Biologin är den
sista naturvetenskapen som satsat på analys och reduktion - och vunnit. Men är
allt verkligen bara slump och DNA?
Känner ni till Schumacher College? Det ligger i Devon i England och har sitt namn efter E F Schumacher, författare till böckerna Litet är vackert och Vägledning för vilseförda. I dennes anda har här skapats ett internationellt centrum för ekologiska studier. Bland annat erbjuder colleget som det första i världen möjlighet att avlägga högre examen i ”Holistisk vetenskap”. Detta program leds av Brian Goodwin och Stephan Harding.
Sommaren 1999 deltog jag i en ”Gaia-teorikurs” i Kivik, anordnad av miljöpartiet i Skåne, och den flitigaste föreläsaren där var Stephan Harding. Med en uppsjö av kemiska formler och diagram visade han suggestivt hur Gaia-Jorden fungerar som en dans av självorganiserande fysisk-kemisk-biologiska feed-back-system.
Brian Goodwin, som är professor i biologi vid colleget, har jag just umgåtts med via hans bok How the Leopard Changed Its Spots (1994, pocketupplaga 2001; alla citat i fortsättningen härrör från den senare). Ett huvudintryck är att turen nu, efter fysiken och kemin, har kommit till biologin för förnyelse. Och då en förnyelse inte bara i förhållande till Darwin utan också till Watson och Crick, d v s till dominansen i dagens tänkande för gener, DNA och mikrobiologi.
För många låter detta förmodligen som att svära i kyrkan, men Goodwin visar sig ha större perspektiv, vidare vyer än de flesta av dagens biologer. För det första konstaterar han att dagens biologi inte har någon teori för organismen. För Darwin var visserligen organismen det primära exemplet på levande natur, men för hans sentida efterföljare har organismen ersatts av generna som biologins grundelement. Organismerna har reducerats till passiva mottagare av genernas befallningar, bärare av artens historiska arkiv. Känd och ökänd är föreställningen om ”den själviska genen”. På detta sätt har ”frånvaron av en teori för organismer som distinkta varelser […] resulterat i deras försvinnande från den moderna biologins grundläggande begreppsstruktur.”
Darwins sätt att se på livet fungerar bra på de små förändringarna i utvecklingens gång, men de stora skillnaderna mellan olika typer av organismer, framträdandet av nya ordningar i evolutionen, tycks behöva en annan förklaringsprincip än det naturliga urvalet. ”Detta är problemet med framträdandet av ny ordning [emergent order] i evolutionen […]”.
Det är här som nya betraktelsesätt inom dagens vetenskap kan erbjuda betydelsefulla insikter. Det är fråga om vad Goodwin kallar ”komplexitetens vetenskaper”, men de kan också kallas vetenskaper om icke-lineära, självorganiserande feed-backsystem. Alltså samma sorts system som dem Stephan Harding föreläste om i Kivik.
”Under några få decennier har en mängd nya begrepp och analytiska redskap utvecklats för att karakterisera egenskaper som har blivit upptäckta i icke-lineära system […]. De har erbjudit nya möjligheter att få grepp om [modeling] biologiska processer. […] liknande typer av dynamiskt beteende framgår ur komplexa system, oavsett deras materiella sammansättning och främst beroende på deras inre samband – sättet som delarna samspelar på eller är organiserade.”
Goodwins stora grepp är alltså att han tillämpar dessa nya synsätt på biologin och därmed kan skifta fokus ”från arv och naturligt urval till skapande framträdande [emergence] som utvecklingsprocessens centrala egenskap. Eftersom organismer är det primära sätet för denna bestämda egenskap hos livet, blir de igen livets fundamentala enheter, så som de var för Darwin.”
Goodwin börjar med att peka på ett antal inkonsekvenser i Darwins och neodarwinismens biologi. Generna kan bestämma den molekylära sammansättningen av en organism, men de kan inte ensamma förklara de processer som leder till ett hjärta, ett nervsystem eller något annat organ i kroppen. Och det beror på att den molekylära sammansättningen av ett organ inte ensam kan bestämma dess form. I stället bestäms formen av organisationsprinciperna i den process som skapar organet. På samma sätt som virveln i ett vätskeflöde bestäms av utgångssituationen, vätskans flödesegenskaper, tyngdkraften o s v.
