Livets oprindelse i biosemiotisk perpsektiv

Transkript

1 Fra kapitel 5 i Tro på tvivl. Kritik af religiøs og videnskabelig ufornuft,forlaget Ries 2009, s Livets oprindelse i biosemiotisk perpsektiv Stuart Kauffmans autonome agenter 1, som vi diskuterede i forrige kapitel, befinder sig på en meget afgørende tærskel i videnskabernes hierarki, tærsklen mellem det levende og det døde, eller mellem biologien på den ene side og fysik og kemi på den anden. Netop fordi de autonome agenter befinder sig på denne tærskel måtte Kauffman gå et skridt videre end andre forskere, der beskæftiger sig med selvorganiserende systemer, og anerkende, at de autonome agenter nødvendigvis må 'registrere' deres omgivelser og endda tage mål af dem. Men at måle er en semiotisk aktivitet, og dermed placerer Kauffman skellet mellem det levende og det døde på nøjagtigt det samme sted, som jeg ville placere det, nemlig som et skel mellem semiotiske og ikke-semiotiske agenter. Hvorfor er en måling en semiotisk aktivitet? Årsagen er, som den amerikanske matematiker John von Neuman forklarede det for mere end 50 år siden, at en måling "deler verden i to dele, hvor den ene er det observerede system og den anden er observatøren." 2 For cellerne i en organisme svarer denne deling til grænsen mellem inde og ude. Selv encellede væsner, som f. eks. bakterier og amøber, er for deres overlevelse afhængige af, at de reagerer hensigtsmæssigt på forholdene uden for dem. De er derfor uophørligt i gang med at vedligeholde, opbygge, eller udvide de strukturer, hvormed de registrerer deres ydre omgivelser. En bakterie vil f.eks. tumle rundt i mediet på må og få, hvorved den i bedste fald tilfældigt vil komme i berøring med næringsstof. I praksis sker der så det, at nogle af de mange tusind receptorer, 3 der 1 Begrebet autonome agenter, er defineret gennem to egenskaber: For det første er en autonom agent et selv-katalyserende sæt, dvs et system af processer, der tilsammen gendanner de komponenter, det består af, idet disse komponenter indgår som katalysatorer for processerne. For det andet er en autonom agent karakteriseret ved, at den kan gennemføre en eller flere "termodynamiske arbejds-cyklusser". Kauffman fremhæver helt explicit, at dette kriterium fører til uhåndterlige spørgsmål om "måling" og "genkendelse":"autonome agenter opdager, måler og registrerer sådanne forskydninger væk fra ligevægt i eksterne systemer, som de kan bruge til at trække arbejde ud af systemet Autonome agenter opdager, måler og registrerer sådanne forskydninger væk fra ligevægt i eksterne systemer, som de kan bruge til at trække arbejde ud af systemet..." 2 von Neumann receptorer er proteiner, der befinder sig i eller på cellemembranen og indeholder såkaldte "recognition sites", dvs områder der specifikt kan binde bestemte udefra kommende molekyler (signaler). Ofte strækker receptormolekylet sig tværs igennem cellemembranen, og når et signalmolekyle genkendes af "recognition sitet" udløses et signal på cellemembranens inderside.

