Livet är mer mystiskt än vi trott

Vad är egentligen ”den nya biologin”? Uttrycket har blivit allt vanligare och verkar i standardfallet syfta på hur forskarna med hjälp av genteknik, som CRISPR (även kallad ”gensaxen”) och andra redskap för att klippa och klistra i DNA, kan förändra biologiska organismers funktioner, alltifrån bakteriers till människors. Ett mer specifikt namn på sådan forskning är ”syntetisk biologi” och den öppnar upp möjligheter inte bara för att bota sjukdomar och tillverka läkemedel, utan också för att göra om djur och växter i enlighet med våra önskningar, vare sig det handlar om forskning eller matproduktion. Genom att flytta gener mellan arter kan man åstadkomma iögonfallande effekter, som självlysande gröna grisar, till exempel.

Det är här som debatterna om forskare som leker Gud och doktor Frankensteins högmod brukar ta vid. Bör vi ändra på våra egna gener för att åstadkomma en mer sjukdomstålig och kanske också en visare människa på längre sikt? Eller är sådana planer och försök ingenting annat än ren och skär hybris? Svaret på den sista frågan är förmodligen ja, men det beror inte på några religiösa förbud, utan på hur våra kroppar fungerar. Den centrala roll som generna har tänkts spela i våra – och allt annat levandes – liv är nämligen statt i gungning. Jag återkommer snart till det.

Syntesen av Darwins evolutions­lära och upptäckten av DNA-molekylen banade från och med 1950-talet väg för en djupare förståelse av livets utveckling på jorden. Och även för hur vi och allt annat levande i grunden är uppbyggda och fungerar. Den så kallade moderna syntesen fullbordades i vårt eget fall genom Hugo-projektet, som år 2000 presenterade en fullständig kartläggning av det mänskliga genomet, vilket visade sig bestå av omkring tre miljarder baspar av nukleinsyrorna adenin, tymin, cyto­sin och guanin i den välkända dubbelspiralformen.

Att det var så många som tre miljarder baspar – uppdelade på 46 kromosomer – var inte den stora upptäckten; det som var avgörande – trodde man då – var att forskarna också hade urskilt männi­skans 22 000 gener. Generna är de sekvenser av baspar som kodar för tillverkningen av proteiner i de långa strängarna av nuklein­syror. Dessa gener tänktes innehålla all information som behövs för att bygga en människa från ett encelligt embryo till en fullvuxen individ. Allt tänktes redan finnas där i generna hos den allra första embryocellen som sedan utvecklas till 40 biljoner celler av hundratals olika typer hos en vuxen männi­ska. Celler som kontinuerligt byts ut i en svindlande hastighet när vi andas, äter och rör på oss.

En lysande framtid tycktes nu öppna sig eftersom vi äntligen hade förstått oss på vår egen essens, den hemlighet som gjorde oss till människor. Bill Clinton, som var med och tillkännagav upptäckten i Vita huset, talade om att vi äntligen kunde läsa ”Guds eget språk”, som alltså låter ungefär så här: ”CTAGAATCCGACTTTGGATAT…”. När vi har lärt oss hur gensekvensen ska läsas skulle vi också kunna förstå varför byggplanen för livet ibland går fel – mutationer som leder till sjukdomar – och kompensera för misstagen genom nya läkemedel eller rentav ”rätta” i de gener som muterat. Kanske till och med skapa nya gener som gör oss till bättre människor.

Så blev det emellertid inte. Trots förfinade metoder för att ändra i genmaterialet har vi inte sett några stora genombrott i behandlingen av folksjukdomar som cancer, hjärtkärlsjukdomar och diabetes. Inte heller har vi hittat generna för olika psykiatriska diagnoser eller kunnat ta fram läkemedel som är specialiserade efter personers individuella genetiska profil i någon större utsträckning. Framsteg har gjorts, men de är relativt små om man betänker de löften och förhoppningar som uttalades för 25 år sedan.

