Svaret på livets gåta kräver en helt ny fysik

Hur är liv möjligt i ett universum där termodynamikens andra sats gäller? Den andra sats som säger att i ett slutet fysikaliskt system ökar entropin – graden av oordning – hela tiden. Men vi lever faktiskt på en planet där ordningen under en period på tre och en halv miljarder år hela tiden har ökat i takt med den biologiska evolutionen och under några få tusen år i ännu högre takt genom den mänskliga civilisationen.

Det är inte alla fysiker som ser ett problem med detta. Universum är ju ett öppet fysikaliskt system och i det styr statistiken. Det finns därför undantag, fickor där entropin minskar, men detta är bara en tillfällig fluktuation. Det är rätt konstigt att denna lokala utveckling har kunnat fortsätta mot alltmer komplicerade livsformer under en fjärdedel av universums ålder! Man får också en känsla av att livet på jorden då måste vara ohyggligt unikt. Vi är kanske den enda planeten med högre livsformer i hela galaxen.

En som ser det termodynamiska problemet är fysikern och astrobiologen Sara Imari Walker. Hon är övertygad om att dagens fysik inte räcker till för att förklara vad liv är. Livet måste styras av för oss ännu okända fysikaliska lagar. Hon utvecklar sina tankar om hur vi teoretiskt och experimentellt ska gå tillväga för att lösa livets gåta i sin bok Life as No One Knows It. The Physics of Life’s Emergence.

Sara Imari Walker vill inte att hennes läsare ska fråga: ”Vad är liv?” utan snarare bli överraskade och utbrista: ”Livet är vadå?” Det är bäddat för något av en ­po­pu­lär­vetenskaplig deckare där författaren utvecklar en speciell förklaringsmodell för att förstå liv. Tyvärr får vi aldrig veta vem mördaren är. Men det gör egentligen inte så mycket, för det här är en intellektuellt spännande och stimulerande bok. Walkers förklaringsmodell är en variant av informationsteori kallad assembly theory. I klassisk fysik är odelbara elementarpartiklar de fundamentala byggstenar vilka universum är uppbyggt av. As­semb­ly theory utgår från fundamentaler som kan vara molekyler, celler eller annat. Dessa enheter är således delbara och kan kombineras och tillsammans byggas ihop till alltmer komplicerade strukturer. Det som driver denna utveckling är information. Informationen är materiell; den kan till exempel vara koden i dna-molekylen eller de bioelektriska fält som organiserar celler i en vävnad.

Inga komplexa objekt kan existera utan att föregås av någon form av information om hur de ska produceras. Långa orsakskedjor bygger upp dem. De har med andra ord en historia och bär med sig minnen av tidigare existensformer. Så är exempelvis cellerna i våra kroppar minnen av en tid när encelliga organis­mer började slå ihop sig i kolonier. I elementarpartiklarnas klassiska fysik spelar däremot information enligt doktor Walker en mer begränsad roll.

Vad kan existera? Och om det existerar, varför just det och inget annat som också skulle kunna existera? Det är centrala frågor för det här synsättet. När man tar steget upp från elementarpartiklarnas och de 118 kända grundämnenas värld till kemins värld ökar möjligheterna dramatiskt. För närvarande innehål­ler världens största kemiska databaser tiotals miljoner molekyler. Det låter mycket, men det är inget jämfört med vad som är potentiellt möjligt utan att det bryter mot fysikens lagar. Doktor Walker hänvisar till ”kemiinformatikerna” – ett för mig okänt men fantasieggande skrå – som har räknat ut vad som är möjligt om man utgår från molekyler gjorda av kol, väte, kväve, syre och svavel, det vill säga de viktigaste byggstenarna i livets kemi sådan vi känner den här på jorden. Dessutom har man begränsat sig till molekyler som maximalt innehåller 30 atomer. Antalet sådana här små och därtill farmakologiskt relevanta molekyler är hisnande 10 upphöjt till 60. Det är så många att det varken finns tid eller plats i det observerbara universum för dem alla att realiseras.