2 befinder sig på cellens overflade, vil opfange næringsstoffet, hvilket vil afstedkomme en kompleks kaskade af processer inde i cellen. Under sin bevægelse er bakterien i stand til at sammenligne antallet af "hits" fra det ene øjeblik til det andet, og ud fra denne sammenligning ændrer den fortløbende rotationsmåden af den lille piskelignende flagel, hvis hvirvlende bevægelse driver den frem, så den bringer sig selv hen imod kilden for næringsstoffet. De biokemiske reaktioner, der tilsammen fremkalder denne "måling", er ganske velforståede og udgør et komplekst dynamisk samspil mellem et halvt hundrede forskellige slags proteiner. Rent biokemisk foregår der intet her, som ikke kan beskrives gennem kemiens traditionelle årsags-virkningsskemaer. Når vi alligevel kalder den samlede proces for en måling, skyldes det, at det dynamiske samspil mellem disse mange proteiner har den klare funktion at bringe cellens aktivitet i overensstemmelse med de givne forhold. Det delikate samspil mellem proteinerne er et redskab for denne funktionalitet, men hvad funktionen skal gøre godt for, kan vi ikke få at vide alene ud fra den biokemiske analyse. Snarere tværtimod, for uden kendskab til det funktionelle aspekt, ville det være så godt som umuligt at finde hoved og hale i det biokemiske virvar inde i cellen, hvor millioner af proteinmolekyler i rasende tempo tager vare på cellens mangfoldige opgaver. Den dybere årsag, til at den rent biokemiske forklaring på "målingen" ikke giver os den fulde viden, er, at biokemiens perspektiv er historieløst; det afspejler alene, hvad der foregår nu og her - så at sige fra sekund til sekund - mens funktionalitetens perspektiv kun giver mening, når den ses i et historisk perspektiv, dvs. som evolution. At bakterien har udviklet midler til at bevæge sig hen mod en næringsstofskilde, eller bort fra andre bakteriers affaldsstoffer, giver kun mening, hvis man ser det som en overlevelsesfunktion, der er blevet udviklet hos bakterien som artsvæsen. Når halvtreds forskellige slags proteiner er i stand til at vekselvirke i et velfungerende samspil med det sigte at regulere flagellens bevægelser, må det skyldes en langvarig selektionsproces, der har favoriseret udbredelsen af sådanne bakterier, som til enhver tid bedst formåede at skaffe sig føde gennem egne aktive bevægelser 4. Cellen etablerer altså i kraft af sin membranomkransede eksistensform en asymmetri i verden mellem et indre og et ydre. Det er denne asymmetri, der konstituerer cellen som livsform, idet den er ansvarlig for nødvendigheden af en 4 På dette primitive stade i evolutionen er det simple selektionsskema formentlig stadig i stand til at forklare den evolutionære bevægelse.

3 uophørlig semiotisk aktivitet henover cellemembranen, hvorved den ydre virkelighed gøres tilgængelig for cellens indvendige "fortolkningsapparat". Jeg skal ikke her bevæge mig ind i de endeløse diskussioner om livets oprindelse på jorden men blot konstatere, at denne gåde normalt formuleres som et rent kemisk problem: hvordan kunne der midt i ursuppen - eller måske snarere i urmudderet - opstå makromolekyler som DNA, RNA eller protein? Uden at benægte at denne kemiske side af problemet er uhyre interessant og - selvfølgelig - helt central, ønsker jeg her blot at tilføje, at problemet tillige er semiotisk: Hvordan opstår der et system, som kan omsætte tegn fra omgivelserne til meningsfuld aktivitet inde i cellen? For denne evne er jo netop det, som mere end noget andet karakteriserer livsformerne til forskel fra døde fysiske systemer som f. eks. tornadoer eller krystaller for slet ikke at tale om mere simple fysiske systemer som klipper eller gletsjere. Mit eget forslag til en løsning af dette problem støtter sig til ideer fremsat af mange andre, først og fremmest Stuart Kauffmans føromtalte arbejde med autonome agenter og Terrence Deacons ideer om såkaldte "autoceller." 5 Idet jeg tager for givet, at komplekse membranomkransede og selv-katalytisk lukkede enheder 6 kan opstå - f. eks. via processer som dem, der foreslås af Kauffman og/eller Deacon - fokuserer jeg på det semiotiske grundproblem, som er intentionaliteten. I filsosofien opfattes begrebet intentionalitet normalt som noget, der alene optræder hos mennesker. Ordet er selvfølgelig dannet ud fra begrebet intention, forstået som den hensigt, en person har med at foretage en given handling eller overvejelse. Da naturvidenskabens tabu mod anthropocentrisme forbyder os at tilskrive andre levende væsner end mennesket hensigter, er det klart, at kun mennesker set i denne optik kan være intentionelle. Og oprindeligt blev begrebet intentionalitet netop indført 7 som en betegnelse for den "rettethed" mod den omgivende verden, som kun mennesket formodedes at have. Kun mennesker, antages det, har - takket være deres besiddelse af sproglig forståelse - adgang til en omverden af betydninger, således at deres mentale tilstand altid er "rettet" mod disse betydninger. 5 Deacon dvs enheder bestående af processer, der tilsammen gendanner de komponenter, enhederne består af, idet disse komponenter indgår som katalysatorer for processerne, jvf. Kauffman's autonome agenter (kapitel 4). 7 Af Husserl og von Brentano

