre, hvilke grundstoffer lyset er blevet

udsendt fra.

33

Siden 2005 har man været klar over, at der findes metan på Mars. I januar 2009 udsendte Nasa yderligere informationer herom og meddelte, at det ikke

kan afgøres, hvor metanet stammer fra: vulkansk aktivitet (= ikke liv) eller fra bakterier (= liv).

I 2009 opsender NASA en ny satellit med navnet ”Kepler” med det formål at

søge efter livstegn fra fjerntbeliggende planeter ved at analysere de fra planeterne udsendte elektromagnetiske spektre. Nogle er begejstrede, andre

anser det ud fra sandsynlighedsovervejelser for at være tæt på spild af både

tid og penge. Den blotte mulighed for eksistensen af bevidst kommunikerende menneskeligt

liv har kun eksisteret på jorden i en meget kort periode (højt sat evt. 200.000 år). Sammenlignes dette med jordens levealder på 4,6 mia. år, bliver

sandsynligheden for, at to kloder skulle kunne have sammenfald i bevidst kommunikerende liv, ekstremt lavt.

kilde: http://kepler.nasa.gov/

34

Artikler i artikelsamlingen, som især er tiltænkt et fordybelsesarbejde i dette hovedafsnit:

Evolutionslæren, prof. Tom Fenchel

Livets oprindelse og termodynamikken, dr.scient. Heinz Hansen Termodynamikken, lic.scient. Jens Morten Hansen

Er det en naturlov, at aminosyrer er venstredrejede? af astrofysiker Anja Andersen

Dansk forsker har kunstigt liv i støbeskeen

Tæt på kunstigt liv Livets oprindelse er måske fundet

Emner omkring begrebet ”liv” kan bygge videre på introafsnittet ”Historien om

livets oprindelse” sammen med afsnittet om ”liv” i dette hovedafsnit og kan desuden perspektiveres ved at inddrage disse to artikler:

Marslanding kan udfordre teologien, prof. Niels Henrik Gregersen

Liv uden for Jorden gør en teologisk forskel, prof. Niels Henrik Gregersen