Ett inhemskt bi i min trädgård (Foto: Ferris Jabr)
Jag har varit fascinerad av levande varelser sedan barnsben. När jag växte upp i norra Kalifornien tillbringade jag mycket tid med att leka utomhus bland växter och djur. Några av mina vänner och jag smög oss på bin när de pollinerade blommor och fångade dem i Ziploc-påsar så att vi kunde få en närmare titt på deras obsidianögon och gyllene hår innan vi återlämnade insekterna till sina dagliga rutiner. Ibland tillverkade jag grova bågar och pilar av buskar i min bakgård, där jag använde avskalad bark som snöre och löv som fletchings. På familjeutflykter till stranden lärde jag mig att snabbt gräva upp kräftdjur och leddjur ur sina gömställen genom att hålla utkik efter bubblor i sanden när den senaste vågen drog sig tillbaka. Och jag minns tydligt en utflykt i grundskolan till en dunge med eukalyptusträd i Santa Cruz, där tusentals vandrande monarkfjärilar hade stannat för att vila. De klamrade sig fast vid grenarna i stora bruna klumpar som liknade döda löv – tills en av dem rörde sig och avslöjade den eldiga orange insidan av sina vingar.
Moment som dessa – tillsammans med ett antal tv-program av David Attenborough – förstärkte min entusiasm för planetens varelser. Medan min lillebror var besatt av sin K’Nex-uppsättning och byggde minutiöst utstuderade berg- och dalbanor, ville jag förstå hur vår katt, ja, fungerade. Hur såg hon på världen? Varför spinnade hon? Vad var pälsen, klorna och morrhåren gjorda av? En jul bad jag om ett uppslagsverk om djur. Efter att ha slitit av omslagspappret från en massiv bok som förmodligen vägde hälften så mycket som jag själv, satt jag vid granen och läste i timmar. Det är alltså inte så förvånande att det slutade med att jag började skriva om natur och vetenskap för att försörja mig.
En K’Nex-utrustning (Credit: Druyts.t via Wikimedia Commons)
För inte så länge sedan fick jag dock en uppenbarelse som har tvingat mig att ompröva varför jag älskar levande varelser så mycket och att ompröva vad livet egentligen är. Så länge människor har studerat livet har de kämpat för att definiera det. Till och med i dag har vetenskapsmännen ingen tillfredsställande eller allmänt accepterad definition av liv. Medan jag funderade över detta problem kom jag ihåg min brors hängivenhet för K’Nex berg- och dalbanor och min nyfikenhet på familjens katt. Varför betraktar vi den förstnämnda som livlös och den sistnämnda som levande? Är inte båda i slutändan maskiner? Visserligen är en katt en otroligt komplex maskin som kan utföra fantastiska beteenden som en K’Nex-uppsättning förmodligen aldrig skulle kunna efterlikna. Men på den mest grundläggande nivån, vad är skillnaden mellan en livlös maskin och en levande maskin? Hör människor, katter, växter och andra varelser hemma i en kategori och K’Nex, datorer, stjärnor och stenar i en annan? Min slutsats: Nej. Faktum är att livet faktiskt inte existerar.
Låt mig utveckla.
Formella försök att exakt definiera livet går åtminstone tillbaka till de gamla grekiska filosofernas tid. Aristoteles menade att alla levande varelser, till skillnad från de livlösa, har en av tre typer av själar: vegetativa själar, djurs själar och rationella själar, varav den sistnämnda uteslutande tillhörde människan. Den grekiske anatomen Galen föreslog ett liknande, organbaserat system av ”vitala andar” i lungorna, blodet och nervsystemet. På 1600-talet började den tyske kemisten George Erns Stahl och andra forskare beskriva en doktrin som så småningom skulle bli känd som vitalism. Vitalisterna hävdade att ”levande organismer skiljer sig i grunden från icke levande enheter eftersom de innehåller något icke-fysiskt element eller styrs av andra principer än livlösa ting” och att organisk materia (molekyler som innehöll kol och väte och som producerades av levande varelser) inte kunde uppstå från oorganisk materia (molekyler som saknar kol och som främst var resultatet av geologiska processer). Senare experiment visade att vitalismen var helt osann – det oorganiska kan omvandlas till det organiska både i och utanför laboratoriet.