4 Idag vil kun få mennesker skrive under på denne mærkelige opfattelse, som filosofferne åbenbart mestendels stadig tager for givet: At kun mennesker besidder en genuin "rettethed" mod deres omgivelser, og at kun mennesker kan siges at have hensigter i ordets egenlige forstand. Men anthropocentrisme-tabuet er rodfæstet i moderne tænkning, og gamle Descartes' res cogitans optræder stadig - omend i forklædning - som en underforstået præmis i meget moderne filosofi. Den biosemiotiske tilgang er baseret på en benægtelse af denne sætten mennesket uden for fællesskabet i den levende natur. Biosemiotikken ser den menneskelige form for intentionalitet som en ganske særlig højtudviklet - sproglig - udgave af en intentionalitet, der i forskelligt mål er tilstede hos alle livsformer tilbage fra den simpleste bakterie, der søger til venstre, når næringen er at finde der, og til højre, hvis næringen kommer derfra 8. Og biosemiotikkens første opgave er derfor at redegøre for, hvorpå denne intentionalitet beror. Mit forslag er at se spørgsmålet om livets oprindelse som identisk med spørgsmålet om miljøets oprindelse. Et levende væsen findes altid i et miljø, dvs en omgivende verden, som det ikke kan undvære uden at dø. Udvekslingen af de molekyler, som vi kalder næringsstoffer henholdsvis affaldsstoffer, har fra begyndelsen været den primære livsaktivitet. Den metafor, der bedst indfanger, hvad der er på færde her, er ordet brugergrænseflade. Brugergrænsefladen er den tekniske betegnelse for det sæt af skruer, håndtag, knapper, displays etc. hvormed man betjener et apparat, altså alt det man i gamle dage kaldte instrumentbrættet (i moderne tid er en stor del af dette selvfølgelig bygget ind i apparaternes software). En stor del af konkurrencen har i mange år drejet sig om at udvikle udstyr med den mest brugervenlige og æstetiske brugergrænseflade (fra plæneklippere og vaskemaskiner til dvd-optagere og mobiltelefoner). Vi kan se på cellemembranen i de tidligste livsformer som en slags primitiv brugergrænseflade, hvormed cellen interagerer med sit miljø, og en stor del af konkurrencen mellem disse tidligste livsformer har gået på 8 Biosemiotikken er derfor i lodret modstrid med de meget populære opfattelser, der er blevet lanceret under betegnelser som sociobiologi og evolutionær psykologi, der ligesom biosemiotikken bringer mennesket "tilbage i" naturen, men vel at mærke på den modsatte måde, dvs ved hævdelsen af, at ikke engang mennesket er et semiotisk væsen. Om muligt en endnu mere selvfornægtende løsningsstrategi, der jo straks rejser spørgsmålet om, hvorfor teoriens proponenter overhovedet engagerer sig i en semiotisk aktivitet som forskning, der dog efter deres egen anskuelse burde falde uden for menneskets formåen. Er svaret mon, at instinkter tvinger dem til disse formålsløse forsøg på at opføre sig, som om livet var semiotisk?

5 at få etableret den mest velfungerende brugergrænseflade. Hovedkomponenten i den "brugergrænseflade" har været selve cellemembranen. Mit scenarie tager udgangspunkt i den tanke, at cellemembranen har været styrende for de tidligste livs-lignende enheder. Små membranomkransede vandholdige blærer indeholdende mere eller mindre vilkårlige blandinger af proteinforstadier (peptider) kan være blevet dannet under "favorable" omstændigheder og har så sværmet rundt mellem hinanden i aflukkede miljøer. Forestiller man sig yderligere, at sådanne enheder på relativt stabil vis har udvekslet stof og energi med deres miljø, kunne der eventuelt på et tidspunkt være opstået en slags "højere ordens selvkatalytisk system", dvs et system af interagerende membranomkransede enheder, der vedligeholdt sig selv, fordi de netværksagtigt leverede hinandens ressourcer. Alt dette er jo spekulativt, som det nødvendigvis må være, når vi taler om ting, der har fundet sted for små fire milliarder år siden under omstændigheder, som tilmed ligger så fjernt fra Jordens nuværende forhold, at ingen eller i alt fald kun ganske få nulevende slags organismer ville kunne leve der. Min hensigt med at udmale dette scenarie er ikke så meget at fortælle, hvordan det hele nu faktisk gik til, som det er at undersøge hvilke nødvendige skridt, der har måttet tilbagelægges, før vi kunne nå frem til et egentligt levende system. De kemiske krav til processen må selvfølgelig adlydes af ethvert scenarie for livets opståen, men disse krav er langt fra de eneste, der kalder på analyse. Først og fremmest forklarer kemien ikke i sig selv livets intentionalitet. Intentionalitet forudsætter, at forestillinger om fremtiden indgår som faktor i nutidige valg. Dette kan ske ved, at den entitet, der handler intentionelt, handler efter en indbygget standard, der afspejler en formodet fremtid. Når det gælder mennesker kalder vi denne indbyggede standard for håb, frygt, viden osv. Men også hos alle andre livsformer findes der en sådan handle-standard, der afspejler en "formodet" fremtid. Den pågældende organisme har selvfølgelig, som hovedregel, ingen bevidst formodning om denne fremtid, 9 men dens handlemønster er ikke desto mindre bestemt af en intern standard, der med god sandsynlighed afspejler den fremtid, der faktisk kommer til at foreligge. Egernet samler føde sammen for vinteren, hvilket næppe skyldes nogen viden om vinterens komme, men snarere instinktive handlemønstre udløst af forandringerne i dets omverden. Hos avancerede, dvs 9 Hos pattedyr og fugle er det dog tænkeligt, ja vel ligefrem troligt, at noget, der ligner en slags "forudanelser", undertiden kan forekomme.