Tanken att det enda vi behöver veta för att förstå hur ett ägg utvecklas till en vuxen organism finns inskrivet i dess DNA, är, konstaterar Goodwin, ”den gamla fällan att anta att vad som än skapas måste vara resultatet av en skapare, vars ord är nedskrivna i någon form”. Under rubriken ”Att göra mönster från ingenting” söker Goodwin alltså i stället svaret i de nya vetenskaperna om självorganiserande, dynamiska feed back-system. Paradexemplen är Belusov-Zjabotinskijs reaktion i kemin och den cellulära slemsvampen, sammansatt av tusentals amöbor, i biologin. I båda fallen utvecklas intrikata, rörliga mönster av cirklar och spiraler, likartade till förväxling, fastän de i ena fallet produceras av rent kemiska processer och i det andra av samspel mellan encelliga djur. Det finns här ingen plan, inga instruktioner. ”Vad som existerar […] är en uppsättning relationer mellan komponenterna i systemet, sådana att det dynamiskt stabila tillstånd, som det naturligt går in i […] har ett mönster i rummet och tiden.”
Den principiella innebörden av detta sätt att tänka begrundas i ett avsnitt kallat ”History and Structure”. Det är vanligt att i biologin svara på frågan Varför? med historiska förklaringar. Det var Darwins väg: att demonstrera hur dagens livsformer har växt fram ur evolutionens smältdegel. Men Goodwin vill nu i stället söka ”de allmänna principerna för biologisk organisation, som skulle kunna förklara livets former”, det vill säga en ”teori för morfogenesen” (morfogenes = skapandet av naturens former). Han medger att detta ”låter löjligt ambitiöst, och så är det också”. Men han gör försöket och kommer långt på väg.
Han börjar genomgående konkret och lägger på så sätt en empirisk grund för sina slutsatser. I efterföljd av bland andra Goethe och den franske morfologen Geoffroy Saint-Hilaire undersöker han minutiöst utvecklingsprocessen hos en rad biologiska former. Först en encellig alg, som liksom slemsvampen har en lång och växlande livscykel. I en fas utvecklar den ett slags ”bladkransar” (whorls), som dock inte deltar i den följande reproduktionsfasen utan helt enkelt faller av. (Andra encelliga alger däremot använder sig av dem för fortplantningen.) Varför gör då denna alg sådana bladkransar? frågar sig Goodwin.
Svaret han tycker sig finna efter datasimulationer av en modell för förloppet är att morfogenesen för encelliga alger har en stark tendens att skapa just sådana kransar; ”utrymmet” för dem i processen är så stort att det är enklare för algen att behålla dem än att bli av med dem.
Vissa former av liv är på detta sätt robusta. Den grupp av alger det här är fråga om ”bildar en naturlig grupp, inte på grund av sin historia utan på grund av det sätt som deras grundläggande struktur frambringas på”. Det är på basis av en sådan stabil morfogenes som Linné kunde bygga sin systematik för växter och djur, menar Goodwin.
Detta ger honom anledning att drömma om en biologi i paritet med grundämnenas periodiska system i kemin. En teori, alltså, ”för organismer som dynamiskt robusta varelser, som är naturliga former [kinds], inte bara historiska tillfälligheter som överlevt under en tidsperiod. Detta skulle förvandla biologin från en rent [?] historisk vetenskap till en vetenskap på logisk, dynamisk grund”.
Slutsatsen är således att morfogenesen
”är en process som har interna egenskaper i ett dynamiskt spel, så att specifika former skapas när systemet är organiserat på specifika sätt. Det är den lektion om naturlig ordning som vi lär från fysiken. Varför skulle biologin vara annorlunda? Därför att den är så komplex har man förklarat. Men ur komplexitet, icke-lineär dynamik, framgår robust ordning.”
Detta kan man också se i bladbildningen hos växter. Goodwin konstaterar att det i hela den botaniska mångfalden i grunden bara finns tre sätt som blad är arrangerade på: som motställda, kransformade och spiralordnade (med en vinkelskillnad på 137.5º). Och vad mer är, med hjälp av den växtfysiologiska forskning, som inte stod Goethe till buds, kan han visa varför det förhåller sig så.
Sådana arrangemang kallar Goodwin ”generic forms”, ett nyckelbegrepp i boken men inte helt lätt att få grepp om. Ordet ”generic” kommer av ”genus”, släkte, och inte av ”genesis”, uppkomst, men betydelsen vetter åt båda håll (däremot har ordet inget med ”gen” att göra). Det är fråga om ”en struktur som är typisk för en hel grupp av arter”, men den framträder som ett naturligt stabilt tillstånd i den skapelseprocess, där organismen blir till. Detta är morfogenesens ”släktformer” ”som bladkransar hos alger; mönster av blad och blomblad hos växter; strukturer som fenor hos fiskar, ben hos fyrfotingar och ögon hos ryggradsdjur – alla är de robusta, naturliga resultat av morfogenesen”.