Istället för att förse organismer med ”något icke-fysiskt element” försökte andra vetenskapsmän identifiera en specifik uppsättning fysiska egenskaper som skilde det levande från det icke-levande. I dag, i stället för en kortfattad definition av liv, innehåller Campbell och många andra allmänt använda läroböcker i biologi en ganska uppblåst lista över sådana särskiljande egenskaper, till exempel: Ordning (det faktum att många organismer består av antingen en enda cell med olika avdelningar och organeller eller mycket strukturerade grupper av celler), tillväxt och utveckling (förändrar storlek och form på ett förutsägbart sätt), homeostas (upprätthåller en inre miljö som skiljer sig från en yttre miljö, t.ex. det sätt på vilket cellerna reglerar sina pH-nivåer och saltkoncentrationer); ämnesomsättning (förbrukar energi för att växa och för att fördröja nedbrytningen), reaktion på stimuli (ändrar beteende som svar på ljus, temperatur, kemikalier eller andra aspekter av miljön), reproduktion (kloning eller parning för att producera nya organismer och överföra genetisk information från en generation till nästa) och evolution (förändringen av den genetiska sammansättningen hos en population över tiden).
En tardigradsvarv kan överleva utan mat eller vatten i ett avhyrat tillstånd i mer än 10 år (Credit: Goldtsein lab via Wikimedia Commons via Flickr)
Det är nästan för lätt att strimla logiken i sådana listor. Ingen har någonsin lyckats sammanställa en uppsättning fysiska egenskaper som förenar allt levande och utesluter allt som vi betecknar som livlöst. Det finns alltid undantag. De flesta människor anser till exempel inte att kristaller är levande, men de är ändå mycket organiserade och växer. Även eld förbrukar energi och blir större. Däremot kan bakterier, tardigrader och till och med vissa kräftdjur gå in i långa perioder av vila under vilka de inte växer, metaboliserar eller förändras alls, men de är ändå inte tekniskt sett döda. Hur kategoriserar vi ett enskilt blad som fallit från ett träd? De flesta människor skulle hålla med om att ett löv är levande när det sitter på ett träd: dess många celler arbetar outtröttligt för att omvandla solljus, koldioxid och vatten till mat, bland annat. När ett blad lossnar från trädet upphör inte cellerna omedelbart med sin verksamhet. Dör det på vägen till marken, eller när det träffar marken, eller när alla dess enskilda celler slutligen dör? Om du plockar ett blad från en växt och håller dess celler närda och lyckliga i ett labb, är det liv?
Sådana dilemman plågar så gott som varje föreslagen egenskap hos livet. Att reagera på miljön är inte en talang som är begränsad till levande organismer – vi har konstruerat otaliga maskiner som gör just detta. Inte ens reproduktion definierar en levande varelse. Många enskilda djur kan inte reproducera sig själva. Så är två katter levande eftersom de kan skapa nya katter tillsammans, men en enskild katt är inte levande eftersom den inte kan föröka sina gener på egen hand? Tänk också på det ovanliga fallet med turritopsis nutricula, den odödliga maneten, som i all oändlighet kan växla mellan sin vuxna form och sitt ungdomsstadium. En gelé som vacklar på detta sätt producerar inte avkomma, klonar inte sig själv och åldras inte ens på det typiska sättet – ändå skulle de flesta människor medge att den fortfarande lever.
Men hur är det med evolutionen? Förmågan att lagra information i molekyler som DNA och RNA, att föra denna information vidare till sin avkomma och att anpassa sig till en föränderlig miljö genom att ändra den genetiska informationen – dessa talanger är säkert unika för levande varelser. Många biologer har fokuserat på evolutionen som livets viktigaste kännetecken. I början av 1990-talet ingick Gerald Joyce från Scripps Research Institute i en rådgivande panel till John Rummel, som då var chef för NASA:s exobiologiprogram. Under diskussioner om hur man bäst skulle hitta liv på andra världar kom Joyce och hans panelmedlemmar fram till en allmänt citerad arbetsdefinition av liv: ett självförsörjande system med förmåga till darwinistisk evolution. Den är klar, koncis och omfattande. Men fungerar den?