6 storhjernede, dyr kan denne interne standard givetvis kalibreres efter livserfaringerne. Men oftest er den simpelthen givet gennem den epigenetiske kanalisering, dvs i kraft af det krops-genetiske samspil. 10 Selvom organismerne altså ikke direkte har nogen "forestillinger om fremtiden", så er fremtiden (f. eks. den kommende vinter) alligevel "repræsenteret" i det kropsgenetiske samspilsmønster. 11 Forskellen mellem bevidste forestillinger og kropslige repræsentationer er selvfølgelig radikal og er årsagen til, at menneskets livsforhold for det meste må studeres gennem helt særlige videnskaber (humaniora). Men forskellen mellem disse to slags fremtids-tilstedeværelse ændrer ikke på det principielle forhold, at begge er basis for teleologisk adfærd. Det intentionelle aspekt er i den forstand fælles for alle levende organismer. Nøglen til livets intentionelle dimension ligger i de levende væsners evne til at integrere et system for omverdens-reference i deres system for selv-reference. Man kan sige, at et levende system er til stede for sig selv (og ikke blot for os, der ser det) i og med at det besidder en indre selv-beskrivelse. På samme måde som jeg er tilstede for mig selv - og ikke blot for mine bekendte - fordi jeg ikke blot lever ubevidst i nuet men også har en indre opfattelse af, hvem jeg er. En sådan selv-reference er netop, hvad det genetiske system er for de levende væsner: en kodet beskrivelse af alle de specifikke proteiner og RNA-molekyler, som organismen består af. 12 Organismens udvikling fra æg til voksen består i en fortløbende kalibrering af samspillet mellem disse to systemer for reference. Kalibreringen foregår ved, at de stimuli (tegn), som det nydannede liv modtager fra omgivelserne, bliver brugt til at modificere eller dirigere de impulser, det modtager fra sit eget genetiske system. Generne udgør ét sæt af tegn, impulserne fra receptorerne et andet sæt af tegn, og livsprocessens talent er at bringe disse to sæt af tegn i samklang med hinanden i overlevelsens tjeneste. Mit scenarie for livets opståen opererer altså med en social (selv-katalytisk) proces i sværme af membranomkransede enheder, proto-celler, der på et eller andet 10 Forstavelsen 'epi' i epigenetisk henviser til det, der er "rundt om" genetikken. I den gencentrerede opfattelse af livsfænomenet, som dominerer i disse år, er der en tilbøjelighed til at glemme dette 'epi', altså det forhold at generne må samarbejde ikke blot med hinanden, men med de celler, der omgiver dem i vævet, såvel som med alle andre væv og organer i kroppen, ikke mindst hjernen og immunsystemet. Opbygningen og funktionen af organismen afhænger ikke af generne selv, men af et samspil mellem gener, krop og omgivelser. 11 Terrence Deacon har vist, at fremtiden paradoksalt nok er repræsenteret som et fravær i det kropsgenetiske system, som noget der mangler. "Sådanne fravær kropsliggør, i negativ form, de frihedsindskrænkninger, der er blevet påført det fysiske grundlag for signaler, tanker, og kommunikationer... hvorved de indskrænker mulighedsrummet for, hvad der tendentielt kan ske" (Deacon 2006). 12 Genomet rummer derudover også en indre struktur, der i et vist omfang bidrager til en koordineret aflæsning af enkeltgenerne (under dannelse af proteiner eller RNA)