Vilket för oss till frågan om varför somliga molekyler realiseras och andra inte. Doktor Walkers svar är att selektion och evolution inte bara gäller i djur- och växtvärlden, utan för alla komplicerade strukturer, levande såväl som döda objekt. Om ett visst objekt kopieras och börjar uppträda i stor mängd har det selekterats. Lagarna för denna selektering är just en av de pusselbitar som dagens fysik saknar. 

Med detta synsätt distanserar man sig från den svåra frågan om vad livet är och koncentrerar sig på vad livet gör. När en komplicerad struktur byggs upp är det som när man bygger något med legoklossar; det finns flera sätt att kombinera sig fram till det önskade slutresultatet. Antalet steg som det enklaste sättet kräver är enligt författaren ett assembly index. Det ska vara ett sätt att upptäcka liv. Vid ett indextal på 15 eller mer bränns det. Men varför just 15? Det får vi inte veta. Det känns lite som i Douglas Adams Liftarens guide till galaxen: Vad är meningen med livet? 42.

Sara Imari Walker ägnar större delen av boken åt att förklara vad assembly-­teorin är. Det blir aldrig alltför abstrakt eftersom hon är så bra på att exemplifiera och konkretisera. Hon bygger upp ens nyfikenhet; man vill ju gärna uppleva den där livet-är-vadå?-faktorn. Och det får man, för närhelst mycket komplicerade strukturer dyker upp på jorden är dessa enligt doktor Walkers sätt att se saken just liv. Om vi studerar jorden och dess grannskap utifrån rymden kan kometer och asteroider dra förbi. 

Plötsligt dyker det upp något från själva jorden: en rymdsatellit som lägger sig i en bana runt planeten. Satelliten bryter inte mot de fysikaliska lagarna, men den är ett högst osannolikt objekt som inte spontant uppstår i det universum dagens fysik beskriver. Inte bara jordens biosfär är liv utan också teknosfären. Rymdsatelliten är ett exempel på information som kan förflyttas från ett substrat till ett annat utan att innehållet förändras. Den har uppstått som idé i biologiska hjärnor innan den materialiserats i titan, stål och drivmedel.

Så långt kan jag inte klaga på dramatiken. Men de teoretiska resonemangen leder också fram till en experimentell metod. Sara Imari Walker samarbetar med kemisten Lee Cronin vid universitetet i Glasgow. Denne har digitaliserat biokemin för att på ett systematiskt sätt söka efter molekyler som beter sig ”levande”. Lee Cronin har också robotiserat verksamheten i labbet så att man utan för stora mänskliga insatser kan testa hur stora molekyler beter sig i olika miljöer. På det sättet hittar man kanske strukturer som reproducerar sig och gör det i anmärkningsvärt stort antal. Här blir framställningen lite väl skissartad. Som läsare har jag svårt att förstå hur Lee Cronins experiment går till.

Förmodligen har man ännu inte hittat några kandidater värda att nämna. Om det sker skulle man för första gången ha främmande liv att jämföra med jordiskt liv. Det kunde kasta nytt ljus över livets uppkomst och ge oss ledtrådar till hur livets fysikaliska lagar ser ut. 

Och vi får nya idéer om vilka biomarkörer som är intressanta när vi söker efter liv i världsrymden. Tänk om vi inte behöver tillryggalägga ljusår för att hitta utomjordingarnas förfäder? Tänk om vi hittar dem i Glasgow?

Många är övertygade om att det inte behövs en speciell teori för att förklara liv. Den som problematiserar liv kan avfärdas som en gengångare från de sekel då vitalismen frodades – när man antog att en mystisk energi eller substans var det som skilde levande materia från död materia. Doktor Walker och assemb­ly-teorin är kontroversiell. Men det är en ny infallsvinkel på en gammal gåta, och en sådan måste välkomnas. 

Vi tror oss spontant kunna känna igen liv när vi ser det. Ändå är det fullt tänkbart att om vi en dag ställs inför livsformer som inte har uppstått på jorden kommer vi kanske inte ens att känna igen dem som liv. Vår egen evolution har gett oss sinnen och sinnesförmögenheter som inte är anpassade för det.