Låt oss undersöka hur denna definition hanterar virus, som har komplicerat sökandet efter en definition av liv mer än någon annan enhet. Virus är i huvudsak DNA- eller RNA-strängar som är förpackade i ett proteinhölje; de har inga celler eller någon ämnesomsättning, men de har gener och kan utvecklas. Joyce förklarar dock att för att vara ett ”självförsörjande system” måste en organism innehålla all den information som krävs för att reproducera sig och genomgå Darwins evolution. På grund av denna begränsning hävdar han att virus inte uppfyller arbetsdefinitionen. Ett virus måste trots allt invadera och kapa en cell för att kunna göra kopior av sig självt. ”Virusgenomet utvecklas bara i samband med värdcellen”, sade Joyce i en intervju nyligen.
Ett kluster av bakteriofager, virus som utvecklats för att infektera bakterier (Credit: Dr Graham Beards via Wikimedia Commons)
När man verkligen tänker efter kan NASA:s arbetsdefinition av liv dock inte tillgodose tvetydigheten hos virus bättre än någon annan föreslagen definition. En parasitmask som lever i en människas tarmar – som allmänt betraktas som en avskyvärd men mycket verklig form av liv – har all den genetiska information den behöver för att reproducera sig, men den skulle aldrig kunna göra det utan celler och molekyler i människans tarm från vilka den stjäl den energi den behöver för att överleva. På samma sätt har ett virus all den genetiska information som krävs för att föröka sig självt, men det har inte alla nödvändiga cellulära mekanismer. Att påstå att maskens situation är kategoriskt annorlunda än virusets är ett svagt argument. Både masken och viruset reproducerar och utvecklas endast ”inom ramen” för sina värdar. I själva verket är viruset en mycket effektivare reproducent än masken. Medan viruset går rakt på sak och bara behöver några få proteiner i en cellkärna för att påbörja en massiv replikation, kräver den parasitiska maskens reproduktion att ett helt organ i ett annat djur används, och den kommer bara att lyckas om masken överlever tillräckligt länge för att äta, växa och lägga ägg. Så om vi använder NASA:s arbetsdefinition för att bannlysa virus från livets område måste vi dessutom utesluta alla typer av mycket större parasiter, inklusive maskar, svampar och växter.
Definitionen av liv som ett självförsörjande system med förmåga till darwinistisk evolution tvingar oss också att erkänna att vissa datorprogram är levande. Genetiska algoritmer, till exempel, imiterar det naturliga urvalet för att komma fram till den optimala lösningen på ett problem: de är bitmatriser som kodar egenskaper, utvecklas, konkurrerar med varandra för att reproducera sig och till och med utbyter information. På samma sätt skapar programvaruplattformar som Avida ”digitala organismer” som ”består av digitala bitar som kan mutera på samma sätt som DNA muterar”. Med andra ord utvecklas även de. ”Avida är inte en simulering av evolutionen; det är en instans av den”, säger Robert Pennock från Michigan State University till Carl Zimmer i Discover. ”Alla centrala delar av den darwinistiska processen finns där. De här sakerna replikerar sig, de muterar, de konkurrerar med varandra. Själva processen för naturligt urval sker där. Om detta är centralt för definitionen av liv så räknas dessa saker.”