Vad beror det på? Standardsvaret är att cellernas biologi har visat sig vara långt mer komplex än vad forskarna då anade. Det är sant, men det viktiga är att livets former inte bara har visat sig vara mer komplexa utan också följer en annan logik än man tidigare trodde var fallet. Livets funktionella organisation bygger inte på geners skapande makt utan på cellernas dynamiska processer och den biologiska organismens målsättande handlingskraft. Detta är den egentliga innebörden av ”den nya biologin”, inte bara genteknik och syntetisk biologi, utan en ny förståelse av livet som ett dynamiskt och självreglerande system med agens, vilket betyder ”aktörskap”. Agens är ett ord som dyker upp överallt just nu, inte bara inom biologin utan också i medvetandefilosofi och forskning om artificiell intelligens. Agens är hett.

Den nya biologin är inte bara fascinerande och filosofiskt stimulerande – den är också, som sagt, oerhört komplex och därför behöver lekmän – som jag själv – goda guider i landskapet. De börjar nu komma, ett bra exempel är den amerikans­ka cancerläkaren Siddhartha Mukherjees The Song of the Cell (2022). En annan är The New Biology. The Battle between Mechanism and Organicism av Michael Reiss och Michael Ruse (2023). Den bok som jag själv har haft störst behållning av och är Philip Balls How Life Works. A User’s Guide to the New Biology (2023). I alla tre fallen handlar det om riktiga tegelstenar, Balls bok är på över 500 sidor, men det utrymmet behövs för att lägga ut terrängen på ett tillräckligt detaljerat och samtidigt pedagogiskt sätt i det invecklade landskapet.

Ball är ett bra exempel på en typ av skribent som det finns alltför få av i vårt eget land. Han är utbildad kemist och doktor i fysik, har arbetat som redaktör för Nature och skrivit massvis av populärvetenskapliga artiklar och över 20 böcker i ämnen som berör alltifrån materiens­ innersta struktur till varför vi behöver musiken och hur vi ska förstå vårt eget medvetande.

Det känns nästan miss­visande att tala om ”populärvetenskap”, som har en lite nedsättande klang i det svenska språket, eftersom Balls utläggningar går i dialog med forskarna själva och visar hur filosofiska frågor gömmer sig i utläggningen av detaljerna. Språket är lätt och ledigt utan den där tramsiga – ”nu ska jag försöka förklara så att alla förstår” – tonen som lätt drabbar svenska forskare som uppvaktats av ett förlag för att skriva en introduktion till sitt ämne.

Ball behärskar helt sitt material men han kan också skriva, vilket inte ofta är fallet med naturvetenskapliga forskare. Vi slipper också en annan vanlig variant på populärvetenskap, nämligen journalisten som inte känner till forskningsfältet på djupet utan istället försöker skriva en spännande reportagebok genom att intervjua forskare. Det kan bli riktigt fel.

Tillbaka till Hugo-projektet och år 2000. Kanske borde forskarna ha förstått att här ligger det en hund begraven när det visade sig att de 22 000 generna bara upptog 2 procent av hela genomet. Kunde verkligen de resterande 98 procenten bara vara så kallat ”skräp-DNA” som inte hade någon faktisk betydelse? Och varför var det inte större skillnad mellan oss och mindre avancerade livsformer när det gällde antalet gener? En amöba har 13 000 gener, en bananfluga 14 000 och en mus hela 20 000. Varför är det inte större skillnad? Och varför har granar 28 000 gener?

Det första misstaget – som man i ärlighetens namn redan var på spåren för 25 år sedan – var idén att 98 procent av genomet skulle vara betydelselöst. Här döljer sig i själva verket massor av betydelsefulla kombinationer av de fyra basparen ATCG som inte kodar för tillverkningen av något protein utan för påsättandet och avstängandet av de 22 000 proteinkodande generna själva. Men inte bara det, stora delar av ”skräpet” kodar inte för tillverkningen av proteiner utan för olika RNA-molekyler, det kemiska ämne som gör själva avläsningsjobbet när DNA-kedjan klipps upp för kopiering.

RNA är en mycket viktigare och mer variationsrik molekyl än man tidigare har förstått, den läser inte bara av utan reglerar uttrycket (tolkningen) av genomet och producerar proteinerna som vi behöver i en mångfacetterad process. Summan av alla typer av RNA-molekyler som befinner sig i våra celler kallas för vårt ”transkriptom” (jämför med vårt ”genom” som alltså består av DNA) och de proteiner som RNA-molekylerna ger upphov till i ribosomerna (de delar av cellen där proteiner byggs) kallas för vårt ”proteom”.