7 tidspunkt har stabiliseret sig selv gennem etableringen af en digital selvbeskrivelse i nukleinsyrekode (DNA eller RNA). For at proto-cellen skal blive til et i egentligste forstand levende system, må den erhverve evnen til at agere intentionelt. Jeg kalder denne evne for agens. Agens forudsætter, at selv-referencen ikke forbliver en passiv selv-beskrivelse, men forbindes funktionelt med den reference til den ydre verden, som fremkommer ved, at proto-cellen opfanger og fortolker molekylære tegn fra sine omgivelser. Den brugergrænseflade, vi talte om før, altså cellemembranen med dens indbyggede proteinkomponenter, må udvikle sig til at blive et egentligt interface, dvs. et medium for interaktiv kommunikation med den ydre verden. Lad os som et helt simpelt nutidigt eksempel på dette se på en colibakterie, der holdes i et medium uden sukkerstoffet glukose, der er bakteriens foretrukne fødekilde. Under disse omstændigheder vil cellen aktivere et antal gener, der indtil nu har været "tavse", gener som koder for enzymer, der kan forbrænde andre næringsstoffer end glukose, f. eks. andre slags sukkerstoffer. Meget nyttigt selvfølgelig, hvis sådanne næringsstoffer skulle være til stede. Tilsættes der nu igen glukose til mediet vil colibakterien øjeblikkeligt blokere for al yderligere aflæsning 13 af disse gener, hvilket jo nu blot ville føre til dannelsen af overflødige enzymer (idet glukose er en mere effektiv leverandør af energi). Cellens omverdens-reference, de budskaber den modtager fra sin overflade, er altså koblet til cellens selv-referererende arkiv, genomet, på en funktionel måde: Når receptorerne modtager besked om, at der atter er glukose at opnå, udløses indvendige signaler, der ad mere eller mindre direkte veje når frem til kromosomet og blokerer for en fortsat aflæsning af bestemte gener. Cellens interne standard, dvs. genomet plus de biokemiske mekanismenr for signal-overførsel, etablerer tilsammen en meningsfuld fortolkning af budskabet fra omgivelserne, hvor ordet meningsfuld må forstås i forhold til projekt colibakterie (om det er meningsfuldt - endsige Guds mening - at der skal findes colibakterier er et helt andet spørgsmål. Spørgsmålet om mening diskuteres i kapitel 6 og 7). Har jeg nu fået etableret et troværdigt scenarie for, hvordan egentlig agens, altså liv med intentionalitet, har kunnet opstå på Jorden? Næppe vel sagtens, men jeg har i alt fald skitseret nogle trin, som et sådant scenarie som et minimum må rumme Jeg tillader mig denne metafor, "aflæsning", fra skriftsprogets verden for på kort form at sammenfatte den samlede proces, hvorved et gen omæsttes til et protein 14 Frem for noget vil man måske savne en mere detaljeret diskussion af, hvordan denne integration af selv-reference systemet med omverdens-reference systemet kan være opstået. Naturlig selektion kan ikke forklare dette, da intentionaliteten er en præmis for selektion. Selektionen forudsætter jo, at der

8 Højst tænkeligt må man i en nøjere analyse dertil føje andre vigtige trin. Det vigtigste for mit anliggende her har været at få tydeliggjort den semiotiske komponent i vores forestillinger om livets oprindelse. Liv er grundlæggende et kommunikativt og derfor semiotisk fænomen, og det må med i vores beskrivelse af, hvordan det kunne opstå. sker en overproduktion af individer (kun fordi der er for mange om brødet, vil dårlige tilpasninger blive udryddet). Men denne overproduktion af individer beror på individernes fertilitet, og fertilitet er i sig selv en kapacitet, der retter sig mod fremtiden, som altså er intentionel. Bruce Weber har foreslået betegnelsen kemisk selektion på dette niveau. Deacons autocelle teori kan måske også bidrage her (Deacon 2008; Weber 1998).