Jag skulle vilja hävda att Joyces eget labb levererade ytterligare ett förödande slag mot NASA:s arbetsdefinition av liv. Han och många andra forskare förespråkar en berättelse om livets ursprung som kallas RNA-världshypotesen. Allt liv på vår planet är beroende av DNA och RNA. I moderna levande organismer lagrar DNA den information som behövs för att bygga de proteiner och molekylära maskiner som tillsammans bildar en livlig cell. Till en början trodde forskarna att endast proteiner, så kallade enzymer, kunde katalysera de kemiska reaktioner som krävs för att bygga upp detta cellulära maskineri. På 1980-talet upptäckte dock Thomas Cech och Sidney Altman att många olika typer av RNA-enzymer – eller ribozymer – i samarbete med olika proteinenzymer läser den information som kodas i DNA och bygger cellens olika delar bit för bit. Hypotesen om RNA-världen går ut på att de tidigaste organismerna på planeten enbart förlitade sig på RNA för att utföra alla dessa uppgifter – att både lagra och använda genetisk information – utan hjälp av DNA eller ett följe av proteinenzymer.
En geotermisk bassäng i Wyoming. För nästan fyra miljarder år sedan kan det som vi kallar liv först ha utvecklats i liknande ”varma små dammar”, som Darwin uttryckte det. (Foto: Caleb Dorfman, via Flickr)
Här är hur det kan ha gått till: För nästan fyra miljarder år sedan, i jordens urkraftssoppa, länkades fritt flytande nukleotider – byggstenarna i RNA och DNA – samman i allt längre kedjor och gav så småningom upphov till ribozymer som var tillräckligt stora och komplexa för att kunna göra nya kopior av sig själva och som därmed hade en mycket större chans att överleva än RNA som inte kunde reproducera sig själva. Enkla membran som bygger upp sig själva omslöt dessa tidiga ribozymer och bildade de första cellerna. Förutom att göra mer RNA kan ribozymerna ha sammanfogat nukleotider till DNA-kedjor; nukleotider kan också ha bildat DNA spontant. Hur som helst ersatte DNA RNA som den viktigaste molekylen för informationslagring eftersom det var stabilare. Och proteiner fick många katalytiska roller eftersom de var så mångsidiga och varierande. Men cellerna i moderna organismer innehåller fortfarande vad som sannolikt är rester av den ursprungliga RNA-världen. Ribosomen, till exempel – en bunt av RNA och proteiner som bygger proteiner en aminosyra i taget – är ett ribozym. Det finns också en grupp virus som använder RNA som sitt primära genetiska material
För att testa hypotesen om RNA-världen har Joyce och andra forskare försökt skapa de typer av självreplikerande ribozymer som en gång kan ha funnits i planetens primordiala soppa. I mitten av 2000-talet konstruerade Joyce och Tracey Lincoln triljoner slumpmässiga fritt flytande RNA-sekvenser i labbet, liknande de tidiga RNA som kan ha konkurrerat med varandra för miljarder år sedan, och isolerade sekvenser som av en slump kunde binda ihop två andra RNA-bitar. Genom att ställa dessa sekvenser mot varandra producerade paret så småningom två ribozymer som kunde replikera varandra i all oändlighet så länge de fick tillräckligt med nukleotider. Dessa nakna RNA-molekyler kan inte bara reproducera sig, de kan också mutera och utvecklas. Ribozymerna har ändrat små segment av sin genetiska kod för att till exempel anpassa sig till fluktuerande miljöförhållanden.
”De uppfyller arbetsdefinitionen av liv”, säger Joyce. ”Det är självunderhållande darwinistisk evolution.” Men han tvekar att säga att ribozymerna verkligen är levande. Innan han blir som Dr Frankenstein vill han se sin skapelse skapa ett helt nytt beteende, inte bara modifiera något som den redan kan göra. ”Jag tror att det som saknas är att den måste vara uppfinningsrik och komma med nya lösningar”, säger han.
Men jag tror inte att Joyce ger ribozymerna tillräckligt med beröm. Evolution är en förändring av gener över tid; man behöver inte bevittna grisar som får vingar eller RNA som samlas till alfabetets bokstäver för att se evolutionen i arbete. Uppkomsten av blå ögonfärg för mellan 6 000 och 10 000 år sedan – helt enkelt en annan variation av irispigment – är ett lika legitimt exempel på evolution som de första dinosaurierna med fjädrar. Om vi definierar liv som ett ”självförsörjande system med förmåga till darwinistisk evolution” kan jag inte se något legitimt skäl till att förneka självreproducerande ribozymer eller virus att kallas liv. Men jag ser en anledning att överge denna arbetsdefinition och alla andra definitioner av liv helt och hållet.