De 46 kromosomerna med DNA ligger upplindade i cellkärnan på ett slags spolar som kallas för histoner, inpackade i ett ämne som heter kromatin. Om de inte gjorde det så skulle de ta alldeles för stor plats. Den samlade DNA-strängen av 3 miljarder baspar skulle bli lika lång som en hel människa om den lindades ut till ett enda långt snöre (sammanfogat av 46 delar). Med undantag för när cellerna delar på sig ligger genomet alltid uppackat i en volym som mäter sex tusendelar av en millimeter i diameter. Det är svårt att förstå hur litet det är. Ta sex millimeter av linjalen, föreställ dig sedan att du delar upp det i tio delar, sedan varje del i tio delar till, och sedan varje del av dessa i ytterligare tio delar. Då har du cellkärnan, trångt så det förslår. Här skall alltså RNA-molekylerna hålla reda på exakt var varje del av kromosomerna ligger och hur just denna del ska friläggas när generna ska kopieras.

Det handlar naturligtvis inte om att RNA-molekylerna skulle vara tänkande varelser, lika litet som DNA-­molekylerna döljer hemliga budskap, det är frågan om kemiska processer som följer på varandra i en dans som lyder fysikens lagar, men cellens uppbyggnad gör att systemet måste förstås på ett annat sätt än som biljardbollar som studsar runt på ett bord. Som Ball skriver hade forskarna tidigare under 1900-talet trott att det mest svårförståeliga dolde sig i det allra minsta – elementarpartiklarnas värld – eller i det allra största – kosmologins galaktiska perspektiv. Efter år 2000 har cellbiologin tagit över som den största utmaningen för den människa som vill förstå hur världen är uppbyggd, det är här de verkliga gåtorna gömmer sig.

Proteinframställningen, som äger rum med hjälp av RNA i cellens ribosomer, är ett annat exempel på det. Just de proteiner som en levande varelse behöver – olika för varje art – byggs upp genom att en bestämd sekvens av aminosyror sätts ihop i en process som vägleds av såväl DNA som RNA. Men det är bara början, sedan viks proteinet till en tredimensionell struktur som får sina exakta biokemiska egenskaper genom den form som gör att den kan länkas till och sätta igång processer tillsammans med andra molekyler i sin omgivning. Vätskan i cellerna – cytoplasman – är trögflytande och består av en lösning av vatten, salter, näringsämnen, RNA och just proteiner som glider runt och fastnar i varandra. Mer som konsistensen i en manet än som en flytande vätska: cellerna är formligen packade av molekyler som stöter ihop, fastnar, klyver varandra, frigörs, dansar vidare, krockar, och så vidare. Cellerna i kroppen är dessutom av många olika typer som alla tillverkar olika sorters proteiner i olika mängder.

Hur vet cellerna vilka proteiner de ska göra? Genomet är ju identiskt i varje cell, medan uttrycket varierar beroende på hur olika delar av kroppen är uppbyggda. Cellerna vet det genom signaler som de får från andra celler som ligger i dess närhet eller som ansluter till dem med hjälp av nervtrådar eller blodbanan. Det är alltså hela kroppens fysiologi som reglerar de uppemot 40 biljoner sammanlänkade celler som vi består av.

När den första flercelliga varelsen blev till – om vi glömmer svamparna så handlar det om djuren och växterna för kanske 700 miljoner år sedan – uppstod alltså helt nya former av liv jämfört med bakteriernas encelliga existens som redan pågått i mer än två miljarder år. Genomet och transkriptomet består av DNA och RNA även hos bakterier – de har dock inga cellkärnor – men här är det mycket mer av ett ”nedifrån och upp”-system än hos oss. Istället för 2 procent så kodar 80 procent av bakteriernas DNA för tillverkning av proteiner. Djur och växter kan inte fungera på det sättet, de behöver regleras ”uppifrån och ned”: från organismfysiologi och cellkemi till gen­avläsning. Det bakterierna saknar är alltså just ”skräp-DNA”, det som behövs för att kunna ha många olika typer av celler i stora samorganiserade system (vävnader, organ, organsystem).