Gentemot dessa betyder individens gener mindre. ”Gener kontrollerar inte; de samarbetar genom att producera variationer på generiska temata.” Kombinationen av gener och dessa släktformer resulterar på detta sätt både i ”mångfalden former i biologins rike och i den inre ordning hos dessa former som låter dem bli klassificerade”.
Darwins biologi kände inga principer som kunde förklara varför sådana robusta strukturer uppkommer. För honom fanns de där bara i en gemensam förfader. ”Detta lämnar ett mycket stort hål i biologin […] och utgör i många avseenden ett steg bakåt från den position som intogs av de rationella morfologerna [på tidigt 1800-tal]”, konstaterar Goodwin. Men genom att närstudera själva den mjuka, känsliga, fertila punkt, där embryon till bladkransar, blad, lemmar, ögon första gången träder fram – växtens ”nos” frestas man säga – kan han visa att det är fråga om former, betingade av förhållanden i den lättrörliga cellplasman.
På detta sätt kan man nå fram till en logisk definition av sådana former som är oberoende av historien. Bladkransar, blad, lemmar, ögon kan ha uppkommit många gånger under utvecklingens gång, och de är likvärdiga så länge de har tillkommit på samma sätt.
Så får vi en bild av utvecklingen som ett spel mellan dynamik och stabilitet:
”Den särskilda typ av organisation, som finns i det dynamiska samspelet mellan molekyldelarna i en organism […], är alltid engagerad i att göra eller åter göra sig själv till livscykler och att utforska sin potential att skapa nya helheter.” ”Arter av organismer är därför naturliga bildningar [kinds], inte darwinismens historiska enheter [individuals]”
”Frågan är då: vilka är de robusta former som framgår ur evolutionens utforskande av utrymmet för möjliga organismer? Och svaret är: sådana generiska former […] som resulterar i arter som är stabila i någon miljö [habitat].” ”Det naturliga urvalet har inte mycket mer att göra än att fungera som ett grovt filter, som tillbakavisar rena misslyckanden.”.
Ett betydelsefullt avsnitt heter ”Agents and Causes”. Här konstateras att biologin och fysiken håller sig med olika metaforik, men de ”har blivit tvingade in i samma tvångströja, den mekaniska kausaliteten. I neo-darwinismen har organismer i själva verket ingen handlingsförmåga [agency], därför att de existerar inte som reella varelser, reducerade som de är till gener och deras produkter”. Trots metaforer om kamp och strid är de bara mekaniska konsekvenser av inre och yttre krafter.
Svårigheterna med detta betraktelsesätt har emellertid blivit alltmer uppenbara, särskilt sedan kvantmekaniken visat, att ”materien inte är något trögt stoff […] utan en värld av handling som är allt annat än mekanisk”. Det finns en djup förbundenhet mellan partiklar, som inte är begränsad till det lokala. ”Den gamla mekaniska synen på kausalitet som yttre krafter som verkar på tröga materiepartiklar är död”.
Konkurrens om knappa tillgånger ses i darwinismen som evolutionens drivkraft, men konkurrens har ingen särställning i biologin. Forskare som Lynn Margulis och Dorion Sagan har visat att samarbete är väl så viktigt. I stället gäller det att förstå hur nya nivåer uppstår ur komplexa växelspel. ”Därvid inses att alla nivåer av ordning och organisation är lika viktiga, när det gäller att förstå levande systems uppträdande, och reduktionismens insisterande på någon grundläggande materiell nivå av orsak och förklaring, sådan som molekyler och gener, visar sig vara en olycklig moderiktning eller fördom, som i själva verket är dålig vetenskap”.
I stället kommer det an på en ”teori för emergent ordning, en som visar hur mönster spontant framträder från den komplexa, kaotiska dynamiken”. Och Goodwin pekar på nya teorier om hur ”livet existerar på randen av kaos och rör sig från kaos till ordning och tillbaka igen i en oavbruten utforskning av emergent ordning”. De största möjligheterna till förnyelse finns i detta rörliga gränsland (något att betänka för den vetenskap som ängsligt vaktar om sin egen status quo).
Sällan har det så klart som i Goodwins bok framgått att tänkandet i analys och reduktion och mekaniska funktioner i den moderna vetenskapen från 1600-talet är otillräckligt och vilseledande. Den dramatiska historien om vetandet och vetenskapen i relation till världen är i själva verket historien om en fortgående kraftmätning mellan världens oändliga komplikation och tänkandets tröghet och begränsning, där tänkandet har dragit det kortaste strået utan att ha en aning om det.
Den bild av världen, som den ”moderna” vetenskapen har gett oss i arv, är i själva verket en bild just av detta tänkande. Det är inte världen som är så enkel och fyrkantig, som vetenskapen påstått, utan detta tänkande självt.