Varför är det så frustrerande svårt att definiera liv? Varför har vetenskapsmän och filosofer i århundraden misslyckats med att hitta en specifik fysisk egenskap eller en uppsättning egenskaper som tydligt skiljer det levande från det livlösa? Därför att en sådan egenskap inte existerar. Livet är ett begrepp som vi har uppfunnit. På den mest grundläggande nivån är all materia som existerar ett arrangemang av atomer och deras ingående partiklar. Dessa arrangemang har ett enormt spektrum av komplexitet, från en enda väteatom till något så invecklat som en hjärna. När vi har försökt definiera liv har vi dragit en gräns på en godtycklig nivå av komplexitet och förklarat att allt ovanför den gränsen är levande och att allt under den gränsen inte är det. I själva verket existerar denna uppdelning inte utanför sinnet. Det finns ingen tröskel vid vilken en samling atomer plötsligt blir levande, ingen kategorisk distinktion mellan det levande och det livlösa, ingen Frankensteinskt gnista. Vi har misslyckats med att definiera livet eftersom det aldrig fanns något att definiera från början.
Jag förklarade nervöst dessa idéer för Joyce på telefon, i väntan på att han skulle skratta och säga att de var absurda. Detta är trots allt någon som hjälpte NASA att definiera livet. Men Joyce sa att argumentet att livet är ett koncept är ”perfekt”. Han håller med om att uppdraget att definiera livet på vissa sätt är meningslöst. Arbetsdefinitionen var egentligen bara en språklig bekvämlighet. ”Vi försökte hjälpa NASA att hitta utomjordiskt liv”, säger han. ”Vi kunde inte använda ordet ’liv’ i varje stycke utan att definiera det.”
Carol Cleland, filosof vid University of Colorado Boulder som har ägnat åratal åt att forska om försök att avgränsa livet, anser också att instinkten att exakt definiera livet är missriktad – men hon är ännu inte redo att förneka livets fysiska verklighet. ”Det är lika för tidigt att dra slutsatsen att livet inte har någon inneboende natur som att definiera livet”, säger hon. ”Jag tror att den bästa inställningen är att behandla det som normalt sett betraktas som de definitiva kriterierna för liv som preliminära kriterier.”
En bild tagen med ett elektronskannermikroskop av meteoriten ALH 84001, som antas ha bildats på Mars för 4 miljarder år sedan innan den så småningom nådde jorden. En handfull forskare tror att de kedjeliknande strukturerna på fotot är fossiliserade marsianska nanobakterier, men de flesta forskare är skeptiska (Credit: NASA, via Wikimedia Commons)
Vad vi verkligen behöver, har Cleland skrivit, är ”en välbekräftad, tillräckligt allmän teori om livet”. Hon drar en analogi med kemister på 1500-talet. Innan forskarna förstod att luft, smuts, syror och alla kemiska ämnen bestod av molekyler kämpade de med att definiera vatten. De kunde räkna upp dess egenskaper – det var vått, genomskinligt, smaklöst, fryst och kunde lösa upp många andra ämnen – men de kunde inte exakt karakterisera det förrän forskarna upptäckte att vatten består av två väteatomer bundna till en syreatom. Vare sig det är salt, lerigt, färgat, flytande eller fruset är vatten alltid H20. Det kan ha andra grundämnen inblandade, men de tredelade molekylerna som gör att det vi kallar vatten för vatten finns alltid där. Salpetersyra kan likna vatten, men det är inte vatten eftersom de två ämnena har olika molekylstrukturer. För att skapa motsvarigheten till en molekylär teori för livet, menar Cleland, kommer det att krävas ett större urval. Hon hävdar att vi hittills bara har ett exempel på vad liv är – det DNA- och RNA-baserade livet på jorden. Tänk dig att försöka skapa en teori om däggdjur genom att bara observera zebror. Det är den situationen vi befinner oss i när vi försöker identifiera vad som gör liv till liv, avslutar Cleland.