Vi vet fortfarande inte hur hälften av de proteiner som bygger upp den mänskliga biokemin ser ut: dessa runt 50 000 molekyler utgör det som kallas för ”det mörka proteomet”. Att vi inte vet exakt hur de ser ut, trots att vi vet vilka aminosyror de är uppbyggda av, har att göra med att proteinerna får sina egenskaper genom att vikas till en tredimensionell struktur. AI-program som Alphafold kan användas för att försöka förutsäga vikningen, men ett tillförlitligt resultat kan bara uppnås genom att låta tillräckligt stora mängder av proteinet bilda kristaller som sedan kan studeras i elektronmikroskop. Och det är väldigt svårt. De enskilda proteinmolekylerna kan vara relativt få – svåra att samla in – och de består av hundratals eller tusentals aminosyragrupper som vikts ihop till oregelbundet formade bollar med strukturer som inte verkar vara exakta eller stabila på det sätt som forskarna tidigare har trott.

Hur kan man då sammanfatta det paradigmskifte som har ägt rum när den nya biologin ersatte den mer gencentrerade synen på livets utveckling? Till att börja med är evolutionsbiologin fortfarande intakt i sina grundvalar, men det har blivit mindre och mindre intressant att titta på enskilda gener som de enheter som tävlar om reproduktion genom det naturliga urvalet. Det är organismen, vare sig det är en bakterie eller männi­ska, som överlever och reproducerar sig – eller inte – och de gener som bakterien eller människan har är bara en faktor i leken. Allt annat vore egentligen konstigt när man betänker hur olika bakterier och män­niskor ser ut och fungerar trots att de i så stor utsträckning har samma typ av gener. Kolibakterier, för att ta ett exempel, har 4­ 500 gener och de flesta av dessa är identiska med dem som också finns hos människan. Generna vittnar snarare om att allt som lever är en del av samma utvecklingsprocess än att de rymmer livets hemlighet.

Istället för genernas kod och avläsning är livets nyckelprocess det dynamiska samspel och signalsystem som hela den biologiska organismen tillsammans med sitt ekosystem utgör. Organismen har agens och det innebär att den handlar i relation till hur omgivningen får betydelse för den. Livet är meningsskapande, skriver Ball, och noterar samtidigt att sådana formuleringar är som att svära i vetenskapskyrkan, eftersom det var just en mål- och meningsstyrd syn på livet som forskarna under 1800-talet gjorde upp med. Det finns inga mål med skapelsen, vare sig sådana som Gud (kristendomen) eller organismerna själva (Aristoteles idéer om växt- och djursjälar) har lagt ned i den. Allt är ett blint spel av fysikaliska och kemiska krafter. Begreppet ”livskraft”, som användes flitigt fram till 1950-talet, är just ett uttryck för det spöke i maskinen som ingen seriös biolog har velat ta i ens med tång sedan dess.

Att organismen, och även i viss utsträckning den enskilda cellen, har agens innebär att den är inbäddad i ett fält av betydelser som den läser av och gör saker i relation till. En bakterie simmar med hjälp sina flimmerhår i riktning mot näringsrika molekyler och avlägsnar sig på samma sätt från det som är skadligt för den. Det innebär naturligtvis inte att den tänker – hur skulle den kunna göra det utan hjärna? – men det innebär att den meningsfullhet som kommer till uttryck genom djurs kännande och tänkande har sin rot redan här. Organismens behov och handlingsmönster måste alltid förutsättas om vi ska kunna förstå det som pågår i dess olika delar – inklusive hjärnan.

Vi behöver nya metaforer för att beskriva livets processer om vi ska kunna förstå hur det egentligen fungerar (titeln på Balls bok). De gamla metaforerna – alltså de som har präglat biologin sedan 1800-talet och som drevs till sin fullkomning år 2000 med Hugo-projektet – är i alltför hög grad präglade av att vi ser på livet som en maskinell process. När själen drevs ut ur skapelsen fick den moderna teknologi som samtidigt växte fram i industrialismens fabriker tjäna som en ersättning. Kugghjul som roterar, nycklar och lås som klickar i varandra, löpande band och massproduktion, förbränningsmotorer och avgaser, byggandet av hus med prefabricerade element, och så vidare. Med början på 1950-talet läggs sedan informationsmetaforerna till maskinmetaforerna: DNA innehåller information i en kod som lagras och läses av genom algoritmer som ger instruktioner till cellens byggfabrik. Organismen blir en informationsmaskin som vi tror oss kunna förstå oss på just genom analogin med hur en dator fungerar.

Den nya biologin bygger istället på det som brukar kallas för ”dynamisk systemteori”, en interaktion mellan så många olika molekyler i tät förbindelse med varandra att ordningen bara kan identifieras genom ett antal jämviktstillstånd som organismen växlar mellan. Många olika vägar från enskilda gener till proteiner kan användas när cellerna balanserar och agerar för helhetens bästa. En viktig ny metafor är det som kallas för kanalisering i ett så kallat ”epigenetiskt landskap” (epigenetiken är allt som har betydelse för avläsningen och uttrycket av generna).

Tänk dig en veckad dalgång där en kula kan rulla mot botten på ett bestämt antal möjliga sätt. Tio sätt om vi tänker oss två huvudfåror som delas in i fem underfåror var när kulan rör sig mot botten. Poängen här är att det inte finns ett oändligt antal sätt att rulla mot botten i dalgången, utan just några förutbestämda möjligheter (vi kan göra det intressantare genom att öka antalet fåror och låta dem mötas på olika sätt).

Allting utanför dessa möjligheter är just omöjligt eftersom kulan då skulle behöva rulla uppåt i dalgången (metaforen består i att tyngdkraften får ersätta de biologiska nödvändigheter som vi är intresserade av). Veckandet av proteiner är ett bra exempel på vad som kan illustreras genom ett sådant epigenetiskt landskap. Embryogenesen är ett annat. Det finns ingen färdig plan nedskriven i embryots första celler för hur det ska utvecklas till ett foster, barn och, så småningom, fullvuxen individ. Utvecklingen finner sin väg genom att rul­la nedför dalgången, vilket kan ske på flera men inte oändligt många sätt, och som bestäms av hela det levande systemets växlingar mellan jämviktstillstånd.

Det är naturligtvis bara en metafor men i Balls bok får vi så mycket mer än så, nämligen underlaget för att förstå åtminstone de stora dragen i både protein­syntes och embryogenes, vilket är fantastiskt spännande och lärorikt. Andra kapitel i boken handlar om sjukdomar – huvudsakligen cancer – och vägar framåt för läkemedelsframställning och medicinska behandlingar i ljuset av den nya biologin.

Vi kommer inte att helt kunna avstå från maskin- och informationsmetaforer när vi betraktar och forskar om livets former och vägar, de har sina poänger eftersom celler faktiskt producerar en mängd olika saker och även skickar signaler i och mellan varandra, men vi bör inte glömma bort att livet tog form långt innan någon människa hade byggt en maskin eller skickat en signal här på jorden. Faktum är att livets former och processer, som vi först nu börjar förstå oss på litet bättre, kan leda till nya idéer för hur vi ska utveckla våra egna teknologier, vilket bokens sista kapitel handlar om.

Avslutningsvis också något kritiskt. Ball är väl insatt i de ämnen som han skriver om och har också en filosofisk blick för vad livets processer i djupare mening handlar om. Men han är ingen utbildad filosof och de referenser som han ger vad gäller biologins och medvetandets filosofi är därför rätt begränsade. Jag saknar åtminstone två viktiga tänkare som arbetat just i gränsområdet mellan biologi och filosofi där de har utvecklat teorier om livets agens och förmåga att etablera mening på ett sätt som såväl liknar som utvecklar Balls eget definitionsförsök: Evan Thompson och Terrence­ Deacon.

Thompsons Mind in Life. Biology, Phenomenology, and the Sciences of Mind utkom redan 2007 och är fullständigt banbrytande. Deacons Incomplete Nature. How Mind Emerged from Matter från 2012 är litet ojämnare, men även här tänks grunderna för ett nytt paradigm med fokus på meningsalstring med hjälp av fysikens och kemins lagar på ett originellt sätt. Ett tredje viktigt namn är Evelyn Fox Keller, som tidigt kritiserade genfixeringen inom evolutionsbiologin och föreslog mer miljöinriktade modeller. Men hon finns faktiskt med i Balls bok, inte minst i avsnitten som handlar om betydelsen av uppdaterade metaforer. Den är som sagt gastkramande läsning även om spöket snarare sätts tillbaka in i än drivs ut ur maskinen.