Jag håller inte med. Att upptäcka exempel på främmande liv på andra planeter skulle utan tvekan öka vår förståelse för hur det vi kallar levande organismer fungerar och hur de överhuvudtaget har utvecklats, men sådana upptäckter skulle förmodligen inte hjälpa oss att formulera en revolutionerande ny teori om livet. Kemister på 1500-talet kunde inte fastställa vad som skilde vatten från andra ämnen eftersom de inte förstod vattnets grundläggande natur: de visste inte att varje ämne bestod av ett specifikt arrangemang av molekyler. Moderna forskare vet däremot exakt vad varelserna på vår planet är uppbyggda av – celler, proteiner, DNA och RNA. Det som skiljer vattenmolekyler, stenar och silverbestick från katter, människor och andra levande varelser är inte ”liv” utan komplexitet. Vetenskapsmännen har redan tillräcklig kunskap för att förklara varför det vi kallar organismer i allmänhet kan göra saker som det mesta av det vi kallar livlöst inte kan göra – för att förklara hur bakterier gör nya kopior av sig själva och snabbt anpassar sig till sin omgivning, och varför stenar inte gör det – utan att förkunna att liv är det ena och icke-liv det andra, och att de aldrig ska mötas.
Att erkänna liv som ett begrepp berövar inte på något sätt det som vi kallar liv dess prakt. Det är inte så att det inte finns någon materiell skillnad mellan levande ting och det livlösa; snarare kommer vi aldrig att hitta någon ren skiljelinje mellan de två eftersom föreställningen om liv och icke-liv som skilda kategorier är just en sådan – en föreställning, inte en verklighet. Allt om levande varelser som fascinerade mig som pojke är lika förunderligt för mig nu, även med min nya förståelse av livet. Jag tror att det som verkligen förenar de saker som vi säger är levande inte är någon egenskap som är inneboende i dessa saker i sig. Det är snarare vår uppfattning av dem, vår kärlek till dem och – ärligt talat – vårt hybris och vår narcissism.
För det första meddelade vi att allting på jorden kan delas in i två grupper – den animerade och den icke-animerade – och det är ingen hemlighet vilken av dem vi anser vara överlägsen. Sedan placerade vi inte bara oss själva i den första gruppen, utan insisterade dessutom på att mäta alla andra livsformer på planeten mot oss själva. Ju mer något liknar oss – ju mer det verkar röra sig, tala, känna och tänka – desto mer levande är det för oss, även om den särskilda uppsättning attribut som gör en människa till en människa uppenbarligen inte är det enda sättet (eller, i evolutionära termer, inte ens det mest framgångsrika sättet) att vara en ”levande varelse”.’
Vår avlidna familjekatt, Jasmine (Credit: Jabr family)
Sanningen är att det som vi kallar liv är omöjligt utan och oskiljaktigt från det som vi betraktar som livlöst. Om vi på något sätt kunde se vår planets underliggande verklighet – för att förstå dess struktur på alla skalor samtidigt, från det mikroskopiska till det makroskopiska – skulle vi se världen i oräkneliga sandkorn, en gigantisk skälvande sfär av atomer. Precis som man kan forma tusentals praktiskt taget identiska sandkorn på en strand till slott, sjöjungfrur eller vad man nu kan föreställa sig, samlas de oräkneliga atomer som utgör allt på planeten kontinuerligt och monteras isär och skapar ett oavbrutet skiftande kalejdoskop av materia. En del av dessa flockar av partiklar skulle vara vad vi har kallat berg, hav och moln, andra träd, fiskar och fåglar. Vissa skulle vara relativt inerta, andra skulle förändras med ofattbar hastighet på förbryllande komplexa sätt. Vissa skulle vara berg- och dalbanor och andra katter.